短间隙SF_6/N_2混合气体放电的光谱实验研究

SF_6气体具有较高的温室效应,减少SF_6气体的使用量已达成共识。笔者从SF_6混合气体的角度,对短间隙SF_6/N_2混合气体完全击穿时的光谱特性开展研究。采用光谱仪测量压强0.1~0.4 MPa、电极间距2~12 mm时SF_6及SF_6/N2混合气体完全击穿时的电子温度、电子数密度等参数,从微观和宏观相结合的角度研究混合气体放电时形成等离子体通道的物理特性。研究结果表明:0.1~0.4 MPa下随着气体压强的升高SF_6气体完全击穿时的电子温度由6.06×10~4 K下降到2.67×10~4 K,电子密度由3.15×10~(17) m~(-3)增大到6.91×1017 m~(-3);0.1 MPa下随着SF_6混合比的升高混合气体完全击穿时的电子温度由N_2时的1.17×10~4 K上升到SF_6时的6.06×104 K,电子数密度由N_2时的5.94×1017 m~(-3)下降到SF_6时的3.15×10~(17) m~(-3)。     

气体电弧在不同气体介质中电子数密度的汤逊散射诊断研究

随着“双碳”政策的提出,对于环保型SF₆替代气体的探索受到了越来越广泛的关注,各类气体的绝缘特性是我们关注的一个重要参数。但是由于电弧的不稳定性,断路器中电弧放电的电子数密度很难被测量,且电弧电子数密度又是确定断路器开断成功与否的重要参数。汤逊散射作为一种等离子体的光学诊断方法,具有无需基于平衡态假设且精度较高的优点。文中利用汤逊散射的方法成功测量了,在250 A、200 V的条件下通过拉弧形成的电弧,在空气、N₂、CO₂、SF₆四种不同气体中的径向电子数密度的分布。发现在燃弧阶段,4种气体介质中电弧的径向电子数密度分布差别不大,电弧中心的电子数密度在1×10²³m^-3左右,电弧边界的电子数密度约为6.0×10²²m^-3;整体而言,SF₆的径向电子数密度要小于空气的,这与SF₆的强电负性有关。     

不均匀电场SF_6/CF_4混合气体的光谱实验研究

文中通过对SF_6/CF_4混合气体在针板电极电场条件下,采用光谱测量法分析SF_6气体含量为20%~80%、压强为0.1~0.3 MPa及电极间距在4~10 mm下的气体击穿等离子体导电通道的发射光谱。利用多谱线斜率法及Stark展宽法计算SF_6/CF_4混合气体完全击穿的等离子体通道中电子温度、电子数密度等参数,建立等离子体导电通道的电子温度、电子数密度与气体压强、电极间距的关系。研究表明:当电极间距为4 mm时,随着混合气体压强的升高等离子体电子温度下降、电子数密度上升,ρSF_6为80%时等离子体通道的电子温度由0.1 MPa时的3.72×104 K下降到0.3 MPa时的1.99×104 K,电子数密度由2.61×1017 m-3增大到5.72×1017 m-3;0.1 MPa下电极间距在4 mm时等离子体通道中电子温度随SF_6气体含量的升高而上升,电子数密度呈下降趋势;电极间距在4~10 mm时,ρSF_6为20%时0.1 MPa下等离子体通道中电子温度及电子数密度基本不变,电子温度约为2.35×104 K,电子数密度约为3.22×1017 m-3。     

大气压磁驱动滑移弧放电非平衡氩等离子体光谱特性分析

采用横向磁场驱动的滑移弧等离子体发生器,可以产生非平衡、大气压下的氩等离子体。为了研究滑移弧非平衡等离子体的特性,利用光谱仪对滑移弧氩等离子体的光谱特性进行了分析。实验结果发现,在紫外波段(波长300～400nm)与红外波段(波长745～930nm)滑移弧等离子体的谱线较强,其中在紫外波段含有大量分子谱系,在红外波段氩原子谱较强。利用N2分子谱来估算等离子体的重粒子温度,结果约为1 700K;根据实验测得的氩原子谱线强度,可获得等离子体的电子温度约为0.999eV、电子数密度约为9.4×1014 cm-3。因此,滑移弧氩等离子体基本处于非热平衡态,且处于10个2p(Paschen符号)能级上的氩原子密度分布偏离Boltzmann分布。     

