基于微空心阴极的空气等离子体射流研究

本文采用钼片-陶瓷-钼片的三明治型结构,研究了微空心阴极放电产生的空气等离子体射流特性.钼电极和陶瓷层的厚度均为0.8 mm,中心为0.5 mm的通孔,以压缩空气作为放电气体.上述结构在正、负直流电源驱动下均能获得等离子射流.实验结果表明,对于相同放电电流和相同气流条件下,正直流电源驱动放电所获得的等离子体射流长度略大于负直流电源下的射流长度.当气流量较低时,气流为层流状态,放电可处于稳定的直流辉光模式;当气流量较高时,气流处于湍流状态,放电主要为自脉冲模式.在湍流模式下,射流长度均随气流量的上升而增加.     

基于发射光谱的大气压脉冲调制氩表面波等离子体的特性

以微波表面波形式激励的大气压放电等离子体能够在远离发生器的区域产生高密度等离子体且无需波导约束电磁波传输,从而提高了实际应用中微波耦合等离子体的处理效率和可操作性。本文介绍了表面波等离子体源的装置结构及其放电机制。基于等离子体发射光谱,利用Hα谱线的斯塔克展宽法和谱线-连续谱比值法分别诊断了等离子体中电子密度和温度,研究了脉冲调制等离子体在放电过程中电子密度和温度随瞬时功率、调制频率和轴向位置的变化规律,以及氩原子谱线强度的时间演化,并讨论了对电子密度和温度的影响机制以及等离子体余辉过程中激发态氩原子的产生机制。结果表明,等离子体电子密度可达～1015 cm-3且与局域微波耦合能量密度呈正相关,而电子温度受外部条件的影响相对较小,激发态氩原子主要由类似沙哈平衡过程控制。     

基于电晕放电的离子风推进装置推力性能

基于电晕放电的离子风推进装置的推力性能进行了实验研究。采用线-箔、线-平行箔和针-箔三种不同的电极结构,研究了外加电压和电极结构对离子风推进装置推力的影响。结果表明,对于线-箔结构,电晕放电的起始电压随着电极导线半径的增加而增加,装置的推力随着外加电压的升高而增加。在相同的外加电压下,具有多个收集极的线-平行箔结构产生的推力大于线-箔结构产生的推力,而针-箔结构产生的推力亦高于线-箔结构获得的推力。对应的静电场数值模拟结果表明,不同的电极结构改变了电场的空间分布,进而影响了离子风推进装置的推力。进一步的优化设计应综合考虑发射极附近的局部电场以及发射极和收集极之间的空间电场的组合效应,以提升离子风推进装置推力性能。     

磁场增强大气压等离子体射流对镍钴合金泡沫的表面改性

用磁场增强大气压等离子体射流（APPJ）限域改性镍钴合金泡沫（NCF）,并在纯水中原位生长镍钴氢氧化物(NiCo（OH）2),探讨等离子体射流对氢氧化物纳米材料电催化性能的影响。结果表明：磁场可有效提高APPJ改性位置的放电强度和活性粒子浓度,提升镍钴氢氧化物纳米晶核的形成密度,加速后续纯水中氢氧化物生长速度。此外,氧化物纳米六方体镶嵌在纳米片边缘,有利于增强电催化稳定性。制备的MOx-M（OH）2/PMNCF电极材料在碱性溶液中(1 mol·L-1 KOH)传递析氢（HER）析氧（OER）电流密度为100 mA·cm-2时,过电位分别为248和385 mV,优于其他化学法制备的同类材料。本文为过渡金属化合物电催化材料的绿色构建提供了一种新方法。     

跌落射流冲击竖井底部水池实验研究

在跌落式城市排水竖井中,水流跌落一定距离后,通常携带着大量能量.当它冲击竖井底部时,会产生明显压力脉动,对竖井结构安全产生风险.本文建立排水竖井物理实验模型,研究跌落射流对竖井底部消能池的冲击作用,分析竖井底部的压力脉动与分布以及竖井跌落高度和底部水池深度对冲击压力的影响.结果表明:水平射流冲击竖井井壁后,分为沿竖井壁向下的环形流和自由落体的射流.当跌落水流流量较小时,竖井底部高压区域集中在靠近下游管道一侧;随着流量逐渐增加,环形流面积持续增大,高压区域逐渐由下游侧向上游侧过渡.增加下游管道水深可有效降低竖井底部的平均冲击压力,增加水垫层深度可有效降低竖井底部冲击压力脉动.当水流在竖井中达到最终速度后,继续增加竖井跌落高度将不会产生更大冲击压力.     

