双模式放电中DBD放电参数对甲烷滑动弧火焰光谱及活性粒子的影响分析

对未燃烧的可燃混合气体进行DBD放电,放电后会产生大量的活性粒子,这些活性粒子可以辅助气体燃烧,达到提高燃料燃烧利用率等目的。以DBD激励氩气、甲烷、空气产生的自由基（CH基和OH基）等强化燃烧的关键活性粒子为探索对象,研究DBD放电激励甲烷对滑动弧火焰的影响。为此,采用自主设计的DBD-滑动弧双模式等离子体激励器,利用同轴介质阻挡放电结构对氩气、甲烷、空气混合气进行放电激励,将激励后的氩气、甲烷、空气混合气通入滑动弧端进行点火。固定氩气流量不变,调整空气流量为4.76 L·min-1,并加入甲烷0.5 L·min-1,保证进气通道内氩气与空气-甲烷的气体体积流量比达到Ar∶（CH₄+Air）=1∶30,其中空气、甲烷这两种气体达到了化学燃烧当量比φ=1,氩气、甲烷、甲烷混合气体能实现均匀而稳定的放电并燃烧。DBD段放电电压在15～20 kV范围变化,放电频率在6～10 kHz范围变化,滑动弧段的电压和频率分别保持4 kV与10 kHz恒定,通过改变DBD段放电电压和放电频率,用高速光纤光谱仪检测滑动弧火焰中自由基种类及其光谱强度,分析放电参数激励甲烷对火焰中自由基（CH基和OH基）的影响。结果表明,DBD段放电电压及放电频率的增加可以促进火焰内部的偶联反应发生,可有效提升甲烷滑动弧火焰内部的活性粒子含量,其中OH基团、CH基团在燃烧链式化学反应进程中发挥着较为重要的作用。甲烷经过DBD激励后,随放电电压和频率的增加,火焰中OH基、CH基等主要活性粒子都随之增加。DBD放电后,活性粒子的光谱强度增大,特征谱线比单模式更加明显;甲烷经过DBD激励后,火焰组成发生了变化,滑动弧段出口处甲烷燃烧反应更加充分,火焰温度越高越容易产生OH基。与单模式滑动弧相比,双模式放电可有效促进火焰内部的链式化学反应进程,促进燃料燃烧。     

低气压氙气介质阻挡放电的一维仿真研究

通过建立一个自洽耦合的一维流体模型来描述低气压氙气介质阻挡放电(DBD),并采用有限元法对模型进行数值仿真研究,得到了不同外加电压幅值和频率下的气体间隙压降、放电电流、介质表面电荷随时间的变化关系以及电子、离子、中性粒子和空间电场的时域分布.仿真结果表明:介质表面电荷对放电的点燃与熄灭起着关键的作用;在一个放电周期内,根据气体间隙压降的变化情况,介质表面电荷可按六个阶段进行分析;随着外施电压幅值的增加,间隙击穿逐渐提前至外施电压过零点之前发生,放电更为剧烈;随着外施电压频率的提高,气体间隙压降减小,间隙容易击穿,放电也更加均匀.粒子及空间电场的时域分布表明氙气DBD为典型的辉光放电.     

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在超音速风洞中进行了等离子体气动激励改变激波系结构的实验,考察了介质阻挡放电和横向直流放电对于激波系结构的影响。实验结果表明介质阻挡放电所产生的等离子体能够影响流场附面层。采用逆气流DBD放电后,激波强度略有增大;采用顺气流放电后,激波强度略有减弱。相对于介质阻挡放电,横向直流放电对减弱激波强度影响稍大。     

μs振荡脉冲电源激励下同轴电极介质阻挡放电特性

 采用μs振荡脉冲电源激励同轴电极结构产生空气中介质阻挡放电(DBD),通过电压-电流波形的测量及发光图像拍摄研究了放电特性,计算得到了放电功率及传输电荷量等重要放电参量,研究了电压幅值、气隙距离对放电特性及放电参量的影响,在分析放电机理的基础上对实验结果进行了解释。结果表明:μs振荡脉冲电源激励下,DBD平均放电功率可达上百W,传输电荷量可达几千nC;增大电压幅值和减小放电气隙距离能获得更剧烈的放电,平均放电功率和传输电荷量均增加。     

