等离子体发生器脉冲放电特性实验研究

实验研究了自然环境压力条件下等离子体发生器的脉冲放电特性.利用动态分压器和罗果夫斯基线圈型电流传感器测试了脉冲放电过程中消融毛细管等离子体的负载电压和放电电流.实验发现:在放电回路中使用钳位二极管可以有效地调整脉冲放电状态,提高等离子体发生器工作稳定性;调整放电回路的参数值也实现了回路的过阻尼放电,达到使用二极管整流的效果.     

电热毛细管材料消融中蒸气罩的研究

在高热流条件下电热毛细管材料的消融过程中，会形成壁面蒸气罩效应，这种等离子体壁面蒸气罩特性对消融控制电弧发生器的工作性能非常关键。该文建立了蒸气罩的理论计算模型，同时应用等离子体发生器一维瞬态模型进行计算比较。计算表明，该文所建模型及计算方法基本能正确反映毛细管材料消融中的蒸气罩效应，并得到了实验的证实。     

消融控制电弧等离子体发生器中毛细管消融模型研究

对毛细管材料进行了热分解实验(TGA),得出了聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯和环氧树脂的实验数据.由化学分解动力学参数建立了毛细管消融模型.并与物理的能量平衡处理结果进行了比较,最终在等离子体发生器中得到了应用.     

设计参数对脉冲等离子体推力器性能的影响

脉冲等离子体推力器的性能受电气参数、结构设计参数等方面的影响.针对脉冲等离子体推力器效率低的问题进行了理论分析并设计实验进行了验证,研究了设计参数与推力器性能之间的关系.结果表明,推力与放电电流有密切的关系,而脉冲等离子体推力器的电极间距、放电能量等设计参数对推力、放电电流等又有较大的影响.实验结果对设计高性能的推力器有参考价值.     

压力对双射流电弧等离子体特性的影响

该文采用实验测量方法研究了气体压力对双射流直流电弧等离子体弧电压、放电稳定性及等离子体电弧-射流区二维投影温度场的影响规律。通过引入可见光测温技术,对不同工况下的热等离子体放电图像进行采集,并采用二值化阈值分割方法求取投影温度场对应的等灰度线,利用8方向Freeman链码对特定边界进行描述,从而对热等离子体电弧-射流稳定性进行评估。研究结果表明:在其他参数保持不变的情况下,随着反应器内工作压力的降低,电弧-射流区二维投影温度场高温区面积增大,同时,电弧的稳定性也会受到一定影响;但随着工作气体流量的增大,反应器内工作压力对电弧-射流二维投影温度场高温区面积变化的影响减弱;在本文实验研究参数范围内压力对弧电压的影响较小。     

光化线强度法研究大气压等离子体射流的氧原子浓度

等离子体射流产生的众多活性粒子中,氧原子是化学活性非常强的氧化剂,也是生成其他含氧活性粒子的基础,因此确定氧原子浓度及其时空分布对提高等离子体射流的应用效率具有重要意义.针对于此,本工作利用单电极等离子体射流产生了实心结构的等离子体羽,利用高分辨光谱仪采集了放电的发射光谱.结果表明,等离子体羽中确实含有氧原子等活性粒子.采用光化线强度法通过比较氧原子谱线(777.4 nm)和氩原子谱线(750.4 nm)的强度比研究了等离子体中氧原子浓度.结果表明:等离子体羽中的氧原子浓度随着距离喷口距离的增加先减小后增大;固定其他实验参数的情况下,氧原子浓度随着外加电压峰值和工作气体流量的增加而增大;当工作气体中掺入空气后,等离子体羽中氧原子浓度随着空气体积分数的增加先增大后减小.结合放电机制,对以上实验现象进行了定性分析,所得结果对于大气压等离子体射流的应用具有重要意义.     

金属桥箔电爆炸等离子体流场实验研究

为了研究金属桥箔电爆炸等离子体流场特征,进行了金属桥箔电爆炸实验.利用基于纹影摄影技术的双脉冲光源等离子体流场结构测量系统,对桥箔电爆炸等离子体流场进行了照相观测,获得了不同时刻等离子射流和冲击波的物理图像.分析了等离子体流场变化规律,得到了等离子体及冲击波的特性参数.     

