单次放电空气等离子体的动力学机理

为研究单次放电空气等离子体动力学机理,完善等离子体助燃理论,通过耦合组分浓度方程、能量传递方程以及Boltzmann方程建立等离子体动力学模型,分别对单次空气放电等离子体中的电子能量损失、氮粒子和氧粒子浓度的演化规律进行了研究分析。结果表明:电子能量损失主要存在于电子与氮、氧分子间的振动激发、电子态激发以及氮分子的电离等过程;随着时间的增长,氮分子振动激发态、氮原子粒子浓度先快速增加然后基本保持不变,氮分子、氮原子电子激发态、O2(b1)、氧原子以及氧原子电子激发态粒子浓度先增大后减小,而O2(a1)粒子浓度则不断增大。     

空气放电等离子体中活性粒子数浓度演化规律分析

为获得空气放电等离子体中活性粒子的演化规律,耦合了组分浓度方程和能量传递方程以及Boltzmann方程,建立了空气放电等离子体动力学模型,对空气中单次和重复放电进行了数值计算,分析了空气放电等离子体中活性粒子数浓度随电子数浓度和约化场强以及放电频率的变化趋势。结果表明,放电等离子体中的活性粒子数浓度随电子数浓度的增加而大幅增加,当电子数浓度为1.0×104cm-3时,放电产生的O原子粒子数浓度最大值约5.0×107cm-3,而当电子数浓度增加到1.0×108和1.0×1012cm-3时,O原子粒子数浓度的最大值则相应地提高到5.0×1011cm-3和5.0×1014cm-3;约化场强的提高,获得的活性粒子数浓度增加;随着驱动电压频率的增加,氧原子O的周期变化达到稳定所要经历的放电次数增加,O原子的粒子数浓度最大值随放电频率的增加而增加。     

直流激励均匀氩气等离子体羽的脉冲特性

为研究大气压氩气等离子体羽的脉冲放电特性及其放电机理,以氩气为工作气体,在大气压空气环境中,利用直流激励的等离子体喷枪产生了圆锥形均匀的等离子体羽。等离子体羽长度随气流的增大而增大,但几乎不随两电极间维持电压的变化而变化。通过对两电极间维持电压、放电电流、放电发光信号的时间演化图分析,发现尽管维持电压是恒定的,放电电流和放电发光表现为周期性的脉冲。放电脉冲频率随维持电压的增大而增大,且随两电极间距离的增大而减小。对不同位置的发光信号时间演化进行研究,表明这种脉冲等离子体羽与常见的持续模式和子弹模式不同,其放电在不同的空间位置几乎是同时产生的,但是放电的熄灭却沿远离喷嘴的方向依次推迟。     

甲烷/空气混合气体放电等离子体动力学机理分析

为研究甲烷/空气混合气体放电等离子体机理,利用建立耦合组分浓度方程和能量传递方程以及Boltzmann方程的等离子体动力学模型,分别对不同碰撞类型的电子能量损失比率、等离子体中能最传递过程以及单次放电和重复放电粒子浓度的演化规律进行了分析研究.结果表明:电子能量主要损失于电子与混合气分子的第2类、第3类碰撞过程,与第1...     

大气压射频放电中放电参数对活性粒子影响的数值模拟研究EI北大核心CSCD

大气压射频放电是人们比较关注的气体放电形式,在合适的放电条件下,其产生的低温非平衡等离子体中可以产生大量的活性粒子,如何优化与调控这些活性粒子的产生与分布是实际应用中,特别是与环境相关的应用中人们非常关心的问题。因此数值求解了描述大气压射频等离子体的流体模型,研究了放电频率、放电间隙及脉冲调制对大气压射频等离子体中活性粒子的影响。计算结果表明,在相同的功率下,过高的放电频率(>20 MHz)会抑制活性粒子的产生,而较小的放电间隙(<1 mm,即在微等离子体范围内)则有助于提高活性粒子的数密度;通过选取合适的调制频率与占空比,借助于脉冲调制的方式在大气压射频放电中可以有效的调控活性粒子的产生,并降低功率消耗。研究结果可对大气压射频放电中活性粒子的应用提供一定的理论指导。     

