大气压氩气/空气介质阻挡放电中分子振动温度

使用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气混合气体放电中,利用光谱方法测量了氮分子(C3Πu)的振动温度及其随空气含量的变化关系.计算中采用的是氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线,顺序带组有:△v=-1,△v=-2和△v=-3.结果表明:大气压介质阻挡放电中氮分子振动温度范围为1 938～2 720 K,振动温度随空气含量的增加几乎是线性增加的.该工作对研究介质阻挡放电中等离子体的动力学过程具有重要意义.     

空气介质阻挡放电中氮分子离子的转动温度研究

采用液体电极装置,首次在空气介质阻挡放电中观察到了清晰分辨的氮分子离子第一负带(0,0)转动谱.根据转动光谱的强度分布,确定转动能级上粒子最大布居数位置,估算了氮分子离子的转动温度.改变外加电压和放电气体的气压,研究了转动温度的变化,发现当气压在10.133～60.795 kPa范围时,随电压的增加,谱线强度增加,但其转动光谱的强度分布不变,说明转动温度保持不变.上述结果对于空气介质阻挡放电理论模型的建立及工业应用均具有重要的参考价值.     

氩气/甲烷/空气介质阻挡放电等离子体的发射光谱诊断

为了获得可燃气体的放电及等离子体发射光谱特性,进一步揭示等离子体助燃作用下燃料在稀燃状态的点火与燃烧特性,在常压下以氩气作为载气对预混的甲烷和空气进行放电研究。实验基于平行板电极射频(13.56 MHz)介质阻挡放电的等离子体发生装置,首先在常压下对体积分数为90%氩气/10%空气的混合气体开展放电研究;再在90%氩气含量不变的情况下,调节空气含量并加入与之能形成燃烧化学当量比Φ=1的甲烷,氩气/甲烷/空气的混合气体同样能实现稳定而均匀的放电;最后分别在90%氩气含量不变,甲烷和空气在当量比为Φ=0.4~1.9六种情况下进行放电实验。由光谱仪记录不同放电工况下的发射光谱信息,诊断反应产物类型,利用观测到的氮分子第二正带系(0-2)380.4nm和(1-3)375.4nm处的发射谱线,与自编程序计算的模拟谱线拟合,得出分子转动温度(即气体温度)。研究结果表明:通过拟合模拟光谱与实验所测发射光谱的方法推测分子转动温度,进而获得气体的平动温度,氩气/空气放电的气体温度可达到1 150K,氩气/甲烷/空气Φ=1时放电气体温度升高到1 390K;甲烷与空气形成不同当量比时,所测等离子体气体温度相对于90%氩气/10%空气混合气体温度的温升在70~240K范围变化;由光谱信息观测到CH,H,OH和CH_2O等活性粒子的存在以及气体温度的升高,表明可燃成分混合气在射频电场放电作用下发生等离子体燃烧化学反应并释放出化学热。     

狭缝微放电等离子体参数的光谱测量

利用平行管水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气混合气体中,得到了狭缝微放电等离子体。利用发射光谱法,研究了此放电中分子振动温度、分子转动温度和电子的平均能量随气体压强的变化。通过氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线计算了氮分子的振动温度;利用氮分子离子(N2+)的第一负带系(B2Σu+→X2Σg+)的发射谱线计算了氮分子的转动温度;测量了氮分子离子391.4 nm和激发态的氮分子337.1 nm两条发射谱线的相对强度之比,研究了电子能量的变化。结果表明,当压强从60 kPa增大到100kPa,分子振动温度及分子转动温度均减小,氮分子离子谱线与激发态的氮分子谱线的强度之比亦减小。     

(O)H自由基LIF光谱研究

利用脉冲高压直流放电技术产生(O)H超声分子束,以纳秒染料激光二倍频输出(282 nm)作为激发光源,通过LIF光谱测量方法,获得了(O)H A2∑+-X2Ⅱ(1,0)带转动分辨激发荧光谱,并通过对谱线强度分布的分析和计算,得到X2Ⅱ态OH的转动温度为(30±1)K;通过对A2∑+-X2Ⅱ(1,1)带及(0,0)带跃迁的荧光衰减时间谱测量,拟合得出(O)H激发态A2∑+(ν=1)及X2Ⅱ(ν″=0)的寿命分别为(637±6)和(675±13)ns.     

光谱法研究低气压空气介质阻挡放电均匀性

利用介质阻挡放电装置.在低气压空气中得到了均匀放电,并采用光谱法,研究了放电等离子体温度的空间均匀性.实验采集了氮分子光谱,采用氮分子第二正带系C3Ⅱu→B3Ⅱg计算振动温度;采用氮分子离子第一负带系计算转动温度(气体温度).实验发现,振动温度随电压增加而减小,而转动温度随电压增加而增大.等离子体振动温度和转动温度在空...     

