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...     

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.     

大气压低功率微波等离子体源的研究进展及其应用展望

相比于低气压微波等离子体,大气压下微波放电具有密度大、活性高及产生设备简单等优异特征.但由于大气压下微波放电常呈现为流注形式,激发此环境下的微波放电需要很高的入射功率.因此,大气压微波放电的实现代价较高,实际应用较困难.针对大气压低功率微波放电难于实现的科学技术难题,本文重点陈述了大气压低功率微波等离子体源的研究现状及其应用展望.首先综述了国际上4类典型大气压低功率微波等离子体源的研究开发现状,接着介绍了该领域数值计算方面的研究进展,然后探讨了大气压低功率微波放电的物理机制,最后给出几个工程应用实例,并对潜在的应用前景进行了展望.     

裸露金属电极大气压射频辉光放电研究进展

射频大气压辉光放电等离子体在等离子体辅助刻蚀、薄膜沉积、消毒灭菌、空气净化、战地生化清洗等领域有着非常广阔的应用前景.目前,采用具有裸露金属电极结构的等离子体发生器实现大气压条件下氦气、氧气以及空气等廉价气体的稳定射频辉光放电是一项具有挑战性的研究工作.本文以采用诱导气体放电法和局部电场强化法产生纯氮、纯氧及空气的大气压射频辉光放电等离子体以及大气环境下气体流动对等离子体放电特性的影响为重点.综述了裸露金属电极结构的大气压射频辉光放电等离子体电特性实验研究的最新进展.     

空心针-板电极中较大体积的大气压均匀放电

利用空心针-板电极装置,在大气压空气中产生了直流激励的均匀氩气等离子体羽.电学和光学测量结果表明,虽然采用直流电源驱动,但放电为周期性的脉冲.每个脉冲对应一个等离子体子弹从空心针向着阴极的传播过程.对放电特性随放电电压、电极间距和氩气流量的变化关系进行了研究.发现放电频率随电压的升高而增大,随距离和氩气流量的减小而增大.以直流空心针-板电极作为放电单元构成阵列,得到了较大体积的大气压均匀放电.     

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.     

大气压介质阻挡放电等离子体射流源研究进展

大气压介质阻挡放电等离子体射流是近年来兴起的一种新的大气压低温等离子体放电技术,是目前国际上等离子体科学与技术领域的研究热点之一.作为一种经济、便捷的等离子体产生技术,大气压介质阻挡放电等离子体射流对等离子体生物医学等新兴交叉学科的蓬勃发展起到了良好的推动作用.本文从大气压介质阻挡放电等离子体射流发生器结构设计入手,介绍了部分具有代表性的射流发生器的结构特点及设计思想,分析了不同构型射流源的优势与不足,总结了目前实际应用中大气压介质阻挡放电等离子体射流源特性提升所面临的挑战,并简要讨论了产生较大体积均匀稳定的氦和氩等离子体射流的发生器设计原则和基本特性.     

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。     

大气压脉冲放电等离子体的研究现状与展望

近年来,大气压脉冲放电等离子体研究受到了人们的格外关注.研究表明与交流驱动相比,脉冲放电产生大气压等离子体具有许多优势,如它的VUV、氧原子、及臭氧的产生效率高;峰值电流密度、电子密度、及电子产生效率也更高;在对介质表面处理时能达到更好的处理效果和更高的效率;还更易产生均匀的大面积等离子体;所产生等离子体的非平衡性更高;灭菌效果也更好等优点.但是,对于脉冲放电的放电机理,放电模式,及脉冲参数(上升沿和下降沿、重复频率、脉冲宽度等)对放电效果的影响,现在的研究还非常有限,且很零散.这一方面是由于大气压放电诊断本身就很困难,另一方面,由于脉冲放电快速的时空演化过程进一步加大了对其诊断的难度.再者,对其研究还受到脉冲电源参数的限制.本文对国际上大气压脉冲放电等离子体最新研究的代表性研究成果做了一个综述,并对今后的研究方向提出了几点建议.     

大气压介质阻挡辉光放电研究综述

大气压介质阻挡辉光放电由于不需要真空装置并且所产生等离子体均匀性好、电子温度与电子密度适中，在工业领域具有重要的应用前景，逐步成为低温等离子体的研究热点.文中综述了利用介质阻挡放电装置实现大气压辉光放电的研究进展，主要包括实验装置、检测手段、产生条件、产生机理和参数诊断等，最后对大气压辉光放电的未来研究进行了展望.     

