高速流动及强磁场条件下大气压放电特性研究
发布时间：2021-06-14 01:27
大气压放电产生及维持系统结构简单,在工业及军事领域均具有广泛的应用前景。然而大气压放电本身的放电特性容易受到外环境的影响,不同场效应作用下的大气压放电机理及放电特性研究一直是大气压放电研究中的关键问题。本文以面向航空应用的大气压等离子体放电为研究对象,对典型高速流场及强磁场环境下的放电开展了相关研究。研究内容包含了单一场效应及耦合场效应下的放电机理及放电特性。论文中以航空应用中百米/秒量级的气体流动定义为高速流动,气流处于大气压环境,强磁场指磁场强度处于特斯拉量级范围内的磁场环境。本文首先从认识单一场效应与放电的耦合途径出发,探究了流动及强磁场对放电特性的影响,揭示了流动（流态及流速）输运作用下的等离子体非线性变化特性以及强磁场作用下的放电空间偏转特性;利用时空尺度分析方法对强磁场/流场与等离子体之间的作用关系进行了解耦,研究结果表明流动影响放电空间中大质量粒子的运动过程,而强磁场显著影响电子及离子的空间运动形式。采用实验手段进一步探索了单一强磁场作用下的大气压放电机理及规律,揭示了强磁场作用下的放电模式转换特性,探讨了磁场效应对宏观离子风特性的影响。计算并分析了磁场强度对放电电离、吸...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
几种典型的大气压气体放电等离子体源参数图谱[1]
第1章绪论-3-能源与环境的应用中，如等离子体辅助燃烧、等离子体静电除尘等场合，存在着燃料、物质气流与等离子体的相互作用；在军事科学与空间科学领域，如等离子体隐身、等离子体黑障相关研究中，存在着等离子体与流动及磁场的相互作用；在生物医学领域也离不开相应的气流环境及电磁场与等离子体的相互作用，典型的应用示意如图1-2所示。图1-2大气压放电等离子体基本特征及典型应用示意图[1]Fig.1-2Characteristicsofatmosphericdischargeplasmaandtheirtypicalapplications[1]综上所述，大气压放电等离子体装置结构简单、设备方便，具有广泛的应用前景；然而其与外界环境之间的相互作用更为密切，增加了对等离子体的调控难度。在本文具体的研究工作中，大气压放电等离子体面向航空应用的典型环境，拟定开展高速流动及强磁场环境下的大气压放电研究，其中高速流动参考了文献[29,30,43]，指大气压环境下航空应用中百米/秒（亚音速量级）的气体流动；强磁场参考了文献[57,58]，指磁场强度处于特斯拉量级范围内。1.2流场环境下气体放电研究现状流动环境下的放电广泛存在于多种放电应用中，如静电除尘、材料处理、流动控制、等离子体点火及辅助燃烧等，流动条件对放电机理及放电特性的影响受到了各国研究者的广泛关注。从场耦合效应看，放电空间中的等离子体不仅会受到自身碰撞特性的影响，流动的传热传质效应同样会反作用于等离子体放电，研究者们对不同的放电形式开展了流动环境下的放电研究。1.2.1流场环境下电晕放电研究现状对于电晕放电来说，研究者们分别采用模拟及实验的手段对流动环境下的电晕放电过程开展了大量的研究工作。
电幅值降低，重复频率有所提升；当气流方向与负离子运动方向相反时，负离子运动至板电极的时间有所增加，放电幅值提升，重复频率有所减弱。Deng等人采用模拟的手段研究了气流对电晕放电的影响，比较了气流对不同极性下放电特性的影响规律。研究结果表明，气流使得放电空间中的离子分布状态发生偏转，带电粒子空间分布从对称的圆形分布转换为偏椭圆形分布；针对不同极性的放电研究表明，气流对负电晕放电作用效果更明显[32]。a)气流速度140km/ha)Airflowvelocity140km/hb)气流速度210km/hb)Airflowvelocity210km/h图1-3流动环境下电晕放电仿真[31]Fig.1-3Simulationofcoronadischargeunderairflow[31]Ren等人采用实验的手段研究了气流作用下的电晕放电特性。