交流电压激励大气压等离子体刷的放电特性研究

发布时间：2020-10-18 00:14

　　 等离子体射流能在大气压环境下产生含有大量活性粒子的低温等离子体羽,是低温等离子体研究的热点问题之一。针对传统射流的等离子体羽尺度较小,本论文利用两个裸针电极放电装置,以氩气作为工作气体,在交流电压激励下产生一个大尺度的等离子体羽。主要结论如下:交流激励的刷状等离子体羽由两部分组成,其中间部分是弥散的,而其两个边缘是不对称的亮区。靠近地电极的等离子体羽发光强度比靠近电源一端的发光强度弱,并且在出口附近有一个暗的区域。随着消耗功率增加,等离子体羽增长。在较低消耗功率时,研究发现气隙电压的波形包络有两个区域:振幅增加区和振幅涨落区。随着功率的增加,振幅增长区的持续时间会变长,而振幅涨落区的持续时间会减小直到其完全消失。进一步的研究表明,在振幅增长区,每半个电压周期出现一个电流脉冲和一个发光脉冲,并且出现在电压峰值处。在振幅涨落区,每半个电压周期仍出现一个发光脉冲,但在一个涨落期电流信号仅在电压突变点附近出现两个脉冲。利用高速录像机对等离子体刷的时空演化进行了研究,发现等离子体刷是由等离子体柱随着氩气流动方向移动形成的,它们周期性地在等离子体刷的喷口附近产生,然后在等离子体羽的尾部消失。利用外部触发实现ICCD与电压、电流和总发光信号同步记录,结果发现在一个电压包络中,放电丝的长度和其最小阻抗值随放电丝远离喷口而增加。也就是说,电压的周期性包络源于放电丝的周期性运动。采用发射光谱法对刷状等离子体羽的转动温度进行了研究。结果表明,等离子体羽的气体温度会随着消耗功率的增加而增大,随着气体流速的增加而降低。通过比较研究,发现交流激励比直流激励等离子体刷的气体温度低。
【学位单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O53
【部分图文】：

第 1 章 引言第 1 章 引言近年来，大气压等离子体已经成为低温等离子体研究的热点之一，引起了人们广泛关注。与低气压等离子体相比，大气压等离子体可以在开放的空间，无需真空装置，且结构简单，经济实用，操作便捷，便于流水线生产，因此在各个领域具有非常重要应用前景。例如：在生物医学领域，伤口愈合、杀菌消毒，对一些细菌、真菌以及病等病变的微生物处理使其失活[1-7]；在工业领域，纳米材料制备、表面改性、臭氧产生、蚀、薄膜沉积、等离子体灯制造、等离子体显示[8-13]；在环境领域，如废气、脱硫脱等[14，15]；以及在军事领域可用于等离子体隐身[16]等诸多领域得到应用。(a)(b)

压下易于实现气体放电，但是放电不稳定容易过渡到丝状放电。因此如何可以抑制大气压放电的不稳定性，在大气压下实现均匀放电，这样的研究对于工业应用具有重要意义。传统的在大气压中获得等离子体的放电方式主要有：电晕放电、辉光放电、弧光放电。对于这几种放电相比：电晕放电产生活性粒子的效率低，不适合于工业的应用；弧光放电可以高效率地产生活性粒子，但是电子温度极高容易损坏仪器设备或生物材料；与前面两种放电比较，辉光放电不仅放电稳定容易产生等离子体，而且电子温度适中更适合于各领域的应用，因此大气压辉光放电近年来受到人们更多的关注。最初的大气压辉光放电是通过介质阻挡获得的，即通过在两电极间插入介质板来抑制辉光向弧光的转变，进而获得稳定弥散的辉光放电。20 世纪 80 年 Okazaki 等[17]首次通过在介质阻挡电极结构、特定的驱动频率下获得了大气压氦气的均匀放电，该研究引起了广泛的关注。随后，Massines 等[18]证实了在氦气中的弥散放电属于大气压辉光放电。此外 Fang 等[19]研究空气介质阻挡放电发现气隙间距和介质厚度越小放电越稳定。Garamoon 等[20]通过Al2O3作为电介质在大气压空气中可以获得辉光放电，而用玻璃作为电介质则变为丝状

