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。     

低成本脉冲源驱动的纳秒脉冲等离子体固氮

纳秒脉冲等离子体在环境工程领域与生物医学领域有着广阔的应用前景。本文介绍了一种集成度较高、成本较低的kHz脉冲电源和一种简单、实用的等离子体发生装置。本文所提及的脉冲电源的成本在2000元以内,电压峰值、放电频率均可通过修改电路元件参数进行调节。该等离子体放电装置在大气压条件下可产生体积为25cm×25cm×2cm的均匀等离子体区,放电装置的工作气体为空气或氮气。将雾滴通过等离子体放电区域后,等离子体中的气相NOx、O和OH-等粒子溶解在雾滴中,并通过一系列反应形成NO-2、NO-3和NH+4,从而实现大气压条件下的低温等离子体固氮。     

纳秒脉冲激励Ar/PDMS介质阻挡放电特性

介质阻挡放电(DBD)因其能够在大气压下产生大面积等离子体,在材料改性领域具有广阔应用前景。为获得高活性、可调控、适用于憎水改性的DBD等离子体,本文以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为憎水性反应媒质,以Ar作为工作气体,采用纳秒脉冲电源激励产生介质阻挡放电。改变电压幅值、重复频率、上升沿时间等激励源参数,通过电学特性、发光特性和光谱特性诊断方式,获得了激励源参数与放电均匀性和粒子活性的关系。结果表明,重复频率对粒子活性影响最显著,随着重复频率增加,光谱强度显著增大,粒子活性增强,这对于提高憎水改性效果具有显著作用。此外,增大电压幅值和上升沿时间也可提高粒子活性,但增大电压幅值会导致放电均匀性下降,而上升沿时间超过200 ns会对粒子活性产生抑制作用。     

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℃。     

高功率微波注入平流层对臭氧的影响

高功率微波注入大气层形成人工电离区是一种可以促进臭氧生成的方法.然而,很少有研究对其进行定量分析.本文采用时域有限差分法对高功率微波大气传播模型进行差分离散,结合电子促进臭氧生成的相关化学反应,对平流层不同高度(20～50km)的电子、O、O_2、O_3等粒子在微波作用下的变化情况进行了模拟与定量分析.结果显示:在高功率微波作用下,电子数密度在大气击穿前增加到最大值;大气击穿难度随着高度(20～35km)的增加逐渐减小;在30和35km处,显著增加的电子可以促进臭氧数密度增大3个数量级且能够维持约400s.     

磁场环境下针板DBD臭氧发生的参数影响

磁场能有效地改变介质阻挡放电放电特性。然而,目前对于磁场环境下DBD臭氧发生重要参数的影响鲜有报道。本文主要实验研究了放电电压、频率和气体流量对磁场环境下针板DBD臭氧发生的影响。实验结果表明:磁场增加了放电电流,因此在8 kV和6.5 kHz下放电功率提高了约22.9%;臭氧浓度、臭氧产率和放电功率均随放电电压的增加而增加。同时磁场对臭氧浓度和放电功率有积极的影响,且随着放电电压的增大,这种影响将更明显。在8 kV,6.5 kHz和1 SLPM下臭氧浓度增加约33.1%,但磁场并不能增加臭氧产率;臭氧产率则随着气体流量的增大而逐渐增大;随着放电频率的增加,臭氧浓度和放电功率增加。同时随着放电频率的增加,磁场对臭氧浓度和放电功率将有更积极的影响。     

大气压氩气介质阻挡放电特性的一维粒子仿真

介质阻挡放电(DBD)是产生低温等离子体的一种常见放电方式。本文建立了大气压下氩气DBD的一维PIC/MCC模型,采用了粒子自适应权重(APM)以及基于OpenMPI的并行计算策略,考虑了带电粒子在介质板上的积累以及复合反应。本文针对频率500 kHz,幅值电压3 kV正弦电压激励下放电的时空演化特性进行仿真研究,得到了其汤森放电、辉光放电等阶段中的放电特征,研究了电压幅值、气隙间距、介质板介电常数等参数对放电特性的影响。     

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。     

Li掺杂对ZnO陶瓷结构与电学性能的影响

研究了用传统方法在1200～1400℃烧结的ZnO陶瓷，以及用放电等离子体烧结(SPS)方法烧结的ZnO陶瓷的结构特征与电学性能。以ZnO为基添加了不同浓度的LiOH，制备了不同Li掺杂浓度的ZnO陶瓷。研究了掺杂、烧结温度，以及烧结方法等因素对ZnO基陶瓷的微观结构、电学性能的影响。实验表明，用传统方法烧结时，ZnO在烧结温度低于1400℃的情况下难以成瓷，而放电等离子体烧结(SPS)方法可以显著降低烧结温度。ZnO陶瓷的晶粒大小。密度随着烧结温度的增大而增大。在同样的烧结温度下，LiOH含量越大，ZnO基陶瓷的电阻率越大。     

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。     

激光等离子体尾波中的太赫兹阻尼辐射

基于激光等离子体尾波解析模型,得到等离子体尾波中振荡电流分布,采用经典阻尼辐射理论,计算了电流振荡辐射的纵向THz波空间分布。结果表明,纵向传播THz辐射主要来自径向电流振荡,阻尼辐射集中在以激光轴为中心的小角度圆锥体范围内,辐射强度峰值偏离激光轴方向一个小角度。讨论了等离子体层厚度对辐射的影响,发现辐射功率随等离子体层厚度的增加而增大,而辐射立体半角宽度随着等离子体层厚度的增加而减小。     

