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。     

基于 CFDRC 的感应耦合等离子体离子数密度空间分布仿真

为研究感应耦合等离子体(ICP)沉积装置放电腔与线圈结构以及工艺参数对等离子体分布的影响,基于商业软件CFDRC中等离子体与电磁场模块建立了ICP沉积装置2维放电模型。在典型的ICP反应器中,等离子体反应主要由电子、重粒子间的碰撞来决定。利用不带电的流体模型求解分子、原子和基团等中性粒子的动量和质量守恒方程,而对离子带电粒子,考虑电场力的作用来求解动量方程;电子通量密度的计算是通过求解漂移扩散近似方程而获得的。通过此方法仿真研究了典型工艺条件下(气压0.25 Pa,功率90 W,体积流量120 L/s)等离子体离子数密度的空间分布,对比了不同功率(20、60、90、150 W)、不同抽气体积流量(60、100、140、160 L/s)条件下放电腔内ICP等离子体参数的变化规律。模拟结果表明:离子数密度随体积流量的增加而大幅度增加,随功率的增加而缓慢增加;空间离子数密度峰值出现在放电腔中心区域,随体积流量的增大而逐渐下移。     

径向放电的等离子体阴极脉冲电子束实验研究

本文研究和设计了静电聚焦型的径向放电真空电弧等离子体阴极脉冲电子束源。在分析轴向放电的真空电弧等离子体阴极稳定性的基础上,改进结构,设计了径向放电的真空电弧等离子体阴极,由于表面比较狭窄,产生真空电弧后,阴极斑点的高速移动也都位于直径小于2mm的环形阴极内表面上,从而使得电子发射效率较为稳定。并以此为发射阴极,设计径向放电结构的空心阳极等离子体阴极电子束源,该电子束源为无磁场引导的皮尔斯型电子束源,其主要由等离子体阴极和静电聚焦系统两部分组成。实验测量过程中,采用法拉第筒测量了电子束的相关参数,得到比较稳定的脉冲电子束。     

气体电弧在不同气体介质中电子数密度的汤逊散射诊断研究

随着“双碳”政策的提出,对于环保型SF₆替代气体的探索受到了越来越广泛的关注,各类气体的绝缘特性是我们关注的一个重要参数。但是由于电弧的不稳定性,断路器中电弧放电的电子数密度很难被测量,且电弧电子数密度又是确定断路器开断成功与否的重要参数。汤逊散射作为一种等离子体的光学诊断方法,具有无需基于平衡态假设且精度较高的优点。文中利用汤逊散射的方法成功测量了,在250 A、200 V的条件下通过拉弧形成的电弧,在空气、N₂、CO₂、SF₆四种不同气体中的径向电子数密度的分布。发现在燃弧阶段,4种气体介质中电弧的径向电子数密度分布差别不大,电弧中心的电子数密度在1×10²³m^-3左右,电弧边界的电子数密度约为6.0×10²²m^-3;整体而言,SF₆的径向电子数密度要小于空气的,这与SF₆的强电负性有关。     

大气压非平衡等离子体诊断:激光散射

大气压非平衡等离子体在表面改性和杀菌消毒等领域等具有广泛的应用.为了增强对其物理机制的理解,电子数密度和温度、气体动力学温度和分子转动温度等关键参数的测量必不可少.激光散射是对这些参数进行诊断的常用技术,该文将针对大气压非平衡等离子体诊断中的激光散射诊断进行了较为详细的评述.首先对瑞利散射、汤姆逊散射和拉曼散射这3种类...     

封闭式等离子体发生器设计及其放电等离子体参数分布实验研究

为满足飞行器典型部件隐身需求,针对等离子体隐身技术应用中存在的在低空开放环境下不易产生和维持的问题,设计了一种封闭式的等离子体发生器。使用μs脉冲电源,以氩气为工作气体,在低气压下进行了放电实验。利用发射光谱法,研究了电子温度和电子密度在密闭腔体内部的分布规律。等离子体电子温度变化采用Boltzmann曲线斜率法进行分析,等离子体电子密度的变化通过分析Ar 750.38nm谱线强度变化得到。实验发现:放电电压对于电子密度的影响较为强烈,而对于电子温度影响相对较小。无论从腔体X轴还是Y轴出发,都可以看出其电子温度总体上呈现下降趋势,而电子密度逐渐增加。而且由于进气口和真空泵接口的位置分布产生的气压梯度原因,2个参数的变化在X轴向上都表现得更为强烈。     