沿面介质阻挡放电等离子体特性参数的仿真计算

为了深入理解沿面介质阻挡放电(SDBD)的放电机理,揭示其产生等离子体的特性参数的演化规律,基于放电的物理过程和实验结果,以非对称结构SDBD发生器为研究对象,建立了其集总参数等效电路模型。首先参照高速相机拍摄的放电图像,估测了等离子体几何尺寸与电压幅值的关系曲线,借助Matlab/Simulink软件,联立Boltzmann方程求解器,求解基尔霍夫电压方程、电子连续性方程,得到电流、电子数密度、电子温度、等离子体电阻、气隙电压、介质表面电压等等离子体特性参数随时间的变化关系,并进一步计算了电子数密度、电子温度、电阻、容抗随电流密度的变化规律。结果表明:随着电流密度的增加,电子数密度和电子温度增大,等离子体电阻和容抗则非线性减小。研究结果可供深入分析激励器放电特性、实现阻抗匹配、提高等离子体发生器效率参考。     

大气压非平衡等离子体诊断:激光散射

大气压非平衡等离子体在表面改性和杀菌消毒等领域等具有广泛的应用.为了增强对其物理机制的理解,电子数密度和温度、气体动力学温度和分子转动温度等关键参数的测量必不可少.激光散射是对这些参数进行诊断的常用技术,该文将针对大气压非平衡等离子体诊断中的激光散射诊断进行了较为详细的评述.首先对瑞利散射、汤姆逊散射和拉曼散射这3种类...     

基于OH基团二级光谱的氩大气压等离子体射流温度诊断

为了应用OH基团的二级光谱来诊断大气压等离子体射流(APPJs)的温度,首先采用线性场电极结构产生了氩大气压等离子体射流,利用增强型电荷耦合器件(ICCD)和三光栅光谱仪,拍摄了200～900nm波长范围内氩APPJs的光谱,并对光谱进行了辨认及分析,结果表明,除了氩原子的2p-1s(帕邢符号)跃迁谱线外,还存在一些分子基团的一级和二级光栅光谱,且其二级光谱的分辨率远高于一级光谱,其中OH(其相应跃迁为A2∑+→X2П)自由基尤为明显。然后选择OH(A2∑+→X2П)自由基的二级光谱诊断了OH自由基的转动温度(近似为等离子体射流的温度),并探讨了该温度随外施电压幅值、气体体积流量的变化,结果表明,在其他实验条件(如管径、电极间距和电极宽度)给定的情况下,氩APPJs的温度随外施电压幅值和气体体积流量的增大而都呈现先下降后上升的趋势,当外施电压幅值为10kV、气体体积流量为4L/min时,温度达到最小值348K。上述结果将为氩AP-PJs的参数调节及应用提供重要的帮助。     

变压器油中溶解气体光声光谱检测的温度特性

气体光声光谱检测技术能很好地应用于变压器油中溶解气体的在线监测。温度是光声光谱检测的重要影响因素之一。论文基于光声光谱技术的基本原理,利用分布反馈半导体激光器构建了一种便携式、可调谐的光声光谱装置;在分析光声池声学理论的基础上,结合实验探讨了温度对光声池池常数、谐振频率以及气体吸收系数的影响。以变压器油中主要特征气体C2H2进行实验分析,得到了乙炔气体光声信号与温度之间的关系曲线,理论及实验结果为进一步完善油中气体光声光谱在线监测系统奠定了重要基础。     

