低温大气等离子体炬的特性研究

论文摘要

低温大气等离子体炬是近些年来新兴的一种等离子体技术,在材料改性,环境改善以及生物医学等领域的应用前景极其广阔,因而受到国内外各领域学者的广泛关注。低温大气等离子体炬有多种激发方式,本文对一种低温大气高压等离子体炬和一种低温大气微波等离子体炬进行了研究,分别研究分析了两种低温大气等离子体炬的特性,具体包括:研究了一种低温大气高压等离子体炬,驱动为正弦交流高压电源,并通过介质阻挡放电研制出低温大气高压等离子体炬发生装置。通过改变等离子体激发条件,研究了高压等离子体炬的伏安特性,分析了电压、电流、系统功率、工作气体、工作气体流速等参量对等离子体射流稳定性的影响,并初步进行生物样品表面处理实验。主要结果包括:不同的工作气体放电所需要的系统功率不同;高压电极上的电压在气体未开始放电时,随着所加电压的升高而增加;等离子体开始放电时,高压电极上的电压便会骤减,只会在负半幅稳定放电;当低温大气高压等离子体炬稳定产生等离子体射流时,通过该炬管的电流的大小仅和系统功率有正相关的关系,电压几乎稳定不变;等离子体射流对生物样品表面有改性作用。研究了一种低温大气微波等离子体炬,利用微波在大气中直接激发产生低温等离子体射流,对微波等离子体射流的特性进行了研究。利用HFSS和CST软件对低温大气微波等离子体炬发生装置进行了电磁仿真,观察电磁场的分布,确定其在喷射等离子体炬端口的场强。同时,基于多气流通道结构,有效地提高了低温大气等离子体炬的稳定性。通过在自行研制的低温大气微波等离子体炬装置上激发出稳定的等离子体,比较分析了微波输入功率、气体、气体流速对该低温大气微波等离子体炬放电特性的影响。主要结果包括:低温大气微波等离子体射流可以在功率不到100W时产生;电离气体气流量的大小对吸收功率的影响很小,甚至不存在任何影响,而将等离子体从喷嘴处吹出的运载气体气流量的增加则会导致等离子体电离时吸收功率增加;吸收功率随着入射功率的增大而增大,微波导致气体放电需要的输入功率是在一定范围内的,并非输入功率越大其产生的等离子体射流越稳定。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 低温大气等离子体炬简介
•   1.2 研究工作的背景与意义
•   1.3 低温大气等离子体炬的国内外研究历史与现状
•     1.3.1 理论研究和实验验证
•     1.3.2 结构实现研究
•     1.3.3 实际应用研究
•   1.4 本文的主要贡献与创新
•   1.5 本论文的结构安排
• 第二章 低温大气等离子体原理
•   2.1 等离子体的基本特性
•     2.1.1 集体效应
•     2.1.2 德拜长度与准中性
•     2.1.3 等离子体判据
•   2.2 等离子体分类
•   2.3 大气高压气体放电
•   2.4 大气微波气体放电
•   2.5 本章小结
• 第三章 低温大气高压等离子体炬的特性研究
•   3.1 低温大气高压等离子体炬装置
•   3.2 实验装置及测试方法
•   3.3 氦气放电特性
•   3.4 低温大气高压等离子体炬的伏安特性
•   3.5 氮气放电特性
•     3.5.1 气流量相同功率不同时氮气放电特性
•     3.5.2 功率相同气流量不同时氮气放电特性
•   3.6 等离子体射流对生物表面的处理
•   3.7 本章小结
• 第四章 低温大气微波等离子体炬的特性研究
•   4.1 低温大气微波等离子体炬管
•   4.2 低温大气微波等离子体炬的特点
•   4.3 低温大气微波等离子体炬的模拟仿真
•   4.4 实验装置及测试方法
•   4.5 氮气放电特性
•   4.6 氩气放电特性
•     4.6.1 电离气体气流量和功率对等离子体射流的影响
•     4.6.2 运载气体气流量和功率对等离子体射流的影响
•   4.7 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
•   5.1 研究工作总结
•   5.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 聂聪

导师: 鄢扬

关键词: 等离子体炬,大气压,低温,高压,微波

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 电子科技大学

分类号: O53

总页数: 69

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