1 中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室, 沈抚示范区, 辽宁 沈阳 113122
2 沈阳航空航天大学航空发动机学院, 辽宁 沈阳 110136
在等离子体射流的辅助下, 液体的雾化特性能够得到一定程度的改善, 等离子体辅助雾化具备应用于超细水雾抑制瓦斯爆炸领域的潜力。 然而, 由于等离子体射流中存在的多种活性粒子对于燃烧存在促进作用, 因此有必要对瓦斯气体存在的条件下等离子体中的活性粒子种类进行定量分析。 在大气压下开展了以氦气作为载气对预混的甲烷和空气进行介质阻挡(DBD)放电研究。 结果表明, 等离子体射流中的主要活性粒子为OH基团、 N2的第二正带系、 CH基团、 HeI原子以及少量的O原子, 其中甲烷电离区的谱线主要集中在400~600 nm。 增大峰值电压和氦气掺混体积流量比都可以有效提高等射流中活性基团的含量。 采用N2第二正带系的连续谱带做最小二乘线性拟合, 对等离子体射流的振动温度进行了计算, 得到大气压氦气/空气-甲烷等离子体射流的振动温度在2 000~4 000 K之间。 随着峰值电压和氦气掺混比的增大, 振动温度都呈现增大趋势。 利用HeI原子激发能差较大的5条谱线做最小二乘线性拟合, 对等离子体射流的电子激发温度进行了计算, 得到大气压氦气/空气-甲烷等离子体射流的电子激发温度在3 500~13 000 K之间。 随峰值电压的增大, 电子激发温度表现出增大的变化趋势, 随着氦气掺混比的增大, 电子激发温度表现出减小的变化趋势, 分析发现随着氦气体积流量的增大, 使得射流发生器内的气流变快, 带走了发生器内更多的热量, 导致电子激发温度下降。
介质阻挡放电 发射光谱 电子激发温度 振动温度 Dielectric barrier discharge Emission spectroscopy Electronic excitation temperature Vibration temperature 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2694
1 沈阳航空航天大学航空发动机学院, 辽宁 沈阳 110136
2 大连理工大学能源与动力学院, 辽宁 大连 116024
为了更加深入地了解氩气/空气等离子体射流内的电子输运过程及化学反应过程, 通过针-环式介质阻挡等离子体发生器在放电频率10 kHz, 一个大气压条件下对氩气/空气混合气进行电离并产生了稳定的等离子体射流。 通过发射光谱法对不同峰值电压下氩气/空气等离子体射流的活性粒子种类、 电子激发温度及振动温度进行了诊断。 结果表明, 射流中的主要活性粒子为N2的第二正带系、 Ar Ⅰ原子以及少量的氧原子, 其中N2的第二正带系的相对光谱强度最强、 最清晰, 在本试验的发射光谱中没有发现$N^{+}_{2}$的第一负带系谱线, 这说明在氩气/空气等离子体射流中几乎没有电子能量高于18.76 eV的自由电子。 利用Ar Ⅰ原子激发能差较大的5条谱线做最小二乘线性拟合对等离子体射流的电子激发温度进行了计算, 得到大气压氩气/空气等离子体射流的电子激发温度在7 000~11 000 K之间。 随峰值电压的增大, 电子激发温度表现出先增大后减小的变化趋势, 这说明电子激发温度并不总是随峰值电压的增长单调变化的。 通过N2的第二正带系对等离子体振动温度进行了诊断, 发现大气压氩气/空气等离子体射流振动温度在3 000~4 500 K之间, 其随峰值电压的增大而减小, 这意味着虽然峰值电压的提高可有效提高自由电子的动能, 但当电子动能较大时自由电子与氮分子之间的相互作用时间将会缩短, 进而二者之间的碰撞能量转移截面将会减小, 从而导致等离子体振动温度的降低。
介质阻挡放电 发射光谱法 电子激发温度 振动温度 Dielectric barrier discharge Emission spectrometry Electronic excitation temperature Vibration temperature 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3307
1 北华航天工业学院 基础部, 河北 廊坊 065000
2 河北大学 物理科学与技术学院, 河北 保定 071002
