大气压共面介质阻挡放电等离子体射流的形成机理.pdf

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1、大气压共面介质阻挡放电等离子体射流的形成机理刘莉娟2016年1月中图分类号：O461UDC分类号：533.9大气压共面介质阻挡放电等离子体射流的形成机理作者姓名刘莉娟学院名称物理学院指导教师欧阳吉庭何锋答辩委员会主席袁方利申请学位理学博士学科专业凝聚态物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月5号FormationMechanismofAtmosphericPressurePlasmaJetinCoplanarDielectricBarrierDischargeCandidateName:LijuanLiuSchoolorDepartment:SchoolofPhysicsFac

2、ultyMentor:Prof.JitingOuyangFengHeChair,ThesisCommittee：FangliYuanDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：CondensedMatterPhysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January5，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大

3、学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要大气压等离子体射流（APPJ）具有操作简单、无需真空腔体、电子温度高、气体温度低等优点，被广泛用于材料表面处理、环境治理和生物医学领域。对APPJ的产生机理的理解是应用开拓、工艺优化和控制的基础。本文从实验和数值模拟两个方面对大气压共面介质阻挡放电（DBD）等离子体射流的形成和发展机理进行了研究。研究分为三部分：首先，实验研究了氦气大气压共面DBD等离子体射流的基本特性，得到放电电压、气流量、电极宽度、介质管径

4、和长度、异型介质管和外部气体环境等放电条件对射流特性的影响。结果表明，电极之间DBD的特性影响APPJ的形成和发展；形成射流需要适当的He气流通道；但射流本身与气流方向无关。其次，利用可控的外加电场、磁场和金属管对氦气大气压共面DBD等离子体射流的发展进行干预，研究了射流在外加电、磁场中的行为。发现射流路径在电场、磁场中发生明显的偏转，射流长度减小，并出现径向展宽或分离现象。外加浮置金属管可以阻挡射流的传播，但较高电压下射流也能够穿过金属管；在金属管施加正电压有利于射流发展，而负电压则阻挡射流传播；维持射流传播的电场从管内指向管外，大致为~10kV/cm量级，使电子崩由管外朝向管内发展。最后

5、，利用二维流体模型模拟研究了氦气DBD等离子体射流的发展过程。结果表明，DBD电极外的射流产生源于DBD形成后瞬时阴极附近空间正离子电荷及其产生的向外的轴向电场，它同时也是射流初始头部。电子在强电场作用下被加速，导致气体的电离和激发，形成向外的射流；电子迁移后，在空间集聚的正离子电荷形成新的射流头部并产生轴向电场，使射流继续向外发展，直至电场减弱至击穿电场以下。在阴极外，介质壁对射流的影响很小。DBD射流类似于单电极正电晕的“正流注”放电，它从介质管内向外发展。关键词：等离子体射流；气体放电；共面介质阻挡放电；形成机理1北京理工大学博士学位论文AbstractAtmosphericpress

6、ureplasmajet(APPJ)producedinairhavebeenwidelyusedinmaterialprocessing,environmentalmanagementandbiomedicalfieldsduetoitsadvantagesofsimpleoperation,withoutvacuumcavity,higherelectronictemperaturewhilerelativelowergastemperature,etc.UnderstandingofthepropagationmechanismofAPPJisthekeyissueforitsexte

7、ndingapplications,processingoptimizatingandcontrolling.Inthisthesis,theformationandpropagationmechanismofAPPJincoplanardielectricbarrierdischarge(DBD)inheliumisinvestigatednumericallyandexperimentally.There