纳秒脉冲等离子体合成射流激励器的流场特性分析

采用一台高重频、快上升沿纳秒脉冲电源作为激励源,对典型的双电极合成射流激励器进行放电,通过粒子图像测速法（particle image velocimetry,PIV）测量放电实验中激励器稳定流场特性以及发展速度.分析实验结果发现,随着重复频率的提高,合成射流的平均发展速度也随之增大,1 kHz时的平均速度最高达到28.28 m/s,并在单脉冲能量远低于微秒脉冲的情况下,实现了更快的稳态流场控制,表明高重复频率下,更多次数的脉冲放电可提高激励总能量,有效地弥补纳秒脉冲单脉冲输出能量不足的缺点.而且频率越高,流场发展速度越快,说明高重频工作模式会对输出总能量有补偿作用.      

Experimental study of polarity dependence in repetitive nanosecond-pulse breakdown

Pulsed breakdown of dry air at ambient pressure has been investigated in the point-plane geometry, using repetitive nanosecond pulses with 10 ns risetime, 20--30 ns duration, and up to 100 kV amplitude. A major concern in this paper is to study the dependence of breakdown strength on the point-electrode polarity. Applied voltage, breakdown current and repetitive stressing time are measured under the experimental conditions of some variables including pulse voltage peak, gap spacing and repetition rate. The results show that increasing the E-field strength can decrease breakdown time lag, repetitive stressing time and the number of applied pulses as expected. However, compared with the traditional polarity dependence it is weakened and not significant in the repetitive nanosecond-pulse breakdown. The ambiguous polarity dependence in the experimental study is involved with an accumulation effect of residual charges and metastable states. Moreover, it is suggested that the reactions associated with the detachment of negative ions and impact deactivation of metastable species could provide a source of primary initiating electrons for breakdown.     

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。     

纳秒脉冲气体放电机理探讨

 经典Townsend机理和流注理论是气体放电研究的基础,但在解释纳秒脉冲气体放电时均存在一定缺陷。基于经典气体放电理论,探讨纳秒脉冲气体放电机理,分析流注理论判据在纳秒脉冲气体放电中的有效性,解释纳秒脉冲下电子逃逸现象和基于电子逃逸的快速电离波击穿理论,仿真计算高能快电子的逃逸过程。结果认为基于高能量快电子的逃逸击穿将是可能解释纳秒脉冲下气体放电现象的依据。     

重频纳秒高压脉冲下变压器油击穿特性的实验研究

介绍了重频纳秒高压脉冲下变压器油绝缘特性研究的现状和成果。进行了重频（1 Hz～1 kHz）纳秒高压脉冲下25#变压器油击穿特性的实验研究。实验发现相对于单次纳秒脉冲，重频脉冲下25#变压器油的击穿场强与频率相关，频率提高，击穿场强降低，但不是线性关系，在频率超过100 Hz时变压器油的击穿场强变化较小，在10~100 Hz时变压器油的击穿场强迅速下降。初步总结了重复频率、脉冲宽度和击穿场强的关系，对重频脉冲下变压器油的击穿机理进行了初步的探讨。     

重复频率纳秒脉冲源程控脉冲发生器

介绍了一种可以完成脉宽、幅值、频率可调、十路脉冲输出且延时可调功能的程控脉冲发生器。硬件主要包括主电源和辅助电源、功率放大电路、控制系统处理器、数字键盘和液晶显示屏。该脉冲发生器输出脉冲宽度可在1~30 s间调节,脉冲幅值在1~15 V间调节,输出脉冲频率范围为1 Hz~30 kHz,十路脉冲输出中每路脉冲之间可以在0~1 ms范围内精确调节。该脉冲发生器可为多个脉冲源的并联运行提供延时触发,为多个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关串联提供同步触发。     

高电压放电与等离子体专辑出版前言

正高电压放电与等离子体属于脉冲功率、高压放电和等离子体技术的高度交叉融合。研究内容涵盖特种电源技术、绿色清洁的能源获取技术,等离子体与材料、能源、医学、空天等学科的交叉融合,在国民经济建设和社会发展中正发挥着日益重要的作用。2020年10月23日—25日,第三届全国高电压与放电等离子体学术会议在哈尔滨召开。来自国内103家高等院校、科研院所、期刊杂志以及企业界的580余名专家学者参加了本次会议。     

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。     

面向等离子体合成射流应用的微秒脉冲源研制

为了产生高能等离子体合成射流,设计了一台面向等离子体合成射流应用的微秒脉冲源,输出电压为10 kV,重复频率为100 Hz,可承受高达250 A的放电电流。详细介绍了微秒脉冲源的工作原理,比较了不同放电电容对脉冲变压器原边电流及输出电压的影响。进一步将所设计的微秒脉冲源成功应用于等离子体合成射流实验中,研究了不同间距对等离子体合成射流的影响,比较了有无放电电容条件下的能量消耗率。实验结果表明:不同放电电容在相同激励器间距的条件下,击穿电压基本相同;击穿电压随激励器间距增大而增大。有放电电容能产生较大的放电电流,且电流值随电容值的增大而增大。有放电电容条件下的能量消耗率比无放电电容要高,易于产生高能的等离子体合成射流。     

Anode and Cathode Spots in High-Voltage Nanosecond-Pulse Discharge Initiated by Runaway Electrons in Air

We report the experimental results with nanosecond-pulse discharges formed in the air gap between a fiat electrode and a sharp electrode. The appearance of anode and cathode spots on the electrodes is studied experimentally. It is considered that bright spots on the fiat cathode with positive polarity of the sharp electrode are formed due to the explosive electron emission on the cathode and the dynamic displacement current in the gap. It is also shown that with negative polarity of the sharp electrode, bright spots on the flat anode are formed after changing the polarity of the flat electrode due to the discharge oscillatory mode. Under these conditions, the explosive electron emission firstly forms on the sharp cathode. With negative polarity of the sharp electrode of the subnanosecond-pulse pulser, the runaway electron beam current is measured behind the anode foil with a time resolution of no more than 100ps.