大气压氩气介质阻挡均匀放电的数值模拟

通过建立一个自洽的一维等离子体流体模型,数值模拟了大气压下氩气介质阻挡均匀放电的放电过程,得到了各种等离子体参量在放电过程中的时空分布,研究了驱动频率对放电特性以及放电模式的影响.计算结果表明:随着驱动频率的增加,放电电流密度以及空间电荷密度不断增加,气隙电压在放电前后的变化量也随之增大,均匀放电模式从典型的大气压汤森放电(APTD)模式逐渐过渡到大气压辉光放电(APGD)模式.驱动电压的增长率以及空间剩余电荷是造成放电模式转变的主要因素.     

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.     

不同气压下氩气介质阻挡辉光放电的特性研究

利用双水电极介质阻挡放电装置,采用光学方法和电学方法测量了不同气压下氩气介质阻挡辉光放电发光和转移电荷的时间特性.随气压的增加,放电的光信号脉冲数不断增加.介质阻挡辉光放电的起始时刻都发生在外加电压的下降沿,也就是电压的零点以前,即"过零放电".通过Lissajous图形得到了放电功率.气压小于8.08×104Pa时,介质阻挡辉光放电电压和放电功率随气压变化缓慢增加;在气压大于8.08×104Pa时,介质阻挡辉光放电电压和放电功率随气压变化迅速增加.获得了气压对介质阻挡辉光放电电压和放电功率的影响.     

大气压氦气介质阻挡放电模式转换的研究

通过电压-电流波形和发光图片研究了大气压氦气介质阻挡放电中的模式转换现象．实验结果表明了通过改变外加电压的大小，可以引起放电模式的变化．随着电压的逐渐升高，放电依次经历汤生放电、局域辉光放电和辉光放电．局域辉光作为从汤生放电向辉光放电的一个过渡阶段。     

一种大气压下辉光放电的实现方法

大气压下辉光放电（APGD）在空气净化中有良好的应用前景。选取了大气压下普遍认为较易产生辉光放电的氮气作为反应气体,分别在不同气压（数百帕直至大气压）下,将其以一定的流速通过覆有介质材料的两平板电极之间,利用频率可变的高频电源,产生了介质阻挡辉光放电。通过对不同气压下的放电电压和电流及等离子体参数的比较,讨论了压强变化对于氮气环境下稳定辉光放电的影响。为进一步研究大气压下辉光放电的机理,实现大气压下空气环境中稳定的辉光放电提供了重要参考。     

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...     

针-板介质阻挡放电3种放电模式特性

设计了一种具有透明平板电极的针-板介质阻挡放电装置,研究了大气压氩气/空气混合气体放电中不同放电模式的特性.实验通过改变电压,实现了3种模式的放电:电晕放电、单丝放电和火花放电.在3种模式中,电流脉冲在外加电压的正、负半周表现出不同性质.采集了3种放电模式下的发射光谱,计算了分子振动温度,结果表明:电晕放电时分子振动温...     

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。     

介质阻挡放电的气体参量和电学参量

在10kHz频率级上，用李萨茹图形法测量了介质阻挡放电连续处理装置的放电功率；分析了低频介质阻挡放电的电压分布；研究了氩气以及氩气分别与氮气、氢气和氧气混合后的气体成分、气流量对放电效果的影响；系统测量分析了气体放电时的最大转变电压以及相应的极板充电电流、放电功率和功率密度随气隙厚度的变化。     

同轴和平行平板介质阻挡放电特性研究

分别利用同轴和平行平板介质阻挡放电装置,在流动大气压氩气中实现了稳定的放电.利用电学方法对两装置的放电电流进行了比较,研究发现两装置外加电压每半周期都放电1次,但平行平板装置的放电电流脉冲是对称的,而同轴装置外加电压正负半周的放电电流幅度和宽度明显不对称.通过分析放电动力学过程,对这一实验现象进行了定性解释.该结果对介质阻挡放电动力学过程的研究具有重要价值.     

锯齿波电压下介质阻挡放电特性

采用特殊的水电极介质阻挡放电系统,研究了外加电压的波形为锯齿波时对称性对大气压氩气放电的影响,发现对称性的降低引起了相邻2次放电时间间隔的长短交替,并从正弦波的放电方程出发,得到锯齿波形驱动下的放电方程.     

脉冲调制对大气压射频辉光放电稳定性的影响

大气压射频辉光放电的不稳定性是限制其应用的主要原因,脉冲调制射频技术有助于提高放电稳定性.通过试验诊断放电电学特性,进一步研究了大气压脉冲调制射频辉光放电中脉冲调制参数对放电稳定性的影响.当固定调制脉冲频率而降低占空比时,特别是当射频放电段工作在起辉阶段时,α放电模式的电压和电流范围都增加;当射频频率提高时也有助于增加射频放电工作在α模式的电流范围.在试验中固定电压幅值,研究射频频率在5、10和15 MHz时α-γ放电模式转变随占空比的变化,验证了在低占空比下可以获得更稳定的α模式放电,另外在氦气中掺入1.5%氮气的情况下获得了脉冲调制射频辉光放电稳定工作在α模式.研究结果表明,通过调制脉冲参数可以控制大气压脉冲调制射频辉光放电的稳定性.     

