本文關(guān)鍵詞：空氣流對大氣壓納秒脈沖介質(zhì)阻擋放電的影響　出處：《大連理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著對放電等離子體的研究和認識的逐步深入,人類可以在較大的氣壓范圍內(nèi),采用不同的激勵方式、不同的放電結(jié)構(gòu)以及多種工作氣體來產(chǎn)生具有不同性質(zhì)的放電等離子體,并將其應(yīng)用在不同的領(lǐng)域,如流動控制、發(fā)動機點火與助燃、材料表面改性、微電子工藝、氣體凈化、污水處理以及激光技術(shù)等。大氣壓介質(zhì)阻擋放電(dielectric barrier discharge, DBD)具有放電結(jié)構(gòu)靈活、生產(chǎn)效率高、等離子體的氣體溫度低、較少的運行成本以及不需要真空室等諸多優(yōu)點,其產(chǎn)生的大氣壓非平衡等離子體受到越來越多的關(guān)注。尤其是納秒脈沖激勵的DBD與傳統(tǒng)的交流激勵的DBD相比具有多方面優(yōu)勢,如放電更加均勻、能量利用效率更高、電子密度更高以及產(chǎn)生的等離子體具有更高的化學(xué)活性等,所以大氣壓納秒脈沖DBD等離子體的應(yīng)用越來越廣泛。在大多數(shù)大氣壓氣體放電等離子體的應(yīng)用中,氣體流動不可避免。因為放電等離子體在氣流中產(chǎn)生,氣流與放電之間的相互作用就顯得尤為重要。近年來越來越多的科研人員注意到氣流對放電等離子體的影響,并做了一些相關(guān)的研究工作,發(fā)現(xiàn)氣流能夠顯著改變氣體放電的特性,如放電模式、放電強度、放電穩(wěn)定性以及擊穿特性等等。但是,目前對于氣流影響放電的機制仍在討論當中。在本文中,我們主要針對空氣流對大氣壓納秒脈沖DBD的影響開展了如下工作：1、在靜止空氣中獲得了穩(wěn)定的大氣壓納秒脈沖DBD,研究了放電氣隙間距和脈沖重復(fù)頻率(pulse repetition frequency, PRF)對放電的均勻性、擊穿電壓及放電強度的影響,討論了納秒脈沖DBD的機制。實驗結(jié)果表明,隨氣隙間距的增大,擊穿電壓增大,這符合氣體放電的帕邢定律,在脈沖峰值電壓不變時,放電強度減弱,放電的均勻性下降；而隨著PRF的升高,擊穿電壓減小,放電強度基本不變,放電均勻性提高,這體現(xiàn)了在較高脈沖重復(fù)頻率下的“記憶效應(yīng)”更強。2、利用板-板電極結(jié)構(gòu),在空氣流速0-50 m/s范圍內(nèi)研究了氣流對不同頻率不同放電氣隙間距下納秒脈沖雙介質(zhì)阻擋放電(double dielectric barrier discharge, D-DBD)的影響,討論了氣流對放電影響的機制,并在氣流條件下獲得大體積彌散的大氣壓納秒脈沖放電。通過對放電的電壓電流信號和光電流信號的測量,分析了放電過程以及氣流對氣隙擊穿電壓和放電強度的影響；通過采集不同條件下放電的單周期圖像,分析了氣流對放電均勻性的影響；通過采集連續(xù)多個脈沖周期的單周期放電圖像,分析了放電通道的演化過程；采集了等離子體的發(fā)射光譜,通過擬合氮分子的轉(zhuǎn)動溫度,分析了氣流對放電等離子體氣體溫度的影響。在此基礎(chǔ)上綜合分析了空氣流中納秒脈沖DBD的物理規(guī)律,結(jié)果表明,在較高頻率較大氣隙間距時氣流對放電的影響更加明顯。3、采用單介質(zhì)阻擋的板-板電極結(jié)構(gòu),在陰極阻擋(裸陽極)和陽極阻擋(裸陰極)兩種條件下對比研究了氣流對納秒脈沖單介質(zhì)阻擋放電(single dielectric barrier discharge, S-DBD)的影響。通過高壓探頭和電流探頭及光電倍增管分別測量不同放電條件下的電壓、電流和光電流波形,分析單個脈沖放電的物理過程,同時分析了空氣流速改變時放電氣隙的擊穿電壓、放電強度的變化情況；采集單周期放電圖像,分析了氣流對放電均勻性的影響：采集放電等離子體的發(fā)射光譜,分析了氣流對放電等離子體的溫度的影響；采集時間分辨的放電圖像和放電空間的紋影圖像,分析了氣流對放電影響的物理機制。4、采用線-線電極在大氣壓下對比研究了氣流對體介質(zhì)阻擋放電(volume dielectric barrier discharge, VDBD)和沿面介質(zhì)阻擋放電(surface dielectric barrier discharge, SDBD)的影響。在較高頻率下,隨著空氣流速的增大,VDBD的擊穿電壓增大,放電形態(tài)由靜止空氣中的絲狀放電轉(zhuǎn)變?yōu)閺浬⒎烹�；但是對于SDBD,氣流幾乎沒有影響。主要原因是沿面放電中產(chǎn)生的空間電荷和其它粒子都積累在尼龍板表面上,氣流對其密度和分布的影響較小。而對于VDBD和SDBD相疊加的情況,在靜止空氣中會形成自組織放電,但是當電極間距超過10 mm時,放電呈現(xiàn)彌散的模式。另外,在較大的電極間距下放電的光電流強度隨氣流的引入而增強。5、在較高頻率和較大氣隙間距下,研究較大流速(0-260 m/s)的氣流對納秒脈沖D-DBD的影響,實驗結(jié)果表明,放電氣隙間距7mm,在脈沖重復(fù)頻率為1200 Hz時,當空氣流速大于50 m/s時,進氣口一端放電又由彌散模式過渡到絲狀放電模式,而且隨著空氣流速的進一步增大,兩種模式的邊界向出氣口方向移動,當空氣流速超過140 m/s時,放電完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻z狀模式：擊穿電壓在小氣流時呈增大趨勢,在流速超過50 m/s時擊穿電壓基本不隨空氣流速變化,主放電峰值電流隨空氣流速的增大呈減小趨勢。而脈沖重復(fù)頻率為100 Hz時,放電形態(tài)基本不隨空氣流速變化,始終維持絲狀放電,隨著空氣流速的增大,擊穿電壓略有減小,主放電峰值電流略有增大。另外,利用水電極從正面觀察了空氣流速逐漸增大時放電通道的移動和放電通道之間的相互作用。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O53

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