对单针电极射流等离子体产生和发展过程中的光信号进行了研究。首先发现等离子体的长度并不是随外加电压升高而增加, 而是和驱动电源的能量在正半周放电脉冲之间的分配有关。通过研究等离子体通道内不同位置的发光信号, 发现正半周期第一次放电脉冲是在针尖电极处产生, 而第二个脉冲是在等离子体通道中部产生, 电子激发温度也是在等离子体中部达到最高。通过分析发现, 空间电荷产生的附加电场对于等离子体的产生和发展有着重大影响。
射流等离子体 单针电极 电子激发温度 空间电荷 plasma jet single needle electrode electronic excitation temperature space charge
1 华北电力大学数理系， 河北 保定 071003
2 华北电力大学机械工程系， 河北 保定 071000
以Nd·YAG激光器的二倍频输出作为激发源， 获得了激光诱导Ni等离子体的发射光谱， 基于发射光谱， 对等离子体电子激发温度和电子密度进行了测量， 其典型值分别为3 714 K， 4.67×1016 cm-3。 测量了等离子体电子激发温度和电子密度的空间分布， 发现沿垂直于激光传播方向的径向， 随到中心点距离的增加， 等离子体辐射的强度减小， 但线型和线宽不变， 表明等离子体电子激发温度和电子密度沿径向均匀分布。 沿激光传播方向， 随到样品表面距离的增加， 等离子体辐射强度、 电子激发温度和电子密度先增加后降低， 在距样品表面1.5 mm处， 达到最大值。 采用激光诱导击穿光谱技术进行相关探测时， 收集距离样品表面1.5 mm处的发射谱， 有利于提高探测灵敏度。
激光诱导击穿光谱 镍板 电子激发温度 电子密度 空间分布 Laser induced breakdown spectroscopy Nickel Electronic excitation temperature Electronic density Spatial distribution 光谱学与光谱分析
2018, 38(8): 2578
河北大学物理科学与技术学院, 河北 保定 071002
设计了水电极放电装置, 在空气/氩气混合气体中实现了大面积沿面放电。 采用发射光谱法, 对分子振动温度、 电子平均能量和电子激发温度等随气压的变化进行了研究。 根据氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线计算出氮分子的振动温度; 使用Ar 763.51 nm(2P6→1S5)和772.42 nm(2P2→1S3)的两条发射谱线的强度比得到电子激发温度; 通过氮分子离子391.4 nm和氮分子337.1 nm两条发射谱线的相对强度之比得出了电子的平均能量的变化。 实验研究了发射光谱随气压的变化, 发现其强度随着气压的增加而增强, 且其整个轮廓和谱线强度之比也发生变化。 随着气压从0.75×105Pa升高到1×105Pa, 分子振动温度、 电子激发温度和电子能量均呈下降趋势。
大面积沿面放电 振动温度 电子激发温度 Large area surface discharge Vibrational temperature Electronic excitation temperature
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
2 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学), 武汉 430074
通过发射光谱测量和拟合不同的微波脉宽和气压下C波段微波放电的氮气等离子体振动温度、转动温度和电子激发温度。气压在266～400 Pa时, 等离子体的振动温度为(2700±100) K, 电子激发温度为(0.32 ±0.015) eV, 转动温度随脉宽增加而上升, 实验中测得的最大转动温度为370 K。偏离266～400 Pa时, 振动温度和电子激发温度同时出现了下降的趋势, 而转动温度出现了上升的趋势。这意味着电子激发温度和振动温度具有很强的关联性。
振动温度 转动温度 电子激发温度 微波脉冲放电 光谱测量 vibrational temperature rotational temperature electronic excitation temperature microwave-pulsed discharge spectrum measurement 强激光与粒子束
2014, 26(2): 023004
