微波脉冲大气击穿临界场强估计

针对高功率微波在大气传输中可能出现的击穿现象,研究了脉冲序列中首次击穿时的延迟脉冲数,发现其与种子电子、脉冲击穿概率以及微波场强密切相关。研究发现,微波场强可通过作用于种子电子间接影响脉冲击穿概率和延迟脉冲数,由此提出利用延迟脉冲数估计微波击穿临界场强的方法,并定义在脉冲击穿概率大于一定值时的微波临界场强作为击穿阈值。推导了脉冲击穿概率的估计公式,并对估计量的性能进行了分析,随后利用S波段微波大气击穿模拟装置开展了实验验证。实验结果表明,在一定范围内,重复频率微波脉冲击穿延迟脉冲数仅与种子电子产生率和脉宽成反比,能用于估计脉冲击穿概率,进而给出击穿临界场强。

重复频率微波脉冲大气击穿延时与电离率

针对高功率微波在大气传输中可能出现的击穿现象,研究了脉冲序列中首次脉冲击穿延时和后续脉冲击穿延时,研究结果发现首次脉冲击穿延时在脉宽范围内大致均匀分布,后续脉冲击穿延时波动性较小。根据击穿延时数据对电离率进行了分析,指出在重复频率条件下,初始电子密度较高,电子密度分布不适用指数分布,无法用延时数据标准差对电离率进行估计。提出了一种用重复频率脉冲击穿延时数据计算电离率的方法,并将计算结果与仿真结果进行了对比,结果显示,二者有较好的对应关系。

气流对大气压纳秒脉冲介质阻挡放电影响的研究

实验采用线-线式电极结构在大气压下实现纳秒脉冲介质阻挡放电,并研究了气流对放电的影响.通过采集单周期放电图像、电压电流波形和光电流波形对放电进行分析讨论.结果表明:在气隙间距较小时放电以体放电为主,基本表现为流注放电;放电气隙较大时放电以沿面放电为主,电极间距越大放电弥散度越高.在静态空气中可以观察到明显的自组织放电,放电通道间的距离随电极距离的增大而增大.气流对体放电的均匀性影响显著,而对于沿面放电的均匀性影响不大,但是气流能够增大沿面放电的强度.

介质管介电常数对大气压Ar冷等离子体射流特性的影响

通过二维流体模型,研究介质管的介电常数对大气压氩气冷等离子体射流放电性质的影响.结果表明,射流在介质管内外具有不同的放电性质.当射流在介质管内时,电离波沿着介质管内表面向管口传播,因而呈现环状结构,其传播速度先增加后减小.介电常数越大,环形结构的半径越小,电子密度越低,射流传播的速度也越小.当射流喷出管口后,射流的传播速度迅速提升,然后减小,介电常数越大,提升越快.随着射流的传播,环状结构不断收缩,最终消失.研究结果对大气压冷等离子体源的设计和优化具有一定的理论指导意义.

放电参数对氧气空心阴极放电特性的影响

为了探究放电参数对氧气环境下空心阴极放电特性的影响,本文采用流体模型对氧气环境下的空心阴极放电进行了模拟研究.放电过程中包含11种粒子和48种反应,分析了气压、电压对电势、电场强度、平均电子能量、粒子密度等放电特性的影响.研究表明,气压和电压对放电中的等离子体参量具有重要影响.随着气压的升高,负辉区面积增大,阴极位降区径向电场强度增强,阴极位降区电子平均能量峰值降低,空心阴极效应减弱;电子和O_(2)^(+)离子密度峰值升高,电子在负粒子中所占比重增加;活性粒子O、O_(2)(a^(1)Δ_(g))和O(^(1)D)密度峰值升高,负辉区内3种活性粒子随气压变化规律不同.随着电压的升高,阴极所对应负辉区逐渐分离,阴极位降区电场强度和电子能量增长,电子和O_(2)^(+)离子密度峰值以及电子在负粒子中所占比重逐步升高,密度峰值逐渐分离,空心阴极效应减弱;放电区间的活性粒子密度升高.结果同时表明电压对空心阴极效应的影响要弱于气压的影响.

气流对纳秒脉冲VDBD和SDBD影响的对比研究

本实验在大气压下采用不同的线-线式电极结构分别实现了体介质阻挡放电和沿面介质阻挡放电.在不同气流条件下采集了单周期放电图像、电压电流波形和光电流波形,研究了气流对放电的影响并进行了分析讨论.结果表明:气流通过改变放电空间内的荷电粒子分布影响放电的形态,在体介质阻挡放电中表现更显著;同时气流能够带走放电空间的热量,使放电强度减弱。