电荷电压法测量DBD等离子体的放电参量

在DBD应用研究中，使用电荷电压法能够测量许多重要参量，如放电功率、放电间隙等效电容、电介质层等效电容、着火电压、放电间隙等效电压及放电间隙电场强度等．同时根据电荷电压图形随工作条件及状态变化的情况还可以诊断DBD等离子体的工作稳定性．文章对相关原理、模拟实验结果及实际应用效果进行了介绍．     

微秒脉冲激励的大气压氦等离子体射流放电特性北大核心CSCD

研究了不同电极结构以及放电参数对微秒脉冲激励的氦等离子体射流放电特性的影响。实验中采用不同管内径、不同电极形状、不同重复频率等参数,通过采集放电阶段的电流电压图、发光图像以及发射光谱等,对等离子体射流的电学特性和光学特性进行诊断。实验结果表明,随着管内直径的增大,氦等离子体射流的长度减小;管内径为8mm时,等离子体射流的击穿电压与放电电流最小,同时,其发射光谱中第二正带系N2,N+2和O等高能活性粒子的强度最高;管内径为5mm的等离子体射流的放电电流、功率及消耗的能量最大;在相同实验条件下,针尖电极结构中的放电电流、消耗的功率还有发射光谱强度都较大;随着重复频率的增加,氦等离子体射流的长度会增加,但击穿电压减小。     

锯齿波频率对介质阻挡放电光谱特性的影响

采用微间隙平行平板介质阻挡放电(DBD)装置,以氩气作为工作气体,研究了锯齿波激励下DBD的放电图像、发光信号、发射光谱与锯齿波频率的关系。研究发现随锯齿波频率增加,DBD会从均匀模式(低于10 kHz),经历微放电丝与均匀放电共存,并最终过渡到微放电丝占据全部的电极区(频率高于35 kHz)。外加电压和发光波形表明,锯齿波频率较低时的均匀放电对应高占空比的阶梯放电。随频率增大,出现微放电丝后,发光波形呈现多脉冲形式,且电压半周期中的发光脉冲个数随着锯齿波频率的增大而减小。当锯齿波频率高于35 kHz时,每半个电压周期的发光脉冲个数减小为一个(单脉冲放电)。通过对放电的发射光谱进行研究,发现发射光谱中包含氮分子的第二正带系(C3Π_u→B3Π_u),OH(A2Σ+→X2Π)和ArI的特征谱线。研究表明OH(308.8 nm)和ArI(750.4 nm)的谱线强度均随锯齿波频率的增大而增大。     

同轴介质阻挡放电发生器介质层等效电容和负载特性研究

大气压介质阻挡放电(DBD)可以在常压下产生非平衡等离子体,已经成为热点研究领域.通过脉冲或交变电源激发放电,研究电源输出特性、电源与放电发生器负载间的匹配和外界条件对放电的影响对于理解放电现象和提高放电效率具有重要意义.本文采用Lissajous图形法,分别研究了驱动电压、气流速率等因素影响同轴DBD发生器介质层等效电容及负载幅频特性的规律.结果表明,气流速率和驱动电压等外界条件影响DBD发生器的负载特性:介质层等效电容随气流速率增大而减小,随驱动电压增大而增大;幅频特性曲线均表现出RLC回路谐振现象,谐振频率随气流速率增大而增大,随驱动电压增大而减小.通过对比发现,介质层等效电容随频率的变化曲线与幅频特性曲线具有一致的特征,介质层等效电容是影响电路谐振频率动态变化的主要因素.提出了一种有关介质层等效电容的形成机制.     

