介质阻挡放电等离子体与激波相互作用实验研究

 主要针对介质阻挡放电等离子体改变激波系结构展开了实验研究。验证了介质阻挡放电等离子体气动激励能够对边界层施加影响,顺气流放电时能减小激波强度,逆气流放电时能增大激波强度。逆气流放电时,3组电极放电与4组电极放电比较,3组电极放电时压比更高。由于在该实验中放电区域比边界层小得多,介质阻挡放电产生的体积力远小于高速来流条件下的气动力,因此对激波的作用效果十分微弱。     

基于等离子体气动激励的斜劈诱导激波控制

基于弧光等离子体气动激励,采用不同的放电通道间距、放电通道数、放电直流输入电压、斜劈劈角、有无磁场作用等激励条件,实验研究了在超音速来流条件下(马赫数为2.2)斜激波位置、角度、强度的变化规律。结果表明:施加等离子体气动激励后,激波的起始位置平均前移1～8 mm,激波角平均减小4%～8%,激波强度平均减弱8%～26%。这主要是由于等离子体气动激励产生高温高压的表面等离子体层,使边界层分离点逆气流前移,改变了原有激波系结构,使原有的激波位置前移,激波角减小;同时由于局部的高温导致当地音速增大,使得当地马赫数减小,上述两个原因均可导致激波强度减弱。     

等离子体处理的聚丙烯和聚乙烯的粘合体

采用射频辉光放电等离子体和介质阻挡放电等离子体对聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）进行处理后,使用聚氨酯进行粘接,并测试了混合粘合体的剪切强度。介质阻挡放电功率是100 W时,等离子体处理对混合粘合体的剪切强度无影响。介质阻挡放电的功率为200 W、处理时间20 s时,等离子体处理效果最佳,剪切强度为1.58 MPa,是未处理的混合粘合体的14.36倍。介质阻挡放电的功率是300 W时,样品在10 s内就被击穿。射频辉光放电等离子体中,使用空气处理后最大剪切强度为1.60 MPa（100 W,3 min）,使用氮气处理后的最大剪切强度为1.57 MPa（200 W,3 min）。通过扫描电镜（SEM）对等离子体处理前后的PP表面形貌观察,发现未处理样品的表面比较平滑,而经等离子体放电处理后的样品表面变得疏松,出现了大量泡状物质,表面粗糙程度提高。     

高能表面电弧放电控制圆柱激波实验

采用风洞实验和高速纹影系统研究高能表面电弧等离子体激励控制圆柱激波. 在Ma=2的超声速风洞中, 分别放置了带有10, 15, 20 mm这3个不同高度圆柱的实验模型, 对比分析了不同高度圆柱的初始流场特征, 以及高能表面电弧放电的放电电容、直流源电压和圆柱高度对圆柱脱体激波控制的影响. 实验结果表明, 高能表面电弧等离子体激励诱导的冲击波和热气团与激波产生相互作用, 激波形状改变, 强度削弱. 圆柱高度越高其上方的弓形激波角越大, 在施加等离子体激励后, 弓形激波角减小, 激波强度减弱; 放电电容和直流源电压对激波控制效果的影响均呈正相关关系; 随着圆柱高度的增加, 控制效果减弱、有效控制作用时间缩短.      

离子液体对氩气介质阻挡放电光谱的影响

采用自行设计的介质阻挡放电反应器,以氩气和离子液体为放电介质,实现大气压下稳定的气(等离子体)-液(离子液体)等离子体放电,并运用光谱法在线诊断氩等离子体光谱。考察了不同咪唑基离子液体以及放电参数对大气压氩气介质阻挡放电光谱的影响。结果表明,离子液体的引入降低了氩气放电光谱的强度,谱峰强度与离子液体阳离子咪唑环上的碳链长度有关,且随碳链长度增加,谱峰强度降低;同时阴离子结构对称性低的离子液体,谱峰强度较低。加入离子液体后氩谱随放电电压及放电频率变化均呈现峰值变化。     

从大气压到超低气压范围的氦等离子体发射光谱的基本特性

采用三种实验装置(介质阻挡放电装置、空心阴极放电装置和彭宁放电装置)分别测量了不同压强范围内氦等离子体的发射光谱。通过对氦等离子体发射光谱的分析,已观察到一个共同的特点,就是在三种放电条件下产生的氦等离子体中31P1→21S0的谱线强度总是最强,可以推测亚稳态氦原子的含量相当显著,但不同的装置也有不同的特点,介质阻挡放电装置能够产生准辉光放电,谱线中氦原子的谱线强度很低,而空心阴极放电与彭宁放电装置能够产生稳定均匀的等离子体,且发射足够强的光辐射。我们已对所拍摄的光谱的谱线都进行了辨认,所有结果表明原子发射光谱分析法是研究不同条件下氦等离子体状态的一种十分有效的手段。     

