论文总字数：30515字

摘 要

大气压等离子体射流是一种新兴起的等离子体放电技术，它具有更强的实际应用性和更高的灵活性。通过对不同电极结构的射流单元进行灵活组合，可以获得各种等离子体射流阵列。这样不仅扩大了射流的处理面积，还能获得均匀的射流放电等离子体。研究发现射流阵列存在强耦合模式，这为获得高强度、高活性的等离子体提供帮助。但是目前关于二维等离子体射流阵列放电模式的转换规律研究还不完整，尤其是关于电极结构参数、电源运行参数、气体流速分布参数等方面的影响因素不全面，需要进一步的实验来充实。

本文首先对比了不同电极结构射流单元组成的射流阵列，设计出了两种射流阵列反应器，接着建立了二维射流阵列实验平台并且成功实现强耦合模式和均匀模式两种放电模式，并且采用独立供气的方法代替了传统的统一供气方法，从而研究了周围管气体流速、中心管气体流速、外加电压幅值等对二维等离子体射流阵列放电模式的转变的影响。通过对射流单元的灵活组合，探究了中间管高于周围管5mm、低于周围管5mm以及与周围管一致三种情况下二维射流阵列放电模式的转换。

研究表明：随着气体流速的增大，二维等离子体射流阵列的放电模式从强耦合模式转向过渡模式，再转变为均匀模式，周围管的气体流速对放电模式的转变影响最大。而中心管的气体流速、电压幅值都不会影响二维等离子体射流阵列放电模式的转变。但是会影响二维射流阵列射流体羽的均匀性和阵列放电强度以及放电稳定性。电极结构也会影响二维等离子体射流阵列放电模式的转换。保持外加电压幅值和气体流速恒定，中间管凸出的反应器处于强耦合模式的时间更长，进入均匀模式的时间更迟，并且中间管的射流强度高、射流整体的均匀性偏低；而中间管凹陷的反应器没有实现两种放电模式。

关键词：二维等离子体射流阵列 电极结构 流速分布 放电模式 模式转换

Effects of Electrode Structure and Flow Velocity Distribution on the Discharge Pattern of Plasma Jet Array

Abstract

Atmospheric pressure plasma jet is a newly emerging plasma discharge technology, which has stronger practical application and better flexibility. By flexibly combining jet units with different electrode structures, various plasma jet arrays can be obtained. This not only enlarges the processing area of the jet, but also obtains a uniform large-area jet discharge plasma. The study also found that there is a coupling mode of the jet array, which provides help for obtaining a highly active, high-intensity plasma. However, the current research on the conversion law of the two-dimensional plasma jet array discharge mode is incomplete, especially on the electrode structure parameters, power supply operating parameters, gas velocity distribution parameters and other influencing factors are not comprehensive, and further experiments are needed to enrich.

This paper first compares the jet array composed of jet units of different electrode structures, designs two jet array reactors, then establishes a two-dimensional jet array experimental platform and successfully implements two discharge modes of strong coupling mode and uniform mode, and adopts independent The gas supply method replaces the traditional unified gas supply method, and the effects of the gas velocity of the surrounding tube, the gas velocity of the central tube, and the amplitude of the applied voltage on the transition of the discharge mode of the two-dimensional plasma jet array are studied. Through the flexible combination of the jet units, the conversion of the discharge pattern of the two-dimensional jet array was explored in three cases where the middle tube is 5 mm higher than the surrounding tube, 5 mm lower than the surrounding tube, and consistent with the surrounding tube.

The following conclusions can be drawn: As the gas flow rate increases, the discharge mode of the two-dimensional plasma jet array changes from the strong coupling mode to the transition mode, and then to the uniform mode. The gas flow rate of the surrounding tube has the greatest influence on the transition of the discharge mode. However, the gas velocity and voltage amplitude of the central tube will not affect the transition of the discharge mode of the two-dimensional plasma jet array. But it will affect the uniformity of the jet plume of the two-dimensional jet array and the discharge intensity and discharge stability of the array. The electrode structure also affects the discharge mode conversion of the two-dimensional plasma jet array. Under the same applied voltage and gas flow rate, the reactor protruding from the middle tube is in the strong coupling mode for a longer time, and enters the uniform mode later, and the jet intensity of the middle tube is high and the uniformity of the overall jet is low; The reactor with a recessed middle tube does not implement two discharge modes.

Key words：two-dimensional plasma jet array; electrode structure; velocity distribution ;discharge mode ;mode conversion

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 低温等离子体及其产生方式 1

1.2 等离子体射流阵列相关研究 2

1.2.1 射流单元间的相互作用 2

1.2.2 等离子体射流阵列不同的放电模式 4

1.3 国内外研究状况分析 5

1.4 本文主要研究内容 10

1.5 本章小结 11

第二章 射流阵列的放电模式及电极结构设计 12

2.1 两种放电模式及其放电机理 12

2.2 不同电极结构的射流单元 14

2.3 不同电极结构的反应器设计 16

2.4 本章小结 19

第三章 射流阵列实验平台和诊断方法 20

3.1 射流阵列实验平台搭建 20

3.1.1 四种不同的射流阵列反应器 20

3.1.2 射流阵列供气方案 21

3.1.3 射流阵列测量诊断系统搭建 22

3.2 射流阵列放电特性诊断方法 24

3.2.1 电气特性诊断方法 24

3.2.2 光学特性诊断方法 26

3.3 本章小结 28

第四章 射流阵列的放电特性及模式转换规律 29

4.1 不同放电模式二维射流阵列的电气特性 29

4.2 不同放电模式二维射流阵列的光学特性 30

4.3 流速分布对放电模式转换的影响 31

4.3.1 统一供气的方式 31

4.3.2 独立供气的方式 38

4.4 电压幅值的影响 42

4.5 本章小结 45

第五章 结论 47

参考文献 48

致谢 51

引言

通过查阅相关文献，本章由低温等离子体的原理及其产生方法展开，重点介绍了大气压等离子体射流阵列的放电特性、放电模式及其转换机理，国内外有关射流阵列的研究现状也在本章给出，分析了现有射流阵列反应器的不足之处，最后总结出本文的主要研究内容及预期目标。

1.1 低温等离子体及其产生方式

等离子体(Plasma)广泛的存在于宇宙中，呈电中性，且有良好的导电性，它是由大量的电子、离子、激发态的原子和分子、活性基团和自由基所组成的一种物质形态，它又被称为“电浆体”^[1]。同固态、气态、液态三种物质形态并列，等离子体被称作是“物质的第四种形态”。和气体一样，等离子体没有固定的形状和体积，因此又被称为“超气态”，但是等离子体又有它不同于其他三种状态的独特特性，它会在电磁场的作用下变为丝状、束状。等离子体分为非热平衡（低温）等离子体和热平衡（高温）等离子体^[2],其中，低温等离子体具有更高的化学活性和接近室温的温度，在处理敏感材料时体现出了它的优越性和便利性。

气体放电是目前产生低温等离子体的主要途径，通过在电极之间施加高压电场，间隙中的气体将碰撞并电离，产生低温等离子体，如图1-1中(a)-(f)所示，低温等离子体是由电晕、电弧、辉光、火花、介质阻挡 (DBD)、大气压等离子体射流(APPJ)等形式的气体放电产生的^[3]。

请支付后下载全文，论文总字数：30515字