大气压氩气介质阻挡放电特性随模式的演化

为了进一步了解大气压氩气介质阻挡放电的机理和放电特征,采用平行电极结构的介质阻挡放电装置,研究了大气压氩气的放电模式、回路电流、发射光谱、电子温度等特性,对比分析了不同放电模式的特性差异。实验发现,随着电压升高,放电由局部的均匀放电过渡到斑图放电模式,最后演化为布满整个电极的伪均匀放电;Ar主要强度谱线与放电电流近似同步,证明电子碰撞电离是氩气放电电离的主要方式;放电过程中发射光谱强度及电子激发温度不是随外加电压升高而增大,而与放电模式有关;柱状斑图放电的电子激发温度远高于其他模式;电子激发温度随外加电压变化的趋势与放电功率密度一致。     

大气压氩气条件低载气流量DBD放电特性

为探究大气压氩气条件低载气流量下介质阻挡放电的放电特性,通过拍摄放电图像、光谱分析、测量放电波形图等手段研究了大气压氩气条件下介质阻挡放电(DBD)的放电特性。分别考察了电压、频率、气隙间距和载气流量等参数对DBD特性的影响。实验结果表明:提高外加电压幅值和频率可以显著增强放电功率。提高电压幅值会产生更多的高能电子,提高放电频率可以改变高能电子的分布,使得高能量电子数密度升高,低能量电子数密度下降。气隙间距的减小可以明显提高放电均匀性。载气流量增大时,放电强度下降,但放电均匀性会得到提高。     

氩气气流增强沿面介质阻挡放电等离子体特性的实验研究

为提高沿面介质阻挡放电等离子体激励器放电强度及其流动控制能力,通过光电测量的方法,研究了引入氩气气流以后,空气沿面介质阻挡放电等离子体放电参数的变化以及氮分子的激发和电离过程。结果表明,氩气引入之后,放电强度和均匀性明显增加,产生了稳定的大面积均匀放电等离子体,"温升效应"明显,有利于增加动量传递效率,提高气流诱导速度。空间测量结果表明:谱线强度、气体温度在中心处最强,且随着到极板边缘距离的减少而减弱;N2(C3Πu)振动温度的变化与气体温度相反。另外,随着氩气流量增加,放电强度先增加后减弱,气体温度升高,加入氩气之后N2(C3Πu)振动温度下降,之后随流量增加先增加后减小并趋于稳定,电子激发温度受流量影响较小。     

壁电荷对介质阻挡放电特性的影响

为了研究壁电荷对介质阻挡放电特性的影响,实验测量了不同驱动电压幅值、气体间隙距离和介质板厚度下的介质阻挡放电的电压-电流特性,并运用气体放电理论和简化的理论模型对实验结果和介质阻挡放电的发展过程进行了分析。结果表明,由于壁电荷的作用使得DBD放电发生的时刻在驱动电压正负半周期不对称,相邻两次放电间隔长短交替;随着驱动电压幅值的增加,介质板厚度或气体间隙距离的减小,DBD微放电增多,传输电荷量增多,介质表面累积电荷量增多,壁电荷对介质阻挡放电的影响增大;当壁电荷足够多时,甚至会出现反向放电。     

介质阻挡放电中反向放电的实验研究

利用介质阻挡放电(DBD)实验装置和测量系统研究了不同的介质板厚度、驱动电压幅值以及气体间隙距离的DBD特性,并运用气体放电理论对试验结果进行了分析。结果表明,随着介质板厚度、气体间隙距离的减小以及驱动电压幅值的增加,DBD放电电流脉冲增多,由于壁电荷的作用,发生放电所需的电压减小;当壁电荷电场足够大时,将在驱动电压下降沿发生反向放电。     

等离子体助燃激励器介质阻挡放电发射光谱分析

为了研究激发粒子的演化规律,优化等离子体助燃参数,在不同的电极形状、电极间隙、气体流量、放电电压条件下,对介质阻挡放电的发射光谱进行了实验测量与分析。研究发现:网形电极结构的激励器光谱最强,王形次之,条形最低;随着电极距离的增大,发射光谱强度呈现先慢后快的下降趋势;工作介质流量有一个最佳值,为60 g/s;随着驱动电压或频率的增加,微放电通道增多,放电增强,发射谱线强度增强。     

高频介质阻挡放电传输电荷影响因素的研究

利用高频介质阻挡放电(DBD)实验装置和测量系统研究了外加电压幅值、气隙距离和电源频率等因素对高频DBD单个周期传输电荷的影响,并结合气体放电理论对实验结果进行了分析。结果表明,介质表面积聚的表面电荷影响高频DBD的电荷传输特性,高频DBD单个周期传输的电荷随外加电压幅值和电源频率的增加而非线性增加,随气隙距离的增加而非线性减小。     

