大气压脉冲与交流耦合放电过程与特性研究

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大气压等离子体是近些年来一种新兴的等离子体产生技术,拥有操作灵活简单,可控性好等优点,而其中大气压等离子体射流显示出巨大的应用前景。传统上多采用重复频率在千赫兹范围内的交流电压激励来产生等离子体射流,分别在交流正弦电压正负半周期的上升沿产生两次放电;脉冲电压激励的等离子体射流相比于交流电压激励,电压上升沿时间在纳秒量级,放电具有更高的电子产生效率与电子密度。目前大部分大气压等离子体射流都是在交流激励或脉冲激励下产生,射流特性与激励源的电学特性关系紧密,因此研究不同激励源之间的耦合关系对发展大气压等离子体射流的应用具有重要价值。本文主要是通过脉冲放电耦合交流正弦放电来产生等离子体射流,探究双方在耦合之后的放电对产生等离子体射流及其传播的影响。首先,利用交流正弦电压辅助脉冲放电产生等离子体射流,研究了改变脉冲电压处于交流正弦电压不同相位对等离子体射流特性与放电过程的影响。通过放电非热空间分布在脉冲电压阶段的演化过程,表征了等离子体射流以等离子体子弹形式在放电空间的传播。在固定交流正弦电压的情况下,通过延时调节脉冲电压产生的时间,使其分别处于50μs,100μs和150μs时刻,发现当脉冲电压极性与交流正弦电压极性相同时,等离子体子弹的产生会被抑制,传播速度减小。反之,当脉冲电压极性与交流正弦电压极性相反时,等离子体子弹的产生会被加强,传播速度增大。进一步经过探究不同时间下放电图像强度的变更以及子弹速度在不同空间条件下的变动,从而分析在脉冲放电前提下形成等离子体子弹的动力学过程。另外,研究脉冲放电与交流放电的相互作用和所形成耦合放电的特性以及放电过程,主要通过测量电流电压波形图以及等离子体放电的时空分布图像进行。通过对比不同脉冲电压脉宽以及不同脉冲电压延迟情况对等离子体子弹的时空演化过程的影响,揭露了交流放电产生的时刻和放电电流的极性。当极性相反时,脉冲放电产生的等离子体射流得到了增强,而且在脉冲电压脉宽较小时,交流放电的影响更加显著。
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