大气压液体阴极等离子体中O原子和OH自由基的特性

为更好地理解液体阴极放电等离子体的性质,建立了一种基于液体阴极放电的大气压等离子体的发生装置。测量了200~900 nm光谱范围内的发射光谱,观察到了强度较高的波长为656.8 nm的Hα谱线、波长在309 nm附近的OH(A-X)谱带、在337 nm附近的N2(C-B)谱带,以及强度较弱的波长为777.2 nm和844.6 nm的O原子谱线。并对这些激发物种的激发过程进行了说明,分析了等离子体光谱中含氧活性粒子(OH和O)的空间分布,计算了放电空间中不同位置的电子激发温度。研究表明,含氧活性粒子数目在液体阴极和金属阳极附近均有1个峰值;单一O谱线的2个峰值强度和单一峰值的2条O谱线的谱线强度均呈现交替变化的现象;OH谱线的谱线强度远大于2条O谱线,2者最大值相差2个数量级;靠近阴极区区域的电子激发温度较低,而正柱区区域的电子激发温度较高。     

大气压反常辉光放电特性

为研究大气压反常辉光放电的特性,用50 Hz交流电驱动1:500的高压变压器产生稳定的大气反常辉光放电,并利用示波器对其作了测量。维持稳态放电的典型参数为电压400~850 V,电流60~110 mA,其伏安特性曲线表明放电处于反常辉光区。当放电的原始驱动电动势取为余弦波形时,放电端电压呈方波形,放电电流呈正弦波形。对放电过程的电路分析表明,高压变压器次级线圈固有的高感抗产生的负反馈避免了放电进入弧光区,由于电路的感抗特性,余弦电动势驱动了正弦形放电电流。而等离子体电阻对放电电流的非线性响应使得放电端电压呈近似方波形。估算得到放电通道中电子平均温度和电子密度分别为2.73 eV和3.45μm-3。用热电偶测得等离子气体温度为700~900 K。该种等离子体相对于其它冷等离子体具有较高的等离子体气体温度和能量密度,更适宜于一些化学气相反应。     

大气压氩气介质阻挡放电等离子体特性变化的一维仿真

针对平行平板型大气压氩气介质阻挡放电(DBD),考虑等离子体中电子能量的贡献,建立了一维多粒子流体模型。通过对模型的求解,详细分析了频率为10 k Hz、幅值为1.5k V正弦电压驱动放电的变化过程,包括放电等离子体中各特性参数,如电子数密度、亚稳态氩原子数密度、放电间隙电位和电子温度等的时空变化过程。结果发现:放电模式从Townsend放电转变为稳定的辉光放电,在辉光放电阶段,放电间隙存在明显的阴极位降区、阴极辉区、Faraday暗区和正柱区等特征区域,且电子能量在不同的放电阶段有着不同的能量损失渠道。与此同时,探讨了固定驱动频率为10 k Hz,不同电压幅值的情况下,放电等离子体的粒子特性参数及放电模式。结果表明:电压从1.5 k V提高到3.5 k V时,最高电子温度、电子数密度、正离子数密度和亚稳态氩原子数密度均有所提高;简单分析了2.5 k V电压,不同频率下的电流波形和各种粒子在电流脉冲峰值处的空间分布,发现50 k Hz和100 k Hz的情况下,放电间隙阳极出现了阳极辉区;第一个电流脉冲峰值时刻,放电正柱区覆盖了Faraday暗区,而第二个宽电流脉冲时刻,法拉第暗区又重新出现。     

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。     

大气压氩等离子体射流的放电特性

为了深入地理解大气压等离子体射流放电机理和优化其放电效率,通过对大气压氩等离子体射流的电压电流波形和Lissajous图形等电气特性的测量及发射光谱和发光图像等光学特性诊断,研究了外电极距石英玻璃管口不同距离时,氩等离子体射流放电的放电特性和演变规律。计算放电功率、传输电荷量、电子激发温度、分子振动温度和分子转动温度等主要放电参量后,研究了它们随外加电压增加的变化趋势,并结合放电机理对所得实验结果进行了分析。结果表明,氩等离子体射流主要产生的粒子有OH、N2、Ar和少量的O,随着外电极位置的不同,气体温度在317～395K之间变化,为典型的低温等离子体;外电极位置影响放电模式和放电起始电压,在氩射流阶段,电子激发温度在不同外电极位置条件下相差不大。当外电极距离管口40mm时,外加电压幅值达8kV时,放电功率和传输电荷最大,放电效果和发光强度也最强,由Penning效应产生的OH谱线强度也最强,因此,用于聚合物材料表面改性等应用时,可以采用此运行参数,以达到更好处理效果。     

大气压介质阻挡放电三种模式的电学特征

为了解大气压介质阻挡放电3种放电模式(丝状放电、辉光放电、伪辉光放电)的电学特征,利用10~50KHZ0、~20 KV电源在平板电极结构上实现3种放电模式,并通过放电图片、电压电流曲线、电压-电荷李萨如图形对各放电模式进行诊断和电学特征阐述。试验证实3种放电模式确实存在且可在一定条件下相互转化。     

