等離子體射流能在大氣壓環(huán)境下產(chǎn)生含有大量活性粒子的低溫等離子體羽,是低溫等離子體研究的熱點(diǎn)問題之一。針對(duì)傳統(tǒng)射流的等離子體羽尺度較小,本論文利用兩個(gè)裸針電極放電裝置,以氬氣作為工作氣體,在交流電壓激勵(lì)下產(chǎn)生一個(gè)大尺度的等離子體羽。主要結(jié)論如下:交流激勵(lì)的刷狀等離子體羽由兩部分組成,其中間部分是彌散的,而其兩個(gè)邊緣是不對(duì)稱的亮區(qū)�？拷仉姌O的等離子體羽發(fā)光強(qiáng)度比靠近電源一端的發(fā)光強(qiáng)度弱,并且在出口附近有一個(gè)暗的區(qū)域。隨著消耗功率增加,等離子體羽增長。在較低消耗功率時(shí),研究發(fā)現(xiàn)氣隙電壓的波形包絡(luò)有兩個(gè)區(qū)域:振幅增加區(qū)和振幅漲落區(qū)。隨著功率的增加,振幅增長區(qū)的持續(xù)時(shí)間會(huì)變長,而振幅漲落區(qū)的持續(xù)時(shí)間會(huì)減小直到其完全消失。進(jìn)一步的研究表明,在振幅增長區(qū),每半個(gè)電壓周期出現(xiàn)一個(gè)電流脈沖和一個(gè)發(fā)光脈沖,并且出現(xiàn)在電壓峰值處。在振幅漲落區(qū),每半個(gè)電壓周期仍出現(xiàn)一個(gè)發(fā)光脈沖,但在一個(gè)漲落期電流信號(hào)僅在電壓突變點(diǎn)附近出現(xiàn)兩個(gè)脈沖。利用高速錄像機(jī)對(duì)等離子體刷的時(shí)空演化進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)等離子體刷是由等離子體柱隨著氬氣流動(dòng)方向移動(dòng)形成的,它們周期性地在等離子體刷的噴口附近產(chǎn)生,然后在等離子體羽的尾部消失。利用外部觸發(fā)實(shí)現(xiàn)ICCD與電壓、電流和總發(fā)光信號(hào)同步記錄,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在一個(gè)電壓包絡(luò)中,放電絲的長度和其最小阻抗值隨放電絲遠(yuǎn)離噴口而增加。也就是說,電壓的周期性包絡(luò)源于放電絲的周期性運(yùn)動(dòng)。采用發(fā)射光譜法對(duì)刷狀等離子體羽的轉(zhuǎn)動(dòng)溫度進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,等離子體羽的氣體溫度會(huì)隨著消耗功率的增加而增大,隨著氣體流速的增加而降低。通過比較研究,發(fā)現(xiàn)交流激勵(lì)比直流激勵(lì)等離子體刷的氣體溫度低。
【學(xué)位單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O53
【部分圖文】：

第 1 章 引言第 1 章 引言近年來，大氣壓等離子體已經(jīng)成為低溫等離子體研究的熱點(diǎn)之一，引起了人們廣泛關(guān)注。與低氣壓等離子體相比，大氣壓等離子體可以在開放的空間，無需真空裝置，且結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作便捷，便于流水線生產(chǎn)，因此在各個(gè)領(lǐng)域具有非常重要應(yīng)用前景。例如：在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，傷口愈合、殺菌消毒，對(duì)一些細(xì)菌、真菌以及病等病變的微生物處理使其失活[1-7]；在工業(yè)領(lǐng)域，納米材料制備、表面改性、臭氧產(chǎn)生、蝕、薄膜沉積、等離子體燈制造、等離子體顯示[8-13]；在環(huán)境領(lǐng)域，如廢氣、脫硫脫等[14，15]；以及在軍事領(lǐng)域可用于等離子體隱身[16]等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用。(a)(b)

壓下易于實(shí)現(xiàn)氣體放電，但是放電不穩(wěn)定容易過渡到絲狀放電。因此如何可以抑制大氣壓放電的不穩(wěn)定性，在大氣壓下實(shí)現(xiàn)均勻放電，這樣的研究對(duì)于工業(yè)應(yīng)用具有重要意義。傳統(tǒng)的在大氣壓中獲得等離子體的放電方式主要有：電暈放電、輝光放電、弧光放電。對(duì)于這幾種放電相比：電暈放電產(chǎn)生活性粒子的效率低，不適合于工業(yè)的應(yīng)用；弧光放電可以高效率地產(chǎn)生活性粒子，但是電子溫度極高容易損壞儀器設(shè)備或生物材料；與前面兩種放電比較，輝光放電不僅放電穩(wěn)定容易產(chǎn)生等離子體，而且電子溫度適中更適合于各領(lǐng)域的應(yīng)用，因此大氣壓輝光放電近年來受到人們更多的關(guān)注。最初的大氣壓輝光放電是通過介質(zhì)阻擋獲得的，即通過在兩電極間插入介質(zhì)板來抑制輝光向弧光的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而獲得穩(wěn)定彌散的輝光放電。20 世紀(jì) 80 年 Okazaki 等[17]首次通過在介質(zhì)阻擋電極結(jié)構(gòu)、特定的驅(qū)動(dòng)頻率下獲得了大氣壓氦氣的均勻放電，該研究引起了廣泛的關(guān)注。隨后，Massines 等[18]證實(shí)了在氦氣中的彌散放電屬于大氣壓輝光放電。此外 Fang 等[19]研究空氣介質(zhì)阻擋放電發(fā)現(xiàn)氣隙間距和介質(zhì)厚度越小放電越穩(wěn)定。Garamoon 等[20]通過Al2O3作為電介質(zhì)在大氣壓空氣中可以獲得輝光放電，而用玻璃作為電介質(zhì)則變?yōu)榻z狀

然而,普遍在大氣壓下介質(zhì)阻擋放電中兩電極間隙很小，其間隙通常只有幾 mm[22]，因此使得待處理材料的尺度也受到了限制，即大氣壓介質(zhì)阻擋放電很難處理大體積的三維物體。為了解決這一問題，人們研發(fā)了大氣壓等離子體噴槍[23-26]，其實(shí)質(zhì)的機(jī)理是利用氣流將電極區(qū)放電產(chǎn)生的等離子體吹出，在氣流下游區(qū)域可以產(chǎn)生具有一定的均勻等離子體，從而使等離子體產(chǎn)生區(qū)和應(yīng)用區(qū)實(shí)現(xiàn)分離，消除了電極對(duì)待處理材料尺度的限制。由于等離子體噴槍具有這樣的優(yōu)勢(shì)，所以人們對(duì)其進(jìn)行了大量研究，相繼研發(fā)了各種類型的等離子體噴槍[27]。Uchida 等[28]利用不同波形的電壓激勵(lì)氦氣噴槍，產(chǎn)生了不同長度的等離子體羽，并對(duì)其光譜特性進(jìn)行了對(duì)比研究。Yambe 等[29]利用射頻電壓激勵(lì)氦氣噴槍，發(fā)現(xiàn)噴槍內(nèi)徑對(duì)等離子體羽長度有影響。Chang 等[30]利用正弦電壓激勵(lì)雙環(huán)型氦氣噴槍，對(duì)不同峰值電壓及氣體流量下的放電模式進(jìn)行了研究。Liu 等[31]利用脈沖電壓激勵(lì)針-環(huán)型噴槍，研究了電極間距對(duì)氦氣等離子體羽中活性粒子濃度和氣體溫度的
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