低气压直流氩气辉光放电的数值模拟研究

建立了一维氩气直流辉光放电自洽流体模型,采用对流与扩散方程来描述带电粒子在间隙中迁移、扩散以及电子的能量变化过程,并考虑了空间电荷对电场的影响以及离子撞击阴极产生的二次电子发射作用.采用有限元法对放电模型进行数值求解,得到了放电电流随时间的演化波形,以及放电稳定后带电粒子的浓度与总通量密度的空间分布,同时也求得了电子能量与电场的空间分布.计算结果表明:加压25μs后,放电逐渐趋于稳定状态;当放电稳定后,在阴极位降区附近,离子密度比电子密度高几个数量级,在正柱区附近两者浓度几乎相等;电子能量在阴极位降区内达到峰值29 eV,而在负辉区及正柱区几乎保持不变;放电电流密度在阴极位降区主要由流向阴极的氩离子及其产生的二次电子所贡献,而在负辉区和正柱区,电子成了放电电流密度的主要贡献者.     

氩辉光放电阴极区离子的能量和角分布

由蒙特卡罗方法模拟离子在氩直流辉光放电阴极位降区的运动，包括了 离子现中性原子的电荷交换碰撞和弹性散射，用到了较精确的依赖于离子能 量的电荷交换和动量输运截面，得到了阴极位降区不同位置离子的能量分布 和角分布．发现：离子由负辉光区向阴极运动过程中，离子能量分布的高能部 分逐渐增大，角分布向小角度部分压缩，阴极位降区的强电场加速和聚焦了 离子．     

不同气压下氩气介质阻挡放电γ过程仿真

为了研究在氩气不同气压下对介质阻挡放电(DBD)的电气参数和放电特性的影响,利用有限元分析建立大气压下氩气中的二维轴对称板-板电极放电等离子体模型,并对放电过程进行求解,通过仿真得到放电过程中的电势、电子温度、电子密度及氩离子数密度随着空间位置变化的波形。仿真结果表明,介质阻挡放电的特性变化与放电环境气压变化有关,随着气压的增加,气压在一定范围内,电势、电子温度、电子密度都下降,且电势空间分布的变化与电子密度相关。     

闪电放电等离子体地域性特征分析

依据闪电回击过程的光谱,结合等离子体理论,计算得到放电通道的温度、电子密度和组分粒子数密度等参数,并对4个地区闪电放电等离子体的特性参数及其光谱特征进行了对比分析.结果表明,沿海地区放电通道的温度一般高于高原地区;通道中一次电离离子占主要地位,且NⅡ离子数密度最高;不同地区的闪电放电通道中,NⅡ、OⅡ离子的数密度占同种元素总粒子数密度的百分比变化不大,高原地区回击通道内NⅠ、OⅠ粒子所占浓度百分比略高于沿海地区;对于温度相同或相近的回击通道,沿海地区通道内的电子密度、粒子数密度、平均压强通常高于西部高原地区.     

离子(N_2~+,N~+)在阴极壁的能量变化规律的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗模拟对氮气辉光放电离子 ( N+ 2 ,N+ )轰击阴极的能量分布 ,随放电参数的变化规律进行了研究 .结果表明 :离子在阴极壁的能量分布与放电参数有关 ,即随着工作气压的增加 ,向低能区压缩 ;随着电压升高 ,向高能区蔓延 ;随气体温度的升高 ,到达阴极壁的离子 N+ 大幅度增加 ,N+ 的能量也显著提高 ;当工作气压 P<2 0 0 Pa时 ,阴极壁上 N+主要以高能粒子出现 ,但粒子数密度很低 ,随着工作气压或电压上升 ,离子 N+的密度也将减少     

氮气辉光放电阴极鞘层区氮离子输运过程模拟研究

从连续性方程出发，在考虑离子与中性分子动量交换输运动力学模型下，通过理论模拟研究了氮气辉光放电阴极鞘层区N^ 、N2^ 和电子浓度、电 位、电场强度的分布规律，考察了不同气压与初始离子浓度比例对上述物理量空间分布的影响。     

管型空心阴极放电的流体模型模拟

采用二维流体模型对管型空心阴极放电(HcD)进行了模拟,得到放电稳定状态下的电势分布、电子和离子的密度分布、电子平均能量分布.利用模拟结果,理论研究了在气压为30~130 Pa,电压为150~300 V,阴极孔径在3～7.5 mm的范围内氩(Ar)空心阴极放电的特点.结果表明,放电中存在空心阴极效应,放电中的等离子体区域主要分布在管型空心阴极的两端,且改变放电电压、气压和阴极孔径等参数对放电特性有较大影响.     