然而,普遍在大气压下介质阻挡放电中两电极间隙很小，其间隙通常只有几 mm[22]，因此使得待处理材料的尺度也受到了限制，即大气压介质阻挡放电很难处理大体积的三维物体。为了解决这一问题，人们研发了大气压等离子体喷枪[23-26]，其实质的机理是利用气流将电极区放电产生的等离子体吹出，在气流下游区域可以产生具有一定的均匀等离子体，从而使等离子体产生区和应用区实现分离，消除了电极对待处理材料尺度的限制。由于等离子体喷枪具有这样的优势，所以人们对其进行了大量研究，相继研发了各种类型的等离子体喷枪[27]。Uchida 等[28]利用不同波形的电压激励氦气喷枪，产生了不同长度的等离子体羽，并对其光谱特性进行了对比研究。Yambe 等[29]利用射频电压激励氦气喷枪，发现喷枪内径对等离子体羽长度有影响。Chang 等[30]利用正弦电压激励双环型氦气喷枪，对不同峰值电压及气体流量下的放电模式进行了研究。Liu 等[31]利用脉冲电压激励针-环型喷枪，研究了电极间距对氦气等离子体羽中活性粒子浓度和气体温度的
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 加纳源太郎,王武,张碧泉;二氧化锰的放电特性和锌锰石的生成[J];电池;1988年03期

2 孙大明;关幸生;陈应山;;磁控式冷规的放电特性的研究[J];真空与低温;1988年02期

3 刘景顺,冯文粹;SF_6气体在交流叠加冲击电压下的放电特性[J];高压电器;1989年03期

4 于月森;戚文艳;胡义涛;伍小杰;;复合电路的放电特性研究[J];煤矿安全;2013年09期

5 朱枫;熊长征;;宽平顶脉冲形成网络放电特性研究[J];物联网技术;2017年05期

6 王道夫;曾希安;;镉标准电池的放电特性[J];计量技术;1985年07期

7 李舟;程璐;李原;刘轩东;张乔根;;电力电容器主绝缘局部放电特性的研究[J];陕西电力;2016年10期

8 陈全世,林拥军,张东民;电动汽车用铅酸电池放电特性的研究[J];汽车技术;1996年08期

9 李丁九;高电压仪用接口放电特性的研究[J];高电压技术;1990年04期

10 彭宗仁，陈寿田，刘晓亮;氧化锌避雷器串联间隙放电特性的研究[J];电瓷避雷器;1994年01期

相关博士学位论文 前10条

1 袁春华;神经元动力学分析与放电特性的研究[D];天津大学;2017年

2 王艳辉;均匀大气压介质阻挡放电特性及模式研究[D];大连理工大学;2006年

3 宋新新;大气压介质阻挡放电特性的理论研究[D];山东大学;2013年

4 李明;介质阻挡放电材料对放电特性影响的研究[D];华北电力大学（北京）;2008年

5 鄂鹏;霍尔推力器通道内磁场对放电特性的影响研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

6 霍伟刚;脉冲调制射频大气压放电特性的实验研究[D];大连理工大学;2016年

7 曹晶;高海拔换流站空气间隙放电特性及海拔修正研究[D];武汉大学;2013年

8 刘景林;火花罩等离子体中模拟生物气的加氧重整[D];大连理工大学;2013年

9 张祥龙;高压脉冲水中放电特性及亚甲基蓝模拟废液降解研究[D];北京交通大学;2012年

10 陈波;大气压脉冲介质阻挡放电特性及放电参数效应研究[D];山东大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 杨林伟;交流电压激励大气压等离子体刷的放电特性研究[D];河北大学;2018年

2 李亚茹;偏置电极对大气压等离子体喷枪放电特性的影响研究[D];河北大学;2018年

3 谢春玮;不同结构微电极介质阻挡放电特性的研究[D];河南理工大学;2017年

4 张盼盼;不同激励下棒—环射流的放电特性研究[D];河北大学;2017年

5 鲁旭;强电—热耦合应力下高频变压器绝缘局部放电特性与损伤机理研究[D];华北电力大学(北京);2016年

6 丁宁;电极覆盖SF_6短间隙放电特性研究[D];哈尔滨理工大学;2016年

7 李良;常压低温等离子体处理织物及其放电特性研究[D];东华大学;2017年

8 毛学飞;基于特高频技术的变压器局部放电特性研究[D];广西大学;2016年

9 李金凤;大气压下脉冲DBD臭氧发生放电特性的数值模拟[D];南昌大学;2017年

10 王岩;感应耦合等离子体放电特性三维模拟[D];大连理工大学;2013年

本文编号：2845501