槽型空心阴极放电特性的模拟

为进一步揭示槽型空心阴极放电的放电机理,利用流体-亚稳态原子传输模型模拟研究了槽型空心阴极放电等离子体参数的时空分布特性。模拟得到了不同时刻槽型空心阴极放电中电势、电子密度、电场场强和电离速率等的分布特性。结果表明槽型空心阴极放电在不同时刻处于不同的放电模式,即初始放电阶段为Townsend放电模式,此阶段以轴向放电为主;第2阶段为放电由槽外向槽内发展阶段,此阶段电场场强由轴向向径向转换;第3阶段为形成空心阴极效应放电模式阶段,此阶段逐渐形成稳定的阴极鞘层结构;第4阶段为稳定放电阶段,放电参数不随时间发生变化。研究结果为进一步分析空心阴极放电的时间发展特性提供了参考。     

低气压氩气空心阴极放电自脉冲特性

为了进一步提高空心阴极放电的稳定性,揭示空心阴极放电自脉冲现象的形成机理,利用柱型空心阴极放电装置,在低气压氩气环境下研究了空心阴极放电的自脉冲现象。测量得到了放电的伏安特性曲线、放电发光图像、自脉冲电流和电压的时间演化特性,以及气压、电流、外部限流电阻等对自脉冲的影响。研究结果表明,自脉冲放电出现在空心阴极放电的负阻特性阶段,并具有稳定的频率(几kHz到几十kHz);自脉冲的形成时间<10μs,而衰减时间为几十μs,其频率随平均电流的增加而线性增大。此外,外部串联限流电阻对自脉冲产生范围有重要影响,随着外加电阻值的升高,能够产生自脉冲的上限平均电流升高,下限平均电流降低,但是不会对自脉冲产生机理产生影响。     

纳秒脉冲触发的阵列微空心阴极放电特性

阵列微空心阴极(MHC)是一种在同一个阴极结构上加工多个微孔形成微孔阵列,实现大面积高电子密度的放电微等离子体结构。相比直流触发模式,纳秒短脉冲触发阵列微空心阴极,可以显著地减少直流触发时的电流热负荷效应,提高放电电流和放电能量。本文利用自行研制的纳秒脉冲电源,实现对阵列微空心阴极在氩气下进行脉冲放电,研究其脉冲条件下的放电特性;其次,研究其在纳秒脉冲下多孔阵列的同步放电问题,并通过加入预触发结构,有效改善其同步特性;最后,利用光纤式发射光谱仪进行氩气下氩发射光谱测量,并对纳秒放电等离子体进行光谱诊断。     

空心阴极浪涌保护间隙放电特性的实验研究

为提高低压配电系统一级过电压防护间隙安全可靠性,设计了基于空心阴极效应的浪涌保护间隙(HC-SPG);测量了在氮气条件下HCSPG的放电电压与工作气压的关系曲线;确定了电压保护水平≤4 kV的HCSPG的工作气压范围。研究表明:在氮气环境中对于间隙距离D和孔径φ均为3 mm时,HCSPG可工作在50~5×104Pa的气压范围。随着D的增大,HCSPG的电压保护水平略有下降;在D、φ均为3 mm和气压p=600 Pa的氮气环境中,HCSPG的直流电压(上升梯度<1 kV/s)保护水平784 V,脉冲电压保护水平2.4 kV,对直流电压和1.2/50μs脉冲电压的响应时间ts分别为25.33和25.4 ns;通流容量经过10/350μs试验,单次电荷转移量Q达到48.26 C,比能量W/R达到2.14 MJ/Ω。研究结果证明了HCSPG应用于低压配电系统一级雷电防护的可行性。     

基于空心电极增强的容性耦合射频等离子体特性

为了提高容性耦合射频放电所产生的等离子体密度,在射频放电中利用空心电极结构替代平板电极,实验研究射频空心电极放电的等离子体特性。利用Langmuir探针诊断了电极间距、孔径和孔深对等离子体电子数密度的影响,并且对不同放电参数下空心电极上的自偏压进行了比较。实验结果表明:当空心电极孔径d=20 mm、电极间距L=3 cm、孔深h=3 mm、气压p为50～300 Pa时,在孔外获得的等离子体电子数密度最高,约为10¹⁷～10¹⁸m^-3。同时实验测得不同放电参数下射频空心电极上的自偏压也完全与鞘电压分布的"面积比"规律相符,即小电极处的鞘电压更高。射频振荡加热和空心阴极效应相互耦合能够产生稳定性好、电离率高、密度高的等离子体,电极几何参数和自偏压对获得高密度等离子体有着重要的影响。     