气流对氮气介质阻挡放电气体温度及放电模式的影响

利用光谱测量和高速照相的方法,对大气压氮气介质阻挡放电进行了研究.在气流的帮助下,2mm气隙中的均匀放电可以长时间得以维持.根据放电电流波形和1μs曝光时间的放电图像,这种均匀放电被判定为汤森放电.用氦氖激光器对实验中所用的光谱仪带来的谱线轮廓展宽进行了标定,并将得到的仪器展宽数据输入Specair软件,计算了不同气体温度下氮分子二正系0—2谱带的谱线轮廓.通过用计算谱线轮廓去拟合实验谱线轮廓,确定了氮分子的转动温度并将其近似为气体温度.结果表明:大气压氮气介质阻挡汤森放电并不能使气体温度大幅上升(ΔTg≤50K),气体温度的小幅上升不会引起热不稳定性而导致放电发展成为细丝放电.气流确实可以降低放电气体温度,但这不是使汤森放电得以维持的原因.通过比较加入气流前后的放电光谱可知,气流降低了气隙中杂质氧的含量,使得更多的氮分子亚稳态N2(A3Σu+)的寿命延长到下一次放电的起始时刻,为汤森放电提供了必需的大量种子电子.     

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用火花预电离辅助介质阻挡放电装置在大气压空气中实现了均匀的类辉光放电。通过用光谱模拟法和波尔兹曼图解法对N 2 第一负带系B2Σ→X 2Σ(0,0)带发射谱线的分析,对放电过程中N 2 的转动温度进行了诊断。研究了不同频率和放电模式下转动温度的变化规律,对由两种方法计算所得的温度进行了对比。实验结果表明,转动温度会随着外加频率的增加而缓慢的增加;当放电从类辉光模式变到丝状放电模式时,转动温度会有70K左右的升高。     

发射光谱研究大气压等离子体射流的气体温度

采用介质阻挡放电等离子体喷枪装置,在大气压下流动氩气中产生了射流等离子体。利用光电倍增管,对射流等离子体进行了时空分辨测量,分析了等离子体喷枪内介质阻挡放电和外部等离子体羽的放电特性。利用高分辨率光谱仪采集等离子体羽处的发射光谱,通过对发射光谱中OH(A2Σ+→X2Π,307.7～308.9nm)及N2+的第一负系(B2Σ+u→X2Π+g,390～391.6nm)谱线拟合得到了射流等离子体的转动温度,拟合得到的转动温度分别为443和450K。在5%的误差范围内,这2种方法得到的结果是一致的。由于在大气压下,转动温度近似等于产生气体放电的气体温度,所以可以确定大气压射流等离子体气体温度。利用该方法研究了不同电压下的气体温度,发现气体温度随着外加电压增加而增大。     

激光烧蚀Al热原子与CF4,CCl4,CH2Br2反应中激发态C2的形成

脉冲激光烧蚀平面铝靶产生的热原子与气相CF4,CCl4,CH2Br2的碰撞反应中,在430～600nm之间观测到激发态C2分子的发光光谱,它们可归属为Swan带的d^3Ⅱg=a^3Ⅱu跃迁中△v=2,1,0,-1,-2五个振动序列(v′≤6)。谱强度分析表明,C2激发态可很好的用热平衡描述,其振动温度达6000K左右。同时在△v=0和-1的振动带间观测到振荡的谱峰,它们是转动谱线叠加的结果。激光烧蚀Al产生的等离子体在膨胀中产生的激波及其本身的动能与反应气体碰撞使其解离产生C,然后复合形成C2。C2激发态d可能是通过激发态的Al(^2S)经近共振传能产生,也不排除在有足够碰撞能下优先形成C2激发态b,再通过与d态的v′=6能级交叉无辐射跃迁而进入d态。     

大气压下石英毛细管内氩等离子体放电的发射光谱诊断

在长度为20cm的石英毛细管内利用两个边缘锋利的中空的针型电极之间的氩气放电产生了高电子密度的大气压等离子体。利用发射光谱对所获得的等离子体的几个重要参数进行了诊断。利用计算机谱线拟合法合成了300nm附近OH(A-X)的(0-0)转动谱带并通过与测量谱线的比较确定了等离子体的气体温度,根据Hβ谱线Stark展宽法计算了等离子体的电子密度,采用玻尔兹曼曲线斜率法依据测得的有关氩的发射光谱估算了等离子体的电子温度。研究结果表明,这种石英毛细管内弧光放电等离子体的气体温度约为(1100±50)K;电子密度数量级在1014cm-3;电子温度约为(14515±500)K。     