离子（N2^＋,N^＋）在阴极壁的能量变化规律的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗模拟对氮气辉光放电离子(N2^ ,n^ ）轰击阴极的能量分布,随放电参数的变化规律进行了研究。结果表明：离子在阴极壁的能量分布与放电参数有关,即随着工作气压的增加,向低能区压缩;随着电压升高,向高能区蔓延;随气全温度的升高,到达阴极壁的离子N^ 大幅度增加,N^ 的能量也显著提高;当工作气压P＜200Pa时,阴极壁上N^ 主要以高能粒子出现,但粒子数密度很低,随着工作气压或电压上升,离子N^ 的密度也将减少。     

大气压级联辉光放电中射频放电对脉冲放电的影响

针对脉冲放电的起辉过程会影响脉冲介质阻挡放电效率的问题,在脉冲放电前引入脉冲调制射频放电组成级联放电.建立大气压氦气级联辉光放电的二维自洽流体数值模型,研究调制射频放电对脉冲放电特性的影响.深入探讨放电极板间隙中调制射频放电段结束后剩余的等离子体粒子的空间分布及时空演化过程.分析电子密度、离子密度和电场强度随时间与空间...     

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.     

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.     

空心阴极放电的粒子模拟研究

应用粒子模拟软件对空心阴极放电进行粒子模拟,得到放电稳定状态时的电势分布和带电粒子的密度分布。利用模拟结果研究了放电电压为-800V,气压为1 Tort,基板偏压为-250V和-400V放电条件下的空心阴极放电特性。结果表明,放电中存在空心阴极效应,放电时的等离子体区在阴极管的中心轴附近,且改变基板偏压对电子密度、粒子密度的空间分布有所影响,随着基板负偏压增加更有利于沉积均匀致密的薄膜。     

发射光谱的低温等离子体诊断

采用发射光谱诊断技术研究功率对氩气和氧气激发态光强的影响,并结合光刻胶的刻蚀速率来论证这种光谱诊断的可行性,并应用该诊断方法研究极板间距及配置对等离子体放电的影响。结果表明:氩离子和氧原子激发态光强随着功率的增加呈线性增加,与电子密度和电子能量密度的相关性高达0.8 8以上,与光刻胶的刻蚀速率的相关性高达0.9 5以上;极板间距的增加可减弱发射光谱强度、降低等离子体密度,正负极板配置可增强发射光谱的强度、提高等离子体密度和光刻胶的刻蚀速率。     

氩气下Fe2O3-TiO2体系的固相反应

在氩气气氛下,采用扩散偶法研究了1323~1473K下的Fe2O3-TiO2体系的固相反应.使用电子探针对扩散偶的微观形貌进行观察,并对Fe、Ti离子的扩散摩尔分数曲线进行定量分析.动力学分析表明,氩气下体系的固相反应受铁、钛和氧离子的扩散控制.用Boltzmann-Matano法计算了体系的互扩散系数,其数量级在10-13~10-10cm2·s-1范围内,并随着温度和Ti离子摩尔分数的增大而升高.氩气气氛下体系的扩散活化能约为356.06 kJ·mol-1,远比空气下的大,表明外界气氛中氧分压对体系的反应机理有重要影响.     

PECVD系统中等离子体参数径向分布的研究

分别通过Langmuir静电探针测量和数值模拟方法研究了等离子体增强化学气相沉积系统中氩等离子体中电子密度和电子平均能量的径向分布规律.实验结果表明:从放电中心到电极边缘方向,电子密度和电子平均能量呈逐渐增大的趋势.数值模拟结果和Langmuir静电探针测量结果符合得较好.     