辉光放电正柱区对中空阴极放电相似性的影响

为了进一步理解中空阴极放电的相似性问题,对辉光放电正柱区是否破坏中空阴极放电的汤森相似性进行了研究.选定2组平行平板几何相似气隙(比例系数k = 2),进行氩气辉光放电实验.通过提高气压来逐渐增加正柱区的长度,发现这2个几何相似气隙的辉光放电伏安特性曲线始终重合.基于二维流体模型,数值模拟了上述实验中的辉光放电,发现这...     

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。     

电极间距对空腔阴极自脉冲放电影响的机制

为了进一步揭示空腔阴极自脉冲放电特性和机理,利用槽型空腔放电结构实验研究了阴极和阳极间距对自脉冲放电特性的影响.同时利用流体模型模拟研究了空腔阴极放电击穿阶段的微观动力学过程.结果表明,自脉冲放电过程中存在明显的负微分电阻现象,自脉冲频率随着平均电流的增加近似线性增加.阴极和阳极间距对自脉冲放电特性有一定影响.随着阴极...     

大气压脉冲调制射频氦气放电特性的数值模拟

采用脉冲调制可以有效优化大气压射频放电行为。为此利用1维流体模型,考虑了氦等离子体放电过程中主要的13个反应及6种粒子,研究了大气压脉冲调制射频氦气放电特性,并分析了调制频率、占空比对放电特性的影响以及输入电压对达到最大电子数密度所需时间的影响。结果表明:脉冲调制之后,固定调制频率时,随着占空比的减小,氦气放电的击穿电压增大;固定输入电压时,最大电子数密度所需时间与剩余电子数密度成反比。利用功率输入时间及最大电子数密度所需时间的关系,合理选择占空比及调制频率可以在满足实际应用的同时,最大地节约功率损耗;固定占空比及调制频率时存在着最优输入电压,使得最大电子数密度所需时间最短,合理选择输入电压也能使放电特性得到优化     

大气压射频辉光放电阻抗特性的实验研究

为研究大气压射频辉光放电过程中不同工作气体(氦气和氩气)对发生器等效阻抗的影响,基于等离子体的介电特性,建立了描述等离子体区域的"电阻-电容混联"等效电路模型;通过实验测量放电电压及电流,并基于等效电路模型来计算等离子体在放电过程中的电子数密度,从而得到等离子体发生器的等效阻抗。实验测量了大气压射频辉光放电的放电电压及电流,并基于等效电路模型得到了等离子体发生器的等效阻抗及放电区的电子数密度。实验结果表明:对氦气和氩气放电,在α放电模式下其电阻及电抗的绝对值均随着放电电流的增加而减小,而电子数密度则随放电电流的增大而线性增加;且在相同的放电电流条件下,氩等离子体的电阻和电容都比氦等离子体高。研究结论可作为等离子体在不同工作气体条件下放电阻抗匹配研究的参考。     

电网遭受扰动后水电机组一次调频对电网频率的影响

当系统有功不平衡时,要求并网机组都能参加一次调频,长期以来水电机组都作为最可靠的一次频率调节机组,但是往往电网中某个地区正处在大检修期间或者该地区正处在枯水期等等,这些原因限制了该地区能够投入的一次调频容量,而水电机组的死区较火电偏大,且不同水电区域存在明显的水流惯性差异。针对这些问题建立了水火电机组互联的两区域互联系统,研究电网在受到负荷扰动后的频率品质。     

静止空气中重频脉冲火花放电等离子体的气动激励特性

不同的状况下的重频脉冲(PRF)火花放电等离子体气动激励特性并不相同。为此,采用重频脉冲电源和激励器在静止空气中产生火花放电等离子体气动激励,研究了其激励特性。实验结果表明:由于重复脉冲火花放电存在快速加热,因此会瞬间产生很大的温度升和气压升,进而诱导产生冲击波;冲击波在流场中以声速传播,随后强度逐渐减弱,一定时间后衰减为弱扰动。保持脉冲重复频率不变,当激励电压绝对值增大时,注入流场的单脉冲能量和冲击波波速都随之增大。而保持激励电压不变,增大脉冲重复频率时,注入流场的单脉冲能量和冲击波波速基本不变,同时由于放电周期变短,因此上一个放电周期产生的弱扰动在下一次放电时仍然存在。     

