基于不同驱动电源的等离子体射流特性研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:snailswuya
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近年来,大气压辉光放电所生成的低温等离子体在材料表面处理、生物医学、纳米科学等方面得到较为广泛的应用。本论文通过理论分析与实验研究相结合的方式,通过电场仿真和实验测量等手段研究了不同电源驱动下大气压正负极性氦气等离子体射流的放电特性、低气压下不同电源驱动的等离子体射流的放电特性以及无气流作用的大气压交流放电等离子体射流的生成特性。旨在在探究大气压低温等离子体射流的形成条件和发展过程,研制可应用于生物医学领域的大气压交流放电等离子体射流生成装置。首先,采用氦气为工作气体,直流电源和高压脉冲电源为电极提供驱动电压。比较了不同电源驱动的大气压等离子体射流特性以及驱动电源参数(频率、上升沿)对等离子体射流的影响,研究不同实验条件对射流体长度的影响。结果表明,正极性APNP-Js比负极性APNP-Js具有更长的射流长度和更高的传播速度。相同条件下,脉冲射流和直流射流长度均会先增加后减小,射流长度随气流速度变化规律符合气体动力学理论。改变针电极与管口的位置,发现射流长度亦呈现先增加后缩短的趋势。此外,频率和上升沿是电源输出的两个重要的参数,对等离子体特性具有重要影响。其次,通过低气压实验平台利用极不均匀电场对0.1-1atm气压范围内针-板间隙正、负极性直流放电特性以及交流放电特性进行实验探索,研究了不同放电条件对等离子体射流的影响。结合静电场分析,对低气压下直流极性效应反转以及交流放电随气压变化规律进行分析。结果表明,阳极板电极上锥状放电在负极性放电过程中起到了关键作用,也是低气压下极性反转的关键因素。气压较高时,交流放电与低气压下正极性放电特性类似,以正半轴正极性放电为主。气压较低时,交流放电与负极性放电特性类似,但实际是正负极性放电特性的综合。此外,交流放电电压均低于同条件下直流放电电压。最后,通过实验和电场仿真的方式,对针板电极所构成的极不均匀电场的放电过程进行分析,探讨了在无气流条件下的大气压空气交流放电等离子体射流的形成过程。结果表明,交流作用下石英管内带电粒子运动以及石英管内壁上的电荷效应是大气压交流放电等离子体生成的关键。大气压针板电极生成的交流辉光等离子体射流中含有O、N2和N2+等活性粒子,可以广泛地应用于生物医学领域中。此外,具有悬浮电位的针板电极产生的射流通道呈明亮细丝状,且等离子体通道较为收缩。
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