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.     

电极曲率对同轴介质阻挡放电非线性行为的影响

采用一维自洽的等离子体流体模型数值研究了大气压同轴介质阻挡放电中电极曲率对放电非线性行为的影响.研究表明,在不同的电极曲率下放电可以呈现不同的非线性现象.传统的单倍周期放电只能在一定曲率范围内保持稳定,反之则经历倍周期分岔过程而转变为双倍周期放电,且转变时间与系统偏离分岔点的距离成反比.前次放电产生的空间电荷的记忆效应...     

大气压氩气周期性突起的放电特性及其产生机制研究

大气压等离子体射流可以在空气环境中产生等离子体羽.与通常产生的锥状等离子体羽不同,利用低频偏置正弦电压激励大气压氩气等离子体射流,等离子体羽呈现周期性突起.利用电学、光学及光谱学手段对突起状等离子体羽的放电特性及其形成机制进行了研究.结果表明,等离子体羽长度随着气体流量增大而增大.放电的波形表明每一个电压周期存在一次放电,且它出现在电压的负半周期.通过高速影像发现,突起状等离子体羽对应沿着气流传播的负流光.射流喷口附近存在周期性的强放电,它为下游提供了空间规律性分布的活性粒子.该活性粒子能增强流光的传播,表现为等离子体子弹的直径增大,因此形成空间周期性的突起.利用光学发射谱,测量了电子激发温度的空间分布及平均电子激发温度随着气体流量的变化关系,并对这种变化趋势进行了定性解释.     

常压CH_4 H_2放电等离子体电子激发温度在线光谱诊断

大气压下低温等离子体甲烷偶联是利用可再生能源的绿色工艺.对大气压下CH4 H2放电等离子体进行了发射光谱在线诊断以表征此放电体系,旨在为优化用于未来工业生产的等离子体甲烷偶联工艺参数打基础.主要介绍一种大气压下CH4 H2放电等离子体电子激发温度在线诊断计算方法,此方法简便而又比较精确.修正了一个文献中曾用于诊断等离子体电子激发温度计算方程中的严重错误.     

大气压气体放电等离子体流动控制概述

等离子体与固体、液体、气体一样,是物质的一种存在形态,也被称之为物质的第四态.首先简要介绍了气体放电等离子体的基本特性、等离子体在空间中的广泛存在状态、等离子体的划分方法、产生方法以及气体放电等离子体研究的发展历程;其次进一步介绍了流动控制技术在航空航天领域的重要性、流动控制技术的分类、主动流动控制的技术优势以及流动控制技术的作用机理等;然后着重介绍了大气压气体放电等离子体流动控制技术在国内外的发展现状,并主要介绍了大气压介质阻挡放电等离子体流动控制技术的技术优势及其在流动控制领域中的研究现状;最后文章对大气压介质阻挡放电等离子体流动控制领域的研究工作进行了展望.     

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。     

射频激发频率对大气压射频辉光放电模式的调控

通过实验研究了氦气中大气压射频辉光放电产生等离子体的电学和光学特性与射频激发频率的关系,包括气体击穿电压、放电工作在α模式下的放电电压和电流的参数范围以及706nm处发射光谱强度在射频激发频率在2~26MHz内的变化.研究表明,当射频激发频率达到11MHz以后,气体击穿电压和放电工作在α模式下的放电电压参数范围基本不再随射频激发频率变化,而放电电流参数范围随射频激发频率拓展,有助于获得高强度稳定大气压射频辉光放电.     

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.     

直流驱动氩气等离子体刷的放电特性研究

采用线-板放电装置,通过氩气的流动,在直流电压驱动下产生了大面积的大气压均匀刷形等离子体羽,并利用光学方法对其放电特性进行了研究.结果表明,虽然外加电压是直流形式,但放电电流和放电发光是周期性的脉冲信号.利用光电倍增管测量了光脉冲的频率,发现放电频率随着电压或气流的增加而增大.对等离子体羽的发光信号沿着线电极方向和沿着气流方向分别进行了空间分辨测量,发现刷型等离子体羽由微放电构成.微放电沿着线电极方向在时间上是随机出现的,而沿着气流方向以"等离子体子弹"传播.利用光谱仪测量了放电的发射光谱,并且通过发射光谱计算了分子振动温度.研究发现,分子振动温度随着电压增加而增加,随着气流的增加而减小.