负离子在空气放电中的作用

为了正确认识负离子在空气放电中的作用,计算了包含负离子的多组分漂移-扩散方程组,得到了随时间变化的电流密度、等离子体组分浓度、体积力密度,与无负离子的情况进行对比后发现放电中产生的负离子可加快放电起动速度,但使放电稳定性降低;它导致激励器放电功率降低,同时等离子体体积力的控制能力却得到增强;最后,负离子的存在延长了正离子寿命,可增强电离程度。     

电场不均匀系数对SF6/N2混合气体负直流电晕电流脉冲特性的影响

为了研究SF6/N2混合气体负直流电晕电流脉冲特性,建立SF6/N2混合气体二维轴对称针-板几何模型,对不同电场不均匀系数下的负直流电晕放电进行了仿真计算.通过将放电过程中正离子、负离子和电子的连续性方程与泊松方程耦合,研究负电晕电流脉冲的形成机制,分析了电场不均匀系数对带电粒子变化过程和电流脉冲特征参数的影响,并通过针-板模型电晕放电实验平台验证了仿真模型的有效性.仿真结果表明,电流脉冲形成过程中,电子数密度远小于离子数密度,且正离子数密度大于负离子数密度;每个电流脉冲对应一个负离子云的形成和迁移,随着电场不均匀系数减小,由于针电极和负离子云之间的静电排斥,负电晕会呈现先偏离针尖发展、而后又向针尖回移的趋势;电流脉冲幅值整体呈增大趋势,初始电流脉冲宽度增大,脉冲上升时间和下降时间增长,同时脉冲重复率减小.     

三电极合成射流激励器电极布局与电源系统的匹配特性

为了有效增加合成射流激励器的放电强度,提高放电稳定性,使用直流电源和不同类型的触发电源,对三电极合成射流激励器的放电特性进行研究,提出了设计准则,优化了电极布局。结果表明:触发电源脉冲电压的上升时间对触发特性有重要的影响。纳秒触发源电压上升时间与击穿延迟时间相近,可促使2个放电通道同时形成,实现同时击穿;微秒触发源配合直流激励只能使2个放电通道依次形成,放电模式为依次击穿。三电极合成射流激励器的放电通道长度和稳定放电时放电通道的可调节范围由触发电源与直流电源共同决定。采用纳秒脉冲触发源和较大的直流电压激励时,可显著提高三电极合成射流激励器的最大放电间距和放电稳定性。在4 k V直流激励下微秒脉冲触发形成的最大间距为7.5 mm,而在无直流电压输入时,纳秒脉冲触发形成的最大放电间距已达10 mm。当施加-4 k V直流电压时,纳秒脉冲触发形成的最大放电间距更是达到了17.5 mm。     

窄脉冲放电粒子荷电过程分析

对脉冲流光放电粒子荷电过程进行了分析 ,脉冲流光放电状态不同于传统的直流电晕放电 ,窄脉冲流光放电电晕区可延伸到异性电极 ,区域内既有电子 ,也有正离子和负离子 ,电子能量远高于离子能量 ,正离子数量高于负离子数量。脉冲流光放电粒子荷电过程分两个阶段 ,在脉冲放电期内为电子荷电 ,脉冲期过后为离子荷电     

三电极脉冲沿面介质阻挡放电等离子体特性及除冰研究

风力发电机和飞机在低温潮湿环境下运行时存在表面覆冰问题，进而影响装备的正常工作，严重时甚至危害人身财产安全。已有文献发现两电极沿面介质阻挡放电(surface dielectric barrier discharge,SDBD)在除冰方面有潜在的应用前景，但仍存在温升小和效率低等问题。为有效提高SDBD表面温度和除冰效率，该文将一接地电极安装在高压电极同侧，构成三电极SDBD结构，研究三电极脉冲SDBD等离子体特性及除冰过程与效果。结果表明：在相同的放电条件下，与两电极脉冲SDBD相比，三电极脉冲SDBD在放电能量、表面温度、发射光谱强度和除冰效果等方面表现出更为优异的能力。在20kV脉冲电压作用下，13mm间隙的三电极SDBD比两电极SDBD的放电能量增加了约1.95倍，最高温度提高了8℃。数值模拟结果也进一步表明：通过脉冲快速加热，三电极SDBD温升范围广和热量空间分布均匀，在除冰方面有很大的潜力。研究结果可为脉冲放电等离子体除冰及相关应用提供参考。     

