高斯电压驱动大气压氩气介质阻挡放电的特性研究

本文采用一维自洽流体模型理论研究了高斯电压驱动下大气压氩气介质阻挡放电的放电特性.在特定的频率、振幅和气隙间隔条件下,得到了气隙电压和放电电流随时间的变化关系,以及放电气隙中电子、离子和电场的空间分布特征.模拟结果表明,高斯电压驱动下的大气压氩气介质阻挡放电是一个多电流脉冲放电,存在两种放电模式:汤森模式和辉光模式.在每半个放电周期内,放电经历一个在汤森模式与辉光模式之间的转变过程,气隙空间电荷和介质表面电荷是造成放电模式转变的主要因素.此外,下降沿残余电流峰的出现,是源于上升沿放电残留了大量的空间电荷.上述仿真结果为等离子体在材料表面处理、污染治理,以及生物医学等领域中电压激励源的设计提供了新的思路.     

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。     

介质阻挡放电等离子体处理对麦秸秆表面润湿性能的影响

采用常压介质阻挡放电等离子体处理麦秸秆表面,分析了放电电压、电极间距和放电时间对麦秸秆表面润湿性的影响。结果表明:麦秸秆表面经过常压介质阻挡放电等离子体处理后,表面接触角显著减小,表面自由能明显增大,润湿性得到明显改善,且其对麦秸秆外表面的改善效果尤为明显; 此外,随着放电电压的增大,电极间距的减小及放电时间的延长,麦秸秆表面的接触角呈现先减小后增大的趋势,自由能则呈现先增大后减小的趋势; 在放电电压为30 V,电极间距为6 mm,处理时间为60 s条件下,介质阻挡放电等离子体处理对麦秸秆表面润湿性的改善效果最为显著。     

氮气大气压介质阻挡放电发射光谱诊断

用发射光谱法对氮气大气压介质阻挡放电等离子体进行了诊断,测出了N2(C^3∏g-B^B∏g)的337．1nm谱线强度随气体流量、电极间距、放电电压以及放电频率的变化规律．发现光强在气体流量为300mL／min或电极间距为1．5mm时有一个最大值;光强随放电电压及频率的增加而增强．但放电频率或电压增加到某一值时,光强的增强产生了突变,这时放电从丝状介质阻挡放电转变成准辉光介质阻挡放电;测得了放电电压电流波形、电压-电荷李萨如图形、时间分辨的发射光谱,发现丝状介质阻挡放电的微放电通道是随机分布独立存在的,相互不受影响;而准辉光介质阻挡放电的微放电通道之间产生叠加,并相互影响。     

不同结构介质阻挡放电的放电特性

研究了在大气压氮气流中、不同激励电源电压条件下，具有单、双两种电介质层结构的介质阻挡放电装置的放电特性，利用CCD影像技术和放电电压-电流波形进行了分析和讨论。结果表明，无论是哪种结构的介质阻挡放电，在大气压、氮气条件下微放电是介质阻挡放电等离子体的本质，在通常条件下观察到的大气压窄间隙介质阻挡放电等离子体均匀而强烈的放电形貌实际上是放电集体作用的结果。     

单针-板电极电晕-介质阻挡放电特性研究

研究以玻璃纤维为填充介质的单针-板电极的电晕-介质阻挡放电特性,测量了放电电压、电流波形,计算了放电功率,比较了有、无玻璃纤维填充时放电电流的差别及放电功率随放电间隙距离、电容电流、放电电压的变化关系,分析了填充介质对针-板电极的电晕-介质阻挡放电特性的影响.研究结果表明:大气压条件下纯空气间隙与有玻璃纤维介质填充时的针-板电极的电晕-介质阻挡放电相比:①后者的放电的起始电压更低,放电功率更大;②后者连续放电电流显著减小,而放电脉冲数量和脉冲电流幅值显著增加;③后者负电晕放电有非常明显的放电脉冲,而前者则主要表现为连续的放电电流.     

混合气体介质阻挡放电中的电子激发温度

采用光谱法,研究大气压下氩气/空气介质阻挡放电中电子激发温度随空气含量的变化.放电装置为水电极介质阻挡放电装置,通过氩原子763.51nm(2P6→1S5)和772.42nm(2P2→1S3)两条谱线相对强度之比计算电子激发温度.实验结果表明:当空气的体积分数为10%～60%时,电子激发温度随空气含量的增加而减小.     

