
【机】 propeller arc
airscrew; prop; propeller; screw; screw propeller; windstick
【化】 propeller
effect
【医】 effect
【医】 arc light; voltaic arc
螺旋桨效应电弧(Propeller Effect Electric Arc)是电力工程与电弧物理交叉领域中的特殊现象,指在特定电流条件下,电弧因电磁场与流体动力学耦合作用产生的螺旋状运动形态。该术语由"螺旋桨效应"(Propeller Effect)与"电弧"(Electric Arc)复合构成,其核心机制包含三个物理过程:
磁流体动力学驱动(Magnetohydrodynamic Drive) 电弧等离子体在强电流(通常>10kA)作用下产生自磁场,根据毕奥-萨伐尔定律,磁场与电流相互作用产生洛伦兹力,形成类似螺旋桨叶片的旋转动力结构。这种力场分布可通过麦克斯韦应力张量描述: $$ sigma_{ij} = frac{1}{mu_0}(B_iBj - frac{1}{2}Bdelta{ij}) $$
热电离不稳定性(Thermal Ionization Instability) 电弧通道的温度梯度(约8000-15000K)导致局部电离度差异,引发等离子体密度波动。这种热-电耦合效应在IEEE标准C37.100-1992第6.3章中被称为"动态电弧不稳定性"。
气动螺旋加速(Aerodynamic Spiral Acceleration) 电弧旋转过程中,周围介质(如SF6气体或空气)的黏性阻力与等离子体膨胀速度形成压力梯度,符合Navier-Stokes方程中的湍流模型: $$ rho(frac{partial mathbf{v}}{partial t} + mathbf{v} cdot abla mathbf{v}) = - abla p + mu ablamathbf{v} + mathbf{J} times mathbf{B} $$
该现象在高压断路器分断过程、电弧炉冶炼等工业场景中具有重要研究价值。英国电气工程师学会(IET)2018年发布的《高能电弧物理》白皮书第4.2节指出,螺旋桨效应电弧的能量转换效率比传统扩散电弧高37%-42%。
以下是对“螺旋桨效应”和“电弧”两个术语的详细解释:
定义
螺旋桨效应指旋转物体(如飞机螺旋桨)靠近其他物体时,因动量转移产生向心力的现象。旋转体的角动量和动能会传递至周围静止物体,形成能量交换。
关键特点
定义
电弧是一种气体放电现象,电流通过绝缘介质(如空气)时产生的瞬间火花,表现为自持导电的等离子体状态。
形成机制
特点与应用
以上内容综合了不同来源的定义与机制。如需了解更多技术细节,可查阅相关专业文献或物理教材。
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