脉冲电磁驱动低温螺旋流注放电机理

特定脉冲放电参数条件下,原来沿直线传播的低温等离子体射流放电通道会在脉冲电磁驱动下发生放电模式转换,形成螺旋形态的流注通道.与传统的螺旋波放电不同,实验中并没有外加恒定磁场等破坏介质管极向对称性的因素,而且螺旋的手性方向会随放电参数变化.为深入了解等离子体射流中螺旋结构的电磁作用机理,探索其导致螺旋形态和决定手征性的极向电场来源及影响因素,本文通过建立完备自洽的等离子体理论模型,对螺旋流注的手性方向、螺距变化、分叉等复杂放电特性和电磁机理进行分析.研究发现击穿时极向电场波模的初始相位对螺旋流注的手性选择存在影响,电子密度对螺旋流注的螺距参数存在影响,放电的脉冲重复频率对螺旋流注分叉的分叉点位置存在影响.以上放电特性及其影响因素对探明电磁波与等离子体的相互作用机制具有重要科学意义,同时也为低温等离子体的手性应用提供实验和理论支撑.     

脉冲放电产生螺旋流注的等离子体特性研究

通过脉冲放电方式产生三维螺旋形的等离子体放电通道,在高速摄像机拍摄下观察到放电通道中的发光电离体以流注形式沿螺旋轨迹快速传播.建立电磁模型解释螺旋放电的形成机制,对造成对称性破缺及影响其手性性质的极向电场进行分析.研究表明,螺旋放电产生的放电通道存在两种不同的手性特征,而脉冲重复频率等放电参数及边界条件对螺旋流注的传播特性存在影响.脉冲电源驱动的电磁场在介质管内所形成的波模是极向电场形成的一个重要来源,当极向电场与轴向电场强度相近时则形成螺旋流注放电.     

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.     

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。     

大气压空气纳秒脉冲板-板放电中逃逸电子产生机理

经典放电理论(Townsend和流注理论)解释纳秒脉冲气体放电存在局限性,近年来基于高能电子逃逸的纳秒脉冲气体放电理论研究受到广泛关注.但是目前对大气压空气纳秒脉冲板-板放电中逃逸电子产生机理研究仍较少,严重阻碍了纳秒脉冲放电等离子体的应用发展.本文利用一维粒子模型,对幅值为20 kV的纳秒脉冲电压驱动下,间隙长为1 mm的板-板电极之间的大气压空气放电中逃逸电子的产生机理进行了数值模拟研究..结果表明,在空间电荷动力学行为的影响下,板-板电极之间出现了增强电场区域,使得电子可以满足电子逃逸判据而进入逃逸模式.此外,还观察到放电通道前逃逸电子的预电离效应导致了二次电子崩的产生,随着二次电子崩与放电通道不断汇聚,引导并加速了放电通道的发展,最终导致气隙击穿.本研究进一步揭示了纳秒脉冲板-板放电机理,拓展了纳秒脉冲气体放电基础理论,为纳秒脉冲放电等离子体的应用和发展开辟了新的机会.     

液体介质微/纳秒脉冲放电的特性与机理:现状及进展

液相放电是高电压与绝缘技术领域持续的研究热点,深入理解微/纳秒脉冲放电的特性与机理有利于促进液相放电在电气装备设计优化、深远海勘探、先进材料制备等前沿领域的创新与突破。总结梳理了近年来液体介质微/纳秒脉冲流注放电特性与机理研究的进展,从放电模式与转化、分叉行为、击穿过程等方面阐释了流注放电的基础特性,归纳了液体电导率、压强、溶解气体、杂质与添加剂等物性参数对流注放电特性的影响规律,分析了液体介质流注放电起始与发展机制（包括气泡理论、液相直接碰撞电离、场致分子电离、电致伸缩效应等）及其适用范围。在此基础上,展望了液相放电领域的发展方向和面临的挑战,为相关领域的基础研究和工程应用提供参考。     

