SDBD等离子体中正、负离子的动量传递效率

为研究表面介质阻挡放电(SDBD)等离子体体积力密度的产生机理,采用粒子图像测速技术测量了SDBD激励器的诱导射流。发现采用正极性纳秒脉冲激励时诱导射流从植入电极指向暴露电极,与一般交流激励SDBD诱导射流方向相反,说明负离子对体积力密度的产生具有重要影响。同时,数值模拟了正极性纳秒脉冲激励下SDBD放电过程,得到了正离子、负离子和电子浓度分布随时间的演化情况;计算了正离子、负离子产生的时均体积力密度,发现整个脉冲放电周期内负离子数密度一直低于正离子,其产生的体积力密度绝对值远小于正离子情况,与实验结果进行对比表明负离子动量传递效率要远高于正离子,正离子的动量传递效率应低于37.9%。电流计算结果表明,放电过程中出现了2个连续正向放电和1个反向放电。     

线点式电晕放电特性实验研究

目前,大气压非平衡等离子体及其源的研究局限于弱(电场)电离放电范畴,存在等离子体浓度低、能耗高和体积庞大等问题。为此,研究非均匀强电场下电晕放电特性及其离子运动规律,以便解决上述问题,成为当务之急。该实验以自制的线点式等离子体发生器为例,研究其在非均匀强电场下的电晕放电特性及离子运动规律,结果表明:使用细电晕极,更易使空气电离产生负离子;通过数据模拟,得出此线点式电晕放电空间,负离子浓度可达到1014～1015个/m3,且电压越高,越靠近电晕区,场强越大,离子输运率越高,负离子浓度越大。此装置比线板式放电装置在同一位置处单位体积内的离子浓度更高,更易集中获得荷电粒子。     

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。     

水蒸气添加对纳秒脉冲激励氩气DBD放电特性的影响

为了制备高能效、高活性且均匀稳定的大气压等离子体源,利用纳秒脉冲电源驱动氩气介质阻挡放电(dielectricbarrierdischarge,DBD),并添加H2O增强等离子体活性。通过电学及光学诊断方法,系统分析研究了H2O体积分数对放电特性的影响规律,并利用图像灰度标准差方法和等效电路模型方法,定量计算了放电均匀性和放电微观参量。结果表明,纳秒脉冲激励氩气DBD中H2O体积分数较低(0%～0.2%)时具有较好均匀性,当H2O体积分数升高后,其吸附电子引起空间电场畸变,产生明亮放电细丝导致放电均匀性降低,过量H2O添加会使放电熄灭;由于添加少量H2O可促进等离子体中电离过程,传输电荷、放电平均功率及能量效率随着H2O体积分数增加而增加,并在H2O体积分数为0.1%时达到极大值,之后随着H2O体积分数增加而减少。通过OH和Ar激发态粒子发射光谱强度表征等离子体活性,发现当H2O体积分数达到0.1%时,OH和Ar谱线强度达到最大,Ar激发态粒子发射光谱强度比值表明电子能量随着H2O体积分数增加而升高,在H2O体积分数为0.1%时达到最大值,之后降低。     

Ar气中1维等离子体射流阵列的实验研究

为获得大面积射流等离子体,建立了大气压Ar气中1维等离子体射流阵列产生装置。通过电压电流波形、发光图像以及发射光谱等手段诊断了其放电特性,研究了外加电压幅值、气体流速和电源频率等对射流阵列产生的影响,得到了阵列最优工作条件,并获得此条件下阵列的放电功率和传输电荷和活性粒子等参数,进而分析了放电的排斥和耦合机制。发光图像拍摄的结果表明:外加电压幅值为8.5 k V,气体体积流量为20 L/min,电源频率20 k Hz时,射流阵列等离子体喷出管口最长,各管间排斥作用和耦合作用最小,放电最强烈,此时放电功率为101.85 W,传输电荷为1 716 n C。阵列中各管间彼此存在Coulomb力和Lorentz力,出现一定偏移是这2个力综合作用的结果。     

介质阻挡放电等离子体增强引擎燃烧技术的初步研究

非平衡等离子体技术在增强引擎燃烧效率,降低废气排放方面有着巨大的应用潜力,而介质阻挡放电是获得较大体积和较均匀分布非平衡等离子体一种有效方式。为此,详细论述了非平衡等离子体对燃料或助燃气活化作用的基本原理。基于管管结构介质阻挡放电的特点,提出了增强引擎燃烧效率的非平衡等离子体发生器主体结构方案,从理论上阐明了设计方案的可行性。以此方案设计了等离子体发生器,并开展了丙烷燃烧实验,结果表明非平衡等离子体在很大程度上能够改善有机燃料的燃烧状况,使之燃烧得更加充分,有效地验证了非平衡等离子体增强燃烧技术应用于提高引擎燃烧效率的可行性。     

