开放式微波等离子体源的研究进展

微波等离子体由于无电极污染、能在大气压下产生及电子密度大等一系列优点而具有较好的工业应用前景.因此大气压下开放式微波等离子体源的研究已经成为实现相关工业应用价值的关键.从最初的能够激发低气压空气微波等离子体的APMPS-Ⅰ型微波等离子体源的研究开始,逐步通过增加某些辅助设备或改进微波反应腔的尺寸和结构,历经APMPS+...     

基于圆柱形谐振腔的高气压微波等离子体发生装置的电磁特性

为了便捷、直观、定量地认识微波等离子体发生装置的电磁特性,在提出一种基于圆柱形谐振腔的新型高气压微波等离子体发生装置的基础上,利用电磁场数值计算软件HFSS对特定结构尺寸下的圆柱形谐振腔及其耦合装置进行了仿真分析,计算了TM010型振荡模式下的品质因数、谐振频率、反射损耗、端口阻抗、最大电场强度等特性参数,分析了阻抗匹配情况及电场分布特点,并对电场分布的仿真结果和约5p0(p0=101.325kPa)气压工作条件下的实验观测结果进行了比较。结果表明,提出的新型高气压微波等离子体发生装置的设计方案是可行的,能够以小于1kW的微波入射功率在高气压下在一定的微波频率范围内激发微波等离子体。     

氩气辅助激发大气压微波冷等离子体射流的研究

微波同轴谐振器已被广泛用作大气压等离子体射流的发生装置,其产生的等离子体射流已用于生物医学、材料表面处理等众多领域,大气压条件下微波放电等离子体源的功率阈值是影响其能否广泛应用的关键问题。文中设计的微波等离子体射流源工作频率2.6 GHz,回波损耗13.99 dB,工作气体为Ar气,大气压条件下产生紫色的丝状射流,击穿功率41.1 dBm(12.9 W),维持功率仅20 dBm(0.1 W)。结合实验观察和ANSYS Fluent流体力学仿真方法探究了等离子体射流长度与气体体积流量、输入功率的关系,发现层流状态下射流长度随气体体积流量增大而伸长,湍流状态下则反之,但不同气体体积流量下射流长度均随着输入功率单调增大。同时,实验发现关断Ar气后等离子体并未熄灭,而是诱发了同轴尖端附近位置的空气等离子体维持状态。在此基础上提出以Ar气或He气为先导气体,将其电离击穿后辅助激发难电离气体产生冷等离子体射流,在不需要提供高微波功率条件下实现了CO₂、N₂、O₂等冷等离子体射流。     

微波脉冲与带缝嵌套腔体耦合的研究

为了解带缝腔体内耦合场分布特性,利用时域有限差分方法对微波脉冲与带缝嵌套矩形腔体系统(系统1)和带缝嵌套圆柱形腔体系统(系统2)的耦合过程进行了数值计算。计算表明两系统的外、内孔缝附近均存在场增强现象;两系统耦合过程存在相同的外孔缝耦合主脉冲、外孔缝场增强因子和脉宽展开现象,其内部腔体(Q2)中心点耦合场强峰值接近相等。相比各自的外部腔体(Q1)以及相同入射脉冲下的孔缝、同体积单层腔体内的耦合场强,两嵌套腔体的Q2内耦合场要弱。对两个系统的共振峰、共振频率点以及最大耦合函数曲线的研究结果表明,系统2在耦合过程中的腔体调制现象更明显,且在两种系统中,内孔缝使Q2内耦合波基于Q1内耦合波平均衰减约10 dB。     

微波等离子体炬反应区的冷模测量与仿真

为了分析波导反应腔调谐参数以及微波源频率对等离子体反应区电场强度的影响,对2.45 GHz微波等离子体炬(MPT)的反应区进行了冷模测量实验,与专业高频电磁仿真软件(CST)电磁仿真进行对比,并通过热测实验验证。研究结果表明:冷模实验与仿真得到的各参数对反应区电场强度的影响规律相符,调谐最优值存在一定的偏差;该装置的能量辐射主要以磁耦合为主;在调谐圆柱总高度为45.21～50.04 mm时,反应区的电场强度较大;远离辐射孔时,微波能量迅速衰减。采用冷模实验得到的最优调谐参数,该波导装置在0.8～2.0 kW微波功率下成功激发开放稳定的氩气、氦气、氮气、空气等离子体炬。作为一种测量微波能量分布的方法,冷模实验可准确、有效地为大功率热测实验提供最优调谐参数。     

正极性直流驱动大气压氦气等离子体射流的传播机制：氦气–空气混合层的影响

氦气等离子体射流在生物医学、材料处理等诸多领域具备广阔的应用前景。该文通过二维等离子体流体仿真模型,研究正极性直流驱动等离子体射流阴极导向传播的物理机制,并进一步探讨氦气–空气混合层以及放电通道内混合少量空气杂质对放电的影响。仿真结果与实验观测结果较好地吻合,并进一步表明:氦气–空气混合层内电子能量分布导致的电子碰撞电离速率变化是形成阴极导向流柱和空心截面电离波结构的本质原因;潘宁电离能够促进放电,但是对形成流柱和电离波结构不具有决定性影响;放电核心通道内少量的N_2/O_2杂质对放电存在通过潘宁电离促进放电,以及通过分子激发耗散能量和O_2吸附电子抑制放电这两种竞争性作用。     

显示器

微波等离体源【专利】／瓦里安公司／／CN1618260A。一种用于光谱仪的等离子体源包括等离子体焰炬，它被放置在波导管或谐振腔内，微波电磁场的电场分量和磁场分量两者由于激发等离子体。这产生了等离子体，它通常具有椭圆剖面，样品被相对方便地注入其中但它仍旧提供等离子体与样品之间的良好热耦合。     

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。     

高次模传输线法分析有孔双层屏蔽腔体屏蔽效能

采用考虑了腔内高次模的传输线方法分析了有孔屏蔽腔体的屏蔽效能,与时域有限差分法(FDTD)结果的比较证明了它的有效性。把该方法扩展到双层屏蔽腔内电场的屏蔽系数的计算,它与单层屏蔽腔内屏蔽系数的比较表明:采用双层屏蔽使得腔体的屏蔽效能大为提高。进一步把单个孔缝推广为具有一定隔距、相同形状且轴对称分布的孔缝阵列,结果表明:在单层屏蔽腔体中,保持孔缝总面积不变时,随着孔阵中孔缝数量的递增,单层屏蔽腔体的屏蔽效能逐步的提高;把屏蔽腔体的单层孔阵改进为双层孔阵后,腔体的屏蔽效能随孔缝数量递增时的提高幅度,整体上比单层孔阵时的提高幅度要大。因此,把单层屏蔽改进为双层屏蔽,或者保持孔缝总面积不变时增加孔缝数量都可以有效地提高屏蔽效能。     

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。