滑动弧等离子体是一种近年来兴起的、具有高能量效率的大气压非热等离子体,在环境与能源领域具有广阔的应用前景。但对滑动弧等离子体的基础性认识目前非常缺乏,尤其是针对环境与能源应用的反应体系。本论文设计了一种直流恒流电源供电的磁驱滑动弧模型反应器,开展了磁驱滑动弧等离子体放电模式及其CO2加氢还原反应的研究。主要研究内容和研究结果如下:1.在磁驱滑动弧等离子体放电模式的研究中,观测到三种放电模式:（1）模式Ⅰ,阴极弧斑超前于阳极弧斑,弧通道向前弯曲;（2）模式Ⅱ,阴极弧斑和阳极弧斑同步旋转,弧通道是直的;（3）模式Ⅲ,阴极弧斑落后于阳极弧斑,弧通道向后弯曲。放电模式取决于磁场,而与放电电流无关。在放电电流相同时,模式Ⅱ的弧长最短,放电功率最低。更为重要的是,模式Ⅱ弧通道的旋转频率最高,气体处理效果最佳。因此,模式Ⅱ是磁驱滑动弧的最优模式。结合光学成像诊断和磁场分布的模拟,得到滑动弧的电流矢量I和磁感应强度B。由此建立了一种基于力矩平衡的旋转滑动弧力学模型,对弧通道的旋转频率进行了模拟计算,计算值和实验值趋势一致。进而提出了磁驱滑动弧最优模式的判据。2.采用滑动弧最优模式,开展了滑动弧等离子体CO2加氢还原反应的实验研究,考察了H2/CO2摩尔比等条件参数对反应性能、弧通道直径、旋转频率以及发光特性的影响。当H2/CO2摩尔比从0增至4时,CO2转化率从6.6%大幅上升至48.9%。CO产生速率随H2/CO2摩尔比呈峰形变化。当H2/CO2 1时,CO产生速率最大,是纯CO2（H2/CO2（28）0）时的10倍多。弧通道呈现明显的辉光特征。随着H2/CO2摩尔比的增加,弧通道直径由纯CO2的1.3 mm减小至纯H2的0.6 mm,旋转频率则由纯CO2的22 Hz增加至纯H2的65 Hz。由H?谱线的斯塔克展宽法测得,电子密度在1014 cm-3量级。采用CO（B-A）分子谱带拟合计算,得到的弧通道气体温度在2200～3600 K范围。当H2/CO2摩尔比很低时,观测到的O原子谱线与CO-O化学荧光连续谱非常强。当H2/CO2?1时,O原子谱线与CO-O化学荧光连续谱几乎消失,CO2转化率显著升高。3.针对磁驱滑动弧模型反应器的特性,基于玻尔兹曼方程和质量守恒方程,建立了包含分子振动态的零维等离子体化学动力学模型,揭示了滑动弧等离子体CO2加氢还原反应机理。激发态物种以及稳定产物的模拟和实验结果的对比,验证了数值模型的合理性。根据玻尔兹曼方程的求解结果,本实验条件下,滑动弧等离子体的电子温度约为1e V,且随H2/CO2摩尔比变化不大。在这种电子温度特性下,电子的能量损失机制以分子的振动态激发为主。高效的CO2分子振动态激发,致使高振动态CO2分子的布居数增多和解离加快。主要物种含时变化的模拟结果表明:在纯CO2放电气氛中,尽管等离子体中大量CO2解离生成CO,但大部分CO在离开等离子体区后又被氧化为CO2,所以其CO2转化率很低。在高的H2/CO2摩尔比放电气氛中,大量H2的存在使O原子和O2分子的数密度大幅下降,CO氧化生成CO2反应被显著抑制,所以CO2转化率大幅提高。