百至千赫兹正弦激励氩气射流中等离子体羽的形貌研究

论文摘要

大气压等离子体射流可以产生富含活性粒子的等离子体羽,在许多领域都有很大的应用潜力,比如污染治理,表面改性,流动控制等。等离子体羽的形貌决定了其中活性粒子的空间分布,是等离子体射流的重要参数之一。然而针对等离子体羽形貌的研究还比较缺乏。针对于此,本论文利用不同频率的正弦电压激励等离子体射流产生了几种不同形貌的等离子体羽,并对其放电特性和形成机制进行了研究。利用频率为数千赫兹的偏置正弦电压激励氩气等离子体射流,产生了锥形等离子体羽。随着偏置电压(V_b)的增大,等离子体羽从实心变为空心。实心羽的长度随着V_b的增加而减小,但空心羽长度随着V_b的增加而增大。实心羽在且仅在电压的负半周期有一个放电脉冲。而空心羽在且仅在电压的正半周期有一个放电脉冲。通过高速影像发现实心羽中有一个“胖”子弹传播,为负流光机制,而空心羽为正流光机制。正流光先表现为定向流光,随后转化为分叉流光。因为潘宁电离和残余负离子的共同作用,该分叉流光倾向于在氩气流的外围传播,因此形成了羽的空心结构。通过在工作气体中掺入不同比例的氮,氧和空气验证了空心羽的形成机制。当激励频率为几百赫兹时,发现了规律性膨胀的等离子体羽。根据偏置电压极性的不同,规律性膨胀羽可以是实心的或空心的。当频率高于特定值时,膨胀消失。通过高速影像发现,和锥形羽类似,实心膨胀羽为负流光机制,而空心膨胀羽则是正流光机制。不管是实心膨胀还是空心膨胀,膨胀的形成都归因于管口下游规律性分布的活性粒子。这些活性粒子是由管口附近周期性的强放电提供的。当驱动频率很高时,观察到了一种丝加晕形羽。通过光电信号的对比,发现晕和丝分别对应于负放电脉冲和正放电脉冲。研究发现这种形貌的等离子体羽长度随着驱动频率的增加而增大。通过高速摄像,丝加晕型羽是由两种不同机制的流光子弹的传播过程复合形成的。正放电脉冲对应细的正流光,而负放电脉冲则对应“胖”的负流光。负流光残余的活性粒子降低了气流轴心的击穿电场,从而使正流光在轴心传播。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 引言
• 第二章 测量方法
•   2.1 同步记录放电电压、电流和ICCD照片的方法
•   2.2 ICCD同步触发记录放电时空演化过程的方法
•   2.3 电子激发温度的测量方法
• 第三章 实心与空心等离子体羽的实验研究
•   3.1 实验装置
•   3.2 实心羽和空心羽的光电测量
•   3.3 实心羽和空心羽的形成机制研究
•   3.4 小结
• 第四章 规则膨胀羽的实验研究
•   4.1 实验装置
•   4.2 规则膨胀羽的光电测量
•   4.3 规则膨胀羽的形成机制研究
•   4.4 小结
• 第五章 弥散羽和丝加晕型羽的实验研究
•   5.1 实验装置
•   5.2 弥散羽和丝加晕型羽的光电测量
•   5.3 弥散羽和丝加晕型羽的形成机制研究
•   5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介及攻读学位期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蔺孝通

导师: 李雪辰

关键词: 等离子体射流,等离子体羽,形貌,流光

来源: 河北大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 河北大学

基金: 国家自然科学基金(批准号:11875121,10805013和11575050),中西部大学综合实力提升的项目,河北省自然科学基金(批准号:A2015201092,A2015201199和A2016201042),河北省教育厅研究基金(批准号:LJRC011),河北省教育厅百优人才支持计划(批准号:SLRC2017021),河北省三三三人才支持计划(批准号:A2016005005)

分类号: O53

总页数: 50

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