高气压下交流旋转滑动弧放电特性实验研究

本文针对恶劣条件下滑动弧等离子体放电稳定性问题,搭建了高气压交流旋转滑动弧放电实验系统,开展了高气压下交流旋转滑动弧放电特性实验,并对其放电特性、电弧运动特性、光谱特性进行了分析.研究结果表明:随着介质气体压力的升高,滑动弧放电的电压、电流、能量均呈现增大趋势,当介质气体压力升高到0.52 MPa时,滑动弧放电的能量从常压下的84.74 J增大到147.13 J;且随着介质气体压力的升高,电弧的击穿频率并不是单调变化,而是在0.2 MPa时达到最大为26.55 kHz;高气压下电弧运动过程中会出现“弧道骤变”现象;随着介质气体压力的升高,滑动弧放电的整体光谱发射强度呈现变强趋势;通过两谱线法对滑动弧放电的电子激发温度进行了计算,常压下滑动弧放电的电子激发温度为0.8153 eV,随着介质气体压力的升高,电子激发温度呈现升高趋势,当介质气体压力达到0.4 MPa时,滑动弧放电的电子激发温度升高至5.3165 eV.     

旋转滑动弧放电等离子体对氨气旋流火焰稳定性的影响

本文实验研究了三维旋转滑动弧(RGA)放电等离子体对氨气旋流火焰稳定性的影响。实验表征了等离子体特征,测试了等离子体对氨气旋流火焰的助燃效果,研究了火焰形态特征的转变和OH自由基分布,揭示等离子体对氨气旋流火焰的助燃机理。结果表明,RGA放电等离子体可以作为点火源和火焰稳定器,能够提高火焰稳定性和拓展吹熄极限。另外较高流速下,火焰迟滞现象消失,在低流速下氨气火焰容易受到电场/等离子体的流体动力学不稳定性的影响。     

磁驱动滑动弧放电大气压非平衡等离子体

介绍了磁驱动滑动弧放电大气压非平衡等离子体产生技术的一些基本特性,着重叙述了磁驱动滑动弧放电大气压非平衡等离子体的产生装置（ＧＤＭ）、基本原理、主要特性及应用中的一些问题。     

相对湿度和氧气浓度对滑动弧放电特性影响研究

本文通过检测背景气体不同含氧量和相对湿度下的放电电流强度和臭氧浓度,分析氧气和水汽对滑动弧放电特性的影响.结果表明,背景中氧气是臭氧的主要发生源,臭氧随氧气浓度的增大而增大.水汽的离解反应与臭氧发生反应存在竞争关系,同时其生成的OH粒子会与臭氧发生反应,因此水汽对臭氧的产生起抑制作用.由于氧气和水的电子结合系数都很高,水与电子还会发生离解结合反应,因此背景气体氧气浓度和水汽含量增大会减少等离子体区域的电子数量,降低放电电流强度.     

滑动弧低温等离子体放电特性的数值模拟研究

滑动弧等离子体的电弧温度场、电场和导电区域尺寸是确定电子温度、电子密度、化学反应速率以及能量效率的重要参数.对气流量为1.43 L/min和6.42 L/min时50 Hz交流滑动弧放电的电参数进行了测量;用瞬态的电弧模型描述滑动弧的能量传递,并用近似的介质电导率和热扩散系数对模型进行简化,解决了由于电弧结构变化所导致的移动边界问题;模拟求得等离子体的电弧结构、电场强度和动态温度场等参数的演化.其中,电弧电场的模拟值与实验值基本符合,计算得到电弧轴心温度可以达到5700—6700 K.研究结果表明,气流直 关键词： 滑动弧等离子体 温度场 电场强度 导电半径     

大气压空气滑动弧等离子体发射光谱诊断

为了解Ar添加对空气滑动弧等离子体的影响,在放电频率f=10 kHz、空气流量q_Air=15 L·min^-1、 1 atm下进行了Ar体积流量q_Ar对空气-Ar滑动弧放电的影响试验研究,重点分析了不同q_Ar及调压器电压U_调下空气等离子体的活性粒子种类、电子密度及振动温度。结果表明,滑动弧等离子体区的主要活性粒子为OH、 N₂的第二正带系、 Hα、 O原子、 ArⅠ及ArⅡ原子,其中O原子及ArⅠ、 ArⅡ原子的相对光谱强度明显较强;随着q_Ar的增大,O(777.4 nm)的相对光谱强度先缓慢增长、再快速增大到极大值、随后缓慢减小并趋于稳定,O(777.4 nm)的相对光谱强度在1 580～6 650 a.u.之间变化;随U_调增大,O(777.4 nm)的相对光谱强度增大,且电压对其影响受q_Ar的影响：在高q_Ar(4～6 L·min^-1)工况下,O(...     

