大气压低温等离子体射流器件层流特性的模拟研究

为分析大气压低温等离子体射流的特性,本文建立射流器件二维轴对称模型,利用Comsol软件对层流状态下等离子体射流的连续性方程、N-S方程和对流扩散方程进行耦合求解,分析了不同气体流速、喷口直径及工作气体条件下,喷射气流在空气中的轴向(z)和径向(r)摩尔分数分布,并研究了流速、喷口直径和工作气体对射流特性的影响。模拟结果表明,在层流状态下,可以用He与空气混合的摩尔分数为0.99时的轴向传播长度去估测射流传播的长度,该长度与入射气体流速、喷口直径的平方呈线性关系,即与气体体积流量呈正比,模拟结果与文献中实验结果一致;相同条件下,He、Ne、Ar三种工作气体在轴向上的摩尔分数分布依次增大,它们与空气混合的摩尔分数为0.99时的轴向传播长度依次增加,可推测同等条件下Ar气的射流长度最长。     

正弦高压驱动的氩等离子体射流长度和温度特性的研究

大气压低温等离子体射流的长度和温度是射流的两个重要的参数,本文利用10kHz的正弦高压驱动在大气环境中产生了稳定的Ar等离子体射流,并对射流的长度特性和温度特性进行了研究。研究发现射流的长度随着外加电压的增加而增加,随着气流速率的增加先增加,到达一定值后又逐渐减小。利用光纤温度计和光谱仪测量并计算了射流的宏观温度以及电子激发温度,发现射流的宏观温度接近室温,而电子激发温度均小于1.5×104K,基本属于冷等离子体范畴,并且它们均随着外加电压的增加而增加。     

电极表面形态对真空击穿特性的影响

真空击穿是影响许多电子器件性能的一个重要因素,引起真空击穿的原因很多,其中电极的表面形态在真空击穿的起始阶段发挥着重要的作用。采用有限元法分析了不同电极表面形态对电极间电场的影响,研究表明当电极表面有凹凸缺陷时易引起击穿的发生,其中凸缺陷将导致电场强度几十倍增加,且圆锥形凸起引起的最大电场强度和尖端角度成线性关系;并进一步模拟研究了老炼对真空击穿特性的改进,结果表明老炼可将峰值电场强度降低70%以上。