火花放电电极结构及其等离子体反应器

在阐述火花放电机制与等离子体特性基础上,着重探讨了火花放电的电极结构与等离子体反应器。新研制的电极旋转的新型 kHz 交流火花放电反应器,在甲烷裂解制乙炔和甲烷与二氧化碳重整制合成气应用研究中,其放电稳定性、反应物转化率、产物浓度和能量效率等指标,均明显优于其它放电反应器。     

伪火花放电开关电压跌落过程实验研究

 设计了典型参数下的伪火花放电开关，进行了空气介质下的电压特性实验，给出了伪火花开关放电电压与气压变化的关系曲线；测量了产生伪火花放电的气压范围（1~29Pa）和单间隙伪火花放电开关耐受电压的最大值(40kV)，测得了伪火花放电与辉光放电的转折点气压(29Pa)，并对实验结果进行了理论分析。研究了伪火花放电开关电压跌落时间与放电电压的关系，首次将开关电压跌落过程分为暂态阶段和稳态阶段，讨论了放电电路参数，气体压力，开关结构和放电电压对电压跌落时间的影响。实验表明，在气压和开关结构不变的条件下，暂态过程时间由放电电压决定，电压越高，则所需时间就越短；稳态过程时间由放电电路参数决定，不受放电电压影响。     

纳秒脉冲下单间隙伪火花放电特性

采用单间隙伪火花放电装置,研究了纳秒脉冲下气压、间隙距离和小孔直径对伪火花放电特性的影响。研究结果表明,纳秒脉冲下伪火花放电电压随着气压、间隙距离和小孔直径的增加而减小。通过数值拟合,得到了放电电压与气压、间隙距离和小孔直径间的经验公式。放电电压随着气压、间隙距离和小孔直径的增加而减小,衰减系数分别为0.76,0.39和0.39。     

Buck变换器的输出短路火花放电能量及输出本质安全判据

为得出Buck变换器的输出本质安全判据, 基于安全火花试验装置, 对其输出短路火花放电特性进行了试验研究, 发现其放电过程可分为介质击穿、火花产生、火花维持和火花熄灭四个阶段.基于得出的火花放电特性, 对其输出短路火花放电能量进行了深入分析, 指出对于给定电感的Buck变换器, 当负载电阻 R_L小于给定电感对应的临界电阻R_LC时, 火花放电能量是关于R_L的凹函数; 而在R_L > R_LC时, 是关于R_L的凸函数.考虑到实际的参数取值范围, 进一步指出: R_L < R_LC时的火花放电能量随R_L的增加而增大, 且在R_L=R_LC时达到最大值; 而在R_L > R_LC时, 则随着R_L的增加, 先增大后减小, 在增加到特征电阻R_{L, DCM}时达到最大值. 得出了变换器在全动态范围内的最危险工况: 变换器在输入电压最高及负载电阻等于R_{L, DCM} 时工作于DCM, 此时, 短路火花放电能量达到最大值.基于能量等效, 提出了可模拟变换器输出短路放电特性的等效简单电容电路及输出本质安全判据, 仿真和试验结果验证了理论分析及所提出判据的正确性和可行性. 关键词： Buck变换器 本质安全 短路火花放电能量 输出本质安全判据     

火花放电辅助-激光诱导击穿光谱技术中的放电通道特性研究

以门控脉冲高压电源作为火花放电电源,研究了火花放电辅助-激光诱导击穿光谱中放电通道与火花放电相对于激光脉冲之间延时的关系.研究结果表明:在合理的剥离激光能量和电极空间布置下,调节该延时可以实现由"V"字形放电到平行放电的转变.在"V"字形放电时,火花放电会扩大烧蚀坑洞的直径、破坏横向空间分辨率;而在平行放电情况下,火花放电不会扩大烧蚀坑洞的直径,从而保证其横向空间分辨率仅由激光剥离来决定.在平行放电的条件下开展了铝合金中铬元素的火花放电辅助-激光诱导击穿光谱定量分析,其检出限达到了8.8ppm,比单纯的激光诱导击穿光谱技术的分析结果改善了8倍.在火花放电辅助-激光诱导击穿光谱技术中采用带外触发控制的火花放电模式,可以实现平行放电和高横向空间分辨的样品表面元素分析.     