大气压氩等离子体射流特性

为了在大气压下获得均匀、稳定且具有较大体积的氩气介质阻挡放电等离子体射流,提出了一种新的同轴型具有螺纹型内电极结构的等离子体发生器结构设计,在大气压开放环境下获得了均匀稳定的类辉光氩气介质阻挡放电等离子体射流。实验和初步的零维数值模拟结果表明:在所研究的工作参数范围内,放电随外加电压的增加可工作于初始放电阶段、过渡阶段、稳定放电和不稳定放电阶段;在稳定放电模式下,均匀弥散的类辉光放电可充满内径为8.9mm的玻璃管,发射光谱测量结果表明在等离子体射流区含有多种化学活性粒子;数值计算和实验测量所估算的等离子体射流长度基本一致(可为30mm以上),且等离子体射流发射光谱强度的轴向分布与其中亚稳态粒子的退激发过程相关。     

沿面介质阻挡放电等离子体特性参数的仿真计算

为了深入理解沿面介质阻挡放电(SDBD)的放电机理,揭示其产生等离子体的特性参数的演化规律,基于放电的物理过程和实验结果,以非对称结构SDBD发生器为研究对象,建立了其集总参数等效电路模型。首先参照高速相机拍摄的放电图像,估测了等离子体几何尺寸与电压幅值的关系曲线,借助Matlab/Simulink软件,联立Boltzmann方程求解器,求解基尔霍夫电压方程、电子连续性方程,得到电流、电子数密度、电子温度、等离子体电阻、气隙电压、介质表面电压等等离子体特性参数随时间的变化关系,并进一步计算了电子数密度、电子温度、电阻、容抗随电流密度的变化规律。结果表明:随着电流密度的增加,电子数密度和电子温度增大,等离子体电阻和容抗则非线性减小。研究结果可供深入分析激励器放电特性、实现阻抗匹配、提高等离子体发生器效率参考。     

Ar/O2和Ar/H2O中大气压等离子体射流放电特性的比较

为了比较大气压下Ar/O2和Ar/H2O等离子体射流放电特性的区别,混入相同含量的O2和H2O,通过测量电压电流波形,Lissajous图形,发光图像,发射光谱等放电特性,研究了两种气体工作时,等离子体射流的放电特性和演变规律.计算放电功率、传输电荷、电子激发温度、分子振动温度、分子转动温度等主要放电参量后,研究了它们随外加电压幅值的变化趋势,并就趋势图和实验结果做机理分析和讨论.研究结果表明,两种气体下等离子体射流的放电形式为电晕放电、DBD以及射流形成等三个阶段,随着电压的增加,两种气体的射流长度不断增加.两种气体的发射光谱图中,产生的主要发光粒子均为OH、Ar、N2和O,气体温度在300～650K范围内,属于低温等离子体.在外加电压幅值为7～9.5kV范围内,Ar/H2O等离子体射流光谱强度要强于氩氧,通过对电子激发温度和分子转动温度的计算,发现Ar/O2和Ar/H2O的电子温度相差不大,但是Ar/H2O有更低的气体温度,更有利于处理热敏感材料.     

脉冲电源驱动多针—平板电极介质阻挡放电影响因素研究

笔者采用μs振荡脉冲电源驱动多针—平板电极,产生空气中介质阻挡放电(DBD),测量了不同条件下放电的电压电流波形,拍摄了放电发光图像,并进一步计算得到放电功率和传输电荷量等主要放电参量,研究了多针电极密度、外加电压幅值和气隙距离对多针—平板电极DBD放电特性和放电参量的影响,并结合放电机理对所得到的实验结果进行了分析....     

大气压氩等离子体射流的放电特性

为了深入地理解大气压等离子体射流放电机理和优化其放电效率,通过对大气压氩等离子体射流的电压电流波形和Lissajous图形等电气特性的测量及发射光谱和发光图像等光学特性诊断,研究了外电极距石英玻璃管口不同距离时,氩等离子体射流放电的放电特性和演变规律。计算放电功率、传输电荷量、电子激发温度、分子振动温度和分子转动温度等主要放电参量后,研究了它们随外加电压增加的变化趋势,并结合放电机理对所得实验结果进行了分析。结果表明,氩等离子体射流主要产生的粒子有OH、N2、Ar和少量的O,随着外电极位置的不同,气体温度在317～395K之间变化,为典型的低温等离子体;外电极位置影响放电模式和放电起始电压,在氩射流阶段,电子激发温度在不同外电极位置条件下相差不大。当外电极距离管口40mm时,外加电压幅值达8kV时,放电功率和传输电荷最大,放电效果和发光强度也最强,由Penning效应产生的OH谱线强度也最强,因此,用于聚合物材料表面改性等应用时,可以采用此运行参数,以达到更好处理效果。     