基于激光烧蚀的等离子体羽辉膨胀动力学机制研究

重点讨论了脉冲激光烧蚀技术中,在考虑等离子体电离效应时等离子体的空间动力学演化特征.首先将等离子体视为可压缩理想气体,根据局域质量守恒和动量守恒,给出了在柱面坐标系下的等离子体压力与空间数密度的变化规律.在此基础上,结合适当的边界条件,用解析法进行求解,得到了在考虑等离子体电离效应时的一组新的动力学演化方程.分析结果表明,电离度会使等离子体的速度沿各个方向都得到加速,等离子体的内部速度具有自相似表达形式.     

脉冲电压对大气压脉冲放电等离子体射流的影响

在固定脉冲频率及占空比的情况下,研究脉冲电压对大气压脉冲放电等离子体射流长度的影响。分析脉冲放电的电流电压波形、等离子体射流的光发射强度的时空演化过程以及等离子体子弹速度的变化。结果表明:等离子体子弹随脉冲电压的增大由单子弹变为双子弹再变为单子弹;射流长度相应地先增长然后趋于稳定,射流长度由增长转变为稳定的转变电压正好处于形成双子弹的脉冲电压附近。     

激光诱导液相基质等离子体电子温度的时间演化特性研究

通过单脉冲激光烧蚀MgSO4水溶液射流产生激光等离子体,通过调节ICCD门脉冲相对激光脉冲的延时,测定了液相基质中激光等离子体中Mg元素的时间分辨发射光谱.实验结果表明,当ICCD门延时在0.6μs-1.6μs范围内变化时,谱线强度随延时的增大逐渐减小,但减小的速度越来越慢;谱线的信噪比有一个先上升后缓慢减小并趋于稳定的过程.同时,利用Boltzmann斜线法对Mg原子谱线(518.36nm,517.268nm,516.732nm,383.829nm,383.230nm,382.935nm)进行拟合,得到了不同延时下Mg等离子体的电子温度范围为4772K-6281K,线性相关系数为0.958.拟合结果说明本实验条件下得到的液相基质激光等离子体满足局部热平衡条件.     

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.     

基于图像处理技术的等离子体射流稳定性研究

在等离子体技术领域,目前主要基于分析等离子体电弧弧压波动情况间接的研究等离子体射流稳定性。提出一种利用CCD相机以一定频率拍摄等离子体射流图像并基于MATLAB程序分析等离子体射流稳定性的方法。首先利用高速CCD相机按照设定的拍摄频率拍摄等离子体射流图像信息并保存;然后利用MATLAB程序将拍摄的等离子体射流图像转化为灰度图,并求取灰度图中像素大于阀值的像素长度;接着根据预先测量的单位像素长度与等离子体射流实际长度的比值获取等离子体射流实时长度值;最后求取等离子体射流长度与平均长度值的差值和平均长度的比值,定量的分析射流的稳定性。此外,基于此分析方法,通过实验对层流等离子体射流稳定性进行了分析,结果表明此法可有效在线或离线分析等离子体射流稳定性,且等离子体射流的实际波动情况并不与等离子体电弧的波动情况完全保持一致。     

一种低空急流对水平轴风力机气动性能的影响

以一台1.5 MW变桨变速型三叶片风力机为研究对象,探讨了三种入流条件下水平轴风力机气动性能的异同,着重研究了一种典型低空急流对水平轴风力机气动性能的影响.结果表明:低空急流下风轮的功率和推力比均匀流和剪切流的大;低空急流下叶片表面压力总体大于其他两种流动,急流衰减内的翼型截面在吸力面中段存在一个比剪切更加显著的压力突降区;叶片各截面的法向力系数和切向力系数整体大于其他两种流动;低空急流下各截面的攻角比剪切流的大0.05%~36.66%,叶片表面的失速区尤其是叶根附近的失速区相对其他两种流动更大,分离线向前缘靠近,急流衰减内的翼型截面分离涡现象更加明显;对不同特征低空急流下水平轴风力机气动性能影响的研究将在未来的工作中进行.     