气液两相滑动弧放电中自由基的光谱研究

气液两相滑动弧放电是近年来出现的一种新型低温等离子体废水处理技术,对高浓度有机废水具有很好的降解效果。为了认识气液两相滑动弧放电降解有机废水的机理,用发射光谱法对气液两相滑动弧在空气中放电所产生的主要自由基进行了实验研究,分析了自由基持续再生的化学过程。通过对光谱线强度变化的分析,得到了OH和NO自由基谱线强度在放电反应空间的分布特点,以及输入电压和液相(水)流量因素对OH和NO自由基产生过程的影响。结果表明：OH是气液两相滑动弧放电的主导自由基;OH和NO自由基谱线强度沿着电极中轴均先增后减;在非平衡区域,自由基谱线强度随着输入电压的增大而增大;OH自由基谱线强度随水流量的增大而增大,NO自由基谱线强度则随着水流量的增大而减小。     

双模式放电中DBD放电参数对甲烷滑动弧火焰光谱及活性粒子的影响分析

对未燃烧的可燃混合气体进行DBD放电,放电后会产生大量的活性粒子,这些活性粒子可以辅助气体燃烧,达到提高燃料燃烧利用率等目的。以DBD激励氩气、甲烷、空气产生的自由基（CH基和OH基）等强化燃烧的关键活性粒子为探索对象,研究DBD放电激励甲烷对滑动弧火焰的影响。为此,采用自主设计的DBD-滑动弧双模式等离子体激励器,利用同轴介质阻挡放电结构对氩气、甲烷、空气混合气进行放电激励,将激励后的氩气、甲烷、空气混合气通入滑动弧端进行点火。固定氩气流量不变,调整空气流量为4.76 L·min-1,并加入甲烷0.5 L·min-1,保证进气通道内氩气与空气-甲烷的气体体积流量比达到Ar∶（CH₄+Air）=1∶30,其中空气、甲烷这两种气体达到了化学燃烧当量比φ=1,氩气、甲烷、甲烷混合气体能实现均匀而稳定的放电并燃烧。DBD段放电电压在15～20 kV范围变化,放电频率在6～10 kHz范围变化,滑动弧段的电压和频率分别保持4 kV与10 kHz恒定,通过改变DBD段放电电压和放电频率,用高速光纤光谱仪检测滑动弧火焰中自由基种类及其光谱强度,分析放电参数激励甲烷对火焰中自由基（CH基和OH基）的影响。结果表明,DBD段放电电压及放电频率的增加可以促进火焰内部的偶联反应发生,可有效提升甲烷滑动弧火焰内部的活性粒子含量,其中OH基团、CH基团在燃烧链式化学反应进程中发挥着较为重要的作用。甲烷经过DBD激励后,随放电电压和频率的增加,火焰中OH基、CH基等主要活性粒子都随之增加。DBD放电后,活性粒子的光谱强度增大,特征谱线比单模式更加明显;甲烷经过DBD激励后,火焰组成发生了变化,滑动弧段出口处甲烷燃烧反应更加充分,火焰温度越高越容易产生OH基。与单模式滑动弧相比,双模式放电可有效促进火焰内部的链式化学反应进程,促进燃料燃烧。     

气液滑动弧等离子体降解高浓度有机废水的研究

采用气液滑动弧放电非平衡等离子体进行降解高浓度苯酚模拟废水(初始浓度为872 mg／L)的研究。实验研究表明:由于液滴的存在改变了电极间的介电常数和局部电场,气液滑动弧放电的电压波形比纯气流滑动弧放电更加不规则,起弧电压更低;采用氧气作为载气能提高苯酚的降解效果,最后TOC值为44 mg／L;增大气液混合比,相应的加强了废水的雾化效果,增大水气接触表面积,进而提高了苯酚的降解效果;在尾气中检测到CO2的存在,最高浓度达到35357 mg/m3。     

磁驱动滑动弧放电装置的磁路设计

大气压磁驱动滑动弧放电能产生具有约束性能较好的非平衡等离子体，在微电子工业，环境工程等领域有广泛的应用前景，利用磁导法对此装置进行了磁路设计，得出了磁感应强度，磁体厚度，气隙长度三者之间的解析表达式，所得出的结果与有限元分析结果进行了比较，偏差约为3.1%，但磁导法简捷方便，通用性强，经济性好，是一种更为可靠而实用的工程算法。     

气液两相流滑动弧放电降解苯酚废水

研究了多种因素对气液两相流滑动弧放电降解苯酚废水效果的影响,提高放电电压可提高苯酚的降解效果,在电极间最窄处距离等于3mm时,200mg/L苯酚废水达到最大降解率96%。提高或降低废水的批批pH值及采用氧气作为载气均可提高废水中苯酚的降解效果。     

