大气压氖气介质阻挡多脉冲放电现象研究

为了探讨大气压氖气介质阻挡放电的多脉冲现象的本质,实验测量了多脉冲放电的电压电流波形,建立了多脉冲放电的电路模型,并利用ICCD高速相机研究了多脉冲辉光放电模式的演化过程。研究结果表明,多脉冲中的各次脉冲气隙电压的变化和单脉冲中气隙电压的变化趋势相同,即在气隙击穿前,气隙电压逐渐上升,在气隙击穿后突然下降。由于介质阻挡产生的异号电荷和外加电场的共同作用,使得多脉冲中每个电流脉冲对应的气隙击穿电压峰值出现逐渐下降的趋势。ICCD高速时间分辨图像表明,多脉冲的每个脉冲放电的底面演化过程与单脉冲时的辉光放电是十分相似的,都呈现出径向发展的过程,但相邻放电脉冲其放电的径向发展过程呈现互补现象,即若一个从内到外另一个就从外到内。这说明放电总是以活性粒子存活数量较多的地方作为放电的起始位置。同时,实验结果说明不能通过电流脉冲个数的多少判断放电是否均匀,多脉冲放电也可能是均匀放电。

大气压氦气介质阻挡多脉冲辉光放电的形成条件

利用高频高压电源,进行大气压氦气介质阻挡放电试验,测量了单脉冲和多脉冲辉光放电的放电回路电流波形,分析了外加电压峰-峰值和频率、放电间隙对多脉冲辉光放电过程的影响,探讨了大气压氦气介质阻挡多脉冲辉光放电的形成条件。研究表明:多脉冲辉光放电的形成条件是较高的外加电压峰-峰值、较低的电源频率,其中较高的外加电压峰-峰值是产生多脉冲辉光放电的必要条件。

大气压多脉冲介质阻挡均匀放电的数值模拟

为了进一步明确大气压多脉冲辉光放电的形成机理,采用扩展的一维等离子体流体模型数值研究了大气压多脉冲介质阻挡均匀放电的放电特性.该模型增加了电子能量守恒方程,考虑了电子温度对电子输运系数的影响.结果表明大气压氦气多脉冲放电中的每个电流脉冲都处于汤森放电模式,上一次放电为下一次放电提供了种子电子,导致了后面的击穿电压依次降低,放电电流脉冲依次减小.随着驱动频率的增加,电流脉冲个数减少,但是脉冲电流大小增加.随着驱动电压幅值的增加,不仅电流脉冲个数增加,脉冲大小也增加,模拟结果与实验结果定量吻合.

放电参数对大气压多脉冲介质阻挡放电特性的影响

为了进一步了解大气压氦气多脉冲介质阻挡放电特性,采用数值模拟的方法对一维流体力学模型进行研究,分析讨论了外加电压的幅值和频率对放电电流脉冲的数目和相邻两个电流脉冲之间时间间隔的影响。模拟结果表明,外加电压幅值和频率不断变化时,不仅电流脉冲数目发生变化,而且相邻电流脉冲之间的时间间隔也发生变化。随电压幅值的增大电流脉冲数目的增加,相邻电流脉冲间的时间间隔减小,随电压频率的减小电流脉冲数目增多,相邻电流脉冲间的时间间隔减小。此外,采用线性拟合的方法预估形成新的电流脉冲时刻的起始电压和频率,为实验研究多脉冲放电提供理论参考。

大气压等离子体射流放电参数对沉积氧化钛薄膜特性的影响

大气压等离子体增强化学气相沉积(AP-PECVD)功能薄膜技术受到广泛的关注,但等离子体的作用机理仍有待进一步探讨。利用针-板电极大气压电晕Ar等离子体射流,在不同放电频率条件下,对单、双脉冲的放电参数及沉积TiO_(2)薄膜的性质进行比较,阐明了脉冲放电特性对等离子体参数和TiO_(2)薄膜生长的影响,进而推断AP-PECVD中等离子体的作用机理。结果表明:单个电压周期内,放电电流呈稳定的单脉冲或双脉冲,电晕等离子体射流区域呈均匀弥散分布,沉积的氧化钛薄膜均匀致密;其他条件相同的情况下,双脉冲放电极间平均耗散功率、等离子体气体温度大于单脉冲放电,并且等离子体区域发光显著增强,发射光谱计算得到大气压等离子体射流电子激发温度约8000 K,双脉冲等离子体射流电子温度略高于单脉冲等离子体射流。对于薄膜生长,双脉冲放电薄膜沉积速率比单脉冲放电大,沉积的薄膜更加致密,亲水性更强。由于等离子体参数上的差异,在钛酸异丙酯解离过程和TiO_(2)薄膜形成时的表面扩散过程中,双脉冲等离子体射流比单脉冲射流贡献更大,有利于快速沉积更致密、亲水性更高的氧化钛薄膜。