大气压下的辉光放电

综述了大气压下辉光放电的研究现状 ,介绍了产生大气压下辉光放电可能的途径 ,分析了现存的问题 ,提出了今后应加强研究的方向     

大气压Ar/H_2O等离子体射流的放电特性

为促进大气压Ar/H2O等离子体射流放电在材料表面改性、等离子体医学及环境工程等方面的应用,研究了大气压Ar/H2O等离子体射流放电模式和放电参量。测量了这种射流在不同外加电压下的电气特性、发光特性及光谱特性,并据此计算得到主要放电参量,如放电功率、传输电荷、电子激发温度、分子振动温度以及转动温度等随外加电压的变化规律。结果表明:随着外加电压的增大,大气压Ar/H2O等离子体射流放电模式可分为电晕放电、介质阻挡放电和射流放电3个阶段,并可通过电压电流波形图和发光图像进行区分。Ar/H2O等离子体射流产生的粒子主要有Ar、OH以及少量的O和N2等。随着外加电压的增大,放电功率、传输电荷及主要粒子(包括OH)的谱线强度都随着外加电压的增大而增大。当外加电压从7 kV增加到9.5 kV时,分子振动温度和转动温度随着外加电压的增大而增大,其变化范围分别为1 000~2 200 K和350~550 K。当外加电压为9.5 kV时,电子激发温度为0.646 eV。     

大气压微等离子体放电特性研究

通过减小电极孔径到微米量级来实现高气压甚至大气压放电的现象已成为研究热点。笔者利用不锈钢空心针作为放电阴极,不锈钢网作阳极,进行了大气压微等离子体放电实验研究。实验测量了大气压微放电的伏安特性曲线。实验发现,大气压直流微放电存在不同的放电模式:空心阴极放电和反常辉光放电,随着电流的增加,放电越来越强烈。实验研究了放电电压随压强和气体流量的变化关系。结果显示,随着体系压强的增加,电离过程增多,放电电压逐渐降低。随着流量的增加,气体流动状态由层流状态逐渐过渡到紊流状态,引起放电电压先降低后增加。     

等离子体表面处理与大气压下的辉光放电

与传统的方法相比,等离子体处理的高效、无毒、节能特性使得它在表面处理和灭菌消毒方面有着很好的应用前景,在上述工业领域,“经典”的大气压放电诸如电晕放电、介质阻挡放电以及电弧放电都不适用。然而,尽管低气压下的辉光放电已得到了很好的发展,大气压下辉光放电的实现还存在一些困难。目前,对大气压下辉光放电物理过程的探索集中在其物理机制、图像捕获以及大气压下空气中辉光放电的实现方面。     

用Matlab/Simulink仿真等离子体激励器电特性

为了分析产生低温等离子体的单面介质阻挡辉光放电的放电特性及其各参数对它的影响,给低温等离子体在航空流动控制领域的应用提供理论保证,基于辉光放电的唯象学理论,将等离子体放电建模成一个电压控制的非线性电流源,利用Matlab的电力系统模块库PSB建立了此系统的仿真模型;利用Matlab/Simulink仿真了该系统的等离体放电电流的暂态过程;仿真分析了控制电压对电路模型中某一个电压控制的非线性电流源产生的等离子体放电电流的影响。结果表明,仿真波形和实验波形基本一致。该模型和仿真方法有效,便于直观地分析系统性能,可实时显示各参数的变化。     

介质阻挡放电和大气压辉光放电的分析和仿真

鉴于介质阻挡放电(DBD)和大气压下的辉光放电(APGD)都是非线性变化的负载,会给放电电源的设计带来很大麻烦,分别对这两种最有工业应用前景的低温等离子体技术进行了理论分析和仿真,讨论了表征放电特性的图形,指出了随着输入电压频率f的变化,DBD微放电脉冲的幅值将增大,而气隙上的电压Ug、介质上的电压Ud和外加电压U的关系保持不变。仿真和测量结果验证了理论分析的正确性。     

大气压下气隙均匀放电提高无纺布表面亲水性

试验研究了大气压下3 mm空气间隙均匀放电(APUD)和均匀分布丝状放电(UDFD)及经它们处理后聚丙烯无纺布的表面亲水性。结果表明,在一定条件下,UDFD可转化为APUD;UDFD易烧蚀聚丙烯无纺布材料,而APUD不会;经APUD处理后无纺布上水滴的接触角可由处理前的120°变为60°。     

一种连续处理纤维材料的常压等离子体设备

常压下用等离子体来处理材料,使其表面能增强,对材料进行消毒、清洁等比真空等离子体技术有优势,为研究应用该技术,在实验室中开发了一套在常压下用空气做原料连续处理材料的等离体子体设备。试制了几种不同的电极结构,以使其产生均匀的等离子体,最后确定采用旋转轮做接地电极,铜平板做高压高频电极,耐热玻璃做绝缘介质的等离子体产生结构。试验了几种不同的绝缘材料做阻挡介质后综合考虑采用耐热玻璃做阻挡介质,并比较了产生的等离子体以及对材料的处理结果,证实经过等离子体处理之后材料的表面能大大增强。     

等离子体电流体动力激励器的建模与仿真

揭示辉光放电的电特性是进行等离子体电流体动力激励器优化设计的前提,基于PSpice软件对激励器进行了建模与仿真。采用PSpice中的数学宏模型建立了等离子体放电的模型,解决了等离子体电流体动力激励器仿真的关键问题。在此基础上,仿真了对称布局等离子体激励器的宏观电特性,仿真结果符合辉光放电的电压-电流幂律。为进一步仿真和优化激励器的参数打下了基础。