空气中纳秒脉冲均匀介质阻挡放电研究

大气压空气中均匀介质阻挡放电具有广泛的应用前景,实现均匀放电是介质阻挡放电应用关键之一,因而利用上升沿40ns,脉宽70ns的重复频率纳秒脉冲电源激励在大气压空气中产生介质阻挡放电,介绍了纳秒脉冲均匀介质阻挡放电的电特性和放电图像及放电发射光谱,获得了2ns曝光时间的高速摄影放电图像。发现空气中1mm气隙距离下可以实现均匀放电,气隙距离增加至4mm时放电转变为明显的丝状放电,通过观察发射光谱显示等离子体谱线主要是来自400nm以下的氮分子第二正系。结果证实了大气压空气中利用ns脉冲激励可以产生稳定介质阻挡放电,且能实现均匀放电,是典型非平衡态低温等离子体。     

介质阻挡放电等离子体射流装置的实验研究

基于介质阻挡放电的形式,设计并制作了两种等离子体射流装置:一种内电极裸露;另一种内电极覆盖有石英玻璃。笔者对两种不同电极等离子体射流装置的特性进行了测量。在中频正弦电源通入Ar的情况下,测量了放电的李萨如(Lissajous)图、放电的图像和放电的光谱图;并且分别由放电的Lissajous图和光谱图,计算得到了放电的功率和电子激发温度。实验结果表明:在外施电压保持不变的情况下,气流对于放电的功率和电子的温度几乎没有影响;通过对比两种射流装置的电学和光学特性发现,与内电极覆盖有石英玻璃的等离子体射流装置相比,内电极裸露的情况下,其放电的功率和电子激发温度均比较大。     

含空气杂质大气压氦气介质阻挡放电中彭宁电离作用

进行大气压氦气介质阻挡放电,通过测量放电起始电压和发射光谱,研究本底空气压强BAP在0.8～1000Pa时放电中彭宁电离作用的变化规律。结果发现:BAP<190Pa时,放电起始电压显著降低,N2+第一负区391.4nm谱线强度随BAP增大而增大;BAP>190Pa时,放电起始电压显著线性增大,391.4nm谱线强度随BAP增大而逐渐下降,最终几乎趋于零。He原子的各谱线强度随BAP增大而逐渐递减。探讨其物理过程为:放电起始电压的结果和发射光谱的结果均指出彭宁电离作用随BAP改变而变化;He原子各谱线强度变化是由于淬灭造成的。     

大气压微等离子体放电特性研究

通过减小电极孔径到微米量级来实现高气压甚至大气压放电的现象已成为研究热点。笔者利用不锈钢空心针作为放电阴极,不锈钢网作阳极,进行了大气压微等离子体放电实验研究。实验测量了大气压微放电的伏安特性曲线。实验发现,大气压直流微放电存在不同的放电模式:空心阴极放电和反常辉光放电,随着电流的增加,放电越来越强烈。实验研究了放电电压随压强和气体流量的变化关系。结果显示,随着体系压强的增加,电离过程增多,放电电压逐渐降低。随着流量的增加,气体流动状态由层流状态逐渐过渡到紊流状态,引起放电电压先降低后增加。     

沿面/体介质阻挡放电装置的放电及臭氧生成特性

相对于体介质阻挡放电(VDBD),沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体可以更高效地生成反应活性物质,在气体处理方面显示了较高的效率。但沿面放电仅沿介质表面发展,限制了放电等离子体装置处理气体的能力。文中设计了一种新型的沿面/体复合DBD装置,通过在垂直于沿面放电高压电极的上部增加体放电电极,用于扩展等离子体的空间分布并提高活性物质的产量,研究了电极构型、放电气隙、放电电压及气体体积流量等对装置的放电特性及臭氧生成的影响。在空气间隙为4.5mm,外加电压幅值为16kV时,SDBD放电功率为11.2W,VDBD放电功率为4.6 W,复合装置的放电功率为19.7 W;分别测量复合装置中的沿面放电和体放电功率发现,复合装置的沿面放电功较单一沿面放电装置的放电功率提高了1.1倍,而复合装置的体放电功率较单一体放电功率提高了1.9倍。臭氧测试结果表明,复合装置生成的臭氧质量浓度可达3.0 mg/L,分别是SDBD和VDBD的3.8倍和5.0倍。     

利用旋转电极形成50Hz带状介质阻挡放电的研究

为了改善介质阻挡放电分布形成工业水平均匀放电,研制了旋转电极介质阻挡放电装置,在高频和低频下形成带状放电分布。通过拍摄50Hz半个周期内放电照片,发现放电在半个周期内形成了带状轨迹。这说明在半个周期内,放电残留物随气流流动为下游放电提供初电子,有利于形成带状轨迹分布。在工频条件下,拍摄了不同转速下的放电照片,发现随着转速增加,带状区域扩大,放电分布变得更均匀。上述现象及初步计算分析说明利用电极旋转带动放电残留物与壁电荷发生相对位移改变放电分布是成功的,为下一步实现工业应用水平上的均匀放电提供了可能性。