10-2～105 Pa气压范围的氦等离子体光谱分析

采用三种实验装置(介质阻挡放电装置、空心阴极放电装置和彭宁放电装置)分别测量了不同压强范围内氦等离子体的发射光谱.通过对氦等离子体发射光谱的分析,已观察到一个共同的特点,就是在三种放电条件下产生的氦等离子体中31P1→21S0的谱线强度总是最强,可以推测亚稳态氦原子的含量相当显著,但不同的装置也有不同的特点,介质阻挡放电装置能够产生准辉光放电,谱线中氦原子的谱线强度很低,而空心阴极放电与彭宁放电装置能够产生稳定均匀的等离子体,且发射足够强的光辐射.我们已对所拍摄的光谱的谱线都进行了辨认,所有结果表明原子发射光谱分析法是研究不同条件下氦等离子体状态的一种十分有效的手段.     

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。     

H2O/N2脉冲流光放电和介质阻挡放电发射光谱比较

本文采用脉冲流光放电和介质阻挡放电两种放电形式分别获得了H2O / N2等离子体的发射光谱。 OH荧光辐射在两种放电等离子体中均出现,而Ha荧光辐射仅存在于脉冲流光放电等离子体中。实验还对脉冲流光放电条件下H、OH 荧光信号进行了时间分辨测量,结果显示Ha荧光信号滞后OH荧光信号约10 ns。根据时间分辨测量结果以及水分子离解的相关文献,实验判断等离子体内水分子离解的主要产物是基电子态的H原子和OH自由基,Ha荧光辐射源于快电子对H原子的次级碰撞激发。介质阻挡放电等离子体的放电脉冲宽度较窄,不能对基态 原子进行有效地次级碰撞激发,所以H2O / N2介质阻挡放电等离子体发射光谱中没有出现Ha荧光辐射。实验结论证实放电脉冲宽度对放电等离子体内次级碰撞激发过程有影响。     

不同电极结构下介质阻挡放电电离特征的试验研究

由于具有工作气压高、放电均匀等特点,大气压介质阻挡放电成为近年来非平衡等离子体领域研究的主要技术。电极结构是电离特性的主要影响因素之一,因此,通过电极结构优化来改善电离特性,对等离子体放电设备的应用领域拓展及性能优化至关重要。为改善大气压介质阻挡放电的电离特性,产生高活性、高均匀性的低温等离子体,基于自主设计的同轴介质阻挡放电装置进行了不同电极结构的电离试验及参数诊断;在一个标准大气压、放电频率11.4 kHz、放电峰值电压5.4～13.4 kV条件下进行了氩气电离试验;采用原子发射光谱法（AES）对氩等离子体谱线的激发、分光进行了检测分析;研究了螺纹电极、齿状电极、圆柱电极放电的特征光谱参数及外施电压对介质阻挡放电特征参数的影响。结果表明,齿状电极放电所形成等离子体的放电强度更大且放电效果显著,电子平均能量利用率低,电子激励温度弱于圆柱电极;圆柱电极放电强度较弱,但易形成大面积均匀性等离子体;大气压环境下电子激励温度不因外源电压的升高而单调递加,这表明通道内微放电的主要特征并不依赖于外施电压的供给,而是取决于电极结构、气体组份、气体压强;增大外施电压仅能增加单位时间内微放电的数量,经整合电子激励温度可达3 500 K,符合典型的低温等离子体特征。     

3D Imaging of the Single Microdischarge Development in Coplanar Barrier Discharges in Synthetic Air at Atmospheric Pressure

The evolution of the luminosity of the coplanar barrier discharge in the single‐filament mode was studied by the technique of cross‐correlation spectroscopy and intensified high‐speed CCD camera. For the first time 3D‐spatially and temporally resolved investigations of the luminosity of second positive (at 337.1 nm) and first negative (at 391.5 nm) system of molecular nitrogen in this discharge type were realized. Although the coplanar barrier discharge is sometimes referred to as a pure surface discharge, it shows clear 3D structure. From these experimental data, the propagation of the cathode‐directed ionizing wave in the space above the gap is clearly seen. Also, a second ionizing wave propagating towards anode later on has been detected, too. The diffuse spots created by impact of ionizing waves onto the dielectrics and their propagation on the dielectric surface is described. The results for the coplanar barrier discharge are compared with corresponding experimental results obtained for the volume barrier discharge and basic similarities are pointed out (© 2009 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

氩气含量对空气介质阻挡放电发射光谱的影响

利用介质阻挡放电实验系统测量了空气介质阻挡放电的发射光谱,研究了氩气含量对空气介质阻挡放电发射光谱的影响.在280～500 nm波长范嗣内,发现了氮分子第二正带系N2(C3∏u-B3∏g)的谱线和氮分子离子的第一负带系N2+(B3∑u+-X2∑g+)的谱线.在相同条件下加入10%氩气后,起始放电电压由26kV降低到23...     

