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 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
为掌握反应器结构参数和放电参数对大气压非平衡等离子体射流(N-APPJ)的射流长度的定量影响, 设计了多结构的针-环式电极氩气等离子体射流装置, 分别研究了放电电压、 电极间隙、 高压电极放电末端与接地电极的距离及氩气体积流量对射流长度的影响, 并采用发生光谱法对该反应器产生的等离子体电子激发温度进行了计算。 结果表明: 等离子体射流的最大长度可达80 mm; 高压电极放电末端与接地电极之间的距离越大, 射流长度越长但不是线性增长; 射流长度随电极间隙的增加呈现先增大后减小的趋势且在电极间隙为4.5 mm时该射流达到最大长度; 随着氩气体积流量的增加, 等离子体射流长度也呈现出先增大后减小的趋势且减小的幅度较低; 电子激发温度在高压电极和接地电极处较高, 两电极之间部分次之, 在石英管出口处会有比较明显的下降。
大气压等离子体射流 介质阻挡放电 射流长度 电极结构参数 Atmospheric pressure plasma jet Dielectric barrier discharge Jet length Electrode structure parameters 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3682
沈阳航空航天大学航空发动机学院, 辽宁 沈阳 110136
为了解Ar添加对空气滑动弧等离子体的影响, 在放电频率f=10 kHz、 空气流量qAir=15 L·min-1、 1 atm下进行了Ar体积流量qAr对空气-Ar滑动弧放电的影响试验研究, 重点分析了不同qAr及调压器电压U调下空气等离子体的活性粒子种类、 电子密度及振动温度。 结果表明, 滑动弧等离子体区的主要活性粒子为OH、 N2的第二正带系、 Hα、 O原子、 ArⅠ及ArⅡ原子, 其中O原子及ArⅠ、 ArⅡ原子的相对光谱强度明显较强; 随着qAr的增大, O(777.4 nm)的相对光谱强度先缓慢增长、 再快速增大到极大值、 随后缓慢减小并趋于稳定, O(777.4 nm)的相对光谱强度在1 580~6 650 a.u.之间变化; 随U调增大, O(777.4 nm)的相对光谱强度增大, 且电压对其影响受qAr的影响: 在高qAr(4~6 L·min-1)工况下, O(777.4 nm)的相对光谱强度变化趋势较大; Ar的加入使OH(313.4 nm)相对光谱强度有明显增加, OH(313.4 nm)相对光谱强度在235~311 a.u.之间变化; 随着qAr的增大, OH(313.4 nm)相对光谱强度先增大再减小并趋于稳定。 在较低U调(100 V)工况下, OH(313.4 nm)的相对光谱强度随qAr变化不明显; 而随着U调增大, OH(313.4 nm)的相对光谱强度随qAr变化明显: 在低qAr(0~4 L·min-1)工况下, OH(313.4 nm)的相对光谱强度随qAr增大而明显增大。 利用Hα谱线做高斯拟合进行电子密度分析计算, 得到电子密度在1.15~2.04×1017 cm-3之间。 空气流量一定, Ar的加入能显著增加电子密度: 在qAr为0~4 L·min-1工况下, 电子密度增长趋势明显, 随着qAr的继续增大, 在较低U调(100~120 V)工况下, 电子密度先增大再减小并趋于稳定; 在较高U调(140~160 V)工况下, 电子密度先增大再缓慢增大并趋于稳定。 U调变化也会对电子密度造成影响, 电子密度随U调增大而增大, 且随U调增大, 电子密度增长趋势变快。
滑动弧放电 发射光谱法 振动温度 电子密度 Gliding arc plasma Emission spectrometry Vibration temperature Electron density OH O OH O 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3006
1 沈阳航空航天大学航空发动机学院, 辽宁 沈阳 110136
2 大连民族大学机电工程学院, 辽宁 大连 116605
对未燃烧的可燃混合气体进行DBD放电, 放电后会产生大量的活性粒子, 这些活性粒子可以辅助气体燃烧, 达到提高燃料燃烧利用率等目的。 以DBD激励氩气、 甲烷、 空气产生的自由基(CH基和OH基)等强化燃烧的关键活性粒子为探索对象, 研究DBD放电激励甲烷对滑动弧火焰的影响。 为此, 采用自主设计的DBD-滑动弧双模式等离子体激励器, 利用同轴介质阻挡放电结构对氩气、 甲烷、 空气混合气进行放电激励, 将激励后的氩气、 甲烷、 空气混合气通入滑动弧端进行点火。 固定氩气流量不变, 调整空气流量为4.76 L·min-1, 并加入甲烷0.5 L·min-1, 保证进气通道内氩气与空气-甲烷的气体体积流量比达到Ar∶(CH4+Air)=1∶30, 其中空气、 甲烷这两种气体达到了化学燃烧当量比φ=1, 氩气、 甲烷、 甲烷混合气体能实现均匀而稳定的放电并燃烧。 DBD段放电电压在15~20 kV范围变化, 放电频率在6~10 kHz范围变化, 滑动弧段的电压和频率分别保持4 kV与10 kHz恒定, 通过改变DBD段放电电压和放电频率, 用高速光纤光谱仪检测滑动弧火焰中自由基种类及其光谱强度, 分析放电参数激励甲烷对火焰中自由基(CH基和OH基)的影响。 结果表明, DBD段放电电压及放电频率的增加可以促进火焰内部的偶联反应发生, 可有效提升甲烷滑动弧火焰内部的活性粒子含量, 其中OH基团、 CH基团在燃烧链式化学反应进程中发挥着较为重要的作用。 甲烷经过DBD激励后, 随放电电压和频率的增加, 火焰中OH基、 CH基等主要活性粒子都随之增加。 DBD放电后, 活性粒子的光谱强度增大, 特征谱线比单模式更加明显; 甲烷经过DBD激励后, 火焰组成发生了变化, 滑动弧段出口处甲烷燃烧反应更加充分, 火焰温度越高越容易产生OH基。 与单模式滑动弧相比, 双模式放电可有效促进火焰内部的链式化学反应进程, 促进燃料燃烧。
双模式放电 滑动弧放电 介质阻挡放电 火焰光谱 等离子体 Dual mode discharge Gliding arc discharge Dielectric barrier discharge Flame spectrum Plasma 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2007
1 新疆大学资源与环境科学学院, 新疆大学绿洲生态省部共建重点实验室, 新疆 乌鲁木齐830046
2 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛066004
地物的波谱特性乃是整个遥感技术的物理基础, 更是遥感技术应用尤其是定量遥感的基石。 由于融雪期静态地物与冰-雪-水等动态地物交互存在, 地物光谱特征更为复杂。 选取了新疆天山北坡乌鲁木齐河流域以及军塘湖流域作为典型研究区, 采用美国CID公司生产的CI700便携式野外光谱仪, 通过2006年到2009年融雪期大量的野外调查和实地测量, 获取了新疆天山北坡典型研究区融雪期典型地物包括各种积雪、 冰、 水以及土壤的光谱曲线及其变化规律, 并对其进行了光谱特征分析。 结果表明, 融雪期虽然地物类型较为单一, 但是因为积雪-冰-水-土壤复杂系统的交互式影响, 地物的光谱特性及其变化均较为复杂, 给融雪期地表参数的定量遥感研究带来了较大的挑战。 对于融雪期复杂地物光谱的系列观测及特征分析无论是对于地物光谱特征基础研究还是定量遥感应用研究均具有重要意义。
光谱特征 融雪期 地物 天山北坡 Spectral character Snowmelt period Ground objects The northern slope of Tianshan Mountains 光谱学与光谱分析
2010, 30(5): 1301
