介质阻挡放电中D_(2h)超点阵斑图的研究

在介质阻挡放电系统中,首次观察到一个由六边形点阵和四边形点阵嵌套而成的D_(2h)超点阵斑图.采用高速照相机(ICCD)研究了D_(2h)超点阵斑图的时空动力学结构,分析可知:D_(2h)超点阵斑图是由六边形子点阵、晕和四边形子点阵相互嵌套而成,且在每个外加电压半周期内子点阵的放电顺序依次为:六边形子点阵、晕、四边形子点阵.通过分析演化过程中出现的一系列斑图,发现对称性的演化顺序为:D_(4h)-D_(4h)和D_(6h)的混合态-D_(2h)-D_(2h),演化过程中斑图的对称性逐渐降低.通过分析子结构的对称性发现六边形子点阵、晕和四边形子点阵均属于D_(2h)点群.利用发射光谱法采集了氮分子(N_2)第二正带系(C~3∏_u→B~3∏_g)的发射谱线和氩原子696.57 nm (2P_2→1S_5)处的发射谱线,并计算得到了D_(2h)超点阵斑图中不同子结构的分子振动温度和电子密度.结果显示3套不同子结构的分子振动温度和电子密度相近,由此表明3套不同子结构的等离子体状态基本相同.最后,用壁电荷理论对斑图的形成进行分析.     

介质阻挡放电中带线六边形斑图

在介质阻挡放电系统中首次发现了带线六边形斑图.利用高速照相机和光电倍增管对斑图的时空结构和时间相关性进行测量,发现该斑图是由带线六边形内的中心点、带线六边形上的点及线和带线六边形内晕3套子结构组成,分别将其记作C(center),V(vertex)+L(line),H(halo),放电全部发生在电压上升沿.利用2个光电倍增管同时对V、L处进行测量,发现二者都在第2个电流脉冲放电且放电顺序随机.利用高速录像机拍摄曝光时间为50 μs放电照片,发现L是由随机放电丝组成.利用壁电荷理论解释带线六边形斑图的时空结构及形成机制.     

介质阻挡放电中新型超四边形斑图的研究

在高氩气含量的混合气体放电中,首次观察到大小点不完全插空的新型超四边形斑图.采用高速相机(ICCD)和光电倍增管(PMT),对此斑图的时空动力学进行了研究.结果表明,斑图由三套不同的子结构相互嵌套构成,每半个电压周期内子结构的放电顺序为:小点-大点晕-大点中心点.并且在每半个电压周期的下降沿,中心点的放电对应着两个明显的电流脉冲,放电时刻具有选择性.经分析可知:由于中心点在下降沿放电的时刻具有选择性,中和掉大点晕的壁电荷量不同,导致不同的中心点周围电场强度不均,因此每个小点不在4个大点结构的中心"插空放电".     

介质阻挡放电中暗环白眼超四边形斑图的研究

本实验首次在双水电极介质阻挡放电装置中获得暗环白眼超四边形斑图.该斑图的每个四边形晶胞内都包含一个由黑色圆环围绕的中心亮点.这种黑色圆环围绕中心亮点的结构类似于白眼晶胞,称为暗环白眼.利用高速照相机研究暗环白眼超四边形斑图的时空结构.结果发现,暗环白眼超四边形斑图由4套不同的子结构相互嵌套而成,在每半个外加电压周期内,子结构的放电顺序依次为:中心亮点-亮点晕-顶点四边形-顶点连线.其中,暗环白眼是由中心亮点和周围的环形不放电区域组成的.利用壁电荷理论解释了暗环白眼超四边形斑图的形成机制和暗环的形成原因.     

沿面放电相互作用形成的超四边气体放电斑图

在介质阻挡放电中首次发现了由沿面放电相互排斥而形成的超四边形斑图,该斑图是由亮点、暗点、亮线组成的.用普通相机对该斑图进行短曝光拍摄,发现暗点是由四个小点组成的.用高速录像机对斑图进行曝光时间为20μs的拍摄,发现暗点是由沿面放电的相互排斥形成的,亮点是体放电.用逐渐增加高速录相机曝光时间的方法对斑图进行拍摄,结果发现,亮线是沿面放电在长时间下叠加而成的.对斑图的亮暗点的光强作了对比,发现亮点和暗点的光强之比约为10.用光电倍增管对斑图进行光信号的测量发现亮点在每半周期内进行多次放电,其中仅有一次在电压的下降沿,也反映出暗点和亮线的放电模式与亮点不一样.最后通过光谱的测量表明:亮点与亮线和暗点有不同的等离子体参数,证实亮点和暗点是不同的放电模式.最后采用壁电荷理论对斑图的形成进行了解释.     

