脉冲滑动放电周期特性及等离子体阻抗特性研究

论文摘要

非平衡态等离子体具有大量的高能电子和活性自由基,有很好的化学选择性和化学活性,在工业和航空等领域有着广泛的应用。作为一种能够在大气压下产生周期性非平衡态等离子体的有效手段,滑动放电以其结构简单紧凑,活性粒子浓度高等优点受到了国内外科研工作者的关注。与传统的交直流电源驱动的滑动放电相比,窄脉冲技术能够提供更高的功率密度和约化电场,产生具有更高效反应速率的活性粒子,因此窄脉冲电源激励的滑动放电在能源转化及航空航天点火等方面有着广泛的应用前景。受到气流量和脉冲重复频率等因素影响,滑动放电的弧发展过程呈现出较不稳定的变化,因此本文从电特性和光学特性对滑动放电周期特性和等离子体阻抗特性进行研究,并分析了捷径事件发生的原因,为滑动放电的应用提供理论依据。当电路中电源施加电压一定时,回路的电流特性受到回路中阻抗值的影响。本文在改变气流量和脉冲重复频率下,研究了微秒脉冲滑动放电的等离子体阻抗特性的变化规律。结果表明:随着脉冲重复频率的增大,单位弧长的滑动弧等离子体阻抗逐渐增大;随着气流量增大,单位弧长的等离子体阻抗呈现逐渐增大规律,但受到气流流场的不稳定性影响,在气流量为14L/min时,等离子体阻抗出现较大的跌落。同时借助于等离子体阻抗值,通过简单计算可知,随着脉冲重复频率增大,滑动弧等离子体的平均电子密度逐渐减小,其数量级约为1013cm-3。捷径事件是滑动放电发展过程中的一种特殊现象。实验中发现当脉冲重复频率大于等于1500Hz时,放电发展过程中将会出现捷径事件。本文通过改变脉冲重复频率,研究了捷径事件与滑动弧等离子体阻抗及单位弧长上的放电功率之间的关系。结果表明:当单位弧长上的放电功率小于某一值时,电源提供的功率难以满足弧通道所需的功率,导致捷径事件发生;捷径事件前后,等离子体阻抗都会出现较大变化。改变气流量和脉冲重复频率,滑动放电的滑动周期出现较大的波动。本文通过放电图像对滑动放电周期特性进行分析。随着气流量的增大,气流流场逐渐由层流向湍流过渡,滑动的上升速度逐渐增大。在层流状态下,滑动呈现周期规律;在层流向湍流的过渡状态下,滑动放电由周期性变化过渡到非周期变化。而增大脉冲重复频率,记忆效应增强,能够抑制气流对滑动放电周期性的影响,增大滑动最大上升高度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•     1.1.1 非平衡态等离子体
•     1.1.2 滑动放电研究意义
•   1.2 滑动放电研究进展
•     1.2.1 滑动放电的放电类型
•     1.2.2 滑动放电放电模式转变及捷径事件
•     1.2.3 滑动放电的周期特性
•     1.2.4 本课题组的研究成果
•   1.3 本文主要研究内容
• 2 滑动放电等离子体阻抗特性
•   2.1 实验装置及测量系统
•   2.2 滑动弧放电等离子体阻抗计算方法
•   2.3 滑动放电等离子体阻抗特性
•   2.4 滑动弧电子密度
•   2.5 滑动放电的转动温度
•   2.6 本章小结
• 3 滑动放电的捷径现象及其形成原因分析
•   3.1 捷径事件分析
•   3.2 不同PRF对捷径事件的影响
•   3.3 本章小结
• 4 滑动放电的周期特性
•   4.1 实验装置及测量系统
•   4.2 实验结果与分析
•     4.2.1 滑动放电的周期特性
•     4.2.2 滑动弧上升高度和平均发展速度
•   4.3 本章小结
• 5 总结与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李卓凡

导师: 陈根永,邵涛

关键词: 滑动放电,等离子体阻抗特性,捷径事件,周期特性,脉冲重复频率

来源: 郑州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,物理学

单位: 郑州大学

分类号: O461;O53

总页数: 56

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