光学方法研究介质阻挡放电中的微放电特性

首先用真空光电倍增管测量了斑图模式大气压介质阻挡放电的总光信号 ,并通过在电路中串联小电阻的方法测量了放电的电流信号。结果发现 ,两种方法所测得的信号在幅度和位置上存在严格的一致性 ,说明可以利用光学方法测量介质阻挡放电的电流信号。采用光学方法测量了介质阻挡放电中的微放电通道的时间特性。本工作所得到的结果对于介质阻挡放电的时空动力学研究具有重要意义 ,同时对气体放电研究具有一定的参考价值。     

The effect of air plasma on barrier dielectric surface in dielectric barrier discharge

Barrier dielectric is an important part of atmospheric pressure dielectric barrier discharge (AP-DBD), which partly affects discharge characteristics. Conversely, discharge plasma also has influence on dielectric surface properties. To investigate this influence, some experiments were carried out on a home-built AP-DBD system with glass plate as barrier dielectric. Surface wettability was evaluated by water contact angles on a drop shape analysis system. The morphologies and chemical compositions of the glass sample surfaces were observed by field-emission scanning electron microscope (FESEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) attached to FESEM. The results show that water contact angles decrease as discharge energy increases, micro-discharge etching zones are formed into glass surface and different from the control glass in surface micro-structure and chemical compositions.     

Electroconvective flow induced by dielectric barrier injection in silicone oil

It has been demonstrated that dielectric barrier actuators can be used to induce electrohydrodynamics flows in air as well as in gas. These actuators are often called surface non-thermal plasma actuators in gas applications. Plasma actuators have proved their efficiency for aerodynamics flow control in air. However dielectric barrier devices don't generate plasma in liquids. Electroconvective flows are induced by charge injection at the surface electrode tip. These dielectric barrier injectors (DBI) are particularly well adapted for wall jet production vortex, shedding, and mixing layer applications in dielectric liquids. Dielectric barrier actuators have proved their efficiency on various dielectric liquids. In this study, a dielectric barrier device is tested on silicon oil. Instead of the typical wall jet, a reverse flow is observed in specific configurations. Particle Image Velocimetry and Shlieren measurements are achieved to characterize the unusual electroconvective flow.     

Effective corona discharge and ozone generation from a wire-plate discharge system with a slit dielectric barrier

A new wire-plate-type discharge system, with a slit dielectric barrier, has been proposed and investigated by focusing on the generation of ozone and the discharges on the slit barrier. This wire-plate-type discharge system, with a slit barrier, can generate a corona discharge twice, once from the corona wire electrode and again from the surface and the slits of the slit barrier. As a result, this proposed wire-plate-type discharge system, with the slit barrier, can produce much more ozone than without the slit barrier. The discharge mechanism of the wire-plate-type discharge system, with the slit barrier, would be hard to arc discharge and to break the system down directly because of the blocking action of the slit dielectric barrier. This proposed wire-plate-type discharge system, with the slit barrier, may be useful as an effective means for removing pollutant gases.     

氩气含量对空气介质阻挡放电发射光谱的影响

利用介质阻挡放电实验系统测量了空气介质阻挡放电的发射光谱,研究了氩气含量对空气介质阻挡放电发射光谱的影响。在280~500 nm波长范围内,发现了氮分子第二正带系Ｎ₂(Ｃ 3Π_ｕ-Ｂ 3Π_ｇ)的谱线和氮分子离子的第一负带系N+₂(B 3Σ＋_ｕ-Ｘ 2Σ＋_ｇ)的谱线。在相同条件下加入10%氩气后,起始放电电压由26 kV降低到23 kV,介质阻挡放电和发射光谱强度都增强,谱线的半宽明显加大。随氩气含量的增加,各个氮分子第二正带系谱线强度的变化趋势不同,而两条氮分子离子第一负带系谱线391.44和427.81 nm的光谱强度都是降低的。     

Characterization of the single nanosecond pulsed surface dielectric barrier plasma actuator: Geometric and electric effects

The influence of the electrode length and the voltage pulses on the discharge characteristics of the surface dielectric barrier discharge actuators were investigated numerically by using the plasma kinetic model. The governing equations including the coupled continuity plasma discharge equation, drift-diffusion equation, electron energy equation, Poisson's equation, and Navier–Stokes equation were solved in quiescent air at atmospheric pressure. The results show that the shorter pulse rising time results in higher discharge characteristics, more intense discharge, and bigger discharge region. Differently, the compared discharge characteristics for the electrodes with different lengths prove that the length of the powered and ground electrodes has little effect on the surface dielectric barrier discharge driven by nanosecond pulsed voltage.     

平面激光诱导荧光技术在交错电极介质阻挡放电等离子体研究中的初步应用

利用平面激光诱导荧光技术对交错电极介质阻挡放电过程中产生的痕量组分NO进行了检测. 通过数值模拟对实验结果进行了分析说明,并对介质阻挡放电等离子体流动控制原理进行了简要分析. 此外还通过平面激光诱导荧光技术对等离子体诱导流动进行了直观显示. 关键词： 平面激光诱导荧光 等离子体 介质阻挡放电