低气压SDBD等离子体体积力结构参数影响

采用粒子图像测速技术对7 kPa气压下表面介质阻挡放电等离子体诱导射流进行测量,根据速度场利用二维N-S方程求解得到等离子体体积力空间分布,研究了电极宽度与电极间隙对诱导体积力与速度的影响。实验结果表明:电极宽度对体积力与诱导速度影响较大。采用相对较宽的植入电极能够取得更大的体积力与诱导速度,存在最优暴露电极与植入电极宽度比以取得最佳控制效果。增大电极间隙,体积力与诱导速度先增加后下降,气流加速距离增加,并存在最优电极间隙。采用电极宽度比约0.56,电极间隙为6 mm时取得最佳控制效果。     

HMDSO含量对纳秒脉冲激励Ar/HMDSO射流放电特性的影响

通过在放电气体中添加含Si媒质可在材料表面引入含Si基团,能有效提高等离子体憎水改性效果,增强材料沿面耐压能力.该文选取六甲基二硅醚(HMDSO)为含Si媒质,采用纳秒脉冲激励在Ar/HMDSO中产生射流放电,通过电压电流波形测量等电气特性,发光图像、发射光谱及ICCD等光学特性诊断,研究了HMDSO含量对放电特性的影响,得到等离子体羽长度、放电功率、传输电荷、主要粒子谱线强度及电离波传播等参量随HMDSO含量的变化趋势,并结合放电电离反应及动态发展过程进行分析.结果表明,少量HMDSO的引入对放电有促进作用,体现在随添加含量的增加,射流体羽长度变长,注入功率和传输电荷量提高、主要粒子谱线强度增强,电离波传播速度和距离提升.这些参量在HMDSO体积分数为0.04％时达到最大值,当HMDSO体积分数大于0.04％时,放电强度开始减弱,表现在相关参量随HMDSO含量的增加而降低.HMDSO参与放电中直接电离反应及与Ar激励态反应,这两种反应的竞争是导致其对放电特性影响存在极值的原因.     

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。     

重复脉冲气液两相滑动弧的放电特性

为推广滑动弧放电在工业领域的应用,探究了重复脉冲电源作用下气液两相滑动弧放电的特性。通过实验研究,记录了放电电压电流波形及放电图像,比较了气相和气液两相滑动弧放电在不同气体体积流量下的平均放电功率、发射光谱强度及电子激发温度。实验结果表明,气相及气液两相滑动弧平均放电功率受气流体积流量的显著影响,进气体积流量在14 L/min时放电功率达到峰值;OH基团特征谱线强度和电子激发温度随气体体积流量下降;高能电子密度随气体体积流量增大而显著增强。水汽的加入降低了平均放电功率以及电子激发温度,但增加了放电区域中OH基团含量。分析表明:该研究的滑动弧放电等离子体具有较高的OH基团含量和电子能量,有利于其在工业废气处理领域的广泛应用。     

注入功率及耗能密度对离子输运率的影响

大气压非平衡等离子体的输运特性直接制约着工业电收尘和飞行器等离子体隐身的进一步发展,影响该输运特性的因素较多,包括放电区的压力、气体流速、电场强度、注入功率密度及其耗能密度等。为提高大气压非平衡等离子体输运效率,以线板形式电晕放电为手段进行电离流经放电区气体的实验,运用DLY-3型大气离子测量仪测量脱离电场约束的正负离子浓度,研究了注入功率密度及耗能密度对离子浓度输运率的影响。研究结果表明,在一定程度上随着注入功率密度、耗能密度的增加,离子浓度输运率越高.但当注入功率密度和耗能密度达到一定值时,离子输运率变化趋于平缓;同时,高风速比低风速的等离子体输运率要高出几个数量级。     

中频正弦电压下大气压氦等离子体射流的产生机理

为了探讨He大气压等离子体射流(APPJ)的产生机理,采用增强型电荷耦合元件(ICCD)分别拍摄HeAPPJ的纵截面和横截面图像发现,He在17kHz中频正弦外施电压下正负半周的APPJ图像不对称,在正半周电压下,He APPJ以空间流光的形式向石英管口传输,至石英管外转换为沿He/Air界面传输的沿面放电;而在负半周电压下,He APPJ传播较正半周下短,为一种典型的存在于He气流中的电晕放电现象。研究APPJ长度与管内介质阻挡放电(DBD)放电模式的关系发现,随着外施电压的升高,DBD放电将依次呈现出"倍周期"、"混沌"、"流光-辉光过渡"、"非对称辉光"、"对称辉光"和"辉光+丝状"等6种模式,各个模式的放电电流波形具有不同的特征,等离子体羽流长度并不是单纯地随着外施电压增大而增长的量,而是放电所产生的He激发态粒子浓度与放电对气流的扰动两方面共同作用的结果。     