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。     

电极介质覆盖SF6间隙纳秒脉冲电压放电特性研究

本文引入流体力学理论的对流-扩散机制,建立以自洽流体力学模型为基础的SF_6气体电极介质覆盖下的纳秒脉冲电压下的放电数学模型。采用MacCormack二阶精度反耗散的稳定格式,既顾了计算精度、计算量和收敛速度的要求,又克服放电过程间隙参量奇异性对计算结果的影响。同时计算分析了0. 4 MPa,纳秒脉冲电压上升沿20 ns条件下,幅值分别为10、14、19和25 kV,以及幅值15和25 kV条件下的20、30和40 ns下的SF_6气体电极介质覆盖下的纳秒脉冲放电特性,以及放电过程带电粒子的运动行为与间隙电场影响机制,获得了脉冲电压幅值和上升沿对其放电过程的位移电流、传导电流以及总电流之间制约关系。研究结果对拓宽SF_6应用领域具有参考价值。     

交流和纳秒脉冲激励氦气中等离子体 射流阵列放电特性比较

为获得大气压下均匀稳定的大尺度低温等离子体射流,用交流(AC)和纳秒(ns)脉冲电源激励在氦气中产生一维射流阵列放电,比较两种电源激励射流阵列的放电均匀性、瞬时功率、平均功率和发射光谱强度等放电特性和参量,并通过拍摄气流通道的纹影图像和估算射流单元之间的库仑力作用,研究和分析射流阵列的射流单元之间的流场和电场相互作用。结果表明,采用ns脉冲电源可以有效地提高射流阵的均匀性,增加等离子体羽长度、瞬时功率和粒子谱线强度,降低平均功率。不同于AC激励射流阵列,ns脉冲激励的射流阵列中两侧的射流单元几乎不发生偏转。采用ns脉冲激励可以同时减少气体加热作用和库仑力的排斥作用,从而有效地抑制射流单元之间的流场和电学相互作用,是提高射流阵列均匀性的主要原因。     

高压纳秒脉冲气体放电中X射线探测实验研究进展

近年来通过探测高压纳秒脉冲气体放电中X射线来研究放电过程中高能电子逃逸行为,进而探索高压纳秒脉冲气体放电机理受到了国内外广泛关注。在介绍纳秒脉冲气体放电中X射线的产生及探测方法基础上,综述了国内外纳秒脉冲气体放电实验中X射线探测实验的研究进展,分析了研究中的探测装置、主要结果和影响因素及相应的解决方法,以期为探测高压纳秒脉冲气体机理提供参考。     

μs脉冲等离子体气动激励特性的实验研究

等离子体气动激励特性的测试诊断是揭示等离子体流动控制物理作用机制的重要基础。为此,主要在常规大气环境条件下,对μs脉冲等离子体气动激励特性进行电、光谱和流动特性的综合测试诊断实验研究。实验结果表明:μs脉冲放电的本质是丝状放电,在一个周期内,放电集中在正电压脉冲和负电压脉冲的上升沿;随着激励电压幅值增大,发射光谱强度增大,但表征电子温度和密度的典型谱线比变化不大;在放电的起始阶段,等离子体气动激励诱导了启动涡,启动涡随后发展成近壁面射流;激励电压和脉冲重复频率越大,等离子体气动激励诱导体积力越大;μs脉冲等离子体气动激励为非定常激励,消耗的功率比激励电压波形为连续正弦波时减小约30%,对于等离子体流动控制研究更为有益。     

棒-板电极直流负电晕放电过程中重粒子特性的仿真研究

为研究电晕放电过程中的重粒子特性,基于流体动力学模型提出了一种改进的电晕放电混合模型,该模型包含空气放电过程中最主要的6类等离子体化学反应,以及光电离作用和二次电子发射过程。基于上述模型,对棒-板电极在6 kV电压下的负电晕放电过程进行仿真,得到负电晕放电的脉冲波形;并分析了电场强度、净空间电荷密度在单次脉冲过程中随着时间和空间的变化规律,重点讨论了重粒子的组成成分及其分布特性。结果表明,在所有粒子反应中,电子和N2分子发生碰撞电离的反应速率最大,但产生的N2+密度却远小于O4+和O2+。O2-离子是负离子中数量最多的粒子,对电晕放电过程起到抑制作用。O是除N2和O2外含量最高的中性粒子;由于中性粒子在电晕放电过程中的含量较小,因此起到的作用相对较小。     

