DBD大气压等离子体的数值模拟研究进展

介绍了大气压介质阻挡放电(DBD)的一般结构及其特性,并说明对其数值模拟的必要和意义。同时在介绍了一些常用的模拟模型基础上,重点对流体模型和粒子云—蒙太卡洛模拟加以描述。最后结合模拟研究的历史和当前进展,展望了DBD大气压等离子体的数值模拟研究的难点和前景。     

放电电压形式对空心阴极甲烷放电等离子体组分及离子能量的影响研究

为了优化空心阴极结构中有机气体放电制备类金刚石薄膜的放电电压形式,掌握放电等离子体组分及能量特性,采用直流和重复频率脉冲两种外施电压形式,运用发射光谱诊断法结合数值仿真研究了不同放电电压形式下空心阴极甲烷放电等离子体组分特性。研究结果显示,放电平均电流接近时,直流电压作用下的甲烷分子解离程度比重复频率脉冲电压作用下更高。升高直流电压或脉冲电压幅值,增加脉冲宽度,提高脉冲频率,均可促进甲烷分子解离。不同放电电压形式下甲烷放电等离子体中的单碳离子比例差异较大,重复频率脉冲电压作用下,放电等离子体未充分发展,且电子能量更高,利于单碳离子的生成,使单碳离子比例更高。同时,利用减速电场法获得了不同放电电压形式下到达基底的离子能量分布情况,发现重复频率脉冲电压作用下的离子能量更高,并呈双峰分布,直流电压作用下离子能量呈单峰分布。离子能量与外施直流电压或脉冲电压幅值呈正相关性。     

射频离子推力器束流特性数值模拟

为了分析射频离子推力器束流特性,基于二维流体模型对自研的11 cm射频离子推力器开展放电室等离子体数值模拟,获得给定电气参数下离子密度、电子温度等关键参数的分布特性;研究了等离子体参数和束流大小与射频功率间的函数关系;以等离子体参数和栅极参数为输入,基于离子光学系统模型获得不同工况下的单孔离子引出轨迹.研究结果显示:离子密度和电子温度分别沿放电室径向逐渐减小和增大,有利于获得更好的束流均匀性及更大的束流;束流大小与射频功率呈线性正相关关系,有利于实现束流连续精确可调;屏栅上游鞘层的形成与离子密度、离子种类、栅极电压组合相关,综合考虑以上因素获得最佳束流聚焦和引出特性.     

大气压下双电极和三电极介质阻挡放电的比较研究

电极结构对介质阻挡放电(DBD)的特性有重要影响,研究DBD的电极结构以及等离子体参数对优化DBD反应器运行参数和提高放电效率具有重要意义.针对于此,本文研究了交流电源激励下的双电极DBD和三电极DBD的放电特性,比较了它们的放电图像,电压和光信号波形的异同,不同电压幅值下放电参量的变化,以及放电在300~800 nm的发射光谱.结果表明,双电极DBD和三电极DBD由于放电装置的不对称性,正负半周期的放电均存在不对称性;发射光谱中都包含N₂的第二正带系(C-B)(含波长为337.1 nm的谱线),N₂的第一正带系(B-A),N⁺₂的第一负带系(A-X)(含波长为391.4 nm的谱线),以及777.4 nm处氧原子谱线,但相对强度不同;与双电极DBD相比,三电极DBD具有起始电压低,放电产生活性粒子多,发光强度大的特点.     

电荷沉积对大气压介质阻挡放电特性的影响

采用CCD影像法对大气压介质阻挡放电电荷沉积效应进行了实验研究.结果表明,沉积电荷是由微流光放电产生的,由沉积电荷构成的界面域等离子体会受激励电压、激励频率、DBD结构等因素影响;沉积在电介质表面的电荷主要是能量较高的电子,它们显著地影响着等离子体化学过程;窄间隙、薄电介质层结构、高频激励以及优良的电介质材料可以有效地增强界面域效应,进而提高了DBD反应器的性能.     

介质阻挡放电等离子体热效应对流场影响的研究

在速度场和温度场测量的基础上,采用数值模拟方法研究了介质阻挡放电等离子体热效应对速度场的影响。分别利用二维粒子图像测速仪和红外热像仪得到了介质阻挡放电等离子体在静止空气中产生的速度场和温度场。通过实验中获得的速度场来验证数值模型的可靠性,而温度场则作为求解能量方程的边界条件。数值模拟结果表明,在无来流的情况下等离子体热效应对流场的影响比较明显,使局部水平方向速度大小提高近30%,但有来流时,由于对流换热使高温区减小,热效应对流场的影响减弱。     

介质阻挡放电中等离子体子弹的速度

利用针板介质阻挡放电装置,采用光学方法对大气压长间隙空气放电的等离子体羽特性和等离子体子弹速度进行了研究.结果表明:改变外加电压等离子体羽长度会发生变化.利用光电倍增管采集光信号对等离子体子弹速度进行了研究,发现等离子体子弹的速度与针板间距、外加电压以及针尖直径有关.利用光谱仪采集放电的发射光谱,发现放电等离子体中存在OH自由基、氧原子等多种活性粒子,表明该放电在生物医疗领域具有重要的应用价值.     