介质阻挡放电点燃大气压直流均匀放电的光谱研究

由于大气压均匀放电等离子体在工业领域具有广泛的应用前景，为了获得大尺寸的大气压均匀等离子体，采用氩气作为工作气体，在大气压空气环境中利用同轴介质阻挡放电点燃了针-板电极间的大气隙(气隙宽度达到5 cm)直流均匀放电。研究发现，同轴介质阻挡放电能够有效降低针-板电极间的击穿电压。该均匀放电由等离子体柱、等离子体羽、阴极暗区和阴极辉区组成。其中等离子体柱和阴极辉区都是连续放电。而等离子体羽不同位置的放电是不同时的。事实上，等离子体羽放电是由从阴极向着等离子体柱移动的发光光层(即等离子体子弹)叠加而成。利用电学方法测量了放电的伏安特性曲线，发现其与低气压正常辉光放电类似，均具有负斜率。采集了放电的发射光谱，发现存在N₂第二正带系、氩原子和氧原子谱线。通过Boltzmann plot方法对放电等离子体电子激发温度进行了空间分辨测量，发现等离子体柱的电子激发温度比等离子体羽的电子激发温度低。通过分析放电机制，对以上现象进行了定性解释。这些研究结果对大气压均匀放电等离子体源的研制和工业应用具有重要意义。     

吸收光谱法测量大气压空气介质阻挡放电的臭氧浓度

臭氧作为一种强氧化剂和杀菌剂,在污染物降解,食品加工,杀菌消毒,医疗卫生等方面有着非常广泛的应用。大气压介质阻挡放电是一种极为高效的产生臭氧的方法,利用平行平板介质阻挡放电装置,采用交流高压激励,产生了大气压空气非平衡态等离子体。通过测量其电压和发光信号,发现在电压的正、负半周期均存在着许多随机的放电脉冲,并且其脉宽均在几十到几百纳秒之间,这表明其机制是流光放电。放电的光学发射谱包含氮分子的第二正带系(C 3Π-B 3Π)和第一正带系(B 3П-A 3П),氮分子离子的第一负带系(B 2Σ-X 2Σ),以及氧原子谱线(715.7和799.5 nm)。由于流光放电在紫外区域(200~300 nm)没有明显的发射谱线,但臭氧在此区域存在吸收峰,因此可以利用此区域的紫外吸收光谱测量放电产生的臭氧浓度。吸收光谱法可以有效的监测其臭氧浓度的变化情况,其优势在于操作简单,对实验环境要求低,可在放电条件下使用,并且可以连续监测臭氧浓度变化。基于此,通过Beer-Lambert定律计算了臭氧浓度随实验参数的变化,结果发现随外加电压幅值和驱动频率的增加,臭氧浓度升高。这些结果对于大气压介质阻挡放电的工业应用具有重要价值。     

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。     

压强对空气/氩气介质阻挡放电中等离子体温度的影响

使用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体放电中,利用发射光谱法,研究了电子激发温度和分子振动温度随气体压强的变化关系。通过氩原子763.51nm(2P6→1S5)和772.42nm(2P6→1S3)两条谱线强度比法计算电子激发温度;通过氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线计算氮分子的振动温度;对氮分子离子391.4nm和激发态的氮分子337.1nm两条发射谱线的相对强度进行了测量,以进一步研究电子能量的变化。实验表明,随着压强从20kPa增大到60kPa,电子激发温度减小,分子振动温度减小,氮分子离子谱线与激发态的氮分子谱线强度之比减小。     

大面积氮气均匀介质阻挡放电发射光谱研究

采用板-板式电极结构在大气压氮气中成功地获得了具有工业应用前景的大面积均匀介质阻挡放电等离子体。利用发射光谱技术测量了N2(C3Πu→B3Πg)和N2+(B2Σu+→X2Σg+0-0 391.4nm)的发射光谱,并研究了应用电压和驱动频率对N2(C3Πu→B3Πg)和N2+(B2Σu+→X2Σg+0-0 391.4nm)发射光谱强度的影响。结果表明,当应用电压小于6kV时,N2(C3Πu→B3Πg)和N2+(B2Σu+→X2Σg+0-0 391.4nm)的发射光谱强度随应用电压增大变化较小,进一步升高应用电压时,等离子体发射光谱强度陡然增强。本文还讨论了激发态N2+(B2Σu+)离子在纯N2和He+N2混合气体中介质阻挡大气压均匀介质阻挡放电下的主要产生机制。