大气压射频辉光放电电子数密度解析解及等离子体阻抗特性研究

为研究大气压射频辉光放电等离子体阻抗特性,基于射频放电的一维均匀假设模型,推导出了适用于α模式、高气压和小间隙条件下的电子数密度ne的解析解,从而可由实验测得的电压和电流幅值计算出ne;构建了描述整个放电区域的"电阻-电容混联"等效电路模型,模型参数可由ne计算得到。通过与他人数值模拟得到的ne对比,验证了该解析解的正确性。实验结果表明:放电电压和电子数密度随电流密度的增加而线性增加;鞘层厚度、准中性区的等效电容和鞘层的等效电容受电流密度变化影响不大;准中性区的等效电阻和放电间隙总等效阻抗随电流密度的增加而减小。实验结果还指出了前人工作中存在的一些问题:在小间隙时错误地忽略鞘层厚度,认为准中性区的长度就是电极间隙距离;不合理地将准中性区场强近似为0。未来工作希望进一步推导低气压或大间隙时电子数密度的解析解。     

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。     

等离子体电特性对无极灯光效的影响

在以往气体放电和电弧技术的基础上,等离子体技术得到迅速发展,照明学者为了满足节能减排对大功率照明的要求,一直致力于将无极放电等离子体应用于照明领域。高频无极放电灯是应用电感耦合等离子体技术的一种新型电光源,影响无极灯光效的因素较多,但无极灯的光效与Hg 253.7nm谱线有直接的关系,Hg253.7nm谱线的相对强度I253.7nm可以作为光效的参考量。通过测量不同放电条件研究了等离子体电特性对Hg253.7nm谱线的强度的影响,实验研究发现随频率的增加,253.7nm辐射强度先迅速增加,然后缓慢增加且趋于平稳;随放电功率的增加,253.7nm辐射强度先增加后下降;随填充气体Ar气压增加,253.7nm紫外辐射先增加后减小。该实验结果为提高无极灯功率和光效提供依据。     

导电悬浮体对管母-管母相间作业间隙操作冲击放电特性的影响

为分析变电站带电作业相间作业间隙放电特性,针对变电站带电作业实际工况,进行了变电站管母相间组合间隙(PPCG)放电试验研究,得到了相间组合间隙的操作冲击放电特性曲线。并在Rizk经验公式基础上,引入气体放电流体动力学模型,考虑流注-先导放电系统空间电荷对悬浮体电势影响,建立了带悬浮体相间组合间隙放电的物理计算模型,计算了相间组合间隙的50%放电电压,分析了相间组合间隙的放电特性。研究表明,相间组合间隙的50%放电电压的理论计算结果与试验数据的误差￡4%;变电站带电作业相间组合间隙中悬浮体距正极性管母约1.55 m(即距离负极性管母0.2 m)处为最低放电位置。因此,所提出的物理模型可用于研究变电站带电作业相间组合间隙放电特性。     

高频高压交流电源应用于介质阻挡放电特性的研究

应用电压幅值和频率都可调的高频高压交流电源研究了大气压空气中同轴介质阻挡放电的特性;介绍了该介质阻挡放电装置的工作原理后研究了电源逆变器交流侧电路工作于固有谐振频率和1/3固有谐振频率下负载电压及其频率、放电电流、谐振电流随着逆变器直流侧电压变化的规律,比较了在逆变器直流侧电压相同下的负载电压和放电电流的特点。研究结果表明,在初始放电发生前,电源的逆变电路直流侧电压线性增加,负载电压和放电电流随之增加,负载性质始终为容性;放电发生后,负载电压近似恒定,放电电流近似线性增长,负载性质为阻容性;在外加电源电压的正、负半周内,微放电电流波形不对称,分别呈“似辉光放电”和“丝状放电”的特点。     

GIS局部放电超高频电磁波的传播特性研究

SF6气体中的局部放电过程可激发产生超高频电磁波。为研究GIS中超高频电磁波的传播特性,采用时域有限差分法仿真计算GIS中超高频信号的传播特性。仿真计算表明,GIS中局部放电产生电磁波在传播过程中存在延迟现象,有利于局部放电点的定位。因GIS中存在不连续点,超高频信号在传播过程中产生衰减,通过绝缘子时平均衰减3dB,通过T型接头时最严重的支路信号平均衰减10dB,而传播过程中产生的谐振使其衰减变慢。