针-环电极作用下大气压冷等离子体射流二维数值模拟研究

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1、万方数据硕士学位论文针一环电极作用下大气压冷等离子体射流二维数值模拟研究Two．dimensionalnumericalstudyofcoldatmosphericpressureplasmajetwithneedle-ringelectrodes学21302023大连理工大学DalianUniversityofTechnology万方数据大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果

2、，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：盐二巫电拯笠用王盘氢压淦笠童圣垡整流三丝数鱼送拯研究作者签名：显虱拯日期：二进年—鱼月』翌日万方数据大连理工大学硕士学位论文摘要近些年，由于大气压冷等离子体射流具有显著的优势，因此人们对其表现出了浓厚的兴趣。大气压冷等离子体射流源与传统的低温等离子体源有所不同，大气压冷等离子体射流的装置可以将工作气体的放电部分与材料处理部分相分离，其放电产生的各种自由基、带电粒

3、子、紫外线、处于激发态和亚稳态的粒子等成分能够在气流场和电场的共同作用下被输运到相对远的区域。基于这种特性，大气压冷等离子体射流的装置完美地将气体的放电部分和被处理材料部分相分离。因此，对于研究射流的放电特性和控制射流的化学反应过程变得更加容易，同时放电产生的等离子体无电击感和灼热感，能够与生物体相接触，促使大气压等离子体射流不但在传统的工业应用领域，也在生物医疗(如皮肤表面改性、治疗枪伤)领域展现出可喜的前景。目前，虽然国际上针对大气压等离子体射流开展了许多的理论和实验的研究，但是对于大气压射流的某些放电行为和物理机制还不是很清楚，需

4、要进一步的研究。在本文的模拟中，选择氦气为工作气体，模拟中用到的模型是二维的轴对称等离子体射流的流体模型，通过使用COMSOL软件对大气压冷等离子体射流进行参数设定、网格划分和数值模拟。射流装置中不同的电极结构对其传播特性有重要的影响，使得射流的动力学特性也各不相同。通过改变电极结构来获得具有良好动力学特性的等离子体射流是可实现的。在本论文的第三章中通过使用三种不同的电极结构，研究等离子体射流传播的动力学特性。这三种电极结构分别为：第一种电极结构只有一个针电极，并且在针电极上施加正电压；第二种电极结构是既有一个针电极又有一个环电极，并且

5、在针电极上和环电极上都施加正电压；第三种电极是既有一个针电极又有一个环电极，且针电极施加正电压，环电极接地。其中正电压为脉冲电压，只模拟一个周期内的等离子体射流的传播情况。通过给出在不同电极结构作用下的等离子体射流的动力学特性，如等离子体射流的电子密度、电离率、电场的时空演化、电子温度和射流的传播速度，分析在不同电极结构下的射流的动力学特性，可以使其更好地应用在工业和医学领域。研究发现，第三种电极结构驱动的射流具有更高的电子密度，更强的电场，更快的射流传播速度，因此第三种电极结构驱动下射流具有更显著的动力学特性。本论文的第四章中研究了在

6、有无外加轴向磁场作用时，射流的传播特性。在放电装置的轴向方向分别施加0T、0．2T、0．4T、0．6T的外加磁场，通过比较射流不同的动力学特性，如电子密度、电离率、电场的时空演化、电子温度和射流传播速度，分析外加轴向磁场对大气压冷等离子体射流动力学特性的影响。模拟结果显示，外加的轴向磁场会改变射流传播的动力学特性。如考虑外加的轴向磁场时，射流的电子密度会增加、电场万方数据针．环电极作用下的大气压冷等离子体射流的二维数值模拟研究会增强。随着外加的轴向磁场的逐渐增强，沿轴向的射流的电子密度也会逐渐增加，总电场也会逐渐增强。因为考虑外加轴向磁

7、场的作用，等离子体中的电子会沿着轴向的磁场线做螺旋运动，由于曲线运动代替了直线运动，增加了粒子在介质管内与中性粒子碰撞的几率，同时该磁场还会约束住粒子的运动，所以在射流传播到介质管外时，获得了更高的电子密度和电场，更远的传播距离。因此，可以使用该方法增加射流中的电子密度并获得更大尺寸的射流。关键词：大气压冷等离子体射流；流体模型；磁场；电极结构；电子密度；电场万方数据大连理工大学硕士学位论文Two-dimensionalnumericalstudyofcoldatmosphericpressureplasmajetwithneedle—

8、ringelectrodesAbstractInrecentyears，theatmosphericpressureplasmajet(APPT)hasreceivedextensiveattentiond