直流电压激励单电极氩气射流阵列的放电模式

大气压等离子体射流在诸多领域具有非常广泛的应用。为了提高大面积材料的处理效率,通常需要将多个射流排列为射流阵列,但由于阵列中等离子体羽间的相互作用,实际上很难产生大面积均匀等离子体羽。针对于此,本文利用直流电压激励单电极氩气射流阵列,产生了大面积均匀等离子体羽。研究发现,在低电压下放电为分立的等离子体羽,而高电压下为均匀片状等离子体羽。片状等离子体羽随着电压、氩气流量及空气流量的增加而变长。电学和光学测量结果表明,分立等离子体羽的放电电流和发光信号均为频率很高的小脉冲。片状等离子体羽的电流和发光信号为频率很低的大脉冲,并且在两个大脉冲之间也存在着小脉冲。利用高速影像对分立羽和片状羽的产生机制进行了研究。结果表明分立羽中阳极羽对应正流光放电机制,而阴极羽对应汤森放电机制。片状羽的击穿机制也是流光机制,流光击穿后会产生辉光放电丝,此后辉光微放电丝沿着气流向下游运动。此外,利用光纤测温仪对片状等离子体羽的气体温度进行了研究,发现片状等离子体羽的气体温度不超过65℃。     

大气压脉冲调制射频放电中相关时间尺度效应的数值模拟

近年来,大气压射频放电由于可以产生大体积均匀的等离子体而引起人们极大的关注,引入脉冲调制后,所产生的脉冲调制等离子体与连续等离子体相比表现出不同的放电行为,这为研究大气压射频放电中不同的时间尺度关系提供了条件。本文基于一维流体模型,以首电流脉冲为研究对象,研究了电压变化时间(射频频率)、电压施加时长和电压关断时长对放电的影响,讨论了电场变化、带电粒子迁移与带电粒子扩散之间不同时间尺度的关系。计算结果表明,首电流脉冲现象仅出现在电压变化时间较短,即电压变化率较高的条件下;随着电压施加阶段的延长,首电流脉冲将明显增强,稳定后的放电电流也有所增加;随着电压关断阶段的延长,首电流脉冲先增强后减弱,稳定后的放电电流则一直减小。本文的研究有助于深刻理解大气压射频放电中不同时间尺度之间的关系,为实际应用中放电参数的选择提供理论依据。     

电极间距对表面介质阻挡放电产物生成的影响

表面介质阻挡放电可以产生大气压低温等离子体,在空气净化领域有着重大的应用前景。为探究电极间距对表面介质阻挡放电中臭氧及氮氧化物生成的影响,建立二维流体模型进行数值模拟研究。模拟结果表明,在微秒脉冲电压上升沿阶段电流脉冲的个数及幅值均随着电极间距的增大而减小;减小电极间距可以提高臭氧产量,但增大电极间距可以提高臭氧产率。另一方面,NO含量随着电极间距的增大而减少,其余氮氧化物含量几乎不变。本研究对表面介质阻挡放电中有效和有害物质进行了综合模拟分析,能够为表面介质阻挡放电臭氧发生器的设计和优化提供一定的参考。     

针对室内空气污染处理的交直流耦合大气压辉光放电

通过构造交直流耦合电极结构,形成了较大面积的辉光放电并进行了空气净化研究。首先,研究了碳纤维螺旋电极的电场分布特征,分析了非均匀电场产生大气压空气辉光放电的可能性。其次,提出了碳纤维螺旋电极与网状电极的交直流耦合放电模式,分析了网状电极施加不同极性直流电压对电场分布的影响。结果表明,网状电极施加正极性直流电压时,利用碳纤维螺旋电极放电产生种子电子,可以在5 mm间隙内形成弥散的辉光放电。最后,利用制作的空气净化装置在60 min内将甲醛、TVOC和细颗粒物等污染物的浓度都降到国家标准以下。     

大气声波超视距传播的射线追踪

基于射线声学的基本原理,利用MSISE-00和HWM93两个模型建立了在真实大气环境中声波传播的模型.模拟了长春、酒泉和泉州在不同季节时,地面声源出射声线的轨迹.数值模拟结果表明,大气声波的超视距传播,是大气温度场与风场控制的结果,且这种超视距传播的声信道比较稳定,其反射高度近似在50 km或120 km.当声波反射高度在50 km以下时,单跳传播距离约为250 km.该声线模型可以精确地估计大气声波传播的路径.     

