大气压沿面介质阻挡放电等离子体激励器流动控制特性综述

主要针对大气压沿面介质阻挡放电(surface dielectric barrier discharge,SDBD)的电特性和机械特性,综合概述了交流高压驱动条件下典型的单个板-板结构的SDBD等离子体激励器在气流控制领域中的研究进展.文中仅给出了周围没有气流情况下SDBD等离子体激励器的研究结果.首先总结了SDBD的放电电流、等离子体的扩展及其形态等主要特征,然后给出了时间平均的电流体动力(Electro-hydro-dynamic,EHD)和离子风速度的测量情况,最后总结了EHD力和离子风速度的时间分辨测量的最新研究进展.研究结果显示,单个SDBD等离子体激励器产生的平均EHD力和离子风速分别可高达1 m N/W和7 m/s,类辉光放电对推力和离子风的产生起主导作用.     

不同级联方式的多级沿面介质阻挡等离子体激励器的放电和反推力特性研究

为研究不同级联方式下,多级沿面介质阻挡等离子体激励器的放电和反推力特性的不同,本文基于典型的沿面介质阻挡等离子体激励器结构,开展了单级、两级并联和两级串联激励器在静止大气环境下的放电实验和天平测力实验。实验中,激励器的驱动电压波形为正弦波,频率为1 kHz~3 kHz。通过高压探头和电子天平分别测得激励器工作的电流、电压信号和其产生的反推力,基于Lissajous图分析了激励器的放电功率。最后,从伏安特性、放电功率、反推力和放电辉光等方面对实验结果进行了对比分析,获得以下结论：在同样的驱动电压参数下,两级并联激励器的放电电流、放电功率和反推力均相对最大,两级串联激励器的则相对最小,单级激励器居中。在工作模式方面,两级并联激励器的每级承载电压相同,相互独立,放电同步,但存在逆向放电;两级串联激励器的每级间存在强耦合,承载电压不同,放电不同步,接高压端级放电优先,近接地级放电迟缓,由于等势体的存在,不存在逆向放电。     

沿面型介质阻挡放电氧化NO的试验研究

针对空间型介质阻挡放电脱除NO效率低、能耗高的问题,试验采用螺旋形沿面介质阻挡放电反应器,研究其氧化NO的影响因素,并对反应产物分布和能耗进行了分析.研究结果表明:当O_2体积分数很低或者为0时,NO主要通过还原途径转化为N_2;随着O_2体积分数的增加,NO通过氧化转化的途径逐渐占主导地位,总体的NO脱除率逐渐下降,NO_2生成率逐渐上升;NO入口体积分数的增大和停留时间的减少都会使NO脱除率降低,同时NO入口体积分数的变化对NO_2生成率的影响程度显著大于停留时间.NO在放电中的主要产物为N_2,NO_2和N_2O.当O_2体积分数为6%时,螺旋形沿面介质阻挡放电能量收益值为6.16g/(kW·h).     

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。     

介质阻挡放电及其应用

讨论了介质阻挡放电产生和发展过程的机理及其某些特性在环境保护中的应用     

介质阻挡放电中的表面电荷

在介质阻挡放电中,计算不同的放电间隙,气压,介电常数和介质厚度等放电条件下的表面电荷量,在VD和SD两种情况下分别进行测量,比较实验和计算结果,并讨论其机理。     

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.     

介质阻挡放电击穿过程的研究

用磁流体力学方法分析介质阻挡放电的击穿过程，在仔细分析介质阻挡放电中微放电的性质和介质对放电的影响的基础上，建立了一个理论模型来模拟各种参量对放电的影响，并导出了一组方程以描述微放电中等离子体的电子浓度，电场强度，电流密度等微观参量的演化过程。导出了电子浓度，电场强度，电流密度与工作气体的性质及器件结构的关系，并与已有的实验结果进行了比较。     

介质阻挡放电系统中狭缝边界内放电特性

利用双水电极介质阻挡放电装置,在空气和氩气的混合气体中,研究了狭缝边界内的放电特性.采用高速录像机对放电进行10μs曝光录像.通过观察高速录像机短曝光录像照片,发现此放电包含体放电和沿面放电2种放电形式.采用光电倍增管采集光信号发现,随着电压的升高体放电的放电次数逐渐增加.通过观察放电照片可知,电压升高放电丝平均间距也逐渐增大,经分析得出体放电位置处壁电荷积累量逐渐增大.     

