大气压低温等离子体射流特性的研究

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大气压低温等离子体射流具有诸多优点,例如温度低、活性强、安全简便等,因此得到了人们广泛的关注,随着对大气压低温等离子体射流研究的不断深入,发现在当今许多领域都有着不可估量的前景,近些年来也成为了研究的热点,人们希望能够充分理解其产生机理和物理化学特性,进而通过各种参数和装置的变化控制等离子体的各项参数以实现其在应用中的价值。本文以等离子体射流为研究对象,开展了以下工作:1研究了空气扩散和周围环境介电常数改变对等离子体射流推进过程的影响。设计多组实验研究了等离子体子弹的加速过程,证实扩散进氦气通道中的少量空气引起彭宁电离在等离子体子弹出管口后的加速起重要作用。通过改变某一段的介电常数,模拟射流从管中喷射到空气,证明了介质管内外介电常数差异也是造成等离子体子弹加速的重要原因。而且,电场测量显示当等离子体子弹加速时,头部电场会增强,这表明了电场是子弹推进的驱动。2研究了介质管与导体接触后等离子体的行为特征。采用了不同形式的导体包裹介质管外壁,我们发现射流被导体抑制,并且有二次射流在导体末端产生。得到以下推断:管外的导体和介质管壁形成的电容起到了重要作用。这一电容形成了一个低阻抗的支路,使电路中的大部分电场以及电流直接通过这一电容到达下游更远处,而没有到达一次等离子体射流的电离前沿,因而对一次等离子体射流产生了抑制作用。而在这一电容的负极板的下流端点形成了一个强电场区,从而为二次等离子体射流的产生提供了必要条件。与此同时,一次等离子体射流中产生的长寿命活性粒子也为二次射流的产生起到了重要作用。3研究了等离子体子弹在介质管中的行为。使用了特殊设计的U型介质管来寻找子弹在介质管中传播的物理机制,等离子体射流可以通过弯曲部分到达下部支管中继续向反方向传播。我们发现随着两个支管间距离缩短,等离子体射流的长度逐渐缩短,而且,弯管中射流长度终究小于直管中的长度。而且,我们还在支管间距为1mm,在第二次放电发生时,位于底部支管中的等离子体子弹突然加速,并向着上壁跳转贴近。我们推断阳极区电场的反转很可能是造成这些现象的关键因素。4研究了单针作电极的低温等离子体射流与工作气体(氦气)流场之间的交互作用。采用高速摄影机和增强型电荷耦合相机对二者关系进行高精度时间分辨率研究,等离子体的放电造成了气体流场的改变,本章的一个重要研究对象就是等离子体的传播通道即工作气体的流场,通过本章的实验我们发现带电粒子很可能影响了气体的流动方程参数,随着流场的改变,工作气体的空间分布发生改变,进而影响了等离子体的传播。
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