电弧等离子体由于具有高温、高焓、高化学活性等优点在机械加工领域、材料科学领域、冶金工业领域、环保领域、化工领域以及环保领域等方面获得了广泛的应用。但是由于电弧的分流现象和电流的轴向分量与电弧电流产生的自磁场的周向分量相互作用产生的Lorentz力而引起的弧柱自收缩效应使得电弧发生器通常表现为射流不稳定以及等离子体参数不均匀等特性,从而在一定程度上制约了电弧等离子体技术在现代工业应用中的发展前景。比如,在等离子体喷涂应用中迫切需要解决等离子体炬不稳定性问题,在废物处理方面需要均匀性好、大体积的等离子体发生器。因此,针对不同的应用领域设计不同的发生器,以提高生产效率、改善产品质量,是现阶段一项重要的任务。本文一方面根据外部磁场与电弧等离子体的相互作用性设计了磁旋转的直流电弧等离子体炬,实验研究了电弧弧根的旋转频率、电弧的运动形态等随外部磁场的变化；另一方面,本文运用泰克公司的双通道示波器记录了电弧等离子体放电过程中的电弧电压变化,分析了不同实验条件下的电弧电压及其波动与工作参数(电弧电流、工质气体流量、供气方式以及外部磁场等)之间的关系,通过快速傅立叶变换技术,运用FFT算法将电弧电压信号从时域变换到频域,从原始信号中提取出能够反映电弧脉动行为的频率分量；同时,测量了电弧射流的光谱信息,获得了外部磁场对电弧射流中等离子体参数的影响,探讨了外部磁场作用下电弧等离子体局域热力学平衡的判定。最后,本文根据电弧等离子体射流波动的特性,自行设计研制了电弧射流波动诊断系统,并对电弧等离子体射流波动进行了研究,通过对比发现,射流脉动和电弧脉动之间存在密切的关系。运用高速摄像技术对电弧通道截面的电弧图像进行捕捉,分析了电弧弧根的旋转频率、电弧的运动形态等随外部磁场的变化。利用电弧图像与电弧电压信号的同步采集,分析了电弧旋转过程中的动态特性,利用经典的信号处理工具,如统计分析、快速傅立叶变换等分析了电弧电压及其波动随电弧电流、工质气体的流量、供气的方式、外部磁场的变化。在无磁场的条件下,电弧电压信号的频域分析结果显示除了300Hz的低频脉动(由整理电源的纹波分量引起),不存在任何高频分量(1-15Kz),而外部磁场的作用改变了电弧脉动的频率,因为外部磁场和等离子体的相互作用产生螺旋不稳定性,甚至产生高频分量,但是在合适的磁场作用下即使产生螺旋不稳定性,数值也很小,可以忽略,而且300Hz的低频脉动也被削弱。通过光谱诊断技术对电弧射流中的等离子体参数进行了细致的研究,由于电弧的波动对光谱诊断有重要的影响,因此我们仅对工作在Steady模式和Takeover模式下射流的电子密度和电子激发温度进行了诊断,深入分析了外部磁场对电弧射流的特征谱线的影响,估算出外部磁场对电弧射流中等离子体参数的影响,最后还对外部磁场对LTE的影响进行了分析。电弧等离子体射流中的脉动是等离子体射流的典型物理现象之一,并且这些脉动特性直接决定了等离子体工艺过程处理的性能。实验研究表明,电弧分流、整流电源的纹波分量以及等离子体射流的流体动力学过程引起的湍流和射流对环境气体的卷吸是导致射流能量波动的主要原因,而射流能量的波动决定了材料在射流中的加速与加热也是不平衡的,有可能对工艺的质量产生很大的影响。为此,本文针对射流光强信号自行设计制作了专门的射流波动诊断系统,主要是通过光电倍增管实现电弧射流光强转换为电压信号,并通过与电弧电压信号比较得出电弧射流脉动和电弧电压之间的关系。基于以上的研究,由于阳极弧根的旋转,电弧等离子体产生了强烈的周向与径向流动,促使电弧等离子体在周向与径向上分散,产生了参数相对均匀的等离子体,但是根据磁场和其他外部条件(供气方式)相互作用的方式不同,我们获得性能不同的电弧等离子体为不同的工业服务。在电弧等离子体的放电通道中,等离子体的传热和流动特别的复杂,特别是添加磁场和旋气以后,要想弄清楚不同工作模式的具体机理,有待进一步的实验研究。