实验结果表明当在放电空间中施加气流作用时，放电模式从电晕放电模式逐步转为辉光放电模式，放电稳定性也有所提升。研究者认为流动不仅通过输运作用改变了正离子的屏蔽效果，而且利用传热作用提升了放电的稳定性[33]。Ichikawa等人研究了气流作用下的Trichel放电脉冲频率特性，实验结果表明气流的引入使得Trichel脉冲在100MHz及250MHz下的小波系数有所提升[34]。Shemshadi等人利用COMSOL仿真软件对气流作用下的电晕放电进行了仿真分析[35]。仿真
【参考文献】：
期刊论文
[1]电流密度对大气压射频辉光放电等离子体特性影响的数值模拟[J]. 王志斌,聂秋月,李和平. 高电压技术. 2018(03)
[2]大气压放电等离子体研究进展综述[J]. 李和平,于达仁,孙文廷,刘定新,李杰,韩先伟,李增耀,孙冰,吴云. 高电压技术. 2016(12)
[3]Particle Densities of the Atmospheric-Pressure Argon Plasmas Generated by the Pulsed Dielectric Barrier Discharges[J]. 潘杰,李莉,王玉暖,修显武,王超,宋玉志. Plasma Science and Technology. 2016(11)
[4]同轴电极的负电晕特里切尔脉冲特性分析[J]. 何旺龄,何俊佳,张锦,万保权. 电工技术学报. 2016(11)
[5]微放电及其应用[J]. 欧阳吉庭,张宇,秦宇. 高电压技术. 2016(03)
[6]大气压脉冲气体放电与等离子体应用[J]. 邵涛,章程,王瑞雪,严萍,任成燕. 高电压技术. 2016(03)
[7]空气沿面介质阻挡放电中活性粒子成分及其影响因素[J]. 刘定新,李嘉丰,马致臻,杨爱军,王小华. 高电压技术. 2016(02)
[8]临近声速气流条件下电子束空气等离子体特性[J]. 邓永锋,谭永华,韩先伟. 强激光与粒子束. 2014(12)
[9]采用多电极结构的大面积表面介质阻挡放电特性(英文)[J]. 李和平,陈国旭,王志斌,葛楠,包成玉. 高电压技术. 2013(09)
[10]等离子体流动控制技术研究进展[J]. 李应红,吴云. 空军工程大学学报(自然科学版). 2012(03)
硕士论文
[1]脉冲反射法电缆综合故障定位研究[D]. 迟震.哈尔滨理工大学 2013
本文编号：3228767
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
几种典型的大气压气体放电等离子体源参数图谱[1]
第1章绪论-3-能源与环境的应用中，如等离子体辅助燃烧、等离子体静电除尘等场合，存在着燃料、物质气流与等离子体的相互作用；在军事科学与空间科学领域，如等离子体隐身、等离子体黑障相关研究中，存在着等离子体与流动及磁场的相互作用；在生物医学领域也离不开相应的气流环境及电磁场与等离子体的相互作用，典型的应用示意如图1-2所示。图1-2大气压放电等离子体基本特征及典型应用示意图[1]Fig.1-2Characteristicsofatmosphericdischargeplasmaandtheirtypicalapplications[1]综上所述，大气压放电等离子体装置结构简单、设备方便，具有广泛的应用前景；然而其与外界环境之间的相互作用更为密切，增加了对等离子体的调控难度。在本文具体的研究工作中，大气压放电等离子体面向航空应用的典型环境，拟定开展高速流动及强磁场环境下的大气压放电研究，其中高速流动参考了文献[29,30,43]，指大气压环境下航空应用中百米/秒（亚音速量级）的气体流动；强磁场参考了文献[57,58]，指磁场强度处于特斯拉量级范围内。1.2流场环境下气体放电研究现状流动环境下的放电广泛存在于多种放电应用中，如静电除尘、材料处理、流动控制、等离子体点火及辅助燃烧等，流动条件对放电机理及放电特性的影响受到了各国研究者的广泛关注。从场耦合效应看，放电空间中的等离子体不仅会受到自身碰撞特性的影响，流动的传热传质效应同样会反作用于等离子体放电，研究者们对不同的放电形式开展了流动环境下的放电研究。1.2.1流场环境下电晕放电研究现状对于电晕放电来说，研究者们分别采用模拟及实验的手段对流动环境下的电晕放电过程开展了大量的研究工作。