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.     

具有调制作用的介质阻挡放电气隙中的超四边形斑图

在基于水电极的介质阻挡放电中,采用了带有9个相同且规则对称排列的正方形孔的玻璃板作为边界,得到了多个具有相同单元格结构的超四边形斑图,并对其时空动力学进行研究,分析了斑图形成的机制.结果表明每个单元斑图由边长不同的3个正方形子结构嵌套而成,第1个正方形子结构在小单元几何中心位置由4个小点组成,第2套子结构嵌套在第1个正...     

气体成分对等离子体斑图的影响

采用双水电极介质阻挡放电装置,在大气压下研究了氩气和空气混合气体中气体成分对等离子体斑图(包括四边形斑图和六边形斑图)的影响.四边形斑图和六边形斑图的电压范围随着空气含量的增加而逐渐增大.实验测量了击穿电压随空气含量变化的关系.结果发现:击穿电压随着空气含量的增加而增大,但不成简单的线性关系.在氩气放电中,击穿电压值随着放电间隙的增大而增大.     

中等pd值介质阻挡放电中的六边形斑图

实验采用双水电极装置,在中等pd(p为气体的压强,d为放电间隙)值介质阻挡放电中观察到了六边形斑图.实验发现,随电压的升高,六边形斑图是由弥散放电模式演化而成.通过测量各模式的光电流信号,发现在弥散放电模式时放电脉冲是单个的,而出现丝状放电时光信号表现为多个脉冲,且放电脉冲个数随外加电压的升高而增加.     

大气压介质阻挡放电特性研究

采用水作为电极,对大气压下空气介质阻挡放电的斑图结构(pattern fomation)进行了观测.研究了斑图结构与实验条件的关系.实验结果表明斑图结构中的丝密度随气体隙宽度的增加而减小.     

三种波形激励的大气压等离子体射流的比较研究

本文采用了棒-环结构的氩气等离子体射流装置,在正弦波、三角波和方波三种激励下均产生了锥形的大气压等离子体羽.利用电学方法,发现三种波形激励的放电,其放电脉冲均出现在电压正半周期内,而负半周期内没有放电脉冲.并且放电脉冲个数均随着电压峰值的增加而增加.对于多脉冲放电,正弦波和三角波激励的放电脉冲强度在电压上升沿内逐渐增加,而方波激励的脉冲强度在电压的正半周期内保持不变.此外,方波激励的相邻放电脉冲的时间间隔要比正弦波和三角波的大.利用高速影像研究发现正弦波和三角波激励的等离子体羽均由击穿阶段(流光发展)和余辉阶段组成.通过分析放电过程,对以上现象进行了定性解释.     

外加电压参数对大气压等离子体射流形貌的影响

大气压等离子体射流可以在开放的空气环境中产生富含多种活性粒子的低温等离子体羽,在材料合成、表面改性、生物医疗、环境保护等多种领域具有广泛的应用前景. 等离子体羽的形貌与活性粒子的时空分布有关,研究其形貌对等离子体射流的应用具有重要意义.针对目前等离子体形貌还不够丰富的问题,本文利用氩气等离子体射流,通过改变外加电压参数(电压峰值、驱动频率和偏置值)产生了几种形貌的等离子体羽(弥散圆锥状、丝加晕形、念珠串状和空心锥状),从而进一步丰富了等离子体羽的形貌.通过对比放电的电压和发光信号波形,发现除丝加晕形等离子体羽外,其他3种等离子体羽在每个外加电压周期均放电1次.不同的是,弥散圆锥状和念珠串状等离子体羽的放电出现在电压负半周期,为负放电.而空心锥状等离子体羽的放电出现在外加电压正半周期,为正放电.丝加晕形等离子体羽每个电压周期存在1个负放电和1个正放电.此外,还利用高速成像设备对这几种形貌等离子体羽的时空演化进行了研究.相关结果表明,负放电对应负流光的传播过程,而正放电对应正流光的过程.视觉上不同形貌的等离子体羽是正流光、负流光及其组合时间叠加的结果.本文的结果对大气压等离子体射流中等离子体羽形貌的深入研究及流光动力学的进一步发展均具有重要价值.     

