大气压射频单介质阻挡放电中放电通道收缩现象的研究

大气压射频辉光放电产生的等离子体具有温和的温度、较好的稳定性和较强的化学活性而广泛应用于工业生产、生物处理等领域。为提高工作效率、增加放电均匀性,应避免产生放电收缩现象。为此,设计了一个带水冷铜电极的射频单介质阻挡放电系统,在大气压下研究氮气和氩气放电收缩形成的机制。纳秒级ICCD相机拍摄的放电图像揭示出在大气压下氮气和氩气放电中明显存在放电通道收缩现象,在放电周期内放电通道形状保持不变,但在不同位置的发光强度随射频电源的频率作周期性变化。通过分析放电图像的三维时空分辨图和二维时间分辨图,发现上下电极表面附近的发光强度在一个射频周期内交替出现一个峰,但峰出现时间上为非对称。这不同于射频裸电极放电,也不同于射频双介质阻挡放电。分析认为发光强度峰在一个射频周期内交替出现的时间非对称性是由于非对称电极表面电荷积累和二次电子发射差异造成。

单介质阻挡放电等离子体激励对平板气膜冷却性能的影响

为了研究单介质阻挡放电(SDBD)等离子体激励对平板气膜冷却性能的影响,采用数值求解耦合等离子体电动激励力的雷诺时均Navier-Stokes(RANS)方程组的方法,利用已有的实验数据考核了等离子体线性化激励模型和数值求解方法的有效性,获得了6种归一化激励强度、5种归一化激励频率和3种吹风比条件下,存在SDBD等离子体激励时壁面的气膜冷却效率分布及其附近的流场结构,并与无等离子体激励的气膜冷却工况进行了对比。研究结果表明:与无SDBD等离子体激励时相比,施加SDBD等离子体激励显著提升了平板气膜冷却性能,抑制了气膜孔下游肾形涡对的发展,使近壁面流向速度梯度增大、流向速度峰值提升、冷气沿展向及流向的覆盖范围均扩大。当归一化激励强度由40增至140时,平板气膜冷却效率显著提高;当归一化激励强度为100时,中心线及展向平均气膜冷却效率的极值分别比无SDBD等离子体激励的工况提高了105%及200%。当归一化激励频率由1.25增至6.25时,平板气膜冷却效率也逐渐提升;与无SDBD等离子体激励的工况相比,当归一化激励频率为3.75时,中心线及展向平均气膜冷却效率极值分别提升了75%及100%。平板气膜冷却性能随吹风比的增大逐渐恶化;当吹风比由0.5增至1时,壁面中心线及展向平均气膜冷却效率的极值分别降低了23.9%及49.2%。

单电极介质阻挡放电离子源的消电子技术研究

基于电场绝缘屏蔽技术的单电极介质阻挡放电离子源(DBDI),具有放电均匀、稳定、离子化能量高等优点,可实现对更大极性范围样品的快速检测。较高的离子化能量也增大了质谱图的背景噪声水平,对部分弱极性、低沸点样品的检测信噪比不高。本研究发展了基于单电极DBDI体系的外置电极消电子技术,探讨了外置针电极和外置金属网的消电子机理及其检测效果。结果表明,外置金属网消电子技术显著提高了部分弱极性样品的检测信噪比,异丙威、全氟辛酸、苏丹红Ⅲ的信噪比提升了5~6倍。基于该技术测定辣椒粉中苏丹红Ⅲ,回收率为83.7%~94.6%,相对标准偏差(RSD)为5.6%~9.0%,检出限为23 mg/kg,满足辣椒粉中苏丹红Ⅲ添加剂检测分析的要求。外置金属网消电子技术进一步提高了单电极DBDI对弱极性、低沸点、复杂样品的检测能力。

光电离剂对SBD降解苯的影响机理研究

研究了单介质阻挡放电-紫外光电离剂(SBD-UV)协同降解苯的效应。研究结果表明,紫外光能与等离子体协同作用,促进苯的降解。外施电压较高时,SBD-UV254 nm作用效果增大。在9 kV的电压下,SBD-UV254 nm可以使苯的降解率和矿化率提高10%左右,结焦率变化不大;外施电压较低时,SBD-UV185 nm使苯的降解率、矿化率提高较明显,同时结焦率也有增加。

一种用于临近空间飞行器的吸气式电推进技术

针对低速临近空间飞行器提出了一种新型吸气式电推进方案,该方案采用单介质阻挡放电(SDBD)作为等离子体源,因此能在较大气压范围(数Pa^1atm)内电离大气产生等离子体并产生推力。为探究该吸气式电推进方案的推力性能,测量了实验样机在多个气压和电压条件下产生的推力。推力测量结果显示在10~90 k Pa气压范围内,实验样机产生的推力在102~103μN量级;气压一定时,产生的推力与驱动电压呈幂次相关;而电压一定时,随着气压自1atm逐渐降低,产生的推力先增大后减小,且达到最大推力的气压与所加驱动电压相关。

大迎角分离流场在等离子体控制下的特性研究

设计了一种新型的大迎角主动流动控制方法。采用圆锥-圆柱组合体模拟飞行器前体,在靠近圆锥尖端处镶嵌了一对马蹄形单电极介质阻挡放电(Single-Dielectric Barrier Discharge SDBD)等离子体激励器,通过风洞实验研究了等离子体激励器在不同状态下对大迎角模型前体的非对称气动载荷的控制作用。实验结果表明,通过控制等离子体激励器的开闭可以使得圆锥-圆柱组合体在大迎角下出现的侧力改变方向。还对通过调节单侧等离子体激励器的激励电压实现圆锥前体侧力系数在正负极值间连续变化的可能性进行了初步的实验探索。

等离子体控制下前体分离涡的研究

在圆锥-圆柱组合体模型半顶角为10°的圆锥前体尖端附近布置介质阻挡放电等离子体激励器,采用正弦波高压电源进行等离子体定常开/关激励。实验在3.0m×1.6m的直流式风洞中进行,迎角固定在45°,基于圆锥前体底面直径的实验雷诺数为5×10-4。对模型表面周向压力分布进行了测量,同时对测压截面处的空间涡流场进行了粒子图像测速。通过对截面压力分布和空间流场的PIV结果的分析,给出了侧向力、涡核中心位置、轴向涡量、涡核半径、次涡核半径、旋涡最大切向速度、环量等参数随等离子体激励的变化特性。结果表明：在等离子体激励的作用下,同侧的分离剪切层及其卷起的涡向外侧移动,同时另一侧的向着靠近模型的方向移动。同时激励器的作用使左舷侧涡心位置偏离次涡核的几何中心,且使得双侧的涡核和次涡核的尺寸增大。

中-大迎角下圆锥前体流场的等离子体控制

在圆锥-圆柱组合体圆锥段的尖端区域布置一对单个介质阻挡放电激励器(SDBD),通过风洞实验对圆锥前体分离涡流场的等离子体控制特性进行了研究。实验风速5m/s,迎角为25°和30°,采用表面压力测量技术,并通过对压力的积分得到侧向力系数。实验结果表明:通过控制激励器的开、关可以改变圆锥两侧压力分布不对称的模式,从而使得侧向力的大小和方向发生改变。研究表明:等离子体激励器可以对非双稳态下的圆锥前体分离涡流场进行有效的控制。