高重复频率纳秒脉冲放电特性

纳秒脉冲放电可用于产生非平衡态等离子体,提高脉冲重复频率有利于提高纳秒脉冲放电中的等离子体参数。采用脉冲重复频率达到30 kHz的纳秒脉冲电源放电产生大气压等离子体,并研究了放电特性及等离子体参数。结果表明在重复频率较高的情况下,击穿电压和击穿时延仍随重复频率的增加而持续下降,但降幅减少,出现饱和现象。计算了放电功率和单脉冲能量随频率的变化,发现高重复频率下,虽然单脉冲放电能量不断降低,但由于单位时间内脉冲个数的增加,放电总功率随脉冲重复频率的增加而不断增加。此外,通过Ar原子光谱获得的电子温度为0.8～2.5 eV,证明高重复频率纳秒脉冲放电产生的等离子体为典型的非平衡态等离子体。本研究能够为高重复脉冲纳秒脉冲放电的应用中反应条件优化提供参考。     

激光等离子体中横场坍塌形成的密度空穴

强激光与等离子体相互作用时在临界面附近发生强烈的波-波、波-粒相互作用,原来均匀分布的横等离子体波在调制不稳定作用下,发生坍塌破碎,局域化的高强度横等离激元通过有质动力排斥粒子形成密度空穴,同时诱发出高强度的低频磁场.采用从伏拉索夫方程和麦克斯韦方程组导出的非线性控制方程,数值模拟了非静态极限情况下无碰撞等离子体中密度空穴和低频磁场的演化过程.     

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。     

基于密度泛函理论计算的二次电子发射对放电等离子体特性的影响

离子诱导二次电子发射(SEE)过程是低温等离子体的基本物理过程。电介质上的表面电荷在SEE过程中起着重要作用,从而影响放电等离子体动力学过程。不同于之前研究通过简化电子结构和表面电荷参数进行计算的模型,基于俄歇中和与密度泛函理论(DFT)模型,采用一种更精确的方法计算了含氮掺杂的氦气大气压介质阻挡放电(DBD)中介质表面有电荷累积的MgO的二次电子发射系数(SEEC),并在此基础上分析了其对DBD时空特性的影响。为了更直观地观察介质表面电荷对SEE过程的作用,引入放电过程中表面残留电荷较少的削波电压与正弦电压进行比较。结果表明,削波电压下的放电过程前后无明显变化,而正弦电压下放电峰值时刻的相位提前,电流幅值明显减小,电子的空间分布更加弥散,这不仅验证了本研究DFT模型计算的有效性,还为进一步研究DBD放电的物理过程奠定了理论基础。     

线偏振激光在等离子体中的调制相互作用

激光在等离子体中传播时,横等离激元与驱动的离子声波发生调制相互作用,出现调制不稳定性。随着调制不稳定性的非线性发展,将使得激光场峰值越来越大,最终导致激光场的坍塌。利用电磁波在等离子体中的非线性色散关系以及Karpman方程,首次得到在一般情况下调制不稳定性的时间增长率与扰动态波数之间的函数关系。结果表明,调制不稳定性的时间增长率随着激光强度的增大而增长;越接近等离子体临界面处,调制不稳定的时间增长率的峰值显著增长。同时从线偏振激光场波包所满足的非线性控制方程出发,利用维里定理,讨论调制不稳定发展后期的波包坍塌动力学问题,证明了激光场具有塌缩行径。更多还原     

边界形状对二维斜面颗粒流的影响

用实验方法研究了不同边界形状下二维斜面颗粒流在通道中的分布.结果表明,边界形状对二维斜面颗粒流有重要影响,粗糙边界条件下,颗粒流量密度在通道中横向呈对称马鞍型分布,且峰值位置与边界形状有关.对锯齿形边界,颗粒流量密度的峰值位置随斜面倾角（sinθ）的增大往中心区域移动,墙体附近20～30 d（d为颗粒直径）区域内颗粒流量密度随斜面倾角的变化呈指数衰减,衰减指数在2～3之间;对于半圆形边界,峰值位置始终出现在墙体附近20～30 d区域内,并且此区域内的颗粒流量密度随斜面倾角（sinθ）基本呈线性变化.     

气体放电等离子体的耗散结构和密度涨落

本文采用非平衡动力学和随机理论方法讨论了直接电离、电子离子复合情形下的气体放电等离子体密度的耗散行为和涨落;得到稳定性条件和耗散结构分枝解。密度涨落的时间关联特性可以用一个参数C2完全描述。文中解出了等离子体中的涨落波波谱。但其谱性质与线性谱不完全相同。当考     

不同落锤速度冲击下混凝土和RC梁破坏研究

为探究冲击载荷作用下钢筋混凝土(RC)梁的破坏模式转变及影响因素, 对素混凝土梁和无箍筋轻RC梁试样开展落锤冲击实验及有限元分析, 结果表明: (1) RC梁的冲击破坏模式与冲击速度、配筋率相关, 在较低速度下以弯曲破坏为主, 随速度提高将出现跨中呈现八字形的剪切破坏模式, 并随纵筋率增大剪切破坏转变的临界速度呈增大趋势, 但在更高速度下(＞10m?s-1), 素混凝土及RC梁均会出现局部冲切破坏. (2)梁冲击力峰值随冲击速度增加而增大, 受梁的配筋率影响较小, 但在较高冲击速度下(＞4.85m?s-1), 梁冲击力峰值并不随速度增加而增大; (3)有限元分析RC梁的冲击响应及破坏过程与实验现象及趋势符合较好.     

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。