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。     

大气压空气中重复频率纳秒脉冲气体放电模式研究

利用上升沿100ns、脉宽150ns的单级磁压缩纳秒脉冲电源,通过电压电流测量和放电图像拍摄实验,研究了大气压空气中极不均匀电场结构重复频率纳秒脉冲气体放电的放电模式。结果表明纳秒脉冲气体放电存在三种典型的放电模式:电晕放电、弥散放电和火花放电。施加的脉冲电压幅值对放电模式影响显著,随着电压幅值的增加,放电依次经历电晕、弥散和火花放电。固定电压幅值时,放电可能同时存在两种模式。重复频率加强了放电强度,弥散放电的激发电压随重复频率的增加变化不大,但火花放电的激发电压随着重复频率的增加而降低。因此降低重复频率有利于在较大电压范围获得大气压空气弥散放电。     

正极性纳秒脉冲电压下变压器油中流注放电仿真研究

建立了二维轴对称流体模型, 仿真研究了正极性纳秒脉冲电压下变压器油中针-板电极流注放电的起始与发展过程, 得到了不同的外施电压幅值、脉冲上升沿时间与电极间隙距离下油中流注放电的形貌、 电场强度与空间电荷密度分布等. 仿真结果表明: 空间电荷加强了流注头部前方电场, 使流注通道更易于向前推进, 形成"电离波"; 随着外施电压幅值升高, 流注发展的平均速度显著变大; 较陡的脉冲上升沿形成的放电半径较大, 对应的最大电场强度值变小; 随着电极间隙距离的增加, 流注发展平均速度变快. 仿真显示纳秒脉冲下放电中油温无明显升高, 表明此类放电过程没有明显的油气化现象. 我们认为, 场致电离是油中带电粒子产生的主导机制; 空间电荷效应增强流注前方电场使得电离进一步发展, 最终导致击穿. 本研究有助于加深对变压器油中放电起始、发展直至击穿过程的认识以及对液体电介质中电离机制的理解. 关键词： 变压器油 流体模型 流注放电 空间电荷效应     

气体脉冲放电等离子体阻抗的参量研究

在纯净氦气条件下，对高频纵向脉冲放电的等离子体动态阻抗进行了实验研究.测量了放电等离子体阻抗随放电电压、频率以及气体压强之间的变化关系，表明等离子体阻抗随频率和电压的增加而下降，随气压的升高而增大.定性分析了这些宏观参量与等离子体阻抗变化之间的关系，拟合出等离子体阻抗随电压、频率、气压变化的经验公式，并对数值模拟与实验结果进行了比较研究. 关键词： 等离子体阻抗 气体脉冲放电     

Observation of Streamer Coronas Preceding the Formation of an Apokampic Discharge

Russian Physics Journal - It is observed that the formation of an apokamp is preceded by the appearance of streamer coronas starting from the channel of a repetitively pulsed discharge. It is shown...     

A new numerical strategy with space-time adaptivity and error control for multi-scale streamer discharge simulations

This paper presents a new resolution strategy for multi-scale streamer discharge simulations based on a second order time adaptive integration and space adaptive multiresolution. A classical fluid model is used to describe plasma discharges, considering drift–diffusion equations and the computation of electric field. The proposed numerical method provides a time-space accuracy control of the solution, and thus, an effective accurate resolution independent of the fastest physical time scale. An important improvement of the computational efficiency is achieved whenever the required time steps go beyond standard stability constraints associated with mesh size or source time scales for the resolution of the drift–diffusion equations, whereas the stability constraint related to the dielectric relaxation time scale is respected but with a second order precision. Numerical illustrations show that the strategy can be efficiently applied to simulate the propagation of highly nonlinear ionizing waves as streamer discharges, as well as highly multi-scale nanosecond repetitively pulsed discharges, describing consistently a broad spectrum of space and time scales as well as different physical scenarios for consecutive discharge/post-discharge phases, out of reach of standard non-adaptive methods.     