高参数机组回转式空气预热器漏风分布综合模型

回转式空气预热器是高参数大容量电站锅炉广泛采用的尾部换热设备，漏风率高是该类设备的致命缺点，降低了电厂的经济效益。文章提出了高参数机组回转式空气预热器漏风分布的综合模型，其中包含2个子模型：一个是基于压降机理建立的质量守恒和能量守恒模型；另一个是基于流体网络建立的空气预热器内部漏风分布模型。文中以某电厂300MW机组尾部换热设备为仿真对象，求解回转式空气预热器的径向、周向和轴向的漏风分布，得出轴向漏风和径向漏风可以相似化处理的结论。所以在加装径向密封装置时也应该对轴向密封加以改连，这对回转式空气预热器的状态检修和运行维护具有指导意义。     

预电离大气压低温等离子体射流及其在表面清洗中的应用

具有高化学活性的大气压放电低温等离子体射流具有潜在的应用价值。为此,介绍了一种利用预电离办法产生Ar/O2等离子体大气压低温射流及其在表面油污清洗中的应用。采用针电极放电等离子体作为预电离源,为射流介质阻挡放电(DBD)提供种子电子,使得射流DBD的击穿与维持电压得以降低,即使在氧气与氩气体积比高达6%时,也可以产生均匀稳定的放电模式。采用光纤温度传感器检测得到放电等离子体气体温度在390～440K,而Boltzmann斜率法计算得到的电子激发温度为4640K,通过示踪元素法计算得到氧原子数密度在1017 cm-3量级。将该射流应用到玻璃表面油污清洗,最大清洗速率可达0.1mm/s。所以预电离技术可以产生具有高化学活性的均匀放电的大气压低温等离子体射流,该射流在表面油污清洗中具有较高效率。     

放电参数变化对电感耦合等离子闭式等离子体空间分布特性研究

射频电感耦合等离子体(ICP)在实际放电过程中,线圈的构型、电源参数、气压等外部工质条件的变化均会对结果产生较大影响,依靠实验很难得到多外部条件对ICP参数分布的影响机理和规律,因此需要结合仿真和实验的方法进行分析.该文通过建立感性线圈的电磁学有限元模型,分析不同线圈构型下射频电磁场在等离子体内部的空间分布,研究放电参...     

基于磁力线划分的开路条形非线性永磁体分布参数模型

含有AlNiCo、FeCrCo等非线性永磁体的电磁机构,在参数设计过程中需要进行上千次的电磁吸力计算,若使用有限元等数值方法,将消耗大量计算时间,而传统等效磁路法的计算精度有限。为了解决这一问题,提出了一种永磁体分布参数模型(distributed parameter calculation model,DPM),推导其完整的数学模型及校验条件;以某牌号开路状态下条形非线性永磁单体为例,使用基于磁力线划分的建模方法,求解各分段的起始工作点及截面磁通,并对比有限元方法和实验测试数据,验证了该分布参数模型在永磁单体计算中的正确性。对比有限元法与实测结果可知,该模型具有计算速度快、计算精度较高的特点。     

水中火花放电等离子体的电子密度光谱诊断

目前低温等离子体得到了广泛的应用,而电子密度作为等离子体的一个重要参数引起了许多研究者的兴趣。在等离子体诊断领域应用最广泛的一种方法就是光谱法,它具有无干扰,精度高,响应时间快的优点。我们通过搭建实验平台,在水中进行火花放电得到等离子体并测定放电光谱。通过对Ha(656.3nm)谱线的光谱数据进行洛伦兹拟合得到斯塔克展宽,由斯塔克展宽可以计算得到得电子密度。我们经过计算得到了在脉冲电压从6kV到10kV过程中水中放电等离子体电子密度,其数量级保持在10¹⁷cm^-3,而等离子体的温度大致在10000-16000之间。本文给出了测定水中火花放电等离子体密度算法及流程可供相关研究参考。     

