大气压等离子体射流与水溶液相互作用的特性研究

发布时间：2020-05-15 14:14

【摘要】：等离子体是一些由阳离子和阴离子组成的对外近似成电中性的粒子的集合,其中的低温等离子体在环境治理、材料制备、生物工程、临床医学等方面获得了广泛的应用。特别是在临床医学领域,大气压等离子体射流作为一类能在开放空间产生低温等离子体的装置在杀菌消毒、伤口愈合、癌症治疗获得广泛关注,通常在人体细胞组织表面覆盖着一层几百微米厚的血清状的液体层,这层血清状的液体层包含有93%的水和7%的蛋白质,这些液体层就像筛子一样改变了活性粒子的作用浓度和改变活性粒子的组分。因为有了液体层的存在,等离子体的性质发生了极大的改变。因此研究大气压等离子体射流与水溶液相互作用特性具有重要的意义。本论文首先归纳和总结了当前广泛使用的大气压等离子体射流装置的拓扑结构的背景知识,其次采用数值计算的方法研究了大气压等离子体射流气体放电性质、大气压等离子体射流与水溶液相互作用的情况,最后对大气压等离子体射流装置进行了设计与优化。整篇论文中涉及到的基本原理、数值计算、数学推导、参数分析、重要结果都给出了详细的理论分析和详细的阐述。研究结果总结如下:1、本论文在氦氧大气压等离子体射流数值模拟研究章节选择20种粒子、49个反应,依据质量守恒、动量守恒、能量守恒方程和电子发射的边界条件,建立了二维流体的针-板放电模型来研究电场分布和电势分布。模拟结果表明,高电场强度区域向板电极方向传播,电离波头部和针电极之间出现面积持续增大的低电场强度区域,空间电势中的高电势区域沿着导向电离波移动方向持续增大。2、为了对大气压等离子体射流中活性粒子的浓度进行调控,本文研究了主要活性粒子的反应路径,研究发现电子吸附反应产生负离子O~-和O_2~-,80%以上的正离子O_2~+和H_2O~+来源于He~*与分子O_2和H_2O间的潘宁电离,e+O_2→e+O+O(~1D)是生成O和O(~1D)的主要路径,O(~1D)+H_2O→2OH和O+H+H_2O→OH+H_2O分别产生69.3%和39.2%的OH,2O_2+O→O_3+O_2是生成O_3的关键反应。3、对大气压等离子体射流和水溶液相互作用选择15种粒子、39个反应,依据通量守恒、亨利定律、泊松方程、扩散方程、扩散-漂移方程,建立了一维模型。通过该模型求解出主要活性粒子的浓度空间分布。在大气压等离子体射流与水溶液相互作用中,H_2O_2是在液相区域里面寿命最长的活性粒子。O_3和OH在水浅层处的浓度相对较高,并且O_3、OH和HO_2有着差不多的渗透深度。4、为了对大气压等离子体射流和水溶液相互作用的高浓度粒子和低浓度粒子进行调控,本论文研究了这些粒子的反应路径,发现H_2O_2主要是由气相等离子体区的O(~1D)的连续注入O(~1D)+H_2O→H_2O_2生成。此外反应OH+OH→H_2O_2也产生了大量的H_2O_2。5、综合分析了当前对大气压等离子体射流实验研究的进展,提出了设计一款低成本、低温度、低功耗的大气压等离子体射流装置,做到了产学研相结合。本设计选择的是类介质阻挡放电拓扑结构,详述了电极的设计、匹配网络的设计和对大气压等离子体射流装置采用脉冲调制进行优化。
【图文】：

曲线,放电等离子体,曲线,电离区

图 1.1 放电等离子体电压-电流曲线的演化曲线，OA 段也称作背景电离区。该区段的电其微量的放射性物质射线引起的电离产生。AB 段被称电压所吸收，，已经没有足够的能量产生新的电子；在

拓扑结构图,拓扑结构,射流,介质

图 1.2 无电介质射流拓扑结构.56 MHz 射频电源驱动，其功率可以在 50-500 W 调节 300 °C，为了降低温度，需要外加水冷装置。其缺点电弧放电（高温）现象不可避免。2、放电功率较高。
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O53;O641.3

【相似文献】