SiC/Al功能梯度材料的电火花多脉冲温度场仿真

为探索Si C/Al功能梯度材料的电火花加工特性,建立了电火花加工连续多脉冲放电温度场仿真模型,开展了连续多脉冲放电蚀除动态模拟仿真研究,应用生死单元法分析了放电凹坑位置的随机分布情况,研究了峰值电流、脉冲宽度对放电凹坑和材料去除率的影响规律,并进行了实验验证。结果表明:随着峰值电流和脉冲宽度的增大,材料去除率逐渐提高,仿真结果与实验结果具有相同的变化趋势;误差分析显示,理论值与实验结果最大误差为9.84%,最小误差为5.10%。

大气压介质阻挡高频放电三种模式的Lissajous图形

大气压介质阻挡放电存在多种放电模式。本文利用高频高压电源,分别进行了大气压氦气均匀的介质阻挡放电和大气压空气丝状介质阻挡放电的试验,通过测量外施电压、回路电流和拍摄ICCD短时曝光的放电图像,研究了氦气单脉冲辉光放电、多脉冲辉光放电和空气丝状放电的Lissajous图形特征。结果表明:两种辉光放电均起始于汤森放电,放电电流最大时为辉光放电;而丝状放电为流注放电。高频下辉光放电的Lissajous图形不同于工频的两条平行线,而是左右两边有一次曲线性阶跃的平行四边形;伪辉光放电的电流波形每半个周期内有几个电流脉冲,Lissajous图形中放电阶段对应的两条边就有几次曲线性阶跃;丝状放电的Lissajous图形近似为平行四边形。

大气压介质阻挡辉光放电等效电容及对放电参数的影响

等效电容是研究大气压介质阻挡放电的基本参数。按定义式计算电容值由于没有考虑杂散电容以及外加电压参数的影响,用于计算介质阻挡放电参数不够准确。丝状放电规则的平行四边形Lissajous图,在一定假设条件下可计算介质阻挡放电的等效电容,但大气压辉光放电是不规则平行四边形。此外,计算放电参数必须用同一电压下的回路电流和等效电容,但是测量回路电流就无法同时测量Lissajous图形。为此,基于大气压氦气介质阻挡辉光放电试验测量的外加电压和回路电流,提出了该外加电压下Lissajous图形的计算方法。基于该图形,提出了大气压辉光放电时等效电容计算方法:简化法和分段法。根据计算结果,研究了等效电容对计算放电参数的影响。研究结果表明,计算法得到的Lissajous图形反映了放电过程;简化法比定义计算法得到的等效电容用于计算放电参数更接近真实放电过程,而分段法可用于探讨放电过程中瞬态等效电容的变化;等效电容对计算放电电压和电流影响很大。

基于Lissajous图形研究大气压氦气介质阻挡放电

利用高频高压电源,进行大气压氦气介质阻挡放电试验,测量了辉光和多脉冲辉光放电的Lissajous图形,分析各段图形代表的放电过程。研究表明:介质阻挡高频放电的Lissajous图形由外电压向气隙、介质充电的直线部分和气隙放电的曲线部分交替出现组成;交替(气隙放电)的次数取决于外加电压的幅值;随着直线出现次序加大,直线斜率逐渐增大;随着放电次数增加,曲线电荷阶跃百分比减小;随着外电压幅值增加,起始放电电压减小,甚至其极性发生改变。

双环电极大气压氦气等离子体射流的特性及其影响因素

大气压等离子体射流(APPJ)具有极强的应用前景,近年来在国际上引起了重大关注,成为气体放电领域的重要研究课题。为了进一步掌握其射流特性及影响因素,设计并制作了外表面双环电极氦气等离子体射流装置,通过实验研究了电极宽度、电极与喷口距离对射流功率及射流长度的影响,并在实验的基础上,分析了放电的发展过程以及各现象的物理机理。实验结果表明:随着外加电压的不断升高,APPJ半周期内的放电电流脉冲个数从1个逐步升至2个、3个,随后放电电流出现不规则丝状,直至2个电极间沿外表面击穿;增大高压电极的宽度或缩短高压电极离喷口的距离,都有利于APPJ放电功率的提升;2个电极间距越大、高压电极离喷口越远,最大射流长度越长,而初始的射流长度由高压电极宽度决定;随着氦气流量的增加,APPJ的射流长度先增长,然后下降,最终趋于平稳,在射流长度的下降阶段会出现长度多波峰现象。

雷电拦截新技术在高压输电线路的应用研究

输电线路雷电防护主要依据电气几何模型-保护角法进行设计,是用一次放电(单脉冲)、多次重复实验统计得出。雷击放电包含多个脉冲,单脉冲放电不能完全反映雷电多脉冲放电的物理过程。文中采用CIGRE授权出版的《雷电参数的工程应用》中的观测数据,给出了雷电放电的5个阶段及主要物理参数,同时就避雷针与雷电拦截器对雷电的接闪过程物理参数进行计算。最后,比较分析现有高压输电线路防雷技术的特点和局限性,提出了雷电拦截新技术的应用方法。