交流等离子体显示器的红外辐射光谱

为优化交流等离子体显示器(AC PDP)的单元结构和驱动电压,采用光谱测量系统和交流等离子体显示器宏单元对电极结构参量、带有浮动电极的新型单元结构及维持电压脉冲参量对Ne-Xe混合气体放电辐射的红外光谱的影响进行了实验研究。结果表明,随着维持电极宽度增加,单元放电辐射的828 nm红外光谱的强度提高,而其辐射效率基本保持不变;随着维持电极间隙增大或在维持电极间加有适当宽度的浮动电极,红外辐射光谱的强度及其辐射效率均提高;提高维持电压脉冲频率或幅度,可增加红外辐射强度,但辐射效率降低。     

铋酸钠催化大气压介质阻挡放电降解苯胺

在柱-板式介质阻挡放电体系中投加铋酸钠催化剂,研究了该体系的放电光谱特性及对苯胺模拟废水的协同处理效果,考察了pH 值、苯胺初始质量浓度及催化剂投加量等因素对降解率的影响,探讨了铋酸钠协同介质阻挡放电(DBD)催化降解苯胺的机理。实验结果表明,柱-板式电极结构放电过程中辐射出了紫外光和可见光,300~450 nm之间出现高强度N2第二正带谱线。初始浓度100 mg/L苯胺废水被处理10 min后,投加0.2 g/L催化剂时溶液的TOC去除率最高,比单独DBD低温等离子体体系提高14.11%。在碱性条件下,苯胺和TOC的去除率均好于酸性和中性条件。XRD检测结果显示铋酸钠在反应前后峰值位置未发生明显改变。     

纳秒脉冲表面介质阻挡放电特性实验研究

在常规大气环境条件下,基于单极性纳秒脉冲电源对表面介质阻挡放电特性进行了实验研究。结果表明:纳秒脉冲表面介质阻挡放电的本质是丝状放电,放电集中在电压脉冲的上升沿;激励电压和脉冲重复频率越大,放电越强烈,越接近均匀放电,但电压的作用更侧重于均匀性,而频率的作用则侧重于放电的强度;电极间隙的优化可以使表面介质阻挡放电特性最好;玻璃作为阻挡介质时容易发生沿面闪络。     

Statistical analysis of the effect of dielectric barrier discharge (DBD) operating parameters on the surface processing of poly(methylmethacrylate) film

A dielectric barrier discharge (DBD) plasma, operating in air at atmospheric pressure, has been used to induce changes in the surface properties of poly(methylmethacrylate) (PMMA) films. The relative effects that key DBD operating parameters, specifically: discharge power, electrode gap and duration of exposure have on producing chemical and microstructural changes in the polymer surface region have been investigated. The approach taken involves the application of an orthogonal array experimental design and statistical analysis methodology. The various data sets obtained from these analyses have been used to develop an equation in which induced changes in the surface properties of the DBD modified PMMA films are expressed in terms of the effectiveness of the various processing parameters in producing them.In general, the results obtained clearly indicate that DBD plasma processing is an effective method for the controlled surface modification of PMMA. Relatively short exposures to the atmospheric pressure discharge produces a significant amount of oxygen incorporation at the surface as indicted by a pronounced reduction in water contact angle. Analysis of the role of each of the operating parameters concerned shows that they do indeed have selective effectiveness for inducing resultant surface modification. Duration of exposure to the DBD plasma, expressed here as the number of treatment cycles at a given speed of specimen transit through the electrode gap, was found to play a major role in decreasing the surface wettability of PMMA. Conversely, the magnitude of the discharge power was not a significant parameter in this regard. In contrast, the value of the applied power played the dominant role in achieving the observed enrichment of the surface oxygen abundance, as measured by XPS, with the duration of exposure to the discharge playing a secondary role in this case.The nature and scale of the induced surface changes that originate from the various processing conditions employed have been further considered to determine if an interrelationship exists between them. Non-parametric data analysis indicates that no significant correlation exists between the observed changes in measured polymer wettability and the attendant surface oxygen enrichment. This result suggests that the increase in surface wettability caused by DBD processing, as manifested in a reduced contact angle, is not merely attributable to changes in the surface chemistry. As such, it is postulated that changes in the surface microstructure may also contribute to this change in surface wettability.     