不同电极间距下纳秒脉冲表面介质阻挡放电分布特性

电极间距是表面介质阻挡放电(SDBD)的一个重要结构参数。通过实验研究和仿真计算,研究电极间距对纳秒脉冲SDBD等离子体分布特性的影响,并从理论上分析类弥散和离散通道两种等离子体分布的形成机制。实验研究表明,电极间距是造成两种典型特性及不同等离子体分布的关键结构参数。通过对放电区域外电场的仿真计算发现,不同电极间距下外电场分布形态和数值的差异,是形成两种不同等离子体分布模式的直接原因。结合气体放电基本理论,分析认为:等离子体类弥散分布是由于流注前向发展和横向激发电离同时在起作用,而离散通道分布是因为流注通道以前向发展为主、横向电离作用较弱;两种等离子体分布模式形成的根本原因在于电场随时间的增大率和随空间的减小率以及流注通道的发展速度之间的匹配。     

二维对称结构纳秒脉冲介质阻挡放电数值模拟

为具体分析放电过程中电场强度、电子密度、平均电子能量及鞘层的变化规律,通过简化化学反应动力学模型以及采用全时域漂移-扩散模型方程,对N2-O2混合气体的二维平行电极纳秒脉冲介质阻挡等离子体放电的发展演化过程进行数值模拟。计算结果发现:放电从电极处开始发展形成约化场强约为5×10-19 V?m2的强电场,高电压电极附近形成0.2 mm的鞘层区域,鞘层边缘存在数密度为1.6×1019 m-3的薄电子层,且其边缘分层结构与低气压辉光放电鞘层分层结构一致;电子沉积在介质表面,等离子体从强电场中获得的能量使得其在脉冲结束后的余辉过程中继续维持,进而有效地将能量耦合给等离子体。数值模拟结果表明,提出的简化化学反应动力学模型能够有效地模拟复杂的介质阻挡纳秒脉冲放电的物理过程及其各个物理参数的变化规律。     

负极性纳秒脉冲下变压器油预击穿特性

以针-针电极间隙变压器油为研究对象,基于场致电离机理,建立用于表述液体电介质流注预放电过程中载流子的产生及输运的偏微分方程,结合电场泊松方程,仿真研究了负极性纳秒脉冲下,变压器油预放电过程。得到了预击穿过程中电场强度和空间电荷密度随电压幅值以及脉冲上升沿时间的变化规律。研究工作和取得的结论有助于加深对变压器油中放电起始、发展过程的认识以及对液体电介质放电机制的理解。     

大气压辉光放电向弧光放电的转化特性研究

实现稳定的大气压空气辉光放电一直是一个难题,放电极易转换成电弧,且转换时间非常短。基于针-针,针-板两种电极结构,利用MAXWELL 2D仿真软件,分析电极间的电场分布;计算了氮气、氧气所需要的击穿场强,采用脉冲电源驱动,测量放电过程的转换时间。研究显示:两种电极的电场分布和场强最大值不同;放电转化时间为几十纳秒。相同外界条件下的针-板电极比针-针电极具有更大的场强最大值,空间平均场强也比针-针电极大;1 mm间距下的针-针电极击穿时间为25 ns,针-板电极为20 ns。为研究大气压脉冲放电,以及研制纳秒级脉冲功率电源提供了一个时间参数。     

激励器参数对纳秒脉冲表面滑闪放电特性影响

利用三电极激励器结构,通过纳秒脉冲叠加负直流激励方式产生表面滑闪放电。研究电极间距、阻挡介质材料及其厚度对纳秒脉冲表面滑闪放电电气及光学特性的影响,并分析基于三电极激励结构的表面介质阻挡放电模式转换规律。实验结果表明,不同电极间距下纳秒脉冲表面滑闪放电电压激发差值不同,随着电极间距增大,电压激发差值逐渐增大,而介质表面平均电场强度先增大后减小,电极间距为25mm时为最优值,能在较低的电压激发差值条件下产生较高能量。此外,表面滑闪放电在不同电极间距条件下均存在3种放电模式,随着激励器电压差值的增大,放电模式由典型表面介质阻挡放电逐渐转变为表面滑闪放电,并最终转变为火花放电。介电常数较低的阻挡介质材料沉积能量较多,而介质厚度对表面滑闪放电电压激发差值影响较小,但激励器厚度较小时消耗的功率相对较大,能量利用率较低,不利于获得大面积等离子体。     