EAST中装置中靶板材料对边缘等离子体的影响

靶板的材料是当前聚变研究中的重要问题之一,偏滤器靶板材料的选择对偏滤器靶板寿命、杂质控制和等离子体参数的提升都有重要意义。在高参数等离子体条件下,会有巨大的粒子流和热流通过刮削层到达偏滤器靶板,进而引起靶板的溅射和侵蚀。因此不同材料的靶板在等离子体轰击下对边缘区域等离子体参数的影响也会不同。在本工作中,我们使用三维边缘输运程序EMC3-EIRENE研究了锂、硼、碳、钨四种不同的靶板材料下的电子密度、电子温度以及中性粒子密度的分布。结果发现钨靶板的下游电子密度明显低于其余3种靶板材料,而钨靶板的下游电子温度则较高。中平面附近的电子温度和密度分布也观察到了相似的规律。     

激光辐射压驱动的双层加速质子的模拟研究（英文）

本文研究了激光辐射压驱动的运动电场中加速质子的相关问题.当超短超强激光脉冲与处在背景等离子体前方的薄固体平靶相互作用时,在激光辐射压的作用下,在固体靶后部形成一个电子层-离子层组成的双层结构.在激光的不断推进下,双层结构在背景等离子体里以一定速度传播,可以看成运动在背景等离子体中的电场.这样,在背景等离子体中的质子被这个运动电场捕获并能加速到很高的能量.我们通过二维PIC模拟方法研究了质子加速的相关问题.研究结果表明,被加速质子的最大能量达到20GeV.同时,我们还研究了质子加速与固体靶厚度和背景等离子体密度之间的关系,通过二维PIC模拟给出了一些优化的参数.     

正电晕放电等离子体降解甲醛气体

甲醛作为一种典型的挥发性有机物(VOCs),是室内空气污染的主要来源。近年来,大气压放电等离子体用于环境治理成为研究热点。本文设计制作了一种基于S型气体通道的多针对板的放电反应器,采用高压直流电源放电产生电晕,利用空气电离产生的活性成分来达到降解甲醛气体的目的。研究结果表明：随着施加电压的增高,甲醛降解率也随之提高,施加电压为18.5 kV时甲醛降解能量效率达到最大值;随着气体流速的增加,甲醛降解率随之降低,气体流量为30 L/min时能量效率最大;随着甲醛初始浓度的增加,降解率随之降低;在电晕放电所产生的成分中,臭氧与甲醛降解关系密切,有无甲醛两种条件下,放电生成的臭氧浓度变化与甲醛浓度变化规律相似;S型放电通道设计使等离子体降解甲醛更高效,在大流量处理甲醛气体的应用中具有现实意义。     

汽车轮胎磨损颗粒物扩散特性的数值模拟研究

为了解汽车轮胎磨损颗粒物的扩散特性,采用离散相模型方法,考虑离散相和流体相的双向耦合作用,利用Rosin-Rammler粒径分布模型,模拟了不同工况下汽车行驶过程中轮胎磨损颗粒物的运动轨迹.结果表明:汽车尾部旋转涡流对颗粒物扩散横向距离有较大影响,对扩散高度影响不大.当距离汽车前轮中心竖直平面后方一定时,颗粒物扩散高度与车速基本呈线性关系.在距离汽车前轮中心竖直平面后方5 m时,地面处不同位置颗粒物质量浓度变化呈双峰分布,而在距离为10 m时呈单峰分布,与气流在截面形成不同尺度的漩涡有关.车速相同时,粒径越大,颗粒物沉积越显著.随着车速的增大,0.1～10μm的颗粒物在地面处质量浓度不断降低;10～200μm的颗粒物在地面处质量浓度先增大后减小,并在车速为60 km?h-1时达到最大值.     

二元环/线高分子在纳米棒界面区域的吸附行为

通过粗粒化分子动力学模拟,在高分子链与纳米棒间的不同相互作用强度、不同高分子链刚性,且在同时考虑单分散和双分散共混高分子链条件下,研究了高分子链在纳米棒界面区域的吸附行为。对于柔性环形高分子链,增强高分子链与纳米棒间的相互作用有利于提高纳米棒对高分子链的吸附。当高分子链与纳米棒间的相互作用强度较弱时,增强高分子链刚性会诱导高分子链套在纳米棒上形成规则的自组装结构。对环/线高分子链共混情况,当高分子链与纳米棒间的相互作用较弱时,随着链刚性的增强,环形高分子链优先占据纳米棒界面区域;当高分子链与纳米棒间的相互作用较强时,随着链刚性的增强,纳米棒界面区域由优先吸附环形高分子链转为优先吸附线形高分子链。研究结果有助于进一步了解高分子链与纳米棒的复合材料,为改善纳米复合材料的性能提供理论支持。     

