两种螺旋波天线对非均匀等离子体波场结构的影响

基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在石英管中等离子体沿径向不均匀分布条件下,研究分析了1Loop型和Boswell型等2种螺旋波天线激发出的射频波功率对波场结构的影响情况。运用Helic程序求解管内电磁场相关的4个径向微分方程,得到波电场和波磁场的分布情况。通过分析两型天线对螺旋波等离子体波场结构的影响,对比2种天线的性能。结果发现:L型天线激发的波场属于强静电弱磁波场,B型天线激发波场则属于强静电强磁波场;B型天线相比L型天线能够在天线覆盖范围内产生强波电场,该天线下更多功率耦合进了等离子体中。L天线激发波电场受密度梯度影响显著,L天线对靠近壁面处等离子体影响范围大于B天线,B型天线激发波场能量更强。     

朗谬尔单探针测量螺旋波等离子体参量

在国内首次引入了一种用朗谬尔单探针测量螺旋波等离子体参数的简单方法，并阐述了测量原理，对实验结果进行了初步的讨论．结果表明测量螺旋波等离子体参量的朗谬尔单探针法简单可行，是一种较好的测量手段。     

等离子体螺旋天线的特性分析

本文提出了一种工作在超高频(Ultra High Frequency, UHF)的理想等离子体螺旋天线。通过数值仿真,研究了等离子体天线辐射特性与等离子材料参数之间的关系。仿真结果显示,当满足等离子体频率大于约10倍工作频率和碰撞频率小于等离子体频率的条件时,等离子体天线具有与金属天线相似的辐射特性。此外,两者的相似程度与等离子体频率成正比,与碰撞频率成反比。     

等离子体螺旋天线的特性分析

提出了一种工作在超高频(Ultra High Frequency, UHF)的理想等离子体螺旋天线.通过数值仿真,研究了等离子体天线辐射特性与等离子材料参数之间的关系. 仿真结果表明,当满足等离子体频率大于约10倍工作频率和碰撞频率小于等离子体频率的条件时,等离子体天线具有与金属天线相似的辐射特性. 此外,两者的相似程度与等离子体频率成正比,与碰撞频率成反比.     

双鞍型天线与螺旋波等离子体的耦合距离对功率沉积的影响

采用自主编写的程序HWAP(helicon wave at plasma)模拟了双鞍型天线与均匀柱状螺旋波等离子体相互作用时耦合距离对功率沉积的影响。模拟结果表明:1)在一定实验条件下,双鞍型天线发射的波在等离子体中同时激发螺旋波和Trivelpiece-Gould(TG)波,控制天线耦合距离可改变TG波在等离子体边界附近的能量沉积分布;2)当天线耦合距离在一定范围内变化时(15.0~30.0 cm),耦合距离的大小能影响螺旋波和TG波在能量沉积过程中起的主导作用;3)当天线放置在等离子体中时,波在等离子体中沉积的总功率随耦合距离的增加而减少,当天线放置在等离子体边界和装置外壁之间时,总功率沉积先增加后减少,存在一个最佳耦合距离使功率沉积最大。     

对螺旋波无电极等离子体推力器李萨如加速机制的研究

螺旋波无电极先进推力器(HEAT)是一种新概念的等离子体推力器,具有比冲高,寿命长,无电极烧蚀,可靠性高的优点,适用于未来的深空探测等长时间飞行任务。首先介绍了推力器的结构和工作原理,重点介绍了李萨如加速机制的原理,分析了HEAT的电子运动轨迹。并用等离子体的漂移扩散模型推导出了具体的推力计算公式,在粒子的回旋半径和推力器的比值为特定的值的时候,推力有一个最大值,理论分析结果为后续的推力器的设计提供指导。     

等离子体径向压力分布对射频波功率吸收影响

为建立高效稳定的螺旋波等离子体源,提高离子风暴发动机推进效率,需要对射频波在等离子体中的能量耦合机理进行研究。基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在管中等离子体密度呈抛物线分布条件下,研究了等离子体对Nagoya III型射频天线激发出的射频波功率吸收情况。运用Helic程序对应每个轴向波数kz求解管内电磁场相关的4个径向耦合微分方程,得到能量吸收、波电磁场和电流密度沿不同方向分布情况。通过分析不同压力构型对螺旋波等离子体内能量沉积、波电磁场和电流密度的影响,结果发现:正压力梯度下,射频波透入等离子体径向距离增加,但功率沉积减少,波磁场强度沿各向分量均有所增大。压力梯度的存在使得波电场和电流密度在管壁附近显著增大。     

辉光放电等离子体特性的实验研究

针对Langmuir单探针测量空气辉光放电等离子体特性实验中,探针的伏安特性曲线不理想这一问题,分析了两种数据处理方法,并通过了实验验证;对影响等离子体参数分布的因素(放电电压、气压)进行了考察。结果表明:放电电压越高,电子的温度越低,密度越高;气压越高,电子的温度越低,密度越高。     

介质阻挡流光放电中的螺旋波与靶波

采用双水电极实验装置,对大气压氩气介质阻挡放电中的靶波与螺旋波斑图进行了观察测量.实验发现靶波与螺旋波可以互相转变,且有2种不同的转变路径:靶波→单臂螺旋波→靶波→单臂螺旋波;靶波→单臂螺旋波→双臂螺旋波→靶波.     

