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。     

结构及供电电源对沿面介质阻挡放电装置放电特性及臭氧生成的影响

沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体能够高效生成反应活性物质,在生物医学、环保等应用领域得到广泛研究。SDBD装置的结构和供电电源参数是影响其放电特性及反应活性物质生成的主要因素,为此,以具有螺环线形高压电极的管状沿面放电装置为对象,研究了装置结构及供电电源对其放电特性及臭氧生成的影响。结果表明:在相同的供电电压下,螺环线形高压电极的螺距、介质厚度影响电极间的电场强度和分布、放电功率和臭氧生成量,但螺环线形高压电极的线径对放电功率和臭氧生成量几乎没有影响;螺环线形高压电极的螺距存在一个优化值,在螺距低于25mm时,放电功率和臭氧产生量随着螺距的增加而增加,当螺距大于25mm时,放电功率和臭氧产生量基本不再变化;当绝缘介质管厚度由3mm减小到1.6mm时,放电功率提高约2倍,臭氧产生量提高约3倍。同采用50Hz交流电源供电相比,SDBD装置采用9.6k Hz高频电源供电时,在较低的电压下即可获得较大的放电功率及臭氧产量,且臭氧生成的能量效率提高约25%。     

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。     

电压幅值和频率对表面介质阻挡放电与气动特性的影响

相比传统流动控制技术,表面介质阻挡放电(SDBD)具有响应速度快、体积较小、控制位置灵活、成本较低等优势,具有巨大的应用前景。本文在不同电压幅值和不同频率的条件下,分别进行SDBD实验,并利用纹影技术对SDBD诱导气流进行系统的比较分析。利用像素强度积分法拟合了SDBD诱导气流的速度分布,定性分析电压幅值和电源频率对诱导气流速度的影响。实验结果表明,SDBD消耗功率与电压幅值近似呈指数关系,而与频率近似呈线性关系;随着电压幅值和频率的增大,SDBD诱导气流的长度均先增加后趋于稳定;诱导气流纵向速度分布呈先上升后下降至零的趋势,其最大速度随着电压幅值和频率的增大而增大;不同电压幅值、频率下,诱导气流速度曲线均在距介质表面0.2mm附近达到最大值,几乎不随电压幅值和频率的变化而改变。     

等离子体气动激励抑制高负荷压气机叶栅流动分离的实验研究

为揭示等离子体气动激励抑制高负荷压气机叶栅流动分离的作用效果和主要影响因素,在不同流场和激励条件下开展了等离子体流动控制的实验研究,介绍介质阻挡放电等离子体的产生原理与放电图像,利用栅后压力分布分析研究叶栅内部流场结构以及等离子体激励的变化规律和主要影响因素。结果表明：等离子体气动激励抑制附面层流动分离的作用效果随气流...     

三角翼微秒脉冲等离子体流动控制的试验研究

为改善三角翼在大迎角下的气动特性,进行了微秒脉冲表面介质阻挡放电(SDBD)激励在静止空气中的纹影试验、不同迎角下的PIV测速试验以及不同试验参数下的测力试验。试验结果表明:微秒脉冲SDBD可产生快速温升,快速温升在流场局部诱导产生压缩波;微秒脉冲SDBD激励可有效地控制低速三角翼大迎角下的流动分离,且随迎角增大,流动控制效果逐渐减弱直到消失;存在最佳激励频率,此时流动控制效果最好,当来流风速30 m/s时,最佳激励频率为80 Hz,无量纲频率为1,可将三角翼最大升力系数提高4.3%,失速迎角推迟2°;在同一迎角下,来流速度45 m/s时,流动控制效果较30 m/s时有所降低。     

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。     

基于印刷电路板的沿面型介质阻挡放电特性

沿面型介质阻挡放电(surface dielectric barrier discharge,SDBD)产生大气压低温等离子体技术在生物医学等多个领域具有广泛的应用前景。为此,设计了一种基于印刷电路板(printed circuit board,PCB)制作工艺的SDBD装置,研究了其在正弦交流电压驱动下的放电均匀性、放电模式及形态、放电功率、等离子体发射光谱等光电特性。研究结果表明:随着外施电压幅值和频率的升高,SDBD放电强度与均匀性相应增加,当电压幅值>5.2 kV时可实现宏观上稳定的均匀放电。表面放电由网状电极边沿、介质板与空气三结合点处的收缩状放电向网格内部发展为弥散状放电,外施电压正半周期内的放电强度大于负半周期,这主要是由正负放电中阻挡介质表面电荷对沿面电场抑制作用的差异造成。当SDBD施加的电压幅值在5.0～6.2 kV范围内变化时,由于电场强度和粒子间碰撞频率的增加,使得放电空间注入能量、高能电子数量以及粒子动能均增加,放电程度变强,从而使SDBD放电功率、等离子体发射光谱谱线相对强度、氮分子振动与转动温度均随着电压幅值的增加出现不同程度的升高。     