介质阻挡放电中Ar—Hg等离子体辐射的研究

研究了碰撞、辐射、原子和分子的计算模型（ＣＲＡＭ）模型介质阻挡放电中Ａｒ－Ｈｇ等离子体的动态特性。在本模型中，不仅考虑了汞原子内部能级的跃迁，也考虑了准分子的形成过程。从介质阻挡放电等离子体的非平衡特性出发，对等离子体的演化全过程进行了模拟。在发展了一种新的处理电子、离子复合方法的基础上，得到了Ａｒ－Ｈｇ等离子体的演化规律。此外，还研究了汞原子的共振辐射及准分子辐射强度与电源频率和管壁温度的关系。     

反应器特征参数对介质阻挡放电去除NO的影响

建立了一套高压电源系统,设计了同轴圆柱筒介质阻挡放电管反应器。研究了采用介质阻挡放电冷等离子体去除NO时,介质层厚度、介电常数、中心电极与介质层管尺寸对NO去除率的影响。结果表明:介质层厚度的增加将降低NO的去除率;采用介电常数较大的介质作为阻挡层材料,有助于提高NO的去除率;中心电极直径和介质层管内径变化对NO的去除率有显著的非单调的影响,对于中心电极直径和介质层管内径应存在最佳尺寸使得NO的去除率达到最高。     

不同介质层厚度对表面介质阻挡放电制动器的离子风速影响

本文简要介绍了自制的大气压介质阻挡放电制动器的两电极结构,对该两电极制动器放电的电压电流波形进行了分析,并对不同介质层厚度的制动器产生的离子风速进行了测量,实验结果表明介质层厚度会对制动器的性能产生很大的影响。     

介质阻挡放电特性及其影响因素

依据低温等离子体转化有害气体的机理,设计了一种基于介质阻挡放电原理的低温等离子体发生器．通过试验研究对比,分析了微放电过程及等离子体空间分布特性,研究介质材料、厚度、放电间隙、电源电压及频率对放电特性的影响．研究表明：选择相对介电常数较大、较薄的介质更易获得较大的放电强度;较小的放电间隙有利于提高放电的强度和放电的均匀性．增大电源电压和频率会使放电功率随之增大．     

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.     

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.     

针-板型介质阻挡放电的光电特性

设计一种针-板型介质阻挡放电装置,在大气压下以空气/氩气混合作为工作气体,研究了在混合气体流动和不流动2种情况下介质阻挡放电的光电特性.利用玻尔兹曼法计算氮分子振动温度(Tv)和谱线相对强度比值法计算电子激发温度(T_exc),实验结果表明:输入功率(P)和Tv随外加电压(Ua)增加而增大,而Texc随Ua增加有减小的趋势;当Ua一定,气体流动时,P变大,Texc变小,而Tv基本不变.通过对高能电子与工作气体发生非弹性碰撞进行定性解释,对于大气压等离子体动力学行为的深入研究具有重要意义.     

Harmonic hexagonal superlattice pattern in a dielectric barrier discharge at atmospheric pressure

We report a harmonic hexagonal superlattice pattern in a dielectric barrier discharge in air/argon mixture at atmospheric pressure. The bifurcation scenario of harmonic hexagonal superlattice pattern with the applied voltage increasing is given. The phase diagram of the pattern types as a function of the applied voltage and the air-concentration is obtained. The hysteresis of pattern transitions at the upward and downward stage of the applied voltage is observed. The correlation measurements indicate that harmonic hexagonal superlattice pattern is an interleaving of two different transient sublattices. The spatial power spectrum demonstrates that harmonic hexagonal superlattice pattern has two separate wave vectors. Both small wave vector qh and big wave vector Kh, belong to the harmonic mode, and they obey a triad resonant interaction qh^1 ＋ qh^2 = Kh.     

介质阻挡放电中Ar－Hg等离子体辐射的研究

研究了碰撞、辐射、原子和分子的计算模型（ＣＲＡＭ）模拟介质阻挡放电中Ａｒ－Ｈｇ等离子体的动态特性．在本模型中，不仅考虑了汞原子内部能级的跃迁，也考虑了准分子的形成过程．从介质阻挡放电等离子体的非平衡特性出发，对等离子体的演化全过程进行了模拟．在发展了一种新的处理电子、离子复合方法的基础上，得到了Ａｒ－Ｈｇ等离子体的演化规律．此外，还研究了汞原子的共振辐射及其准分子辐射强度与电源频率和管壁温度的关系．其中，汞原子的共振辐射强度反转的结果是与所报道的实验结果相一致的．     

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.