等离子体柱天线的辐射特性

叙述了等离子体柱的产生,并对使用等离子体代替金属用来构成最基本的天线振子的可行性进行了分析。参考传统金属天线辐射场的求解方法,在简化的条件下求得了等离子体柱天线行波传输和驻波对称振子结构等离子体天线驻波传输的电场辐射方向图,结合方向图,分析了等离子体参数变化时对应辐射方向图的变化规律,证实了等离子体柱天线方向图的可控性,同时,也说明了利用等离子体柱天线进行信号传输有一定的应用价值。     

Ar-MIP在石英管内传热与流动特征研究

本文利用有限元方法建立了大气压下微波氩等离子体(Ar-MIP)三维模型,数值仿真了氩等离子体在不同时刻的温度、压强、速度等参数的空间分布情况,分析了这些参数的相互影响,探究微波等离子体流动瞬态特征.研究结果表明:等离子体气体温度随着时间增加而增加,其高温分布呈现空间不均匀,导致气压的局部变化,影响了流体的流速和流向,形成热流绕热现象,这是导致炬管内高温区域流体速度减缓的主要原因.     

微波单极子天线探针对等离子体密度的测量及修正

对一种新的诊断等离子体密度的方法——微波单极子天线探针的反射特性进行了详细的实验和数值研究,并与静电双探针测量结果进行比较,实验验证了两种测量结果能够较好地吻合.结合实验和数值研究,分析了电子碰撞项、鞘层以及等离子体密度不均匀性对测量结果的影响,并分别提出了鞘层修正和碰撞修正的方法,修正结果表明,在所给的实验条件中,即探针表面鞘层厚度小于1mm、气体压强小于200Pa时,鞘层修正及碰撞修正均可被忽略,而随着气压的升高,碰撞加剧,或者在较厚的鞘层条件下,修正的效果将会逐步突显.另外,测量的空间分辨率受探针几何尺寸制约.     

阵列式等离子体射流特性的研究

研究了大气压下阵列式等离子体射流特性,以实现和完善大气压下大面积的低温等离子体灭菌技术.采用MAXWELL 3D软件仿真及实验的手段,研究相关因素对各种阵列式等离子体射流特性的影响.包括在单管等离子体喷射中的一些基本影响因素(电压、气体流速等)和阵列式等离子体喷射实验中所特有的一些因素(气流均匀度、电极单元间距及电极布置方式).实验在大气压氦气环境下进行,然后通过专门研发的高频高压等离子体放电电源进行了介质阻挡放电.实验结果实现了大气压下阵列式等离子体喷射,证明了通过阵列式等离子体喷射方式来实现大面积等离子体灭菌技术的可行性.除此之外还得出了各种相关因素对阵列式等离子体射流特性的具体影响,用以完善阵列式等离子体射流技术,进行更大面积的灭菌处理.     

面向喷涂技术的等离子射流特性研究

结合纹影成像等测试技术和数值模拟技术，考察、记录和分析等离子喷涂过程中的现象与数据，揭示等离子射流动力学和热物理特性，研究上述特性对涂层质量的影响规律．结果表明，冷空气强烈卷入，导致射流温度、速度、浓度沿射流轴向和径向衰减很快，有必要采取附加保护喷嘴等措施，减缓空气卷入对涂层质量造成的负面影响．所建模型可为提高等离子喷涂涂层质量提供有益的指导．     

样品形态对激光诱导土壤等离子体特性的影响分析

将激光诱导击穿光谱技术应用到土壤检测中,分析了土壤样品形态对激光诱导等离子体特性的影响.采用波长1 064 nm的Nd-YAG脉冲激光器作为激发光源,在实验室大气环境下对粉状和片状2种形态土壤样本诱导产生激光等离子体,测量并分析了样品形态和粒径大小对元素特征谱线强度、等离子体温度和电子密度的影响.实验研究表明,相同实验条件下,粉状土样的激光等离子体温度和电子密度均高于片状土样,但片状土样的元素特征谱线强度更大,且受土壤粒径大小的影响较小,适用于土壤重金属元素的LIBS分析检测.     

波在密度周期变化等离子体圆波导中的传播特性

电磁波与等离子体之间的相互作用是等离子体电子学和高功率微波器件研究的重点,加载等离子体可以大幅度提高微波器件的输出功率和效率.该文提出了一种加载密度周期变化等离子体圆波导的周期慢波结构,即加载密度轴向正弦变化等离子体圆波导的介质周期慢波结构,并研究了电磁波在该介质结构中的传播特性,根据严格的理论推导,得出电磁波在其中传播的色散方程并进行了数值计算和分析.     

等离子熔射过程中热传递特性研究

采用红外测温仪检测单位时间内基体温度变化来衡量射流与粒子流(含粉末粒子的射流)的加热效应,实验研究了等离子弧电流、电压、熔射距离以及送粉速率变化对加热效应的影响规律,进而对比分析射流和粒子流与基体/已熔射涂层之间的热传递特性.实验结果表明:等离子熔射过程中的加热效应主要取决于射流引起的对流传热;粒子流的加热效应特点与射流不同,而粉末粒子仅对其沉积区域的温升有贡献;随着熔射距离的增加,射流的加热效应急速下降;等离子弧电流和电压的增大相应地提升了喷枪功率,加大了射流与基体间的对流传热.