常压辉光放电的建立及其特性实验研究

常压辉光放电（APGD）是新近发展起来的一种等离子体源,与低气压辉光放电相比更具有工业应用前景,本文详细介绍我们实验室在大气压条件下建立的均匀稳定、介质垒同辉光放电等离子体发生装置,该放电发生采用频率为10kHz和20kHz高压电源、平板电极,民彬覆盖绝缘层,间隙2－3mm,可在多种气体环境下稳定运行,放电电流波形和电压一电荷李萨如图形的测量充分表明它确实是常压下的均匀辉光放电。     

大气压氦气中电阻与介质阻挡多峰放电特性的数值模拟

通过建立大气压氦气中电阻与介质阻挡放电的一维自洽流体数值模型,研究了重复频率为5kHz的正弦电压激发的放电中多个放电电流密度峰特性.随着电阻值从100kΩ增加到500kΩ,放电电流密度峰的数目减少,且放电电流密度的峰值降低,这主要是由于对应于电流密度峰值时刻的电阻上的电压升高,而气体电压降低导致的.在放电时间周期中的电子密度、电场强度和第一汤森系数的时空演变特性显示了放电的动力学过程.该数值模拟提出了大气压介质阻挡放电中通过引入电阻提高放电稳定性的方法.     

一种新的等离子体源及其在纺织材料表面改性中的应用

这里主要的工作就是采用并建立介质阻挡放电装置。在此基础上，使用空气和氩气两种工作气体进行等离子体放电，对等离子体放电电流和放电电压等参数进行较为系统的测量和诊断。由此找到适当的等离子体放电条件。这样，选择1mm宽的放电间隙，获得了较为理想且均匀的等离子体，并用其对大豆纤维进行表面改性。从扫描电镜等测试结果显示，改性后大豆纤维的表面性能有明显改善。     

介质阻挡放电净化汽车尾气中CO的实验研究

利用介质阻挡放电产生的非平衡等离子体对汽车尾气中CO的净化进行了研究。分别考察了放电电压、CO初始浓度、气体流量及氧气和水蒸气对CO转化的影响。结果表明 :在介质阻挡放电等离子体作用下CO主要转化为CO2 ;随着电压的升高 ,CO的转化率增大 ;随着初始浓度和流量的增大 ,CO的转化率减小 ;引入O2 和水蒸气后 ,CO的转化率得到了明显提高。另外还对介质阻挡放电等离子体条件下CO的转化机理进行了初步探讨     

空气等离子体条件下丙烯氧化反应

为研究空气等离子体对丙烯的活化作用,在室温和常压下,采用介质阻挡放电法,考察玻璃反应器材质种类及长度对丙烯转化率、环氧丙烷选择性及其他产物分布的影响.实验结果表明:介质阻挡放电法可转化丙烯和空气直接生成环氧丙烷;玻璃反应器材质种类对丙烯环氧化反应有显著影响;在其他条件不变的情况下,随着反应器长度增加,丙烯转化率迅速增加,环氧丙烷、丙醛和丙烯醛等C3类氧化产物的摩尔分数均降低.     

多通道介质阻挡放电反应器特性及净化甲醛研究

采用介质阻挡放电反应器净化室内空气过程中会产生大量臭氧,易造成二次污染,为了降低介质阻挡放电反应器净化空气时产生的臭氧浓度,设计了一种多通道介质阻挡放电空气净化装置,并对其放电特性、产生的臭氧浓度以及对甲醛的净化效率进行了实验研究.实验结果表明,在放电间隙为2.0mm时臭氧的浓度达到最大值(0.55mg/m3),随着反应器放电小单元组数的增多,臭氧浓度及击穿电压都呈现了下降的趋势;甲醛的净化效率随着输入电压的增大而呈上升趋势,当输入电压为90V,甲醛初始质量浓度为0.15 mg/m3时,其净化效率达到了97.8%.这种把放电区分成多个小结构单元的空气净化装置,具有对甲醛净化效率高、产生臭氧少的优点.     