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。     

气流对沿面型介质阻挡放电特性的影响研究

针对目前国内外对沿面型介质阻挡放电及其应用的研究多集中于体积力和诱导气流的速度上,而对其应用条件下的放电特性研究不足,在空气流速0～20m/s范围内研究了气流对不同激励电压沿面型介质阻挡放电的影响,讨论了气流对放电影响的机制。通过对放电电流和放电电压的测量,分析了气流对最大放电电流、放电功率的影响;通过采集不同来流速度下的放电图像,分析了放电强度、放电均匀性及放电形态。在此基础上综合分析了气流中SDBD的物理规律,结果表明随气流速度的增大,等离子体放电强度减弱,放电变得均匀,最大放电电流和功率都逐渐减小。该研究结果对提高沿面型介质阻挡放电等离子体激励器放电强度及其流动控制能力具有一定的参考作用。     

沿面介质阻挡放电等离子体及其应用

沿面介质阻挡放电(surface dielectric barrier discharge,SDBD)等离子体产生技术由于放电空间受限制较小,结构简单,动态响应快,在空气动力学、生物医学以及环境保护等领域有着广阔的应用前景,是近年来的研究热点。为了使读者全面和深入地了解SDBD特性及其研究进展,根据国内外研究者所取得的研究成果综述了SDBD等离子体的研究现状,并对未来发展进行展望。首先介绍了目前SDBD等离子体特性常用的诊断方法,进而评述了SDBD等离子体的实验研究和数值仿真研究进展,并给出了SDBD等离子体在流动控制、风力发电以及生物医学中的应用。重点论述了沿面介质阻挡等离子体的放电特性、影响因素及其优化。结果表明SDBD应用前景广阔,未来需要建立多时间、空间尺度的参数测试与模拟方法,探讨等离子体的化学反应动力学过程,研究流速、海拔、气压、湿度等复杂的外界条件下对SDBD等离子体特性的影响,揭示其在不同领域的作用机制,提升作用效果。     

高频交流激励表面介质阻挡放电特性及其应用

高频交流电激励表面介质阻挡放电在控制流动分离方面有重要应用,电压幅值与频率是关键的因素。为此,通过改变电压幅值及频率,获得了电流、电压波形,以及放电图像。并将研究表面介质阻挡放电特性激励器应用于S1223翼型,在风洞中进行了流动控制实验。实验表明:随电压幅值的增大,电流幅值及每mm激励器消耗功率增大,放电宽度以及放电亮度增加;频率改变几乎不影响暴露电极向植入电极一侧放电,频率增大却可以降低双侧放电强度;通过在翼型表面布置表面介质阻挡放电激励器,可以达到抑制翼型流动分离,提高翼型升力系数的效果;翼型攻角在0°~4°与10°~25°下等离子体对翼型升力系数均能起到增效作用,而且表面介质阻挡放电对流动分离的控制效果与电压幅值有关,该文实验条件下7 kV时对翼型升力系数的增效最大,可达61.8%。     

纳秒脉冲电源作用下沿面介质阻挡放电等离子体激励器的特性

沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体在空气动力学、生物医学以及环境保护等领域具有广阔的应用前景。为了进一步了解激励器结构对SDBD等离子体放电特性参数的影响,采用光电联合测量手段,分析了在ns脉冲电源作用下,等离子体激励器电极的封装和对称性对放电电流、N2(C3Πu)振转温度、电子温度、电子密度等等离子体特性参数的影响。结果表明:封装有利于稳定放电,能够提高发射光谱的强度和振转温度,增加电子密度;与非对称结构等离子体激励器相比,对称结构等离子激励器放电发生的时刻较早,存在较为明显的二次放电,且具有较高的电流峰值、N2(C3Πu)振转温度、电子温度以及电子密度。当频率从200 Hz增加到1 400 Hz时,3种结构等离子体激励器放电对应的谱线强度和转动温度增加,振动温度下降,电子温度受重复频率的影响较小。研究结果有利于深入理解ns脉冲的放电机理及能量传递机理。     

锯齿形等离子体激励器纳秒脉冲放电及红外辐射温度特性

为优化表面介质阻挡放电激励器的布局形式,基于ns脉冲表面介质阻挡放电快速放热诱导压缩波进行流动控制的原理,设计了具有平面和锯齿类型高压电极的激励器。在ns脉冲电压的驱动下,研究了其放电特性和激励器表面红外辐射温度特性,并比较了3种激励器的放电能量、峰值功率、峰值电流、表面红外辐射温度。结果表明:施加同样电压时,高压电极为锯齿形的激励器具有较高的放电电流、瞬时放电功率以及放电能量;3种激励器表面温度最高处均位于高、低压电极之间的介质表面处,且锯齿形激励器表面的局部最高红外辐射温度可达88℃,高于平面形激励器的72℃。从脉冲放电能量和表面红外辐射温度的角度验证了锯齿形激励器在流动控制上具有潜在优势,可供提升流动控制效果和优化激励器参考。     