大气压空气介质阻挡放电的数值模拟

常压介质阻挡放电(DBD)是等离子灭菌和废气处理应用中形成等离子体的主要方法。为了理解空气放电产生等离子体的基本过程,建立了包含20种成分和75种化学反应过程的多组分自洽一维流体模型。通过对同轴圆柱介质阻挡放电进行数值模拟,研究频率为10 kHz、峰值电压为20 kV的正弦电压驱动的常压空气介质阻挡放电的基本特性。结果表明:在一个正弦周期内将有两次不对称的电流峰;电流峰期间电子、电场与空间电荷之间以流注放电的形式变化;等离子体在正负电流期间的电子密度和电子温度分别可达(1～3)×10~(19)/m3和7～9 eV;放电过程中主要活性粒子为N、O、O_2(a~1△_g),主要的带电粒子为电子、O~+_4、O~-_2与O~-。     

基于DBD的均匀大面积等离子体射流研究

为了在标准大气压下获得均匀的大面积等离子体射流,本文提出了一种新的共面介质阻挡放电(Dielectctric Barrier Discharge, DBD)结构.该结构由两个同轴环形介质管形成放电气隙,通过管外金属膜电极施加交流电场形成气隙内的介质阻挡放电,并以此为基础实现了均匀的环形射流,其覆盖区的直径为12 mm,厚度为2–3 mm.本文研究了所提出结构的放电特性、等离子体射流发展过程,诊断了电子温度、电子密度等参量.研究结果表明,本文所获得的大面积射流其物理特性与传统的小管径DBD射流基本一致,认为大面积射流的物理发展过程为大量"正电晕放电"相互耦合推进过程.通过实验,进一步研究了电极结构和气隙结构对大面积DBD等离子体射流特性的影响,并提出了大面积DBD等离子体射流的优化原则.     

大气压介质阻挡放电同步辅助射频辉光放电研究

采用在大气压脉冲调制射频(radio frequency,RF)辉光放电段之间同步引入介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体射流的放电技术,通过电压和电流曲线以及放电的时空分布的时间演化过程,表征脉冲调制射频辉光放电和介质阻挡放电等离子体射流的放电特性及其动力学过程。试验研究发现,引入介质阻挡放电能有效辅助射频放电的起辉过程以及降低射频放电的击穿电压(从2.36kV降至1.53kV),这是由于介质阻挡放电等离子体射流在射频放电区域中注入了等离子体子弹,这一点可以由放电图像强度和放电空间结构的时间演变看出。     

关于农业区划地图集中的统一协调问题

图集的统一协调,对图集质量有很大影响。本文是作者在编制北京市农业区划地图集的实践基础上,根据地图信息传输论的观点,对农业区划地图集的统一协调的内容及方法进行了探讨。试图总结编制这类图集的统一协调模式,以供读者编图时参考。     

“真空的真空”的存在性问题

许多科学家包括诺贝尔奖获得者李政道教授都预言,真空是未来物理学的一个重要研究对象.十七世纪的伽利略时代人们曾讨论过"真空"是否存在的问题.当时的学术界分成两派,一派以帕斯卡为代表,认为真空存在,另一派以笛卡尔为代表,认为真空不存在,最后实验证明"真空存在派"正确.现代研究表明,真空并非一无所有,这样就产生了一个新的问题"排除了真空物质后的空间",即"真空的真空"是否存在.本文探讨了与"真真空"有关的问题,提出了一些观测实验方法,这些方法可以帮助我们最终解答"真真空"的存在性问题.     

民间法正义观的转型

研究了国家法的抽象正义观与民间法的情理正义观,认为西方国家法的抽象正义观与东方民间法的情理正义观存在实质的不同,原因在于思维方式、超验与经验传统、政治结构的差别。在现代法治理念下,传统民间法所代表的正义观将向混合正义观转型,西方法治所代表的国家法抽象正义观是其骨架。     

人-自观念演进的否定之否定

在人与自然界的关系的演进过程中,形成了与不同文明时期相适应的人-自观念。从＂天人合一＂到＂人定胜天＂再到＂和谐共生＂,这是人-自观念演进的肯定、否定、否定之否定的辩证发展过程,也是一个合乎规律的过程,它们都是时代的产物,都包含着不同程度的合理的因素,我们必须对它们进行具体的辩证的分析。     

行政机关违法设定许可的法律责任探析

对于行政许可违法的法律责任问题，人们往往是从行政许可实施违法的角度进行研究，而对于设定违法及其责任追究的探讨却相对薄弱。然而。行政许可设定一旦违法，其对相对人和社会公共利益的损害将会更大，因此，对许可设定的违法及其责任问题进行研究，以避免违法行政行为的发生，促进政府依法行政，不仅必要而且是非常有意义的。     

曲面"侧"概念的"参照物"理解法

曲面“侧”是一个重要而难以理解的概念,本文对曲面“侧”概念的讲授方法进行了探讨,给出了曲面“侧”概念的“参照物”理解法,通过实践证明,效果良好。     

老年人生活空间移动性影响要素研究进展

 老年人生活空间移动性是老年人在日常生活中能动生活状态的重要表征。在梳理老年人生活空间移动性相关概念、测度方法基础上,分析了物质环境要素和非物质环境要素对老年人生活空间移动性的影响;提炼出有效支持老年人生活空间移动性的中观环境规划、微观环境设计和政策文化扶助层面的策略;指出了老年人生活空间移动性的研究建议和发展方向。     

关于一维非自治时滞系统点态退化一例

给出了一维非自治时滞系统点态退化的一个例子,拓宽了该领域的研究。     

动量守恒定律和动量矩守恒定律的正确表述

现行力学教材和普通物理教材大都把动量守恒定律和动量矩守恒定律视为质点组动量定理和动量矩定理的推论，忽视了守恒星的本质意义，是不正确的．本文绘出正确表述．