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.     

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.     

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。     

NaOH对苯胺气液两相介质阻挡放电特性的影响

研究气液两相介质阻挡放电(DBD)的特性,对于深入理解其放电机理、促进其在环保等工业领域中应用具有重要意义。通过电压电流波形和Lissajous图形等电气特性诊断及发射光谱和发光图像等光学特性诊断,研究了液体成分对大气压气液两相DBD放电特性的影响。比较了苯胺和苯胺加NaOH溶液中气液两相DBD放电特性,利用实验结果计算得到放电功率和传输电荷,并结合放电理论对放电机制进行了分析。结果表明,苯胺加NaOH溶液中气液两相DBD,其放电特性与纯苯胺溶液有明显不同,相同电压下其放电电流约为纯苯胺溶液的两倍,其发光强度更强,放电功率和传输电荷更大,且在光谱特性图波长589nm处出现Na原子谱线,NaOH的加入增加了溶液的电导率,同时促进了气相放电强度,使得放电增强。     

利用电荷-电压李萨如图形法测量介质阻挡放电参量

采用电荷-电压李萨如图形法，设计了大气压介质阻挡放电参量测量实验装置.利用Matlab GUI编写了计算软件，可实现实验数据的快速处理.利用该装置测量了电源频率为4.5～9.0 kHz时介质等效电容、气隙等效电容和放电功率等参量，测量结果表明：电源频率为5.75 kHz时，介质等效电容最高；电源频率为5.5 kHz时，气隙等效电容最低；电源频率为5.0 kHz时，放电功率最高.     

常压窄间隙介质阻挡放电等离子体辐射特性

利用带有透明电极与可测向观察的一个介质阻挡放电(DBD)实验装置对它的常压窄间隙等离子体辐射特性进行了实验研究。结果表明：这一DBD装置的辐射特性会受激励电压、激励频率、DBD结构等多种因素影响。在频率为10～20kHz高压电源激励下，采用窄间隙、薄电介质层结构DBD可以大幅度提高放电空间的电场强度，增加放电功率密度，提高了放电装置性能。     

平台式和斜坡式表面放电辐射源放电特性的比较

 介绍了平台式和斜坡式两种结构的表面放电辐射源，研究了在1.0 μF和1.5 μF储能电容、15~30 kV充电电压等实验条件下两种辐射源的放电特性，并对实验结果进行了比较分析。得到如下结论：对于斜坡式辐射源，增加电极间距可导致放电回路面积增大，因此等效电阻和等效电感也将增加；在相同电压及电容值条件下，斜坡式辐射源的放电电流、平均沉积功率均小于平台式辐射源的相应值，但放电沉积效率略大；电压升高使放电周期、电流达到峰值时间及放电沉积效率呈减小趋势，对于同一种辐射源，使用1.5 μF电容时放电回路参数更加匹配，放电沉积效率得到提高。     

氩气介质阻挡放电不同放电模式的电学特性研究

采用水电极介质阻挡放电装置，在气压为40kPa的氩气中实现了弥散、流光和斑图三种不同 模式的放电，并对其光电特性进行测量.通过测量测试电容上的电压，从而将气隙电压计算 出来，发现随外加电压增加，放电起始时刻不断提前，放电占空比增加；对应放电时刻，气 隙电压减小、输运电荷突增，使得气隙电压和电量波形都远远偏离正弦.气隙电压与输运电 荷成非线性关系.给出了外加电压零点对应的气隙电压随外加电压峰值的变化关系.讨论了壁 电荷在放电中的作用及对气隙电压和电量波形的影响. 关键词： 介质阻挡放电 气隙电压 自组织斑图 输运电荷     

分段表面放电沉积效率研究

利用一种结构紧凑的分段表面放电辐射源模块，详细研究了在不同电压、电容、气压实验条件下回路等效电阻、等效电感及放电能量沉积效率的变化规律，利用四分幅相机拍摄获得了不同实验条件下的放电等离子体通道图像，分析讨论了放电等离子体运动对放电能量沉积效率的影响，提出了提高能量放电沉积效率的有效途径。     

分段表面放电沉积效率研究

 利用一种结构紧凑的分段表面放电辐射源模块，详细研究了在不同电压、电容、气压实验条件下回路等效电阻、等效电感及放电能量沉积效率的变化规律，利用四分幅相机拍摄获得了不同实验条件下的放电等离子体通道图像，分析讨论了放电等离子体运动对放电能量沉积效率的影响，提出了提高能量放电沉积效率的有效途径。     

On the Role of Capacitance Determination Accuracy for the Electrical Characterization of Pulsed Driven Dielectric Barrier Discharges

A dielectric barrier discharge (DBD) of coaxial geometry has been investigated. The discharge cell was filled by 100 mbar of argon and driven by positive square voltage pulses with a rise time of 20 ns and 75 ns. The internal discharge characteristics such as the discharge current, the gas gap voltage, the instantaneous power and energy have been determined from measured current and voltage waveforms. The peculiarities of the experimental evaluation of the discharge parameters are discussed in detail. Special attention is paid to the accurate experimental determination of the key capacitance values of the DBD, namely the capacitance of the reactor cell C_cell and the capacitance of the dielectric barriers C_d. The influence of the capacitance value accuracy on precision of electrical characterization is demonstrated and it is shown that a small uncertainty in the C_d value leads to large errors in the evaluation of the gas gap voltage. Nevertheless, the obtained accuracy of the capacitance values allows the reliable comparison of the electrical DBD parameters. These are sensitive to the mode of discharge excitation. The shortening of the voltage rise time leads to the increase of the total and instantaneous energy as well as the peak power dissipated into the discharge. (© 2013 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

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。     

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。     

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.     

Influence of wire mesh electrodes on the volume and surface characteristics of dielectric barrier discharge of atmospheric pressure helium

The dielectric barrier discharge of helium in a 6 mm gap at atmospheric pressure was studied. In this paper, the influence of electric field distribution on the uniformity of DBD is analyzed theoretically and verified by experiments. The experimental results show that the mesh electrode produces a local enhancement effect by affecting the electric field and then produces corona discharge, which provides seed electrons for the subsequent discharge process. The effects of mesh diameter and size on discharge uniformity and stability are analyzed, the electrode structure parameters are optimized, the method of a segmented electrode is proposed, and the discharge process and charge distribution are studied. The electrical diagnosis results of plasma technology show that the segmented mesh electrode reduces the breakdown voltage of DBD and increases the charge deposition.     

Capacitance and power consumption quantification of dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators

A new procedure for determining the characteristic capacitance of DBD plasma actuators during operation is introduced, based on time-resolved discharge cyclograms. The actuator performance is described extensively and the interaction of several key quantities is elucidated. Operating voltage and corresponding power consumption are identified as deciding factors influencing the actuator’s capacitance. Conclusions concerning plasma actuators as a time and power dependent load in electrical circuits are drawn from these new insights. The steps necessary to insure optimal impedance matching of DBD based systems are underlined as well as its sensitivity to simple parameters such as the operating voltage.