大气压刷形等离子体羽的放电特性

为了研究大气压刷形等离子体羽的放电特性,利用针-针直流放电系统,通过氩气的流动,在大气压空气中获得了稳定的较大体积的刷形等离子体羽,发现等离子体羽长度随电源输出功率的增大而增大。通过研究不同电源输出功率下放电电压、放电电流和发光信号相对光强的时间演化,发现了放电存在自脉冲现象,且自脉冲频率随电源输出功率增大而减小,随气体体积流量增大而增大。通过对等离子体羽发光信号进行空间分辨测量,研究了自脉冲形成机制,发现电压达到击穿电压后放电首先在电极间产生,随后电极间的等离子体沿着气流移动,且随移动距离增加而衰减,因此刷形等离子体羽即为吹出喷嘴后衰减中的等离子体。采用光谱学方法,对分子转动温度、振动温度和谱线相对光强比(I391.4/I337.1)进行了空间分辨测量,发现这些参数均沿气流方向降低。     

平板型与同轴型等离子体发生器射频大气压辉光放电特性分析

为了深入理解不同的等离子体发生器几何结构对其放电特性的影响规律,采用一维流体模型对平板型和同轴型两种不同结构等离子体发生器的放电特性进行了数值模拟研究,并对放电图像采用可见光图像处理技术进行了分析。数值模拟结果表明,平板型等离子体发生器所产生的等离子体主要参数(如电子温度和活性粒子浓度等)关于两电极中间平面对称,而同轴型等离子体发生器所产生的等离子体主要参数则呈现出非对称的分布规律,这与放电图像灰度值的空间分布规律定性一致。通过对等离子体中化学反应动力学过程的分析可知,不同结构发生器所对应的等离子体主要参数的空间分布规律依赖于不同电极结构所导致的放电区电场强度的空间分布。     

大气压氩气纳秒脉冲针—水结构气液放电特性研究北大核心CSCD

为了在提高放电等离子体活性的同时保持较为稳定的放电,文中利用纳秒脉冲电源驱动大气压氩气中针—水结构气液放电,研究了不同脉冲电压和频率下的放电电学特性、发光图像和发射光谱强度,并讨论了相关参数对放电特性的影响原因。结果表明:在氩气纳秒脉冲气液放电中,脉冲电压和频率不会对放电模式产生影响。随着脉冲电压的增大,上升沿电流、下降沿电流和平均功率均增大,且上升沿电流总是大于下降沿电流;当脉冲频率增大时,上升沿电流和平均功率增大,下降沿电流逐渐减小。等离子体特性方面,在不同脉冲电压和频率下均测到了较强的Ar(4p→4s)、H(656 nm)和O(777 nm)谱线和较弱的H(486 nm)谱线,并且4种激发态活性粒子的发射光谱强度均随着脉冲电压和频率的增大而增大。     

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。     

介质阻挡放电中氧原子的数值模拟

由于介质阻挡放电具有许多独特的性质,已被广泛地应用于等离子体化学、环境工程及材料表面处理等诸多领域。为了对其进行更好的研究与应用,笔者根据介质阻挡放电中的不同能量传递过程,建立了一个包括电子碰撞激发、离解、电离,吸附和解吸,复合以及中性粒子参与的反应等过程的N2-O2介质阻挡放电化学反应动力学模型,并通过求解Boltzmann方程,得到电子能量分布函数,进而通过计算获得了电子—分子碰撞的反应速率系数。代入速率方程,获得了系统中各组分粒子数浓度随时间的变化规律。结果表明:O、O3以及N2和O2分子激发态的粒子数浓度随时间先增加后减小,最后趋于一定值;O原子粒子数浓度受N2激发态分子的影响较大;O原子粒子数浓度随O2体积分数的降低而增加。     