大气压空气中纳秒脉冲弥散放电实验研究

为了能够在大气压下获得大面积高能量密度的低温等离子体,近年来弥散放电的研究与应用受到广泛关注。采用基于磁脉冲压缩系统的重复频率ns脉冲电源来激励大气压空气中尖板电极结构放电,通过电压电流测量和发光图像拍摄研究了弥散放电的特性。实验结果表明,在常温常压和高重复频率下能够获得大面积均匀的弥散放电,气隙距离增大或减小时,弥散放电分别向电晕放电与火花放电转换。重频ns脉冲放电存在极性效应,电极的小曲率半径处施加负脉冲时需要比正脉冲更高的电场强度才能获得弥散放电。此外,弥散放电的强度随着脉冲上升时间的增大而减弱。因此合适的气隙距离、极不均匀电场的强场处施加正极性脉冲和较陡的脉冲上升时间有利于获得较为强烈的弥散放电。     

强电场电离等离子体输运特性研究

运用连续方程和输运特性方程,对经济、军事和环境等领域急待解决的强电场电离等离子体输运问题进行了离子浓度分布的实验研究。高气压条件下强电场电离产生的离子若仅受外加电场和“雪崩”头部的本征电场作用,只会存在于放电通道中。对离子施加垂直电场方向的接近电场对离子的作用力,就能把放电通道中的离子从电场中输送出去。实验表明,有效体积仅1 cm3的等离子体源,其输运离子率可达到1012/(cm3.s)。     

Influences of gas density depletion on high‐pressure,pulsed‐glow discharge

High‐pressure, pulsed glow discharge has been studied for the excitation discharge in TEA gas lasers. Various instabilities occur in the subsequent discharge, which induce the arc and collapse for the highly repetitive operation. In this paper, the influences of the gas density depletion on the high‐pressure, pulsed glow discharge have been investigated, eliminating the other instabilities such as shock waves, residual ions, discharge products, and electrode heating. The gas density depletion was produced by utilizing a subsonic flow between the curved electrodes. The comparison has been made on the discharge occurring in the presence of the gas density depletion with that by the double‐pulse experiment in a stable gas. The big gas density nonuniformity tends to cause the arc without the shocks, ions, discharge products, and electrode heating. The transition from glow to arc discharge discontinuously occurs with respect to the gas density depletion. On the other hand, the second discharge in the double‐pulse experiment becomes an arc in much smaller gas density nonuniformity, and the transition from glow to arc occurs gradually. The arc discharge might be driven by some factors other than the gas density depletion. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 130(4): 9–16, 2000     

多针对板式负电晕放电电极间距确定

分析了针尖和针板间距与放电功率密度的关系。放电功率密度随针尖间距的增大总体呈下降趋势,但针尖间距在9～20mm间变化时放电功率密度变化不大,考虑到放电稳定性和反应器制作成本选择针尖间距为20mm。放电功率密度随针板间距的增大而下降;在中等针板间距(约20mm)下,放电具有最大可注入功率密度。     

多高压电极系统电晕放电的研究

研究了多高压电极的放电特性现象。结果表明，由于各高压电极间受电场相互屏蔽作用的影响，使电晕放电通道的光学图形发生了向电极外侧偏移，同时各高压电极间距处在一定范围内可提高电晕放电起始电压。还利用分割电极的方法测量了平面电极上的电流密度，其极大值点可相应向外侧偏移，在负极性放电时在一定条件下能产生正流注放电。     

等离子体气动激励的数值仿真

为了优化等离子体气动激励,揭示它与边界层相互作用物理机制,建立了介质阻挡表面放电的数学模型。将等离子体气动激励对流体的宏观作用,等效成体积力,通过求解电势方程和电荷密度方程得到体积力,然后将体积力与Navier-Stokes方程耦合求解,得到等离子体气动激励对流体边界层的加速效应并以此研究激励电压和频率的变化对诱导速度的影响。仿真的结果与实验结果一致,表明模型具有较高的精度,有助于认识等离子体气动激励用于流动控制的机理,为等离子体流动控制技术的应用奠定基础。     

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。