电火花点火温度瞬态响应实验研究

为了研究火花放电温度瞬态响应特性,以大能量电火花点火装置为基础,建立了火花放电温度比色测温系统,完成了10 J、100 J和1 k J级别不同电压情况下电火花放电实验,实现了比色测温系统瞬态响应时间的标定,实测得出了不同能量档位电点火过程中火花最高温度、高温持续时间和温度动态变化特性。实验结果表明:Si/Ge比色测温系统响应时间为16μs,可以满足电火花温度瞬态响应要求;对于不同能量档位点火过程,火花点火最高温度均3 000℃,增加点火能量不能显著提高电火花峰值温度,但可以明显增长高温持续时间和高温范围。火花温度瞬态响应结果可为分析电火花点火能量结构、计算有效点火能量提供依据。     

脉冲气体开关用SF6混合气体放电特性的研究

脉冲功率技术在大功率激光、Z箍缩、高功率微波和材料合成等领域均有非常广泛的应用,气体开关是脉冲功率装置中关键元件之一.为了获得开关间隙中不同气体电介质时开关工作性能、开关寿命等的变化规律,笔者针对一种典型结构的场畸变气体开关,采用工程中常用的正负充压回路方式,通过改变SF6/N2、SF6/Ar混合比、气压和电极间距等实...     

水中火花放电等离子体的电子密度光谱诊断

目前低温等离子体得到了广泛的应用,而电子密度作为等离子体的一个重要参数引起了许多研究者的兴趣。在等离子体诊断领域应用最广泛的一种方法就是光谱法,它具有无干扰,精度高,响应时间快的优点。我们通过搭建实验平台,在水中进行火花放电得到等离子体并测定放电光谱。通过对Ha(656.3nm)谱线的光谱数据进行洛伦兹拟合得到斯塔克展宽,由斯塔克展宽可以计算得到得电子密度。我们经过计算得到了在脉冲电压从6kV到10kV过程中水中放电等离子体电子密度,其数量级保持在10¹⁷cm^-3,而等离子体的温度大致在10000-16000之间。本文给出了测定水中火花放电等离子体密度算法及流程可供相关研究参考。     

纳秒脉冲等离子体合成射流的气动激励特性

等离子体合成射流是一种快速、宽频的气动激励方式,由于激励强度高、射流速度大,在超音速流动控制方面具有广阔的应用前景。等离子体合成射流气动激励特性的研究将为揭示等离子体合成射流的产生和演化机制提供必要的基础。为此,研究ns脉冲等离子体合成射流气动激励特性,在常规大气环境进行了发射光谱测试,通过对380.5nm附近的谱线进...     

气体火花开关电极的烧蚀研究

为分析气体火花开关的电极烧蚀问题 ,首先用尼康ECLIPSEME6 0 0P型显微镜实验研究了开关放电后电极表面的微观形貌和侵蚀特征 ,结果表明电极烧蚀的典型图象大致有 3种 :弧坑、突起、裂纹 ;电极烧蚀机理的定性分析表明电极表面烧蚀的图象可用热爆炸力、磁流体动力、热应力等学说解释     

SF_6-CO_2混合气体火花放电分解产物的气相色谱分析

采用气相色谱仪,利用热导检测器(TCD)与火焰光度检测器(FPD)串联检测法。定性和定量地分析了SF_6以及SF_6-空气、SF_6-CO_2、SF_6-N_2混合气体火花放电后的分解产物,并讨论了放电分解产物的形成机理。     

气体火花开关高温气体冷却的三维模拟

高温气体的冷却是影响气体火花开关重复运行的主要因素。为解决高温气体冷却研究采用一维或二维模型且不考虑气体导热系数、定压比热、粘性系数随温度变化的影响引起的计算不精确,三维数值模拟及理论分析了气体开关导通后开关通道内的高温气体冷却。结果表明,气体导热系数越大、定压比热越小、粘性系数越小、气体冷却速度越快;用得出的上述参数随温度变化的拟合公式对氮气、氢气气体开关中高温气体冷却三维模拟证明了氢气的冷却速度明显好于氮气。     

对于火花点燃试验中电容时间常数与钨丝数量关系的研究

根据GB3836.4-2000标准规定,对于电容电路的火花点燃试验,必须保证电容有充足的充电时间。研究了电容时间常数与钨丝数量的关系,能够保证电容电路火花点燃试验的有效性。