电幅值降低，重复频率有所提升；当气流方向与负离子运动方向相反时，负离子运动至板电极的时间有所增加，放电幅值提升，重复频率有所减弱。Deng等人采用模拟的手段研究了气流对电晕放电的影响，比较了气流对不同极性下放电特性的影响规律。研究结果表明，气流使得放电空间中的离子分布状态发生偏转，带电粒子空间分布从对称的圆形分布转换为偏椭圆形分布；针对不同极性的放电研究表明，气流对负电晕放电作用效果更明显[32]。a)气流速度140km/ha)Airflowvelocity140km/hb)气流速度210km/hb)Airflowvelocity210km/h图1-3流动环境下电晕放电仿真[31]Fig.1-3Simulationofcoronadischargeunderairflow[31]Ren等人采用实验的手段研究了气流作用下的电晕放电特性。实验结果表明当在放电空间中施加气流作用时，放电模式从电晕放电模式逐步转为辉光放电模式，放电稳定性也有所提升。研究者认为流动不仅通过输运作用改变了正离子的屏蔽效果，而且利用传热作用提升了放电的稳定性[33]。Ichikawa等人研究了气流作用下的Trichel放电脉冲频率特性，实验结果表明气流的引入使得Trichel脉冲在100MHz及250MHz下的小波系数有所提升[34]。Shemshadi等人利用COMSOL仿真软件对气流作用下的电晕放电进行了仿真分析[35]。仿真
【参考文献】：
期刊论文
[1]电流密度对大气压射频辉光放电等离子体特性影响的数值模拟[J]. 王志斌,聂秋月,李和平. 高电压技术. 2018(03)
[2]大气压放电等离子体研究进展综述[J]. 李和平,于达仁,孙文廷,刘定新,李杰,韩先伟,李增耀,孙冰,吴云. 高电压技术. 2016(12)
[3]Particle Densities of the Atmospheric-Pressure Argon Plasmas Generated by the Pulsed Dielectric Barrier Discharges[J]. 潘杰,李莉,王玉暖,修显武,王超,宋玉志. Plasma Science and Technology. 2016(11)
[4]同轴电极的负电晕特里切尔脉冲特性分析[J]. 何旺龄,何俊佳,张锦,万保权. 电工技术学报. 2016(11)
[5]微放电及其应用[J]. 欧阳吉庭,张宇,秦宇. 高电压技术. 2016(03)
[6]大气压脉冲气体放电与等离子体应用[J]. 邵涛,章程,王瑞雪,严萍,任成燕. 高电压技术. 2016(03)
[7]空气沿面介质阻挡放电中活性粒子成分及其影响因素[J]. 刘定新,李嘉丰,马致臻,杨爱军,王小华. 高电压技术. 2016(02)
[8]临近声速气流条件下电子束空气等离子体特性[J]. 邓永锋,谭永华,韩先伟. 强激光与粒子束. 2014(12)
[9]采用多电极结构的大面积表面介质阻挡放电特性(英文)[J]. 李和平,陈国旭,王志斌,葛楠,包成玉. 高电压技术. 2013(09)
[10]等离子体流动控制技术研究进展[J]. 李应红,吴云. 空军工程大学学报(自然科学版). 2012(03)
硕士论文
[1]脉冲反射法电缆综合故障定位研究[D]. 迟震.哈尔滨理工大学 2013
本文编号：3228767
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