火花放电等离子体射流耗电特性研究

对火花放电等离子体射流发生器进行能耗研究实验,将功率计串联接入实验系统以检测放电回路的功率,考察其能耗特性。通过改变电源频率和占空比大小调节发生器工作状态,用皮托管测量其所产生的射流速度,同时测量整个试验回路所耗功率,从而得到火花放电等离子体射流发生器耗能特性,并分析所耗功率对射流速度的影响。试验结果表明,放电回路的功率与电源的占空比呈正相关关系,而与电源的频率呈负相关关系。总体而言,射流速度越大耗电功率也越大。     

非稳态等离子体射流在液体中的膨胀特性

该文采用数字高速摄影测试技术对电弧等离子体射流在液体中膨胀特性、泰勒空腔发展过程进行了实验研究。通过对录像图片的分析，初步获得了放电能量及喷嘴结构对等离子体射流结构特征和泰勒空腔在轴向和径向的发展过程的影响。测得的泰勒空腔头部发展速度与前人的实验结果相同，但在射流结构上有新的发现，相间界面存在明显的冷却暗区，泰勒空腔有时出现间断。     

轴对称等离子体射流的实验研究

等离子体射流具有广泛的应用前景。建立了轴对称等离子体射流的模型,得出层流状态下等离子体射流的长度与流量成正比。采用Ne、He、Ar在大气压下用介质阻挡放电的手段得到了等离子体射流,发现层流状态下等离子体射流长度与模型结论一致,但是随着激励电压的升高和气体流量的增大,等离子体射流会发生从辉光放电到丝状放电、从层流到湍流的转捩,射流长度会先增大后减小;工作气体的不同对等离子体射流的性质也有重要影响。     

电弧等离子体射流核脉动及射流形貌

电弧等离子体射流中的脉动是等离子体射流的典型物理现象之一。采用电弧等离子体光谱诊断及数字高速摄影的方法对常压电弧等离子体射流核进行了研究 ,采用了Fourier变换的方法分析弧电压和射流光谱强度信号 ,发现电源的交流分量和阳极弧点运动对整个射流核的脉动特性都有影响 ,射流并不存在一个处于稳定状态的核心区域。相反 ,从谱线强度脉动和弧电压脉动的 FFT分析图中可以看到 ,射流核的脉动是由电弧电压脉动及电弧分流现象共同造成的 ,这可能是射流核脉动的最主要原因。等离子体射流的高速摄影照片表明 ,等离子体喷枪的功率也对射流的脉动特征有着重要的影响     

微等离子体喷枪及其应用

 微等离子体喷枪是一类重要的微等离子体源,已成为近年国际上低温等离子体研究的热点课题之一。与常规等离子体喷枪相比,微等离子喷枪具有低功耗、低温度、高密度等特性。由于电极间隙小,适合于高气压或大气压下运行,因而微等离子体喷枪具有体积小、易于集成、便携等优势。目前研制的微等离子体喷枪主要有直流微空心阴极型、高频微DBD型、射频电容耦合型、射频电感耦合型、微波耦合型等放电形式。现阶段,微等离子体喷枪已在半导体制造领域、生物医学领域、航天推进领域进入了实用化阶段。本研究组研究制作了高频微DBD和射频电容耦合型结构的喷枪,将其应用于光刻胶去胶、材料表面改性及微生物灭菌领域,并对喷枪的放电特性进行了研究。基于本研究组的实验研究,本文综述了已有的各种微等离子体喷枪,介绍了各种微等离子体喷枪的结构和工作原理,以及在不同领域的研究和应用状况。     

合成喷形成的机理分析

合成喷是一种新型喷 ,了解它的形成机理对其设计和应用起着重要的作用。该文讨论了液体合成喷和气体合成喷的形成特点并建立了各自相应的数学物理模型。利用小扰动模型解释了大空间液体合成喷形成的原因 ,通过一个简单的热力学模型探讨了气体合成喷的形成机理。分析认为 :液体合成喷的产生主要是空化效应的结果 ,而气体合成喷的形成机制类似于微型压缩机。与他人实验结果的对比表明 :上述二种合成喷的机理分析是合理的     

Experimental Studies of Two-Phase Round Turbulent Jet Coherent Structures

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＪｅｔｆｌｏｗｉｓａｓｉｍｐｌｅｂｕｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｌｏｗｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｔｈａｔｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙ.Ｈｏｗｅｖｅｒ,ａｎｅｗｆｏｃｕｓｏｎｊｅｔｓｈａｓｏｃｃｕｒｒｅｄａｓｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ.Ａｂｏｕｔ50ｙｅａｒｓｈａｖｅｐａｓｓｅｄａｎｄｃｏｈｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｒｅｎｏｗｇｅｎｅｒａｌｌｙｕｎｄｅｒｓｔｏｏｄ.Ｙｕｌｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｔｈｅｌａｒｇ…