介质阻挡放电中三种放电气隙下超点阵斑图的研究

发布时间：2020-07-01 22:02

【摘要】：本文均采用水电极放电装置,研究了介质阻挡放电中,三种放电气隙下气体放电斑图。首先,首次设计了一种由四个并列矩形组成的放电边界,并获得线性点斑图到折线超点阵斑图转换的现象;其次,又设计一种新型具有D_(2h)对称性放电气隙,并获得具有D_(2h)对称性的斑图Ⅱ;最后,在普通的四边形放电边界下,首次获得白眼条纹超点阵斑图。利用光电倍增管、高速照相机研究斑图的时空动力学,采用高速录像机对斑图的放电形式进行观察,而不同子结构的等离子体参量则用光谱仪进行测量。以上斑图的形成机理,及实验现象均用壁电荷理论进行解释,本工作加深了对壁电荷的理解,又拓展了斑图的种类。在介质阻挡放电系统中,首次采用四个并列矩形组成的放电边界,在这种新型放电边界下,获得随着电压增加线性点—折线超点阵斑图转换的有趣现象。用光电倍增管和高速照相机对不稳定的线性点斑图以及稳定的折线超点阵斑图的时空结构进行研究。折线超点阵斑图由拐角处的暗点、每两个暗点之间的亮点和锯齿形的线组成,锯齿形的线实质是由运动点和锯齿形的晕组成。对于线性点来说,所有的点均同时放电,且他们带有相同的壁电荷量;而折线超点阵斑图则由四套子结构组成,且亮点的壁电荷量高于暗点,由此导致了锯齿形晕的形成,而导致锯齿形线形成的另一个重要原因是运动点行为的统计规律。首次设计了一种具有D_(2h)对称性的放电气隙,并获得了具有D_(2h)对称性的放电斑图。该放电气隙是由4个条型结构组成,每个条型都是由圆形和矩形交替排列属于D_(2h)点群,在圆形与矩形的放电气隙双重调制下获得斑图的演化是从D_(4h)向D_(2h)的转变,并实现一种可调控的等离子体光子晶体。采用高速照相机和光电倍增管对圆形区域时空结构进行测量,结果表明,斑图Ⅱ圆形区域是由中心点、边框点、晕三套子结构组成,晕的形状呈环状。用高速录像机对环状的晕进行拍摄,可以观察到晕是由随机放电丝组成。采用光谱仪分别对不同子结构的等离子体参量进行测量。最后用壁电荷理论解释分析了斑图形成的机制以及环状晕形成的原因。采用了一种普通的四边形放电边界,首次获得一种白眼条纹超点阵斑图。该装置的放电边界虽不是条状边界,但是却出现了条纹的斑图。该斑图不同子结构的时间相关性利用光电倍增管进行测量,结果表明斑图由小点晕、晕以及中心点组成。用高速录像机对白眼条纹斑图的放电形式进行观察。该斑图不同子结构的等离子体参量采用光谱仪进行测量。最后,用壁电荷理论解释了白眼条纹超点阵斑图的形成机制,而为了研究条纹出现的原因以及放电边界纵横比对条纹取向的影响,进行了对比实验,但是由于实验手段有限,该实验还需要进一步探究。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O461.2
【图文】：

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DBD 系统中由于获得斑图种类的多样性，引起了人们广泛的关注，国内外许多实验小组都致力于对斑图的研究，如 Purwins 小组、stollenwerk 小组、Bogaczyk小组、UK 小组、以及国内的欧阳吉庭小组等[26-34]。本实验小组，主要采用的是水电极放电装置，首先，水电极的装置与其他固体电极相比，其优势在于，水电极具有一定的可视性。其次，水的比热容较大，能够更方便的控制电极的温度，从而降低水温对实验的影响，并且水电极操作简单，便于制作。本小组传统的实验装置，是在两个水电极之间放置形状规则的放电气隙作为介质层，如四边形、六边形、八边形、圆形等，如图 1-2所示。在不同的放电边界下，均能得到不同的放电斑图，且斑图的种类与日俱增。近几年，本实验小组拓宽了实验条件，不再拘泥于使用有限的放电装置，而是采用了多样化的放电装置，从而获得了更加丰富多彩的斑图，如 2014 年，使用网格状电极，获得了介质阻挡放电系统图 1-1 自然界以及不同系统中的斑图。瑞利贝纳德对流系统反应扩散系统法拉第系统

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普通四边形的放电气隙，但在三种放电装置下均产生有趣的实验现象以及新型放电斑。而在新型的放电气隙下，不仅能产生新种类的斑图，还能在适当的条件下形成一种调控的等离子体光子晶体。亦能验证斑图的放电边界对放电斑图对称性的影响。由于图的种类不同，斑图的对称性也不同，所以，可以分析斑图所属的点群从而得知斑图对称性[37]。对其对称性的分析，可以分为几个方面：首先，可以对放电气隙的对称性行分析。其次，可以对斑图整体的对称性以及每套子结构的对称性进行分析。有效的斑图与点群知识相关联，从而推动斑图在其它领域的发展。而放电边界对斑图对称性影响，在一定程度上跟放电边界的尺寸有关，在一定范围内，斑图受边界影响较大超过这个范围，斑图则只是在与边界处靠近的位置受放电边界影响较为强烈。所以在小的放电边界下，放电气隙的对称性将在一定程度上，影响斑图的自组织对称性。图 1-2 (a)四边形边界的超四边形斑图；(b)六边形边界的蜂窝斑图；(c)八边形边界的八边形斑图；(d)圆形边界的同心圆环超点阵斑图。

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