大气压下连续脉冲流注放电演变过程的二维全局粒子模拟仿真研究

重复频率脉冲下气体放电发展与演变过程与单次脉冲下有着显著的差异,针对脉冲施加时期与脉冲间隔时期所涉及物理过程与时间尺度的差异,采取全局-粒子耦合模拟的方式,对含有氧气杂质的大气压氮气氛围下针-板电极流注放电过程进行了连续3个负纳秒脉冲的二维全局-粒子耦合仿真模拟,脉冲间隔时间为1 ms.研究发现:首个脉冲施加时期,放电...     

电极材料对脉冲放电产物一氧化氮的影响研究

用铝、黄铜、不锈钢、钼、钨和石墨等材料分别制作了相同尺寸的针、板电极,用负脉冲电弧放电装置研究了材料对放电产物NO气体体积分数的影响。实验结果显示,电极材料对NO、NO2气体体积分数和NO2/NO比值有一定影响。故用脉冲电弧放电产生医用NO气体时,可以通过对电极材料的选择与组合,来降低脉冲电弧放电过程中产生的NO2体积分数。     

基于光强分布的SDBD暴露电极形状优化实验

为了研究不同形状暴露电极下平板介质阻挡放电(surface dielectric barrier discharge,SDBD)优化结果,基于光强度与放电强度和电荷密度是正相关的原理,采用图像处理当中像素点灰度值处理办法,拟合了阶梯形、细丝形、锯齿形及长条形共4种电极形状暴露电极的平板上的光强分布。结果表明:4种暴露电极形状的放电光强均符合Gaussian分布,且电荷分布与之类似。暴露电极形状的改变对放电影响较大。相比正常的长条形电极,细丝电极放电更加剧烈,阶梯电极放电却有所减弱,锯齿电极在展向明显为非均匀放电,存在最强和最弱光强交替出现现象,且间距较为均匀。研究表明锯齿状电极和普通电极的最大不同之处在于可以诱导出三维方向上的射流;改变暴露电极形状,以弦向、展向形成尖端放电,或者电场叠加方式增加电场强度能够对SDBD起到一定的优化作用。     

不同类型电源激励下HMDSO添加比例对Ar介质阻挡放电特性的影响

绝缘材料表面湿闪、污闪会对电力系统安全带来隐患.利用低温等离子进行疏水改性,可降低水滴在绝缘材料表面的浸润程度,抑制其吸附污渍、粉尘,进而提高耐湿闪、污闪等沿面耐压能力.为此,可在放电气体中添加疏水反应媒质,在材料表面引入相应疏水性基团,提高其疏水性.该文在Ar大气压介质阻挡放电(DBD)中添加六甲基二硅醚(Hexamethyldisiloxane,HMDSO)作为疏水反应媒质,研究高频、微秒脉冲和纳秒脉冲电源激励下HMDSO添加比例对DBD光学和电气特性影响规律.结果表明,不同电源激励下DBD均呈现丝状放电模式,尤其纳秒脉冲DBD放电区域中出现明亮的放电细丝,添加HMDSO后,DBD均匀性得到改善.高频和微秒脉冲激励下,HMDSO的添加会导致放电电流减小,发射光谱强度降低,放电减弱,而纳秒脉冲激励下放电电流和发射光谱强度先增加后减小,在添加比例为1.5％时,放电电流和发射光谱最大,放电最强.采用等效电路模型计算相应的能量效率,高频DBD能量效率最低,约为20％;纳秒脉冲DBD能量效率最高,约为70％,HMDSO添加对DBD能量效率影响不明显.三种类型电源相比,纳秒脉冲电源激励下放电强度和能量效率最大,在合适的HMDSO添加比例下产生活性粒子的能力更强,可为疏水改性提供更加有利的条件.