大气压直流滑动弧等离子体工作特性研究

对大气压直流滑动弧等离子体的电参数和发射光谱进行了测量,比较研究了不同气体种类下滑动弧等离子体电压的特性.以氮气滑动弧为例,分析了其在一个周期内电弧电压、电流、电阻和功率的变化特性.通过对电弧电压信号进行快速傅里叶变换频谱分析,研究了气体种类、气体流量和外部电阻值对滑动弧等离子体脉动特性的影响.结果表明随着气流量或外部电阻值的增加,其主要脉动频率变高,电弧周期变小.利用光谱法检测了氮气、氧气和空气滑动弧等离子体的主要自由基种类,并研究了外部电阻值对发射光谱强度的影响和沿电极中轴线在337.1 nm(N关键词： 滑动弧等离子体 非平衡等离子体 脉动特性 发射光谱     

磁旋转弧等离子体中的弧电压突变现象

利用光学成像系统观察到了磁旋转弧等离子体实验中的电弧电压突变现象,电弧电压突变的范围约在40～100V之间。实验结果表明,电弧电压的变化与电弧弧长的变化密切相关。     

气体放电等离子体参量诊断实验

为了让学生尽早了解科技前沿的知识,在国家教委教学仪器研究所的资助下,我们研制了静电探针诊断实验仪(该实验仪已于1990年通过了国家教委的鉴定)。连续三年在我校本科生中开设了“用静电探针诊断气体放电等离子体参量”的物理实验,具体测试出关于冷等离子体的密度、温度、振荡频率和德拜长度等几个重要的参量。     

低热值燃料的滑动弧稳燃实验研究

利用旋流实验台进行了滑动弧稳燃低热值燃料的研究,并探究了滑动弧对低热值燃料的火焰特性及熄火极限的影响规律。实验结果表明：低热值燃料燃烧随着当量比变化可以分为五种典型火焰形态。滑动弧可缩短火焰长度,增大火焰张角,使火焰驻定位置靠近角涡回流区和剪切层,从而增强燃烧稳定性。随着滑动弧的加入,角涡火焰间歇消失的不稳定过渡形态得到了极大的改善。随着空气流量的增加,滑动弧的稳燃效果逐渐减弱。滑动弧可有效拓宽低热值燃料的熄火极限。在空气流量40L/min时,稳燃极限当量比最大拓宽了0.35,熄火极限最大拓宽了0.33。提高滑动弧的输入电压对低热值燃料的熄火极限拓宽明显。     

脉冲金属氢化物真空弧放电等离子体发射光谱特性

利用发射光谱方法对真空弧离子源放电等离子体特性进行了诊断。同时,基于局域热力学平衡等离子体的发射光谱理论,建立了等离子体的发射光谱拟合模型,对真空弧放电等离子体光谱进行了分析。针对TiH真空弧离子源,分别对330~340 nm与498~503 nm范围内Ti+离子与Ti原子的发射光谱进行了对比拟合,获得了较好的符合度,解决了传统Boltzmann斜率法计算等离子体温度需要孤立的不受附近谱线干扰的线状光谱的困难。最后,利用该方法计算了真空弧离子源在不同放电条件下的等离子体发射光谱、等离子体密度与温度参数。结果表明,TiH真空弧放电等离子体温度在1 eV左右,同时,放电所产生的氢原子要远远大于金属原子,并且随着真空弧离子源馈入功率的增加,TiH电极中解吸附出来的氢比蒸发出来的金属增加得更多,这有利于TiH离子源在中子发生器方面的应用。     

气流对微秒脉冲滑动放电特性的影响

脉冲电源驱动的滑动放电能够在大气压下产生高能量、高功率密度的低温等离子体. 为了研究微秒脉冲电源在针-针电极结构中产生滑动放电的特征, 本文采用电压幅值为0–30 kV, 脉冲宽度约8 μs, 脉冲重复频率为1–3000 Hz的微秒脉冲电源, 通过测量电压、电流波形和拍摄放电图像, 研究了微秒脉冲滑动放电的电特性. 实验结果表明, 随着施加电压的增加微秒脉冲滑动放电存在三种典型的放电模式: 电晕放电、弥散放电和类滑动放电. 不同放电模式的电压、电流波形和放电图像之间差异显著. 脉冲重复频率对微秒脉冲滑动放电特性有影响, 表现为当气体流量较小(2 L/min)时, 类滑动放电的放电通道随着脉冲重复频率的增大逐渐集中, 而当气体流量较大(16 L/min)时, 类滑动放电的放电通道随着脉冲重复频率的增大逐渐分散. 不同气流下重复频率对滑动放电特性的影响与放电中粒子的记忆效应和气流的状态有关.     

大功率多磁极会切场离子源的弧放电特性分析

为了在HL-2A上实现3MW的中性束注入, 我院自主研制了直径为260mm, 高度为240mm的大功率多磁极会切场离子源. 目前, 它的性能已达到并超过了最初设计指标, 放电脉冲为1s时, 最大离子流密度为0.44A/cm²; 放电脉冲为3s时, 等离子体离子流密度0.24A/cm²; 等离子体非均匀性都在5%—7%范围之内. 目前, 它是我国国内等离子体密度最高, 放电功率最大的长脉冲桶式离子源. 本文通过实验数据与理论相结合的方式对弧放电特性进行分析.