米量级常压等离子体改性装置及其在纺织材料改性中的应用

介绍了自制的1m尺度介质阻挡电连续表面改性处理装置。论述了米量级常压介质阻挡放电的物理特性,探讨了介质阻挡放电的电压、功率、频率等电学参量之间的关系。给出了使用此装置连续对涤纶(PET)织物、熔喷PBT非织造布和羊毛织物三种纺织材料进行改性实验结果,得到了相应的扫描电子显微镜(SEM)图片,分析了材料表面改性的原因。     

电容耦合分区放电等离子体的研究

介绍了一种新的大气压下空气中等离子体产生方法─── 电容耦合分区放电。该方法综合了电晕放电和介质阻挡放电的优点,在大气压下可以生成大规模、高密度、均匀稳定的非平衡等离子体。其放电功率可达常规介质阻挡放电100倍以上,且可根据需要灵活调整。     

大气压氖气介质阻挡放电脉冲等离子射流特性

采用自行研制的低造价、小体积、可产生幅值0~35 kV、重复频率1 kHz的高压s脉冲电源,设计了一套以大气压氖气为工作气体的介质阻挡放电（DBD）等离子体射流源,通过测量并计算放电过程中的电压-电流波形、拍摄放电图像、光谱分析等手段,对电压幅值、气体流速对氖气等离子体射流特性的影响进行了研究。结果表明:s脉冲电源激励下大气压氖气DBD能产生锥状的等离子射流且其等离子强度适中;s脉冲电源电压幅值的快速上升,可在放电空间瞬间施加高的过电压,能有效促进放电功率、电子密度、电子激发温度和射流长度的增加;工作气体流速的增加使得放电功率、电子激发温度和电子密度减小,而射流长度变化很小;一定条件下,能形成长距离的射流。     

The influence of the discharge parameters on the plasma spatial structuring in argon DBDs

The plasma parameters, discharge plasma uniformity and filamentation processes in high pressure (near atmospheric pressure) dielectric barrier discharges (DBD) in argon are studied using the developed two-dimensional 2D(r, z) model. The applied voltage frequency, the voltage shape, the dielectric layers material and its thickness are varied and the effects of such variations on plasma uniformity, discharge structure and operation are studied. The DBD discharges with different dielectric layers thickness, dielectric constants and secondary electron emission coefficients are simulated. It was shown that the dielectric layer thickness is an important parameter for producing high pressure discharges uniform over the radius. The possibility of the radially uniform discharges at atmospheric pressure was shown in the present study.     

微隙介质阻挡放电装置中的空气均匀放电光谱特性

大气压空气中介质阻挡均匀放电产生的等离子体在工业领域具有广阔的应用前景,为研究其产生条件及机理,利用微间隙介质阻挡放电装置,在大气压空气中实现了均匀放电。电学实验结果表明,低电压时电流波形在电压每半个周期存在若干个脉冲宽度很小的脉冲,肉眼观察到大量的微放电丝,随着外加电压增加,放电功率逐渐增加,放电空间内微放细丝增多。当电压增大到9.2 kV时,电流波形在电压每半个周期只存在一个宽度较大(约5.5 μs)强度较强的脉冲,观察不到微放电丝,微放电最终扩展叠加形成均匀放电。采集了光谱范围为330～420 nm的发射光谱,氮分子第二正带系337.1 nm的谱线强度明显比氮分子离子第一负带系391.4 nm的强。将337.1 nm谱线的强度归一,391.4 nm谱线的强度即反应了电子平均能量的大小,同时拟合计算了反映分子内部能量的氮分子振动温度。结果表明电子平均能量和分子内部能量都随外加电压的增加而降低。表明放电空间电场能量较低时不容易形成丝状放电,均匀放电模式中电子平均能量比微放电丝放电模式中的低。这些结果对于空气中介质阻挡均匀放电在工业应用方面具有一定的指导意义。     

常压介质阻挡放电等离子体发射光谱的检测分析

以常压介质阻挡放电等离子体作为研究对象,在常温常压条件下使用介质阻挡放电光谱诊断装置,得到N2第二正系跃迁和Ar原子发射谱线。通过对放电光谱的检测分析,可以察知常压介质阻挡放电等离子体的特性,并可运用同一元素谱线的相对强度来诊断电子激发温度等物理参量,以达到对材料表面改性过程的实时监控,工作的结果对常压介质阻挡放电及其在材料改性的应用中具有重要的意义。