基于双F-P标准具的宽调谐窄线宽Tm:YAP脉冲激光器

设计了一种宽调谐、窄线宽、高重频的Tm:YAP脉冲激光器。采用三个切轴方向的Tm:YAP晶体作为增益介质,通过0.5 mmYAG材质F-P标准具和0.025 mm熔石英材质F-P标准具,激光器分别实现了49 nm、44 nm、51 nm波长连续调谐,具体分别为1 951~2 000 nm、1 932~1 976 nm、1 943~1 994 nm。同时测得激光线宽均在0.4 nm左右。声光调Q 10 kHz脉冲重复频率下,分别实现了最大平均功率5.08 W、6.29 W、4.83 W的脉冲激光输出。对比发现,b轴Tm:YAP激光器的平均功率最大,测得最大平均功率下的脉宽为65.7 ns,光束质量因子M2在x方向上为1.84,y方向上为1.93。结果表明b轴Tm:YAP晶体具有宽调谐、窄线宽、高功率、大能量激光的潜力。

高速物体撞击过程理论研究

基于现有高速运动物体模型的研究现状,以分析高速物体撞击目标物这一过程为目的,建立了适用于撞击过程的地面坐标系、撞击物坐标系以及撞击物速度坐标系,并推演了相关坐标系之间的转换关系。以此为基础,基于撞击作用原理建立了撞击过程的理论模型。模拟计算了撞击物形状、撞击角度以及目标物厚度等条件的变化对撞击效果的影响。经理论计算得到了在撞击过程中,撞击角度越贴近正面,击穿效果越好,难度越小;目标物的厚度越大,击穿难度越高的结论。为高速物体击穿损伤过程的研究提供了理论依据。

强流脉冲电子束中影响潘宁放电因素的模拟分析

为研究强流脉冲电子束内部潘宁离子源电离情况的影响因素,文章基于有限元仿真软件建立二维轴对称模型对其内部磁场和电子分布进行仿真,再从阳极电压、磁场强度、气压三个方面对氩气潘宁放电及径向分布的影响进行了模拟仿真研究,对电离情况和电子分布随这三个因素变化的情况进行了分析。仿真结果表明:在较高气压状态下,电场较小时,电场对电离度的影响是正相关;电场较大时,电场对电离度的影响是负相关。磁场增大会提高电离率,提升到1 T之后磁场强度提高不会影响电离率。电磁场对电子径向分布影响不明显。气压与电离度呈正相关。此外,气压越小,电子径向分布越均匀。

杂质离子对等离子体边界参量的影响

采用一维流体模型研究了含有杂质离子的等离子体与器壁材料相互作用给边界等离子体参量带来的影响.通过数值模拟,研究了分别选用碳和钨作为器壁材料时,器壁温度不同情形下热发射产生的电子对等离子体器壁电势、电场强度、热发射电子流以及沉积器壁离子动能流的影响.研究结果发现,当面向等离子体材料表面温度升高时,器壁电势和热发射产生的电流将增加,器壁电场强度和离子沉积器壁动能流则会减小,并且钨作为器壁材料要比碳作为器壁材料对于等离子体边界参量影响更明显.此外,研究了钨作为器壁材料时,碳杂质离子(浓度和电荷数)对等离子体器壁参量的影响.

大气压脉冲气体放电与等离子体应用

脉冲放电等离子体及其应用是脉冲功率技术民用领域极具前景的发展方向之一。为了推动脉冲放电等离子体理论与应用技术的研究和发展,综述了近年来纳秒脉冲气体放电机理与典型脉冲等离子体特性和应用的研究进展。介绍了基于高能电子逃逸击穿的机理假说及相关测量技术的研究进展。分析了直接驱动型脉冲放电、脉冲介质阻挡放电和脉冲等离子体射流三种典型脉冲放电形式的国内外研究现状。以材料表面改性、主动流动控制、点火助燃和甲烷转化为代表介绍了脉冲等离子体应用研究进展。最后结合脉冲放电等离子体研究现状的分析,展望了大气压脉冲气体放电与放电等离子体应用的发展趋势。

常压空气中大间隙介质阻挡放电特性

常压空气中大间隙介质阻挡放电是一种低成本的等离子体产生方法。为此,研究了采用针-板介质阻挡放电(DBD)装置和光电倍增管对常压空气中大间隙介质阻挡放电的特性。结果表明,随着外加电压的变化,存在电晕放电和等离子体羽放电2种放电模式。电晕放电发生在针尖处很小的区域,而等离子体羽放电发生在针-板电极间的较大区域,且等离子体羽长度随外加电压呈阶段性变化。对等离子体羽不同位置的发光信号进行了空间分辨测量,发现针尖附近为连续放电,而远离针尖处为等离子体子弹放电。每次放电等离子体长度随电压峰值的增长关系与每个脉冲的起始电压随外加电压峰值的变化关系一致。

Langmuir探针诊断微波ECR非平衡磁控溅射等离子体

利用朗谬尔探针诊断了ECR非平衡磁控溅射等离子体,给出了微观等离子体参量随宏观工艺参量变化关系。实验测得基片架附近等离子体密度达到1010～1011数量级,电子温度在(5～10)eV之间。随溅射靶功率变化,等离子体密度在130W时取得最大值;同样随微波源功率变化,等离子体密度在功率为850W时也达到最大值。电子温度、等离子体空间电位变化与等离子体密度呈相同趋势。

