大气压放电氦气等离子体射流特性

为研究大气压下不同氦气等离子体射流结构的电特性及其射流影响因素,对外表面双电极、针-环电极、单电极结构下的大气压放电氦气等离子体射流特性进行了实验分析。分别观测、对比了不同实验条件,如电极位置、电极尺寸、外加电压和气体体积流量等,对等离子体射流的影响。结果表明:外表面双电极和针-环电极结构均可实现稳定的多脉冲放电;处于层流状态时,3种结构下等离子体射流长度均随着电压的升高而变长;当针-环电极结构的接地电极远离喷口,或是单电极结构的高压电极远离喷口时,射流长度均会缩短;外表面双电极和单电极结构中,高压电极宽度的增大会使射流长度变长,但针-环结构中电极宽度增大反而会导致射流长度缩短;针-环电极结构的伏安曲线、功率特性曲线均比外表面双电极结构的对应曲线"陡",且针-环电极结构的放电功率相对较高。     

基于锥形管的环-板电极结构大气压等离子体射流特性

为了研究锥形管对Ar大气压等离子体射流的影响,在环–板电极结构的基础上,采用锥形石英玻璃管作为等离子体射流反应器,并引入了悬浮电极,对其进行了实验研究。通过大气压氩等离子体射流的电气特性的测量和光学特性的诊断,包括拍摄发光图像,测量射流的电压–电流波形和发射光谱,然后计算获得平均放电功率和电子激发温度,研究了当采用不同形状的玻璃管时,Ar等离子体射流的放电特性和演变规律,并结合气体流场仿真与电场仿真对所得的实验结果进行了分析。结果表明:与传统的直管电极结构相比,引入悬浮电极的基于锥形管的环–板电极结构产生的等离子体射流的放电电流有效值、放电功率以及电子激发温度均有所提高;利用锥形管可以使管中Ar气流在出口处的流速更快,且速度分布更为均匀,使得Ar气流可以更为平稳的向前扩展;同时在管口附近形成Ar含量较大的气体氛围,更有利于放电的发展;在环板电极结构中引入悬浮电极,加强了高压电极与悬浮电极间的电场,更易使流过电场中的气体电离,并且使能量集中在射流产生通道,提高了能量利用率。     

He二维射流阵列放电模式转换条件实验

为获得高强度和大面积大气压下等离子体射流,利用类蜂巢状电极结构,在大气压He中获得了两种不同模式的二维射流阵列放电,比较了它们的放电特性,并研究了气流速度、射流单元之间距离和外加电压幅值等参数对射流阵列模式转换的影响。结果表明,He中射流阵列在一定条件下会出现具有较高放电强度的强耦合模式和具有较大放电面积的均匀模式两种放电模式,相同的外加电压幅值下,强耦合模式阵列的放电功率、传输电荷和主要粒子谱线强度均高于均匀模式。射流单元之间距离和气体流速是影响射流阵列模式转换的主要决定因素,外加电压的变化只会影响到放电强度而不会影响到射流阵列的放电模式。射流单元之间距离为0.2mm,流速小于5L/min时,放电模式为强耦合模式;流速大于5L/min放电转换到均匀模式;当射流单元之间的距离超过0.4mm时,放电只出现均匀模式。     

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。     

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。     

大尺度大气压均匀介质阻挡放电等离子体射流的生成特性研究

搭建了一种能够生成大尺度大气压氮气均匀介质阻挡放电等离子体射流的电极结构实验装置。利用电场仿真软件和流体仿真软件研究了该电极结构的电场分布和流场分布;通过实验,分别对放电特性和射流特性进行研究。结果表明：采用厚度不均匀的阻挡介质,有利于在放电间隙中形成产生起始放电的亚毫米间隙,有利于沿电子崩的发展方向形成产生均匀放电的先大后小的电场分布,进而在大气压氮气或空气中实现较大区域的均匀介质阻挡放电。在实验中,利用气流的作用,在大气压氮气中实现了长10 mm、宽15 mm的大尺度等离子体射流。     

基于Marx电路的全固态纳秒脉冲等离子体射流装置的研制

研制一套具有快边沿纳秒脉冲等离子体射流装置。该装置由基于Marx电路的并带有尾切开关的全固态纳秒脉冲发生器和具有针环电极结构的等离子体射流装置组成。其中,纳秒脉冲源主要由直流电源、控制电路和主电路组成,主电路为10级模块化设计的Marx电路,使用MOSFET作为主开关和尾切开关;控制电路产生同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后同步驱动MOSFET工作。输出纳秒脉冲电压参数为:幅值0~8k V可调,脉宽100~1 000ns,重复频率1Hz~1k Hz,上升沿30ns左右,下降沿50ns以内。等离子体射流装置使用氩气作为工作气体,其结构为针-环电极结构。搭建等离子体射流实验平台,并能够产生稳定的等离子体,为进一步探索大气压等离子射流的应用奠定了基础。     