氦等离子体射流子弹及活性粒子时空分布特征研究

重点研究了脉冲激励的大气压氦等离子体射流子弹及活性粒子的时空分布特征。通过电学测量和光学测量等手段,研究了不同放电参数对子弹传播特性的影响规律,并一步得到等离子体子弹中活性粒子(He、N2~+和O)的分布特征。实验结果表明:1)脉冲上升沿和下降沿各产生一次放电,其等离子体子弹呈现不同形状,这与空间电荷的作用相关;2)放电电压和放电频率对子弹传播影响较大,射流长度和子弹速度随施加电压增加而增加,但电压过高会发生湍流现象,导致射流长度减小。子弹速度同样随频率增加而增加,但在高频率下,其速度衰减更快;3)N_2~+粒子的时空分布与等离子体子弹一致,传播距离较远,He、O粒子传播距离较短,位于石英管出口附近。     

氢气/氧气混合气体等离子体放电动力学机理

针对绿色无毒推进剂航天器火箭发动机真空低温条件下点火困难等问题,提出通过放电产生非平衡等离子体,利用其活化效应改善发动机点火性能。为了研究氢、氧混合气体放电产生的活性粒子的时间演化特性,利用Bolsig+求解器计算得到不同电子碰撞反应能量损失分数随约化场强变化规律;利用ZDplaskin程序包对氢、氧混合气体放电过程进行零维仿真;研究了不同约化场强下混合气体活性粒子随时间变化规律。结果表明,不同约化场强下,氢、氧混合气体中各类电子碰撞反应消耗能量占比不同。约化场强较小的情况下,电子能量大部分被分子的碰撞激发所消耗;而约化场强较大的情况下,电子能量主要用于分子的离解与电离;约化场强大于100 Td时,放电过程电子浓度快速增大,更有利于活性粒子的生成与积累。     

正弦激励的大气压空气放电过程和作用机制

为了从机理上研究大气压介质阻挡表面放电,采用数值方法模拟了正弦激励下的放电过程,得到了随时间变化的电子浓度、离子浓度、电场、电极电流以及体积力,分析了放电电流特征,发现等离子体放电起动时的伪辉光-辉光-丝状放电模式转换过程,电子雪崩不对称-电场不对称-体积力不对称是正弦激励产生单向体积力的机理,"推-拉"机制为等离子体流动控制的作用机制,而负半周期诱导速度更大的原因在于粒子惯性延迟。最后,提出了一个初步的电势优化波形。     

10 kV电力电缆本体局放信号传播特性的实验研究与仿真分析

探究局部放电在电缆中的传播特性对于信号放电水平的测定、放电位置的定位及与环境干扰噪声的区分均有着重要的意义。以配电网10 kV电力电缆为研究对象，测量了4种放电量（2、5、10、20 nC）的放电信号在100～600 m电缆本体中传播特性，得到了放电量和幅值随传播距离的变化规律，分析了不同频率分量的局放信号随传播距离的衰减特性，最后在CST软件中对放电信号在电缆中的传播进行了仿真，验证了实验的有效性，并讨论了误差产生的原因。实验结果表明：放电信号的幅值变化呈现负指数衰减，但由于信号脉宽在不断增大，使得实际放电量衰减低于幅值衰减；放电信号中所含的频率分量将直接影响信号的波形变换从而影响幅值与放电量的衰减；对于放电信号中不同频率分量随距离传播的衰减率与频率大小线性相关。     

高氧浓度下大气压Ar/O_2脉冲介质阻挡放电频率特性数值研究

使用一维流体模型,研究了高氧浓度(1.0%~5.0%)下大气压Ar/O_2脉冲介质阻挡放电的频率(100k Hz)效应。在所考虑的氧浓度和频率范围内,计算了放电电流密度以及四种(O、O(~1D)、O~2(~1Δg)、O_3)活性氧粒子产生与消耗的主要路径及其贡献随频率的变化。结果表明,一个电压脉冲周期中均发生两次极性相反的放电,并分别发生在外施电压脉冲的上升沿和下降沿。不同氧浓度下,第一次放电与第二次放电的放电电流密度峰值均随着频率的增加先减小后增大,即存在最小值,相应的频率定义为特征频率,并获得了二特征频率随氧浓度的变化。另外,在氧浓度为3.0%时,给出了四种活性氧粒子产生与消耗的主要路径及其在不同频率下相应的贡献。     

