技术摘要：
本发明涉及一种低污染电弧加热器，包括负极、正极、电弧、绝缘块、混合室和喷管，电弧两端分别置入负极和正极内，绝缘块固连在负极与正极之间，混合室固连在正极出口端，喷管固连在混合室出口端，其中负极内通有氮气，负极与正极连接端处通有空气，正极内通有氮气，混  全部
背景技术：
电弧加热器是开展高超声速飞行器热环境模拟试验的重要地面设施，电弧加热器 采用电弧放电加热空气形成高温高速流场进行试验。在加热空气时，将空气中的氮气和氧 气离解，生成了氮氧化合物，氮氧化合物的存在导致试验介质偏离模拟飞行时的真实空气 组分，对于气体介质要求严格的发动机燃烧和推力特性试验带来一定的影响。有研究认为， 氮氧化合物的存在减少了试验介质中的氧的含量，因此造成燃烧反应释热减少。另外，电弧 加热器的电极为铜制成，电弧弧根对电极的烧损会使铜进入流场，铜的杂质含量对试验气 流带来较大的影响。 例如现有的输入功率为320KW的电弧加热器，仅仅通入空气后，不加装混合室的条 件下，产生的氮氧化合物含量为10％，铜的含量为195ppm，二者含量指标均高。 因此，针对以上不足，需要提供一种低污染电弧加热器。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题 本发明要解决的技术问题是解决电弧加热器电极的烧损带来的铜污染和氮氧化 合物含量过高的问题。 (二)技术方案 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低污染电弧加热器，包括负极、正极、 电弧、绝缘块、混合室和喷管，电弧两端分别置入负极和正极内，绝缘块固连在负极与正极 之间，混合室固连在正极出口端，喷管固连在混合室出口端，其中负极内通有氮气，负极与 正极连接端处通有空气，正极内通有氮气，混合室内通有氧气。 通过采用上述技术方案，电弧将氮气加热到上万度的高温，虽然氮气离解，由于局 部没有氧分子，因此气流中不存在大量的氮氧化物。为了匹配试验介质的组分，在电弧加热 器中部通入富氧空气，与高温气流进入下游混气室充分混合后进行试验，这样气流中空气 氧气和氮气组分的比例保持不变。电极在氮气的保护下，减少了铜的氧化烧损，降低了试验 介质中铜的含量。因此，氮气 富氧空气的运行模式不仅减少了氮氧化合物的含量，也同时 减少了铜的含量，对提高试验模拟介质的纯净度具有重要的作用。 作为对本发明的进一步说明，优选地，负极上沿管壁间隔开设有四个倾斜的负极 气孔，负极气孔内通有氮气，负极气孔位于电弧弧根的上游。 通过采用上述技术方案，氮气从上游向下游流动时覆盖电弧弧根，保护电极减少 铜的氧化和氮氧化合物的生成。 作为对本发明的进一步说明，优选地，负极气孔孔径为1～1.5mm，负极气孔轴线与 3 CN 111578513 A 说　明　书 2/4 页 负极轴线夹角为45°。 通过采用上述技术方案，切向进气小孔将氮气旋转引入不会引起弧根的轴向不稳 定，还能保证电弧加热器内的氮气供应充足。 作为对本发明的进一步说明，优选地，负极和正极连接端设有弧室，弧室内径均大 于负极和正极内径，弧室沿管壁间隔开设有四个倾斜的弧室气孔，弧室气孔内通有空气，并 额外混入氧气，弧室气孔位于电弧中部且不与电弧接触。 通过采用上述技术方案，弧室引入富氧空气确保试验气流真实的空气组分含量。 作为对本发明的进一步说明，优选地，弧室气孔孔径为0.5～1mm，弧室气孔轴线与 正极轴线夹角为45°，弧室气孔内的气体流量介于14～20g/s。 通过采用上述技术方案，切向进气小孔将空气气旋转引入不会引起弧根的轴向不 稳定，还能避免氧气含量过高而引起电弧氧化。 作为对本发明的进一步说明，优选地，正极上沿管壁间隔开设有四个倾斜的正极 气孔，正极气孔内通有氮气，正极气孔位于电弧弧根的上游。 通过采用上述技术方案，可保护正极处的弧根不被氧化，起到保护电极的作用。 作为对本发明的进一步说明，优选地，正极气孔孔径为1～1.5mm，正极气孔轴线与 正极轴线夹角为60°。 通过采用上述技术方案，以使氮气形成气旋能均匀混入气流中，保证气体各处组 分含量均匀。 作为对本发明的进一步说明，优选地，混合室上沿管壁间隔开设有六个倾斜的混 合室气孔，混合室气孔内通有氧气，混合室气孔孔径为1～1.5mm，混合室气孔轴线与混合室 轴线夹角为45°。 通过采用上述技术方案，设置混合室并混入冷气或富氧空气进入调节气流的组 分、温度、压力及均匀性等，进一步降低电弧加热器排出气体的氮氧化物含量。 作为对本发明的进一步说明，优选地，负极气孔、弧室气孔、正极气孔和混合室气 孔外均接有流量计、调压阀、截止阀。 通过采用上述技术方案，使每一个气管支路的流量、压力可以分别调节，以使电弧 加热器排出的气体能够根据实际需要进行调节，提高电弧加热器的适用性。 作为对本发明的进一步说明，优选地，负极包括负电极和负极线圈，正极包括正电 极和正极线圈，负电极和正电极均为金属圆管状，电弧两端的弧根分别抵接在负电极内壁 和正电极内壁上，负极线圈固连在电弧弧根与负电极接触端外，正极线圈固连在电弧弧根 与正电极接触端外。 通过采用上述技术方案，设置带有磁力的线圈控制电弧的弧根旋转，可有效减少 电弧烧损。 (三)有益效果 本发明的上述技术方案具有如下优点： 本发明通过在电弧加热器各部分别通入氮气和富氧空气，既能保护电弧弧根不被 氧化，同时减少气流中铜的含量，还可保证气流中空气氧气和氮气组分的比例保持不变，对 提高试验模拟介质的纯净度具有重要的作用。 4 CN 111578513 A 说　明　书 3/4 页 附图说明 图1是本发明的结构图； 图2是本发明的负极气孔位置结构图。 图中：1、负极；11、负电极；12、负极线圈；13、负极气孔；2、正极；21、正电极；22、正 极线圈；23、弧室；24、弧室气孔；25、正极气孔；3、电弧；4、绝缘块；5、混合室；51、混合室气 孔；6、喷管。