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石英管阻挡等离子清洗机惰性气体放电有哪些基本特性?

  • 更新日期 - 2019年11月14日 20:16

DBD等离子清洗机主要可分为空间放电和沿面放电两种类型,关于这两种放电类型的研究也比较多。今天,我们先来探讨一下等离子清洗机沿面放电这一放电类型。那么,首先什么是沿面放电呢?将下图所示的共轴DBD构型沿圆周展开成平面,就大致相当是一个共面的沿面放电结构,但是这样一来电极间的距离就会比传统的沿面放电装置大得多。让我们通过实验测试来了解一下石英管共轴DBD惰性气体等离子放电的基本电特性吧!

石英管阻挡等离子清洗机惰性气体放电有哪些基本特性?

选取的实验材料和测试数据如下:

(1)石英管,内径0.2cm、外径0.4cm;

(2)电极,宽度2cm,间距2cm;

(3)将高压电极置于气流的下游,距石英管口的距离约1cm;

(4)工作气体为纯度5N的惰性气体如He,流量设定为3L/min。

石英管阻挡等离子清洗机惰性气体放电有哪些基本特性?

随着施加的电压逐渐增大,电极间会产生放电,通过调节电压可以得到不同形态的放电电压与电流曲线。在仅改变外加电压幅值的情况下,其外加电压与放电电流的关系如图(a)~图(f)所示。

石英管阻挡等离子清洗机惰性气体放电有哪些基本特性?

下图为6种放电模式的对应等离子体羽流的数码照片,这些照片的曝光时间均为2s。接下来让我们详细看看这6种放电模式以及其各自的特点:

石英管阻挡等离子清洗机惰性气体放电有哪些基本特性?

(1)“倍周期”模式。当电压较小,接近于维持放电的阀值时,放电电流呈现流光类型。此时放电是不稳定的,电流曲线呈现出“混沌”现象,如图(b)所示。在某些特定的电压下,可以得到倍周期稳定的放电电流曲线。图(a)展示的是2倍周期电流曲线,根据不同的放电条件,我们也曾记录到过3、4、6倍周期电流曲线。

石英管阻挡等离子清洗机惰性气体放电有哪些基本特性?

(2)“混沌”模式。如前所述,在大多数情况下放电是不稳定的,即各个周期的电流大小不一,放电发出不和谐的噪声,等离子体羽流飘忽不定。而当电压较小时这种不稳定更加突出,图(b)是个典型的例子:放电电流峰的大小在各个周期内是不同的,有时甚至缺失。

(3)“流光-辉光过渡”模式。当电压进一步加大后,会出现一种由流光触发继而形成辉光的“过渡型”放电模式。通常在一定的电压范围内,放电非常稳定,典型的电流-电压曲线如图(c)所示,其中的插图可以更清楚地显示电流模式由流光向辉光放电的过渡。在这种模式下,我们得到了最长的等离子体羽流,需要指出的是,在上述电压窗口范围内,电压的微小变化会使得射流长度产生数毫米的改变。

石英管阻挡等离子清洗机惰性气体放电有哪些基本特性?

(4)“非对称辉光”模式。如图(d)所示,这时电流曲线前导的流光尖峰几乎消失,而正半周的辉光放电电流峰值以及正、负半周的电流峰值之差达到最大。再加大电压,正半周的电流峰值将减小,但是峰的宽度增加,同时,负半周的电流也会增加,正负半周的电流波形趋于一致。该模式的电压窗口比较宽。

(5)“对称辉光”模式。如图(e)所示,这时正、负半周的放电电流几乎对称,放电呈现出交流辉光放电的形式。通常情况下,这种模式下获得的羽流长度较大,但是小于“流光-辉光过渡”模式下的长度。

石英管阻挡等离子清洗机惰性气体放电有哪些基本特性?

(6)“辉光+丝状”模式。在对称辉光放电模式的基础上再增加电压,光滑的电流曲线上出现了一些随机分布的尖峰,如图(f)所示。仔细分析后发现这些电流尖峰是由于氦气管中放电产生的强烈的紫外线透过石英管使得靠近石英管外壁的大气电离,在管外两个电极间的大气中形成了丝状放电。随着电压的增加他的坚硬抵进她的花茎,放电电流更大,放电等离子体对气流的影响更大,出口气流更不稳定,因此在这种模式下羽流也变得不稳定。

通过实验,我们其实可以看到,DBD等离子清洗机的放电除图(b)和(f)所示的两种模式外,其他几种放电模式都是非常稳定的,放电时产生的噪声很小而且等离子体羽流非常平稳。而当电压在两个稳定的模式之间变化时,通常就会得到“混沌”状态。

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