射频等离子体压力传感器及其在动态压力测量中的应用

为精确测量高温高压严苛环境下的动态压力数据,本文设计了一种基于射频等离子体原理的压力传感器,并研究了该传感器在不同电源输出功率时对气压变化的响应规律,及不同温度环境下的工作特性,最后利用该传感器在低速轴流压气机实验台上进行了叶顶动态压力场的测量。实验结果表明,射频等离子体压力传感器电极间隙为220μm时,气压从0.4 atm升高到4.5 atm,灵敏度为0.22 V/kPa;标准大气压下环境温度从25℃上升到400℃时,传感器两端维持电压基本不变,说明该传感器在此温度范围下不具有温度敏感性;低速轴流压气机叶顶动态压力场测量实验结果表明,等离子体压力传感器和Kulite压阻式传感器具有同样捕捉叶片通过频率和叶顶泄漏流的自激非定常特征频率的能力。     

阿尔芬波在低纬电离层中传播的数值模拟

从描述空间冷等离子体波动的双流体动力学方程出发，模拟了低纬电离层顶部的周期场向电流脉冲激发的阿尔芬波在电离层中的传播过程，分析了阿尔芬波在低纬电离层中的反射和耦合．结果表明，在谐振器下边界沿磁力线方向传播的剪切阿尔芬波会发生明显反射（反射系数（R）≥0．6），当剪切阿尔芬波频率位于谐振器共振频率附近时，剪切阿尔芬波在反射过程中将激发垂直于背景磁场传播的压缩阿尔芬波，其扰动磁场将可能形成当地观测的短周期地磁脉动．该结果为从理论上解释地磁脉动现象提供了一种理论依据．     

6—巯基嘌呤与2—巯基嘌呤在银电极上的伏安行为的比较

首次对6－巯基嘌呤（6MP）和2－巯基嘌呤（2MP）在银电极上的伏安行为进行了比较研究,并同时对它们的衍生物的电化学性质进行了探讨,结果发现,6MP和2MP均可在银电极上产生氧化还原波。当电位扫描范围较小时,不论是在酸性、中性还是碱性溶液中,它们各产生一对不可逆波,此为巯基银的形成和还原所致,当电位扫描范围拓展至足够负时,6MP的伏安图上出现多个波,这是由于6MP在较负电位处发生还原,其还原产物吸附在电极表现并进一步发生氧化的所致,6MP在此过程中失去巯基,随后被 的成1,2,3,6－四氢嘌呤或1,6－二氢嘌呤,其电解产物的毛细管电咏分离结果表明6M确被进一步还原,2MP在相同条件下不产生多波现象,这与其不易脱巯基有关,本文还对6－巯基－2－羟基嘌呤（6TX）、2－氨基－6－巯基嘌呤（6TG）、2－巯基－6－羟基嘌（2TX）和6－巯基嘌呤核苷（6MPR）等进行了研究比较。     

不对称布置RC框架-剪力墙结构抗侧刚度退化及扭转效应非线性仿真分析

采用三维实体退化虚拟层合单元非线性有限元分析法对一单跨3层RC框架进行仿真分析并与其试验结果对比验证之后,模拟分析了3个双跨两层不对称布置的RC框架-剪力墙结构空间模型在不同等级水平荷载作用下的全过程受力性能,得出了加载后期框架分担水平剪力比例明显增大,且框架距离剪力墙越远其分担剪力比例越大;随着荷载增大,剪力墙抗侧刚度退化速率逐步加快,框架刚度退化呈台阶式减慢;加载初期,结构"刚心"略向剪力墙位置方向偏移,加载中后期,结构"刚心"向远离剪力墙位置方向移动;结构设计强调"对称布置"和"二道防线"十分重要等研究结论。     

水-酒精混合蒸气在水平圆管横截面换热特性的研究

本文搭建了水平圆管管外凝结传热实验台,以水-酒精混合蒸气为工质,在不同蒸气压力和不同酒精浓度的条件下对水平圆管外凝结换热特性进行了研究,并实现了实验的可视化,分析了不同酒精浓度下造成凝结换热特性差异的原因.实验结果表明：凝结表面不同位置的传热系数不同,表面张力梯度大的位置凝结传热系数较大.在相同流速和浓度条件下,酒精浓度较低时凝结传热系数随蒸气压力的升高而升高,但在高酒精浓度下,凝结液表面张力梯度减小、扩散热阻的影晌增大,蒸气压力对于凝结传热系数的影响并不明显.酒精浓度对凝结传热系数的影响因不同横截面测温点有明显差异,在浓度为2%和5%时传热系数差异较大,而在其他浓度时横截面不同测点的凝结换热效果差异较小.