螺旋型天线螺旋波等离子体特性研究

为提高等离子体密度和工质气体电离率,本文采用螺旋天线产生的螺旋波激励Ar等离子体,并利用射频补偿Langmuir探针分析了等离子体的离子密度和电子温度特征.试验结果表明,气压增加的同时,随着功率的升高,螺旋波等离子体出现放电模式转换,提前进入螺旋波放电模式.在1.0 Pa压强下,当射频功率达到400 W时,等离子体进入螺旋波放电模式,此时扩展区域的等离子体密度超过1×10¹⁸ m^-3.电子密度在放电管中心区域最高,并沿径向逐渐降低.本文的研究结果将为大体积H₂螺旋波等离子体提供依据和经验.     

氩等离子体技术降解玉米表面毒死蜱的研究

为克服传统农药降解方法效率低、能耗高、二次污染等问题,在自行设计的介质阻挡放电反应器中,以氩为放电气体、以玉米表面残留的有机磷农药毒死蜱为实验对象,改变放电功率、放电时间、放电间隙、毒死蜱初始质量浓度和氩气流量等放电参数,对毒死蜱降解效果及降解后玉米表面特征和营养成分进行了分析。实验结果表明:当毒死蜱初始质量浓度为20mg/L时,在放电功率为35 W、放电时间为60s、放电间隙为6mm、氩气流量为0.25L/min条件下,玉米表面毒死蜱降解率可达87%,达到农药残留量的国标要求。农药降解过程中,氩等离子体在玉米表面产生轻微刻蚀,同时促使玉米水分含量降低,有利于玉米储存。处理后玉米的重要营养成分维生素B2质量分数并无显著变化,淀粉的质量分数降低,脂肪酸的质量分数增加,但并不影响玉米品质和贮藏价值。因此,氩等离子体技术是一种高效、快速、安全、绿色无污染的农药残留降解技术,具有进一步工业化应用的潜力。     

远程氩等离子体表面灭菌研究

研究了射频放电远程氩等离子体对材料表面金黄色葡萄球菌的灭活效果及动力学,并结合等离子体场中活性粒子的分布状态,分析了灭菌机理.结果表明:远程氩等离子体的灭菌效果强烈依赖于等离子体处理条件,且随处理时间的延长,不同放电距离处的灭菌速率均分为3段逐渐减慢,并在放电功率100W、放电时间240s、氩气流量20cm3/min、真空度22Pa的条件下,在距放电中心0～30cm范围内可实现对金黄色葡萄球菌的有效灭活(灭菌率≥99.9%);在高放电功率下且氩气电离充分时,带电粒子(电子、离子)对菌体表面强烈的刻蚀作用是氩等离子体灭活金黄色葡萄球菌的主要原因,自由基对细菌的杀灭力小于带电粒子,而低放电功率下的灭菌则是由氩等离子体场中紫外光的作用所致.     

氩氧氛围下天然气缸内燃烧的离子电流特性

在一台改装的直列双缸火花点火发动机上,将进气由空气改为具有更高比热比的氩气和氧气的混合气,进气道喷射天然气,研究了氩-氧氛围下天然气缸内燃烧的离子电流特性.结果表明,相比于空气氛围,氩-氧氛围下缸内离子电流信号强度显著增强;在氩气体积分数为79%及以下时,离子电流信号特征值与基于缸压计算的燃烧特征值具有很强的一致性;离子电流信号能够检测缸内的爆震燃烧,具有很好的可靠性,但对爆震强度的敏感程度较弱.     

溴化锂对NH3-H2O-LiBr三元溶液特性作用机理的初步研究

针对目前吸收式制冷领域中研究的NH3-H2O-LiBr三元溶液混合工质,采用溶剂化作用模型和电解质NRTL方程,研究了溴化锂(LiBr)对溶液组成的影响.结果表明:随着LiBr初始摩尔分数的升高,水的溶剂化系数m先升高,后略有降低,氨的溶济化系数n始终呈下降趋势,并且在350 K、LiBr的初始摩尔分数大于0.03时m>n,离子溶剂化作用形成的离子簇包含的水分子多于氨分子;溶剂化作用后水的含量高于作用前的,但前后差值随LiBr初始摩尔分数升高而减小;随着温度的升高,m 降低,n 升高,离子吸引水分子的能力减弱而吸引氨分子的能力升高;完全电离的溶剂化模型只在LiBr的初始摩尔分数小于0.1时得到较好的结果,在LiBr的初始摩尔分数大于0.1时与部分电离模型产生较大的误差.