氦气下介质阻挡放电表面电荷分布规律

为探究表面电荷在介质阻挡放电(DBD)放电模式转化中的作用机制,对不同电压参数下的表面电荷分布进行了实验研究。首先,根据Pockels效应搭建了微秒级分辨率的表面电荷测量系统,并使用该系统测量常压氦气环境中平板电极在不同电压参数下的介质表面电荷密度二维分布与放电电流波形,统计表面电荷在各密度区间中的概率分布;然后,根据得到的电流波形、表面电荷密度二维分布与概率分布,对不同电压参数下的放电模式进行了判断;最后,分析不同放电模式的电荷密度二维分布与概率分布,得到外加电压参数变化时介质表面电荷对放电模式转化的作用机制：在下次放电前,介质表面积聚的电荷与气隙中残存的带电粒子会产生反向电场,使得放电更容易在该区域发生,从而促使放电模式从均匀放电向丝状放电演化。实验结果表明：随着电压的增加,表面电荷分布从单个电荷斑逐渐向多个电荷斑转变,放电模式表现为不同形式的丝状放电;随着频率的增大,表面电荷分布由均匀分布转变为电荷斑分布,且电荷斑直径不断增大,电荷总量从0.21 nC增加到0.41 nC。研究结果可为表面电荷对常压介质阻挡放电中放电模式演化的影响机制提供参考。     

氩气介质阻挡放电中的图灵斑图

采用特殊设计的水电极介质阻挡放电装置,使用氩气在一个大气压的实验条件下获得了稳定的图灵斑图,并通过对放电电流和光信号进行研究,发现这时放电是弥散的.实验表明稳定斑图的形成与放电间隙的气体成分、电源电压和频率等都有一定的关系.     

介质阻挡放电中相邻沿面放电之间的相互影响

采用双水电极介质阻挡放电装置,观察了60kPa气压下氩气的放电情况,并利用Matlab软件对放电图像中的电场和电势分布进行仿真模拟,研究了相邻两沿面放电之间的影响.在空气-氩气介质阻挡放电中,随着电压的升高,放电区域内放电丝的数量从4个增加到5个,放电丝周围的沿面放电区域也发生了巨大变化.为了对影响沿面放电分布的因素进行更深入地研究,对电流波形图中放电脉冲进行积分,从而对放电区域的电势和电场线进行了模拟.     

脉冲参数对大气压亚微秒脉冲辉光放电的影响

通过大气压氦气亚微秒脉冲辉光放电的一维自洽流体数值模型,研究了亚微秒脉冲电压的脉宽和幅值对放电特性的影响.当放电脉冲电流密度幅值维持在约2 000A/m~2时,随着脉冲电压脉宽从300ns增加到900ns,放电电流密度脉冲的脉宽相应增加,脉冲电压幅值从652.2V降低到557.5V.在电极表面引入介质层以后,每个脉冲电压会产生两个放电电流密度峰,其中,第一个放电电流密度峰不随脉冲电压脉宽变化,第二个放电电流密度峰的强度有一定的增长,而且其发生时刻对应于脉冲电压的下降沿时刻.在介质阻挡脉冲辉光放电中,随着脉冲电压幅值从2 000V增加到3 500V时,两个放电电流密度峰的幅值分别从1 160.6A/m~2增加到2 697.9A/m~2和从963.4A/m~2增加到1 954.5A/m~2,而且放电电流密度峰发生时刻也向脉冲电压上升沿和下降沿开始处移动.该数值模拟研究有助于深入了解大气压脉冲辉光放电的特性和机理.     

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。     

Ar/air介质阻挡放电丝的时空相关特性

采用特殊的水电极介质阻挡放电实验装置,测量了大气压下氩气和空气混合气体放电的击穿电压;利用光学方法测量了介质阻挡放电中放电丝的时空特性.发现随着空气体积分数的增加,击穿电压也随之升高,总光电流脉冲半宽度变窄,放电丝间的时空相关性变弱,放电丝的直径逐渐减小,亮度变暗.     

大气压氩气介质阻挡放电光谱

采用单色仪测量了大气压氩气介质阻挡放电(DBD)中的激发光谱,实验在300～800 nm的范围内测量了大气压氩气DBD的发射光谱,经分析发现,氩的发射谱线集中在690～800nm的范围内,且全部为氩原子的谱线.研究了这些谱线的强度随外加电压的变化,本工作的结果对大气压介质阻挡放电具有较重要参考价值.