Optical characteristics of a repetitively pulsed low-pressure discharge in a krypton-freon-12 mixture

Results of a study of the plasma radiation of a repetitively pulsed discharge in a Kr/CF₂ Cl₂ mixture (P≤1.5 kPa) in the 130–300 nm spectral range are presented. Spatial, spectral, and temporal characteristics of the discharge are studied in a spherical anode-plane cathode system, in which the repetitively pulsed mode is established due to the evolving instability of the glow discharge. It is demonstrated that a discharge of this type can be used for the development of a repetitively pulsed low-pressure bactericidal lamp which emits in the band system of KrCl (222 nm) and Cl₂ (257, 200 nm) in the 180–270 nm spectral range.     

脉冲放电脱硫反应器中高能电子密度分布的光谱研究

脉冲流光放电产生的大于等于11.2 eV的高能电子能将处于基态的氮分子激发到N₂(C3Π_u)态,测试脉冲流光放电时的N₂(C3Π_u→B3Πg)发射光谱相对强度可以得出脉冲流光放电产生的高能电子的密度。实验在室温常压下研究了空气中线-板式脉冲流光放电脱硫反应器内高能电子密度分布情况,并研究了脉冲电压、反应器的线线间距对反应器内高能电子密度分布的影响。实验结果表明,反应器内的高能电子主要集中在放电线附近高电场区内,随着离放电线的距离增大,高能电子密度减小;脉冲电压对高能电子密度有很大影响,随着电压的升高,高能电子密度基本呈线性增大;线板间距固定,线线间距为线板间距的0.6～1倍时,反应器内高能电子密度分布较为均匀。     

放电引发的非链式高功率重复频率HF/DF激光器

高功率重频HF/DF激光因其具有的波长和功率优势成为当前中红外激光技术发展的热点之一。介绍了利用紫外预电离横向放电结构和工作气体循环系统建立的放电引发高功率重频HF/DF激光装置。在对激光工作介质SF6/C2H6混合气体放电特性和激光输出特性研究的基础上,开展了强电负性气体的重频均匀体放电技术和气体快速循环置换技术研究,解决了泵浦源重频放电能量在气体介质中的有效沉积和提取问题,实现了激光器50Hz的重频稳定运行和能量稳定输出,HF激光的平均功率达到28W,脉宽100ns,峰值功率5.6 MW。     

Microwave streamer discharge in a supersonic air flow

Data are presented from experiments on the ignition of a pulsed, triggered microwave streamer discharge at the focus of a cm-band TEM wave in an immersed supersonic air jet. It is shown experimentally that for velocities of the air in the jet up to 500 m/s, the structure of the discharge remains qualitatively unchanged and retains its streamer character. The finite size of the transverse cross section of the jet determines some features of the discharge. Zh. Tekh. Fiz. 69, 14–18 (November 1999)     

Experimental study of pulsed corona discharge in air

We report on the results of experimental investigation of a pulsed corona discharge in electric fields with different degrees of nonuniformity under the action of a standard thunderstorm pulse in a wide range of voltages from the origination threshold to the breakdown. A high-sensitivity video camera makes it possible to record microdischarge and streamer processes in air long before the spark breakdown. It is known that the size of the corona discharge sheath increases with the supplied voltage, and the shape of the corona sheath depends on the polarity of the active electrode [1, 2]. It was demonstrated for the first time by Peek [3] that the range of voltages from the initiation of a corona discharge to the spark breakdown increases with the degree of nonuniformity of the electric field. We show that an analogous pattern is observed for a pulsed corona also. Our results show that the form of a pulsed corona discharge considerably depends on the pulse polarity, and a spark breakdown becomes possible when most branches in the streamer corona cover the electrode gap.     

Spectral and amplitude–time characteristics of radiation of plasma of a repetitively pulsed discharge initiated by runaway electrons

Spectral and amplitude–time characteristics of radiation of plasma of a repetitively pulsed discharge initiated by runaway electrons were studied experimentally in nitrogen. Intense emission lines of copper atoms, nitrogen atoms, and ions, as well as the first and the second positive systems of nitrogen, NO, and CN, were observed in the regime of repetitively pulsed excitation.