局部热力学平衡态电弧等离子体的电导率计算研究

将精确计算的粒子配分函数和德拜理论的修正应用到Eindhoven微观电弧模型中,计算了电弧等离子体的粒子数密度;在此基础之上,分析了Sptizer模型的局限性,推导出了库伦对数的精确表达式,提出了一种新的电导率的模型;模拟计算了温度范围为400—50000K,不同压强(0.1、1和10MPa)条件下水中放电等离子的电导率变化;模拟结果表明:水中放电等离子体的电导率随温度的升高整体呈上升趋势;低温条件下,电导率随压强的增大而减小,而高温条件下,电导率随压强的增大而增大。     

辉光放电等离子体对气压变化的响应特性

当代气体动力学研究经常需要测量超高频流动现象,而目前使用的测量技术手段频响存在瓶颈。基于辉光放电等离子体原理测量气压的方法,频响由驱动电源载波频率决定,有望突破此瓶颈,进而捕捉更细致精确的非定常流动信息。在进行高频、超高频交流驱动实验之前,首先需要研究稳态气压对辉光放电等离子体的影响,即在直流驱动不同电极间隙条件下辉光放电具有的不同放电模式,以及该放电模式下辉光放电的维持电压对较宽范围不同稳态气压(0.5~1.0atm)的响应规律。实验结果表明:间隙50μm电流控制在3~4.5m A范围,探针工作在反常辉光放电模式,电压随着气压增大而单调变小;间隙250μm电流控制在2~3.5m A范围,探针工作在亚正常辉光放电模式,电压随着气压增大而单调增大;间隙190μm时探针电压几乎不随气压变化。     

大气压射频放电中放电参数对活性粒子影响的数值模拟研究

大气压射频放电是人们比较关注的气体放电形式,在合适的放电条件下,其产生的低温非平衡等离子体中可以产生大量的活性粒子,如何优化与调控这些活性粒子的产生与分布是实际应用中,特别是与环境相关的应用中人们非常关心的问题。因此数值求解了描述大气压射频等离子体的流体模型,研究了放电频率、放电间隙及脉冲调制对大气压射频等离子体中活性粒子的影响。计算结果表明,在相同的功率下,过高的放电频率(20 MHz)会抑制活性粒子的产生,而较小的放电间隙(1 mm,即在微等离子体范围内)则有助于提高活性粒子的数密度;通过选取合适的调制频率与占空比,借助于脉冲调制的方式在大气压射频放电中可以有效的调控活性粒子的产生,并降低功率消耗。研究结果可对大气压射频放电中活性粒子的应用提供一定的理论指导。     

液相放电对纤维素基水凝胶吸附重金属离子性能的影响EI北大核心CSCD

为了研究辉光放电电解等离子体(GDEP)的放电参数对所合成的纤维素基水凝胶材料吸附重金属离子性能的影响,采用不同的放电电压和放电时间制备了一系列纤维素基水凝胶材料,通过浸泡、恒温震荡、乙二胺四乙酸(EDTA)滴定实验检测了水凝胶对重金属离子的吸附能力,利用准2级动力学模型和朗缪尔(Langmuir)等温方程描述了不同放电参数下制得的水凝胶吸附重金属离子的吸附动力学。研究结果表明:不同放电电压和放电时间对纤维素基水凝胶吸附重金属离子的吸质比有较大影响;纤维素基水凝胶对重金属离子的吸质比随着p H值的增加而增大,可在60 min时间内达到吸附平衡;吸附机制为离子交换吸附,吸附动力学可用准2级动力学模型和Langmuir等温方程描述;水凝胶经过吸附-脱附8次循环后,仍有较高的吸附效率。最终得出的结论为:在放电电压为620 V、放电时间为90 s的条件下,制得的纤维素基水凝胶对重金属离子Pd2+、Cd2+和Zn2+的最大吸质比分别可达0.597、0.425和0.168。该研究结论可以为进一步拓展液相放电技术的应用领域,处理重金属离子污染的废水提供理论依据。     

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。