一种新型的空气中直流放电的研究

论文摘要

大气压下放电产生非平衡等离子体的方法不需要昂贵的真空设备、操作简单，从而使它有着广泛的应用。但是大部分的大气压放电仍然需要惰性气体的参与才能实现稳定均匀的放电，若能在空气中实现稳定均匀的放电将有着重要的意义。电极结构、外加电源、放电气体以及放电电路性质等放电参数的不同会使放电会呈现出不同的性质。本文介绍了一种等离子体发生装置，可以在空气中产生大面积的稳定放电。放电呈现出外层发光而内部暗的圆锥状，这种放电形态未见有所报道。放电是在前端为半球状的铜电极和水电极之间，通过外加的直流电源使空气被间隙被击穿后产生的。电路中串联的兆量级的限流电阻起着负反馈的作用，可以有效地抑制火花和电弧的形成，以便于稳定放电。放电稳定，而且不发出任何声响，直径为毫米量级。等离子体区有明显的分层现象，从阴极到阳极分别为很短的白炽发光区，暗区和占据绝大部分间隙的淡紫色的发光区。文中讨论了放电电流、电极尺寸、电极间距、水电极的电导率以及电极极性对放电的影响。放电发生后，若继续增加放电电流，放电锥会随着电流的增加而收缩，当电流达到一定值时，放电锥完全收缩到一起，锥状中空的放电形态消失；但是若放电后，减小放电电流，放电锥的直径变化不明显。在同一放电电流下，放电尺寸随着铜电极直径和电极间距的增加而增大。水电极电导率的不同也会使放电形态发生很大的变化，电导率越小，等离子区与水面的接触面积越大。当电导率小于17.31μs·cm-1时，放电仍然为圆锥状，但是整个圆锥都发光，内部不存在暗的部分。文中给出了不同条件下的放电图片、波形图以及放电的伏安特性曲线。通过对N2的第二正带（C3Пu→B3Пg）和N2+第一负带（B2∑u+→X2∑g+）的（0，0）带发射谱线顺序带组的研究，利用Boltzmann斜率法可以计算出氮分子的振动温度和转动温度。铜电极直径和电极间距为5 mm、放电电流为1.9 mA、水电极电导率为273.15μs·cm-1时振动温度为2455 K。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 等离子体概述
• 1.1.1 等离子体的概念
• 1.1.2 等离子体的基本性质
• 1.2 等离子体的产生方法
• 1.3 气体放电
• 1.3.1 电晕放电
• 1.3.2 辉光放电
• 1.3.3 电弧放电
• 1.3.4 火花放电
• 1.4 大气压等离子体的产生方式
• 1.5 发射光谱简介
• 1.5.1 原子光谱
• 1.5.2 分子光谱
• 1.6 等离子体的温度
• 1.6.1 激发温度
• 1.6.2 振动温度
• 1.6.3 转动温度
• 1.6.4 平动温度
• 1.6.5 电离温度
• 1.7 本文选题背景和依据
• 2 放电装置与基本特征
• 2.1 放电装置
• 2.2 放电的基本特征
• 3 放电参数对放电的影响
• 3.1 放电电流对放电的影响
• 3.2 电极间距对放电的影响
• 3.3 铜电极尺寸对放电的影响
• 3.4 水电极电导率对放电的影响
• 3.5 电极极性对放电的影响
• 4 放电的光谱诊断
• 4.1 氮分子的振动温度
• 4.2 振动温度随放电参数的变化
• 4.3 氮分子的转动温度
• 5 展望
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