大气氛围中氩气等离子体射流的数值模拟

为了分析大气压空气环境中氩气等离子体射流的特性,建立了二维轴对称的等离子体射流喷射模型;考虑待处理材料对等离子体射流的影响,利用Jets＆Poudres软件耦合求解了等离子体射流的可压缩N—s方程、能量方程以及K-e湍流方程;采用自由边界条件来处理射流等离子体的外边界条件,分析了射流等离子体的温度、速度以及所含空气组分...     

双环电极大气压氦气等离子体射流的特性及其影响因素

大气压等离子体射流(APPJ)具有极强的应用前景,近年来在国际上引起了重大关注,成为气体放电领域的重要研究课题。为了进一步掌握其射流特性及影响因素,设计并制作了外表面双环电极氦气等离子体射流装置,通过实验研究了电极宽度、电极与喷口距离对射流功率及射流长度的影响,并在实验的基础上,分析了放电的发展过程以及各现象的物理机理。实验结果表明:随着外加电压的不断升高,APPJ半周期内的放电电流脉冲个数从1个逐步升至2个、3个,随后放电电流出现不规则丝状,直至2个电极间沿外表面击穿;增大高压电极的宽度或缩短高压电极离喷口的距离,都有利于APPJ放电功率的提升;2个电极间距越大、高压电极离喷口越远,最大射流长度越长,而初始的射流长度由高压电极宽度决定;随着氦气流量的增加,APPJ的射流长度先增长,然后下降,最终趋于平稳,在射流长度的下降阶段会出现长度多波峰现象。     

大气压He中2维射流阵列放电特性的影响因素

为获得大气压大面积射流低温等离子体,在大气压He中产生稳定的2维射流阵列放电,并通过发光图像、电压电流波形、Lissajous图研究其发光特性和电气特性。在此基础上,研究了电极结构、电压幅值、气体体积流量对2维射流阵列放电特性和均匀性以及射流长度、放电功率和传输电荷等关键放电参数的影响。结果表明:针–环和针–环–板结构的射流阵列在一定条件下都能产生均匀、稳定的等离子体射流阵列。电压幅值的增加对放电均匀性影响不大,但能有效提高射流阵列的放电功率和射流长度,从而提高射流阵列放电强度;气体体积流量对放电强度影响较小,但对放电均匀性影响较大,因此增大气体体积流量可以提高放电均匀性;电极结构对放电功率和传输电荷影响较少,在电压幅值、气体体积流量较小的情况下,板电极的引入有助于获得更长的射流。     

Measurement method of plasma current and density in atmospheric pressure plasma jet

We present a measurement method of the plasma current and density in an atmospheric‐pressure plasma generated using a quartz tube, helium gas, and copper foil electrode by applying a high RF voltage. The plasma in the form of a bullet is released as a plume or jet into the atmosphere. To study the characteristics of the atmospheric‐pressure plasma, the plasma current is measured using a current probe, and the drift velocity of plasma plume is measured using a photodetector. The current of the plasma plume is estimated by subtracting the ground line current from the power line current in the circuit. The density of plasma plume n is estimated from the plasma plume current I and the drift velocity v as I = envS, where S is the cross section of plasma plume. The density of the released plasma into the atmosphere is estimated as ∼10¹⁸ m⁻³ by the method. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Relation between plasma plume charge and length in atmospheric pressure plasma

We present atmospheric pressure plasma generated using a quartz tube, helium gas, and copper foil electrode by applying a radio frequency high voltage. The atmospheric pressure plasma in the form of a bullet is released as a plume into the atmosphere. To study the formation of the plasma plume, the dependences of the plasma plume charge and the plasma plume length on the gas flow rate are examined. In a quartz tube with inner diameter 1.5 mm, which has more helium than air in the cross section of the flow channel, the distributions of the length and charge on the gas flow rate show similar tendencies. Consequently, when more helium gas is present than air, the travel length of the plasma plume correlates with the plasma plume charge. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