基于信号触发的电气线路漏电故障检测系统

低压电气线路漏电故障发掘电路是当电气网络中发生漏电故障时,通过对漏电触发信号进行检测,从而对故障位置进行定位,并切断电气线路电源的装置,确保了供电网络的安全性以及可靠性;在对目前低压电气线路漏电保护系统研究的基础上,提出了以STC15F2K60S2单片机为控制核心, 选定的测试模拟触发信号漏电流,不小于电气线路和设备的正常泄漏电流的最大值的2倍;漏电故障测试信号的灵敏度,优先考虑30 mA,当额定漏电动作电流等于或小于30 mA时要求保护动作时间小于0.1 s,当额定漏电动作电流大于30 mA时要求小于0.2 s;该装置是传统漏电保护装置的补充, 根据间接漏电检测与直接漏电检测结果与实际的漏电位置距离对比,误差在10%以内,满足实际需要,改善了低压电气线路漏电保护系统的保护性能。     

空心阴极类火花放电初始电离过程的PIC/MCC模拟

采用粒子模拟与蒙特卡罗相结合(PIC/MCC)的方法,应用静电模型,编写了准三维的模拟程序.该程序能够较好地描述空心阴极类火花放电初始电离过程的演化步骤.通过研究电离过程的细节,可以认为该阶段电离过程是空心阴极效应和局部强电场共同作用的结果.从起始电离到空心阴极初始阶段,局部强电场在电离过程中起到了支配作用;随后空心阴极效应占据主导地位. 关键词： 粒子模拟 蒙特卡罗 空心阴极 类火花放电     

水下爆炸下有限尺度平板的载荷特性及结构响应试验研究

为研究近结构边界下水下爆炸冲击波和气泡载荷特性,设计几种典型尺寸的平板模型,通过调整爆径比、平板厚度等参数,试验研究了水下非接触爆炸下的气泡脉动过程,分析平板边界处的低压流场特性,并基于应变分析获得了平板结构的局部及整体响应特征。研究发现:在近平板爆炸气泡的运动过程中,平板边界处会出现低压(负压)流场,低压维持时间约占气泡脉动周期的60%~80%,最大负压值可达0.1MPa;随着爆径比的减小,平板的最终变形由弹性变形、中垂变形向中拱变形转变。     

氮氧化物火花放电化学反应的激光磁共振(LMR)研究

自然界的闪电就是一种火花放电,在闪电中有多种放电化学反应过程发生,氮氧化物与其它原子分子的放电化学反应是一个重要方面,利用高灵敏度的LMR方法研究氮氧化物的火花放电反应,NO₂的火花放电,发生分解反应生成NO,氮氧化物加水蒸气经放电,反应转变98%的NO₂,反应转变80%的NO,加入氨蒸气经放电,能完全反应转变NO₂,反应转变90%的NO.这些也为治理大气污染提供了有用的数据.     

弱浮力下导线绝缘层着火先期特性的研究

本文在低压弱浮力环境中模拟了微重力过载电流时导线绝缘层的着火先期过程,研究了压力对绝缘层着火先期特性的影响。结果表明,2 A时,绝缘层的温升率和最终平衡温度随压力降低而不断增大,模拟出了微重力下绝缘层的温升特性;10 A时,随着压力降低,绝缘层存在三种破坏机制;在不同区域压力对着火延迟时间的影响不同。最后,提高环境氧气浓度修正了低压对化学反应速率的抑制。结果表明,当压力在一定范围内降低时,随着氧气浓度的提高,绝缘层的着火极限范围拓宽,着火延迟时间缩短,可以初步模拟微重力下绝缘层的着火先期过程。     

