不同激励下棒—环射流的放电特性研究

发布时间：2017-12-11 11:37

  本文关键词：不同激励下棒—环射流的放电特性研究

  更多相关文章： 等离子体射流 等离子体子弹 放电动力学 流光机制 发射光谱

【摘要】：大气压等离子体射流可以在开放空间内产生含有大量活性粒子的等离子体羽,从而待处理材料不受气隙间距的限制。因此,在医学、工业等领域具有广泛的应用前景。本文首创了一种棒-环结构的射流装置,以氩气作为工作气体,研究了不同激励电压下等离子体羽的放电特性。首次发现了直流激励下等离子体羽的单脉冲模式;对于交流激励电压,详细研究了上游羽和下游羽的相互作用。利用残余电荷影响的流光机制对其进行了定性解释;最后,还对比研究了正弦波、三角波和方波激励下等离子体羽的放电特性。主要内容如下:首创了棒-环等离子体射流(环直径远大于导气管直径)。针对于棒电极放置于导气管内的情况,等离子体羽仅产生于氩气的下游区域。研究发现改变直流电压,等离子体羽可以运行在单脉冲模式或连续模式。对于单脉冲模式,放电频率随着外加电压或空气含量的增加而增加,而随着氩气流量的增加保持不变。通过对等离子体羽进行时空分辨测量,发现了脉冲放电包含击穿阶段和余辉阶段,击穿会沿着气流方向传播,而余辉阶段存在着亮暗分层;对于连续模式,放电的发光强度沿着气流方向逐渐减弱。通过研究阴极表面处电流密度及伏安特性曲线,判断该连续模式是汤生放电机制。此外,利用发射光谱研究了放电的电子激发温度,发现随外加电压的增加,单脉冲模式的电子激发温度逐渐降低,直到过渡到连续模式时它才几乎保持不变。并且,单脉冲模式的气体温度也比连续模式的略高。对于棒电极放置于导气管内的情况,比较研究了正弦波、三角波和方波三种激励下等离子体羽的放电特性。结果表明,三种波形激励产生的放电脉冲均出现在电压正半周期内,而负半周期内没有放电脉冲。并且放电脉冲个数均随着电压峰值的增加而增加。对于多脉冲放电,正弦波和三角波激励的放电脉冲强度在电压上升沿内逐渐增加,而方波激励的脉冲强度在电压的正半周期内保持不变。此外,方波激励时相邻放电脉冲的时间间隔要比正弦波和三角波的大。利用高速影像,发现正弦波和三角波激励的等离子体羽均由击穿阶段和余辉阶段组成。对于棒电极放置于导气管外的情况,这种棒-环射流在交流激励下,可以在氩气的上游区域和下游区域产生等离子体羽。此射流与平行场射流和交叉场射流不同,它的电场与气流方向的夹角可以在一定范围内改变。结果表明,随着外加电压或夹角的增加,上游羽的长度增加而下游羽的长度减小。并且随着外加电压的增加,每个电压周期内上游和下游的放电脉冲个数均增加,而放电的起始电压随之减小。利用高速影像,分别研究了上游羽和下游羽的放电动力学行为。利用残余电荷影响的流光机制对这种动力学行为进行了定性解释。此外,利用放电的发射光谱,通过谱线强度比研究了上游羽和下游羽的电子密度和电子激发温度。由于上游羽的产生会对下游羽造成影响,通过改变实验条件避免了上游羽的产生,从而单独研究了夹角对下游羽放电特性的影响。研究发现,下游羽长度随着夹角的增大而减小。对于不同的夹角,外加电压的正、负半周期各对应着一个放电脉冲,并且放电脉冲强度随着夹角的增大而减小。利用高速影像,发现一个放电脉冲对应着一个子弹的传播过程,子弹的传播速度先增大后减小,并且其最大传播速度随着夹角的增大而减小。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O53

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本文编号：1278331