空气放电中电子输运参数的计算与分析

为了求解空气放电中电子的各种输运参数,详细介绍了通过Boltzmann方程计算气体放电参数的数值算法。进而分析了约化电场(E/nair)对电子能量分布函数的影响,电子扩散系数、迁移率与约化电场的关系,电离反应系数与电子平均能量的关系。仿真结果表明,随着约化电场强度不断增加,电子能量分布函数中最大比例电子数向能量增加的方向移动;电子的扩散系数和迁移率与其他研究者的实验数据基本一致,误差<10%;电子平均能量>2eV时,电离反应系数与Maxwellian分布函数的电离反应系数基本保持一致,证明该计算模型的合理性,为建立可靠的等离子体流体模型奠定良好基础。     

真空电弧电子密度分布的双探针阵列测试方法的研究

分析了等离子体中电子密度的各种诊断方法,在建立新型双探针微机测试系统的基础上,对可拆式灭弧室内真空电弧电子密度的分布进行了测试.     

双参数威布尔分布风况中基于 k值分析的能量分布研究

在风力发电场风能资源分析中,仅采用年平均风速和年平均风功率密度来判断风电场风能资源的好坏是不全面的,其无法体现风电场风能资源的能量输出能力。通过对单峰双参数威布尔分布风况中形状参数k值的研究,找出其与风速、风能频率分布及风中蕴含能量的关系,并进一步分析对于不同风力发电机组Cp值曲线,k值与总体有效风能利用率的关系,从而在风电场建设的咨询、决策、设计等阶段对风电场风能资源评估和风机预选型作出科学的指导。     

考虑配电网络综合负荷模型的参数确定

综合负荷模型(synthesis load model,SLM)考虑了配电网络的影响,可较完整地模拟负荷与配电系统,更符合实际电力系统负荷的情况。针对该模型,该文提出采用统计综合法与总体测辨法相结合的方法来确定该模型的参数。重点研究通过统计综合法获得配电网等值参数后,利用总体测辨法确定综合负荷的参数。提出只辨识重要参数的辨识策略,而将其他参数直接用其典型值代替。某电网实测参数结果表明,上述方法是有效的,所得配电网电抗与电动机定子电抗之和平稳,电动机定子电抗和负载率较平稳,电动机比例和惯性时间常数变化明显。     

最大熵法测定Co-V-La化合物的三维电子密度图

用X射线粉末衍射法对Co40V60₂xLax化合物的电子密度分布进行研究,利用里特沃尔德精修方法对粉末数据进行结构精修。根据精修结果,利用Pri ma程序对Co40V60₂xLax化合物的粉末数据进行最大熵计算,得到三维电子密度分布图。通过电子密度分布图,可以判定Co_VLa化合物中部分原子之间以共价键的形式相互作用。     

基于原对偶优化模型的配电网规划方法研究

将规划模型中的变量分为决策变量和场景参数,不同场景下场景参数的变化会导致规划方案的变化。为获得最优规划方案,采用原对偶优化理论寻找最优的决策变量和场景参数。首先,建立配电网规划的原模型获得初始规划方案;并且建立配电网规划的对偶模型,根据原对偶问题的强对偶性,进行经济性与可靠性的量化分析。其次,通过场景参数的灵敏度分析结果,修改初始规划方案中的场景参数以协调可靠性与经济性,获得最优的规划方案。最后,采用某地区网格规划作为算例,验证了所提方法可在较少的计算次数中有效地改善规划的可靠性和经济性。     

微波硫等离子体光谱能量分布曲线的计算

本文在理论模拟计算微波硫灯辐射的光谱能量分布时,使用了Voigt轮廓对Korber进行光谱能量分布模拟时所使用的矩形谱线轮廓进行了修正,较好地解决了大于630nm的长波光谱缺失等问题,并通过对谱线半值宽度量级的计算和Doppler放宽效应、压力放宽效应与Voigt轮廓模拟结果的比对,得出了压力放宽在微波硫等离子体辐射放宽中占主导地位的结论,从而从理论上通过模拟方法计算,为气体放电光源寻找适宜的发光物质得到一条可行途径.