空气放电等离子体中活性粒子数浓度演化规律分析

为获得空气放电等离子体中活性粒子的演化规律,耦合了组分浓度方程和能量传递方程以及Boltzmann方程,建立了空气放电等离子体动力学模型,对空气中单次和重复放电进行了数值计算,分析了空气放电等离子体中活性粒子数浓度随电子数浓度和约化场强以及放电频率的变化趋势。结果表明,放电等离子体中的活性粒子数浓度随电子数浓度的增加而大幅增加,当电子数浓度为1.0×104cm-3时,放电产生的O原子粒子数浓度最大值约5.0×107cm-3,而当电子数浓度增加到1.0×108和1.0×1012cm-3时,O原子粒子数浓度的最大值则相应地提高到5.0×1011cm-3和5.0×1014cm-3;约化场强的提高,获得的活性粒子数浓度增加;随着驱动电压频率的增加,氧原子O的周期变化达到稳定所要经历的放电次数增加,O原子的粒子数浓度最大值随放电频率的增加而增加。

一种准光反射聚焦微波放电大气等离子体装置

设计了一种准光反射聚焦方式的微波放电大气等离子体实验装置,装置包括大气环境模拟室和微波辐射聚焦系统。辐射微波在腔室中心形成kV/cm量级的非均匀强场,击穿大气产生等离子体。通过仿真计算了腔室内的空间辐射场分布,并利用小信号传递的方式进行测量,测量结果与仿真相符,形成的等离子体形态与辐射场分布强弱一致。电磁场在聚焦区域形成驻波,等离子体出现明显分层现象。实验通过拍照记录了不同参数条件下的等离子体图样,等离子体形态随气压升高而收缩,放电区域受场强和气压共同影响。对实验结果进行分析,验证了该装置的能力。

大气压微波等离子体炬的仿真设计与实验

设计了一个低成本、高稳定性的基于BJ22矩形波导的微波等离子体炬源。整个系统由1～10 kW主频2.45 GHz的磁控管微波功率源、环形器、调谐器和微波反应腔体组成。通过特殊设计的调谐装置,在气体喷嘴处产生高幅值的电场强度,使工作气体电离形成大气压开放式微波等离子体炬。对影响电场强度的几个关键因素进行了仿真,得出各个参数对场强的影响规律;根据仿真参数设计了微波反应腔体,该系统可以在大气压下激发和维持开放的稳定氩气、氦气、氮气和空气等离子体炬。对等离子体炬的基本特性和基本参数进行了研究,验证了设计参数的正确性,讨论了其可扩展性及潜在的工业应用。

脉冲激光烧蚀靶材等离子体羽辉的动力学模拟

初步建立脉冲激光烧蚀靶材的理论模型 ,根据流体动力学的质量连续性、动量守恒和能量守恒这三个基本方程 ,研究高能脉冲激光照射靶材产生等离子体的物理特性 .采用差分法和Pichard迭代法 ,求解带特定边界条件的流体力学三方程 ,得出已喷射等离子体的温度、密度和速度的分布的迭代方程 ,并用计算机进行了数值模拟 ,得出一些有意义的结论 .

超高速碰撞产生等离子体的电子温度诊断

研究相近碰撞速度、不同入射角度超高速碰撞产生的瞬态等离子体的电子温度随时间的变化规律.设计了瞬态等离子体诊断的扫描Langmuir探针诊断系统.通过二级轻气炮加载LY12球形铝弹丸,采用设计的扫描Langmuir探针诊断系统分别进行了入射角度(与靶板水平面的夹角)为45°,60°和90°条件下碰撞LY12铝靶产生等离子体的实验诊断.对实验得到的有效数据进行了每1/2个周期的读取和处理,获得了在整个物理过程中给定探针位置处等离子体的电子温度与碰撞角度的关系.

基于均匀模型的低气压电容耦合射频放电特性研究

针对磁流体流动控制技术对大体积、均匀放电等离子体的需要,开展了低气压下平板型电容耦合放电特性实验研究,并基于均匀射频放电模型,联立能量平衡方程建立诊断模型对等离子体参数进行诊断。结果表明:气压较低时,放电为α模式,整个放电空间发光较为均匀,当气压大于500 Pa时,放电转变为γ模式,在电极附近出现负辉光区,但负辉光区较厚占据了整个放电空间,随着气压增大,负辉光区、法拉第暗区厚度减小,并在放电区域中心出现明显正柱区,正柱区面积随负载功率的增大而增大;放电为γ模式时,电流将随负载功率增大而增大,而电压先不变后增大,并且转折点负载功率随着气压增大而增大;电子数密度ne随负载功率的增大线性增大,而电子温度T_e只是略有增大,约为5500 K(0.47 e V)。

介质阻挡放电产生等离子体技术研究

从吹出等离子体浓度高的要求出发 ,考察诸多大气等离子体发生技术后看到 ,介质阻挡放电产生等离子体是最有效且较方便的技术。在实验室中得到的放电电流曲线证实了电离区的悬浮在空气中的离子可被吹出。被吹出等离子体的浓度虽经受了扩散、复合、气流和电场迁移等因素的影响 ,使浓度随距离增加而衰减 ,但在离开电离区 15 cm远处仍测得离子数密度达 10 9量级 。