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大气压冷等离子体射流双管相互作用的研究

汤道坦  
【摘要】: 大气压冷等离子体射流是近年来兴起的一种大气压类辉光等离子体发生技术,其低温特点和良好的可控性使其在应用领域表现出某些优势。但其产生的等离子体面积、体积方面存在着一些限制。为了产生适应实际应用规模所需要的等离子体源,阵列化的射流装置以及放大化的射流装置已经被设计和应用。所以研究阵列化的等离子射流之间的相互作用以及其弥合性将会是一项很有意义的工作。 本文主要介绍了两束环-板以及针-环结构的射流He等离子体之间的相互影响与其弥合性。通过改变射流等离子产生的各种参数:激发电压,气体的流速,电极间的间距以及电源的频率等,发现了相互成30度角的两束射流等之间,即存在着相互排斥,也存在相互靠近的现象,而且他们之间的弥合性与实验条件有很大的关系。 在研究环-板结构的射流等离子体相互作用时,发现当在较小的电极间距13mm时,两个射流等离子体并不能在其相交部分弥合,两束射流之间存在明显的沟壑间隙,并且随着激发电压越高射流通道之间的间隙越明显。当增大电极间距到23mm时,在较低的激发电压下,两束射流通道能在其相交的末梢合并,但是随着施加电压的增大,它们之间又会出现明显的分离排斥。并且通过比较实验,我们认为等离子体通道中的中空间电荷之间的库仑力是这种排斥的一个重要因素。在射流等离子之间相互作用中还发现了两束等离子体有相互靠近的现象,这种靠近现象和我们所使用的电源的频率有很大关系,只有在较高频率时才能发现。通过具体的实验对比以及计算,发现了这种吸引作用和另一束射流的电极有关。同时,不同频率下的单个射流等离子体的放电形态以及电流波形都存在着很大的差异,在低频率下放电的电流脉冲的峰值会再某个电压值附近出现一个极值并且电流脉冲幅值要大于高频。实验中,当调小其中一个射流的工作气体流量,则在较高的激发电压下,两束等离子体之间会被击穿产生放电通道而相互合并。同时我们发现在较大电极间距以及较高激发电压下,比较容易出现两束射流等离子体放电的不平衡性。实验中我们还通过比较单管电流和双管同时放电时的电流得出:两束等离子体之间存在着某些抑制的作用,通过对比实验了解这种抑制作用和气流有很大的关系。 在实验中,我们对“针-环”结构的射流He等离子体之间的相互影响也进行了初步的观察研究。发现当在较小的激发电压下,两束“针-环”结构的射流能在其相交部分比较好的融合,但是当增大电压到一定值时,两束射流又会明显的分开,符合我们上面的实验结果。并且在大气流量低电压下,由于气流的动力学因素等离子体通道之间也能够合并。


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