大气压多脉冲介质阻挡均匀放电的数值模拟

为了进一步明确大气压多脉冲辉光放电的形成机理,采用扩展的一维等离子体流体模型数值研究了大气压多脉冲介质阻挡均匀放电的放电特性.该模型增加了电子能量守恒方程,考虑了电子温度对电子输运系数的影响.结果表明大气压氦气多脉冲放电中的每个电流脉冲都处于汤森放电模式,上一次放电为下一次放电提供了种子电子,导致了后面的击穿电压依次降低,放电电流脉冲依次减小.随着驱动频率的增加,电流脉冲个数减少,但是脉冲电流大小增加.随着驱动电压幅值的增加,不仅电流脉冲个数增加,脉冲大小也增加,模拟结果与实验结果定量吻合.     

介质阻挡放电时间对放电光电特性的影响

在介质阻挡放电过程中，由于离子对电极表面不断轰击产生热量，电极温度会有所升高，放电光电特性也会随之变化.通过改变外加电压和等离子体放电时间发现，电极温度随着外加电压的增加和等离子体放电时间的延长而增加，并且高压电极的温度比接地电极的温度增加得更快.延长等离子体放电时间发现，输入功率、放电脉冲数目和光谱谱线相对强度都在上升，电流峰值却在下降.所得研究结果为今后介质阻挡放电光电特性研究提供了时间上的参考性，具有重要的研究意义.     

大气压下介质阻挡放电等离子体诱导起始涡的实验研究

对介质阻挡放电等离子体激励器进行了参数化分析,考察了诱导速度和功率随信号波形、激励电压、信号频率、电极间距等参数变化的规律,同时采用流场显示方法和PIV技术研究等离子体在静止流场中诱导的涡系结构生长和演化过程.结果表明,等离子体通过诱导产生的起始涡存在3种主要的涡系结构,即裸露电极下游的主涡、裸露电极上游的反向涡以及主涡侧下方的二次诱导涡.进一步分析了主涡和反向涡的产生和发展过程,通过和激励器放电电流波形及放电图像的对比分析,揭示了起始涡的产生机理,同时也证实了介质阻挡放电等离子体产生诱导气流机理的正确性.     

非平稳态等离子体降解流动态低浓度甲苯气体的研究

利用介质阻挡放电产生的非平衡态等离子体对常压下流动态含甲苯的空气进行处理,研究了流量和极间电压对降解甲苯的影响,当电压达到7200V时甲苯降解率最高达100％,产物为CO2,CO和H2O,此时产生的CO2也最多;随着流量的提高其降解率呈下降趋势,并且产物中CO2与CO的比也下降,研究结果为非平衡态等离子体降解甲苯的实际工业应用提供了一些依据。     

介质阻挡放电去除甲醛的密度泛函分析

采用密度泛函理论对大气压介质阻挡放电非平衡等离子体脱除甲醛进行了研究,建立了反应相对能的计算模型。计算结果证明介质阻挡放电等离子体是常压室温下去除甲醛污染的有效方法,甲醛与OH·、O·和H·等初级自由基的反应均是放热的和热力学有利的过程。O·的主要产生途径是O2直接分解和O2先附着分解再释放电子的过程;通过H2O分解和附着是生成H·和OH·的主要过程;HO2·生成反应中只有2H2O→H2O2+H2是热力学禁阻的反应;HO2·与其他自由基的反应过程均是热力学有利的。通过将笔者的计算结果与以前的实验和理论研究结果对比显示采用密度泛函理论研究介质阻挡放电去除甲醛污染的机理是可行的,说明该方法是对实验的有效和可靠补充。     

狭缝介质阻挡放电电子密度

利用平行管水电极介质阻挡放电装置,在大气压氩气和空气混合气体中,得到了均匀狭缝等离子体,并采用光谱方法,研究了微间距介质阻挡放电的放电丝分布均匀时电子密度.实验测量了等离子体发射的氩原子696.54 nm谱线,通过反卷积程序分离出Stark展宽,由此得到均匀放电时等离子体电子密度约为8.79×1015cm-3.     

相同放电面积不同边界介质阻挡放电

利用对介质阻挡放电装置,在放电电极上覆盖上相同面积不同边界的绝缘介质,观察它的放电的特性,对其放电模式及放电产生的等离子体重要参数电子激发温度进行了记录与计算.实验结果表明:由于放电具有相同的面积,导致间隙间的电容值相同,所以导致击穿电压、放电的模式、放电产生等离子体中的电子激发温度基本相同.