大气压介质阻挡辉光放电中放电电流的测量与分析

介质阻挡放电产生的低温等离子体具有广泛的应用前景而成为研究热点。文章利用平行平板介质阻挡放电装置,在流动的氦气中实现了大气压均匀辉光放电,得到了大气压下的均匀等离子体。利用电学方法将放电电流从总电流中分离出来,从而得到了辉光放电的放电电流。通过分析放电电流、外加电压、气隙上电压以及壁电荷电量之间的相互关系,可以研究气体放电过程中壁电荷积累的微观动力学行为。实验结果表明壁电荷主要是在放电电流脉冲持续期间积累的,但电流脉冲结束后,由于气隙电压没有改变极性,壁电荷还会逐渐积累,气隙电压改变极性后,壁电荷量随时间减小。这些结果对壁电荷在介质阻挡辉光放电中作用的深入研究和大气压介质阻挡辉光放电的工业应用具有重要意义。     

Electrohydrodynamic peculiarities of corona discharge interaction with a liquid surface

This study was devoted to experimental investigations of a corona discharge over the surface of the following liquids: tap and distilled water, alcohol, glycerin, and mixtures of alcohol with water and glycerin. One of the electrodes was placed over the liquid surface, while another one was submerged in it. Three modes of discharge over the liquid surface were obtained, namely an ordinary corona, an intermediate mode, and an arc discharge mode. In these modes, a funnel-shaped deepening, jets, and scattered jets directed toward the upper electrode were observed on the liquid surface under the action of the discharge. A qualitative mode of funnel formation on the liquid surface under the influence of an ionic wind induced by a corona discharge was presented. The formation of jets and scattered jets was related to the development of Tonks-Frenkel and Rayleigh instabilities.     

The correlation between corona current distribution and collection of fine particles in a laboratory-scale electrostatic precipitator

An analysis of the electrostatic gas cleaning fundamental phenomenon shows an essential influence of discharge electrode construction on the gas cleaning process efficiency.In the physical model tests there were used rigid discharge electrodes with corona emitting elements of various geometries. Different constructions of discharge electrode were tested in the aspect of discharge current uniform distribution on collecting electrode surfaces. Measurements of discharge current distribution has been carried out for discharge electrodes with different spike shapes and in different electric field geometry. The research aim was to determine the optimal discharge electrode construction ensuring high collection efficiency of fine particles. Collection efficiency measurements of selected fly ash samples (from coal fired boilers) were carried out on a laboratory testing bench in a horizontal electrostatic precipitator model.     

实验研究大气压多脉冲辉光放电的模式和机理

采用稍不平行电极进行大气压He气介质阻挡多脉冲辉光放电实验,通过增强电子耦合器件相机短时曝光照片,研究大气压多脉冲辉光放电在不同时刻的放电模式.通过气隙放电电流、表面电荷计算,理论分析了表面电荷、空间电荷、外加电压与气隙电场强度的关系,研究大气压辉光放电形成多脉冲的机理.实验结果表明,放电首先在间隙稍窄的电极左端开始;在第一个脉冲电流峰值,电极右端也开始放电;第一个电流脉冲经历了Townsend放电到辉光放电的过程;电流脉冲之间的时间内,间隙一直维持着微弱的辉光放电;随后的每个电流脉冲均是辉光放电.理论分析表明,大气压辉光放电的多个电流脉冲是表面电荷、空间电荷与外加电压共同演化的结果;除放电伊始出现Townsend放电外,同一半周期内的放电电流脉冲中不会再出现Townsend放电.     