大面积表面放电等离子体的产生及电特性研究

为了获得大面积表面放电等离子体,设计了大气压多电极表面放电等离子体激励器,并对给定电源频率下等离子体激励器的放电特性(包括气体放电的利萨如图形、稳定放电时的功率及功率面密度等参数)进行了实验研究.实验测量结果表明,采用多电极结构表面放电等离子体激励器可以在较低的电源输入功率面密度下获得大面积的气体放电等离子体.     

气体放电斑图演变过程中的电子激发温度

为了探讨介质阻挡放电中斑图演变与等离子参量之间的内在联系,采用比较谱线相对强度法测量了介质阻挡放电斑图演变过程中电子激发温度的变化.结果显示:随着电压的升高,斑图类型由点状斑图逐渐演变为点线混合状斑图及线状斑图,在此过程中,电子激发温度逐渐升高.但当系统呈现点状斑图时,电子激发温度随电压增长缓慢,只有当系统呈现点线混合状斑图后,电子激发温度才随着外加电压显著升高.实验还测量了点线螺旋波斑图的电子激发温度随放电气体中空气含量的变化关系.结果表明:空气含量越大,则点线螺旋波斑图的电子激发温度越高.     

方波占空比对大气压辉光放电斑图的影响研究

利用方波电压激励针-水电极装置,在针水间隙产生了大气压辉光放电.随着方波电压占空比的减小,在水面上观察到了亮盘、亮盘与外环、同心三环、三环与中心点四种斑图.通过研究电压、电流波形发现,放电只产生在负极性电压下,放电电流由脉冲区和恒定区两部分组成,有很好的周期性.并且随着占空比的减小,放电的起始电压增大,峰值电流也增大.采集了水面斑图的发射光谱,发现主要有氮分子的第二正带系N_2(C-B)和第一正带系N_2(B-A)、氮分子离子的第一负带系N_2~+(A-X)c和OH的谱线带系(309 nm).利用Lifbase软件拟合OH的光谱获得了气体温度,发现随着占空比的增大,气体温度升高.通过同步触发放电电流和ICCD,研究了不同斑图的时空演化.结果表明,水面斑图在电流脉冲区逐渐形成,而在电流恒定区不发生明显变化.考虑到空间负电荷,利用放电基本理论对以上现象进行了分析和解释.     

大气压下Ar/CF4纳秒脉冲放电等离子体特性

探索大气压下Ar/CF4放电产生的高活性含氟等离子体的特性,为含氟基团的材料改性提供理论和试验支持,选取纳秒脉冲电源对Ar/CF4混合气体进行同轴管状介质阻挡放电研究.改变CF4的体积分数后,测量气体放电的点火电压和脉冲电流,拍摄其放电发光图像,同步采集气体放电的发射光谱图.利用玻尔兹曼斜率法计算放电产生的等离子体的电...     

直流电晕放电等离子体烟气脱硫数值分析

对直流电晕放电等离子体烟气脱硫进行了研究,通过分析影响脱硫效率的各个因素,拟合出单因素的贡献函数.在此基础上,利用多元回归方法得出直流电晕放电等离子体烟气脱硫的效率经验公式.找出了脱硫效率与电压、水蒸气含量、氨气投加量及SO2初始浓度的函数关系.由公式得到的预测值与实验值一致性较好,因此该经验公式可为直流电晕放电等离子体烟气脱硫提供参考.     

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.     

四电极装置产生片状氩气等离子体羽的特性

利用四电极结构的介质阻挡放电(DBD)装置,在大气压环境中,产生了一个弥散的氩气等离子体羽.结果 表明:随着交流电压峰值和氩气流量的增大,等离子体羽的长度变长,且在此过程中氩原子谱线强度也增大.电压电流波形表明放电既可以出现在电压的上升沿也可以出现在其下降沿.利用高速摄像不断缩短曝光时间,发现正负放电存在明显差别.正放...     

负电晕放电等离子体雾化水处理器的设计

为提高放电等离子体技术脱除水中污染物的效率,设计了一种采用负电晕放电方式的水处理装置:待处理水自放电喷嘴电极进入放电反应室,经放电雾化形成小液滴,大大增加了放电等离子体对水中污染物的作用几率.研究了不同喷嘴电极直径和雾化水流量对该处理器电气特性的影响,并对放电等离子体进行了发射光谱的测量.