等离子体射流的推进机理

作为一种应用前景广阔的新兴等离子体源,大气压下非平衡等离子体射流在近10年的研究中取得了很大进展。为了更有效地利用等离子体射流,人们对其物理机理展开了深入研究,其中等离子体射流的传播机理尤其令人关注。一般认为等离子体射流的传播是受电场驱动的,但是最新的研究表明还存在另外一种驱动方式,即流体驱动。分别对以上两种驱动方式下射流传播的特点和影响因素进行了概述,并对电场驱动等离子体射流传播的空间特性、时间特性、极性效应,以及光电离的作用进行了讨论。流体驱动的等离子体射流与电场驱动的等离子体射流有着完全不同的传播过程,这种射流的传播是通过气流驱动的,具有推进速度相对较低,对电场不敏感等特性。最后,该文对大气压非平衡等离子体射流的传播机理中尚未解决的问题,以及未来的研究方向作了展望。     

等离子体环境中电磁兼容

文中力求通过实验研究与理论结合的方法，分析在等离子体环境中传播的电磁波与等离子体的相互作用。并设计加工实验装置以验证上述分析结果。     

等离子体射流及其医学应用

由于大气压非平衡等离子体射流装置能够在开放空间、而不是如传统放电仅在放电间隙内产生等离子体,这个显著优点对于许多应用,特别是近几年来兴起的等离子体医学方面的应用是至关重要的。为此,首先对大气压非平衡等离子体射流（N-APPJ）的研究现状进行阐述,结合作者课题组所作的研究,以及国内外其他研究者的成果,分别介绍几种以惰性气...     

等离子点火技术在福泉电厂的应用

详细介绍了贵州省首台600MW超临界机组福泉电厂2号机等离子点火技术的应用,并对贵州省较少使用的等离子无油点火技术要点进行总结,分析该系统的优势极其技术难点。     

等离子体点燃煤粉的热物理分析

电厂锅炉启停及低负荷稳燃过程中需消耗大量燃油，DLZ-200型等离子点火装置可以用等离子体直接点燃煤粉，节约燃油。综述了等离子体点燃煤粉的机理：其高温热化学作用可以生成低着火点的双组分燃料，再造挥发分，提高燃料的反应度，强化煤粉混合物的燃烧，等离子体中的活性原子可降低燃料的着火温度，加速热化学转换，促使燃料燃尽。等离子点火装置能够以较低的等离子点火功率点燃较大热功率的煤粉燃烧器。     

Numerical performance simulation of frozen helium plasma disk MHD generator

MHD electrical power generation with frozen helium plasma (FHP) is examined numerically. The FHP can be initiated by preionized helium without the alkali metal seed at the generator inlet. Since the three‐body recombination coefficient of helium ions is low at electron temperatures above 5000 K, the ionization degree can be kept almost constant in the entire region of the generator channel. The r?θ two‐dimensional numerical results show that the performance of the FHP MHD generator is comparable to that of the seeded plasma MHD generator, if the additional power consumed to preionization is ignored. In the FHP MHD generator, the ionization degree at the inlet should be controlled precisely, as well as the seed fraction in the seeded plasma MHD generator. Under an adequate inlet ionization degree for sustaining the FHP plasma, the plasma maintains the uniform structure. On the other hand, a slightly excess ionization degree causes a strong Lorentz force in the upstream region of the generator, deteriorating the generator performance. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 140(3): 26–33, 2002; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10030     

Application of Magnetized Coaxial Plasma Guns for Simulation of Transient High Heat Loads on ITER Divertor

The magnetized coaxial plasma gun (MCPG) was investigated to seek possibilities of its application for a transient high heat testing to the ITER divertor surfaces. The experimental results showed that the MCPG could generate the hydrogen plasma stream with the ion energy of 50 eV, the peak energy density of 0.7 MJ/m² and the discharge duration of ∼0.05 ms. This capability is enough powerful to melt tungsten materials. Vaporization of a thin surface layer and a cloud of dense vapor plasma in front of the carbon calorimeter were observed by spectroscopic measurements. © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Development of railgun accelerator at the institute of space and astronautical science (ISAS)

This paper describes the current status of the development of electromagnetic launchers such as the railgun at ISAS. The railgun is the most improved accelerator of Electromagnetic Launchers (EML). EML offers a potential for accelerating a projectile to much greater velocities than achieved with conventional powder guns or light gas guns. However, there has been little progress in increasing the velocity of EMLs since the experiment by Rashleigh and Marshall. A few experiments have been reported achieving velocities greater than 6km/s. The authors have achieved velocities greater than 6 km/s by reducing plasma leakage which is one of the factors limiting velocity. In this paper a 6 km/s launch is reported, compared with the results of two other shots considered from the viewpoint of plasma leakage, and the effect of entrainment of eroded material into the armature by rail ablation was discussed on the basis of simulated numerical calculations.