用PET薄膜覆盖金属丝网电极实现大气压空气中均匀放电

将325^#不锈钢丝网电极和0.1 mm厚的PET薄膜紧贴在一起,平整地固定在Rogowski电极基座上,用50 Hz工频电压源及并联稳压电容,在大气压下2 mm空气间隙中实现了均匀放电.实验表明：将放电电流和电荷量波形作为判断放电均匀性的依据并不是完全可靠的,它只能判断放电在时间上的一致性,而不足以判断放电在空间上的均匀性.只有拍摄曝光时间不大于100ns的放电图像,才能可靠地判断放电的均匀性.在金属丝网电极覆盖PET薄膜的大气压气体放电实验中,这种放电图像被拍摄到,并说明大气压空气中的均匀放电只是汤森放电,而非辉光放电. 关键词： 大气压辉光放电 金属丝网电极 驻极体 高速摄影     

实验研究大气压多脉冲辉光放电的模式和机理

采用稍不平行电极进行大气压He气介质阻挡多脉冲辉光放电实验,通过增强电子耦合器件相机短时曝光照片,研究大气压多脉冲辉光放电在不同时刻的放电模式.通过气隙放电电流、表面电荷计算,理论分析了表面电荷、空间电荷、外加电压与气隙电场强度的关系,研究大气压辉光放电形成多脉冲的机理.实验结果表明,放电首先在间隙稍窄的电极左端开始;在第一个脉冲电流峰值,电极右端也开始放电;第一个电流脉冲经历了Townsend放电到辉光放电的过程;电流脉冲之间的时间内,间隙一直维持着微弱的辉光放电;随后的每个电流脉冲均是辉光放电.理论分析表明,大气压辉光放电的多个电流脉冲是表面电荷、空间电荷与外加电压共同演化的结果;除放电伊始出现Townsend放电外,同一半周期内的放电电流脉冲中不会再出现Townsend放电. 关键词： 介质阻挡放电 增强电子耦合器件 大气压辉光放电 多脉冲     

常压介质阻挡放电等离子体发射光谱诊断及其在材料表面改性中的应用

使用介质阻挡放电光谱诊断装置,分析了常压等离子体放电电流与放电间隙的变化关系,提出了“放电临界间隙”的概念,记录和比较了空气和氩气常压介质阻挡放电等离子体发射光谱,并运用同一元素谱线的相对强度来诊断电子温度等物理参量,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中的应用具有重要的意义。     

大气压氦气介质阻挡放电中的周期一不对称放电实验研究

大气压介质阻挡放电不仅具有对称周期一的放电形式, 还会在一定参数下呈现不对称周期一(AP1)放电. 本文采用具有平行电极结构的介质阻挡放电装置, 分别在气隙宽度1 mm, 3 mm, 7 mm和10 mm下的大气压氦气中进行了一系列放电实验, 研究了气隙宽度和外施电压频率对周期一放电对称性的影响. 实验结果表明: 在较宽的气隙宽度和外施电压频率参数区间内可以观察到显著的AP1放电; 气隙宽度越大越容易产生AP1放电, 同一气隙宽度下外施电压频率较高时则相对更容易观察到AP1放电; 随着气隙宽度增加, 首次击穿即呈现AP1 放电的外施电压频率临界值逐渐减小. 本文的研究初步验证了之前关于气隙宽度对AP1放电影响的数值仿真结果, 由此可以推测AP1放电并不只是由系统参数的不对称引起的, 也很可能是一种在一定的气隙宽度和外施电压频率下系统固有的、内在的高频不稳定放电行为. 关键词： 介质阻挡放电 不对称放电     

Development of protective metal coatings on aluminum by magnetron sputtering

Depositions of copper and titanium coatings on aluminum foils and polished aluminum plates for thier protection against corrosion in alkaline media were performed. The coatings were deposited in three different types of magnetron sputtering systems: a direct current (DC) magnetron discharge, a high current impulse magnetron discharge, and a DC magnetron discharge with melted cathode. Only aluminum foils coated with copper films obtained by combined ion-plasma technology, which included preliminarily sputtering of the aluminum surface with an ion beam, deposition of a dense interlayer in the DC magnetron discharge with ion assistance of initial stage of deposition, and deposition of additional layer in the magnetron discharge with melted cathode, were resistant against 30 wt % NaOH solution.     

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。