矩形扩压通道内流动控制的实验与数值研究

采用粒子成像测速技术和大涡模拟方法对带有涡旋射流的矩形扩压器分离控制的流场进行了实验和数值分析,数值计算结果与实验数据吻合良好。通过分析实验和计算得到相关截面速度和涡量分布,讨论了涡旋射流的二维涡结构;同时应用三维涡识别技术获得了射流产生各种涡旋结构的流动形态,重点研究射流流向涡结构的生成、发展等动力学演化过程。结果表明:射流剪切层涡系的结构随着时间推移从涡卷演化为了涡环;射流孔口前缘的马蹄涡系具有较强的稳定性,反向涡对具有明显的时均特性。此外还通过对比射流控制前后扩压器表面压力系数、分离区长度、扩张段流动形态及观测点功率谱分析等多种方式探讨了射流控制流动分离的控制效果,并指出射流在下游远场形成的纵向涡旋将主流流场边界层外的高能流体卷入到边界层内,增加了边界层内部的流动能量,从而延缓或抑制了流动分离。     

沿面/体介质阻挡放电装置的放电及臭氧生成特性

相对于体介质阻挡放电(VDBD),沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体可以更高效地生成反应活性物质,在气体处理方面显示了较高的效率。但沿面放电仅沿介质表面发展,限制了放电等离子体装置处理气体的能力。文中设计了一种新型的沿面/体复合DBD装置,通过在垂直于沿面放电高压电极的上部增加体放电电极,用于扩展等离子体的空间分布并提高活性物质的产量,研究了电极构型、放电气隙、放电电压及气体体积流量等对装置的放电特性及臭氧生成的影响。在空气间隙为4.5mm,外加电压幅值为16kV时,SDBD放电功率为11.2W,VDBD放电功率为4.6 W,复合装置的放电功率为19.7 W;分别测量复合装置中的沿面放电和体放电功率发现,复合装置的沿面放电功较单一沿面放电装置的放电功率提高了1.1倍,而复合装置的体放电功率较单一体放电功率提高了1.9倍。臭氧测试结果表明,复合装置生成的臭氧质量浓度可达3.0 mg/L,分别是SDBD和VDBD的3.8倍和5.0倍。     

大气压N2-O2混合气纳秒脉冲表面介质阻挡放电建模仿真

大气压N2-O2混合气ns脉冲表面介质阻挡放电(SDBD)机理是等离子体气动激励与流动耦合作用机制研究的重要内容。为此,耦合等离子体化学反应动力学方程和考虑能量的等离子体漂移-扩散方程组,建立了大气压下N2-O2混合气ns脉冲放电的2维模型。考虑15种粒子、对应的电子碰撞反应以及35个化学反应过程,得到了SDBD的伏安特性、电荷分布和能量分布。综合分析电荷及电子能量分布结果表明,高能电子撞击是产生离子的主要方式,而低能电子的累积和离子在电场驱动下的定向运动是使放电呈现非平衡的重要原因。将计算结果与实验获得的伏安特性数据、放电形态和光谱分析结果进行了比照分析,发现2者比较相符,验证了模型的可靠性。     

基于Ansoft Maxwell的空气沿面介质阻挡放电仿真与研究

对空气沿面型介质阻挡放电(Surface Dielectric Barrier Discharge,SDBD)进行了仿真与研究,主要对不同介质材料、介质厚度、激励电压、电极尺寸、电极形状对放电特性的影响进行了研究.仿真结果表明:介质阻挡材料介电常数越大,越容易获得较大的电场强度;介质阻挡层越厚,获得的电场强度越小;激励电压越大,获得的电场强度越大;电极尺寸为25 mm×25 mm时获得的电场强度大于尺寸为45 mm×45 mm、35 mm×35 mm、15 mm×15 mm的;采用圆形电极获得的电场强度大于三角形电极、八边形电极、正方形电极.这对于研究空气沿面介质阻挡放电等离子体发生装置奠定了一定基础.     

电极覆纸时流动变压器油中金属微粒局部放电特性研究

本研究建立了变压器油循环流动装置,开展了含金属微粒流动变压器油的局部放电（PD）实验,并提取PD特征参数,结合流动变压器油中金属微粒的运动行为,讨论电极覆纸情况对流动变压器油中金属微粒PD的影响机制。结果表明：相比于电极裸露的情况,电极覆盖绝缘纸时,测得的局部放电起始电压升高,放电幅值和频率降低。在双电极裸露与仅下电极...     

电极结构对多孔陶瓷孔内微放电特性及苯降解的影响

微放电可在小的空间中产生高密度等离子体,有利于气体污染物的高效处理。该文研究了电极结构及电极形状对多孔陶瓷孔内微放电特性及苯降解的影响。结果表明：在相同外加电压条件下,与二电极结构相比,三电极结构可生成更多的丝状放电通道,峰-峰电荷Qpk-pk提高了3.2倍,放电电荷Qd提高了4.4倍,放电功率从0.8W提高到8.6W,苯降解效率提高了35.1%;网高压电极结构相比于弹簧电极,能够增加有效放电面积并增强放电强度,放电功率相较于弹簧电极构型提高约4W,丝状放电通道能够充满放电空间,显著提高苯降解效率。