1 盐城工学院信息工程学院, 江苏 盐城 224051
3 盐城工学院汽车工程学院, 江苏 盐城 224051
采用了一种针对针的放电结构, 将其放置在一个高纯氩气的密闭腔室中, 通过施加正极性的过电压产生可重复的大气压纳秒脉冲放电, 并提出建立大气压放电的连续辐射模型来诊断氩气纳秒脉冲放电中的电子温度。 实验利用电压和电流探头分别获取放电过程中的电压和电流波形图, 其放电脉宽约为20 ns。 通过消色差透镜、 单色仪和ICCD等光学系统的组合来测量放电正柱区在不同时刻(0<t<20 ns)的时间分辨发射光谱。 结果表明, 放电中连续谱的强度随时间先增加(0<t<10 ns)后减小(10 ns<t<20 ns), 但是氩原子的谱线强度则随时间的增加而一直增大。 研究表明连续谱强度与电子密度成正相关, 因而电子密度随着时间也是先增加而后减小, 这与放电电流的变化规律是完全一致的。 根据连续谱模型拟合得到放电过程中(0<t<10 ns)的电子温度为(1.4±0.2) eV。 随着驱动电压的下降(10 ns<t<20 ns), 电子温度逐步减小至0.9 eV。 在0<t<10 ns中, 激发态氩原子主要是由电子碰撞激发产生的, 因而谱线强度随着电子密度的增加而增大。 然后, 随着电子温度的减小, ${Ar_{2}}^{+}$复合反应速率激增, 导致电子与离子的复合过程主导产生激发态氩原子, 即谱线强度继续增大。 通过加入0.5%的水蒸气以获取OH的振转光谱。 实验发现, OH(A)的产生机制使其偏离玻尔兹曼平衡分布, 本文采用了双温的OH(A-X)光谱模型来考察气体温度。 在放电过程中, 气体温度保持不变, 大约为400 K。 此外, 水蒸气的加入使得短波长的连续谱发生显著增强。 光谱分析认为H2O在放电中能够解离产生H2, 继而与氩原子的亚稳态发生能量转移生成激发态H2($a^{3} \sum^{+}_{g}$)。 H2($a^{3} \sum^{+}_{g}$)将会自发辐射跃迁到排除态H2($b^{3} \sum^{+}_{u}$), 同时发射短波长的连续谱。 由于短波长的连续谱对电子温度(Te>1 eV)的响应较为灵敏, 所以载气中少量的水蒸气将会对连续谱诊断电子温度带来较大的影响。
大气压放电 发射光谱 纳秒脉冲放电 电子温度 连续谱 Atmospheric pressure discharges Optical emission spectroscopy Nanosecond pulsed discharges Electron temperature Continuum radiation 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2337
大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
提出了一种阵列式线-线沿面介质阻挡放电结构, 利用双极性高压纳秒脉冲电源, 在大气压空气中激励产生了相对大面积的放电等离子体。 其中, 高压电极、 地电极均为圆柱形金属, 放电反应器由20组相间排列的阵列式线型高压电极和套有介质管的阵列式线型地电极组成。 利用电压探头、 电流探头、 示波器等测量了放电电压和放电总电流, 并计算得出了放电的实际电流。 利用光纤、 光栅光谱仪、 CCD等测量了波长范围在300～440 nm和766～778 nm的发射光谱, 即氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg)包括Δν= +1, 0, -1, -2, -3、 氮分子离子第一负带N+2(B2Σ+u→X2Σ+g), N2 (B3Πg→A3Σ+u)和O (3p5P→3s5S2)的发射光谱。 比较了氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg)的各个振动峰和各个活性物种的发射光谱强度, 以及这些发射光谱强度随着脉冲峰值电压的变化。 测量了N2(C3Πu→B3Πg, 0-0)的二次、 三次衍射光谱, 与原始光谱在转动带、 背景光谱等方面进行了比较, 并计算了二次衍射和原始光谱之间的峰值比。 利用氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=+1, 0, -1, -2)和氮分子离子第一负带N+2 (B2Σ+u→X2Σ+g, 0-0)模拟了等离子体的转动温度和振动温度, 对模拟结果进行了比较, 并研究了脉冲峰值电压对等离子体振动温度和转动温度的影响。 通过测量放电的电压和计算得到的放电电流发现, 当脉冲峰值电压为22 kV, 脉冲重复频率为150 Hz时, 阵列式线-线沿面介质阻挡放电的放电电流在正脉冲、 负脉冲两个方向上均可达75 A左右。 通过诊断放电等离子体的发射光谱发现, 在测量的波长范围内, 放电产生的活性物种主要有氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg)、 氮分子离子第一负带N+2(B2Σ+u→X2Σ+g), N2 (B3Πg→A3Σ+u)和O (3p5P→3s5S2)。 在脉冲峰值电压22～36 kV的变化范围内, 氮分子第二正带N2(C3Πu→B3Πg, 0-0)的发射光谱强度始终保持最强, N2 (B3Πg→A3Σ+u)次之, 而氮分子离子第一负带N+2(B2Σ+u→X2Σ+g)和O (3p5P→3s5S2)的发射光谱强度较弱。 同时, 当脉冲峰值电压升高时, 氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg)的所有振动峰, 以及氮分子离子第一负带N+2(B2Σ+u→X2Σ+g), N2 (B3Πg→A3Σ+u)和O (3p5P→3s5S2)的发射光谱强度均随之升高。 通过比较氮分子第二正带N2(C3Πu→B3Πg, 0-0)的原始、 二次衍射、 三次衍射光谱发现, 二次、 三次衍射光谱的转动带更清晰, 但三次衍射光谱的背景更强, 因此氮分子第二正带N2(C3Πu→B3Πg)的二次衍射光谱更有利于模拟等离子体的转动温度。 通过比较模拟得到的振动温度和转动温度发现, 氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=-2)在N2 (C3Πu→B3Πg)四个谱带Δν=+1, 0, -1, -2中最适于模拟等离子体振动温度, 而利用氮分子离子第一负带N+2 (B2Σ+u→X2Σ+g,0-0)模拟得到的等离子体转动温度要比N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=-2)的模拟结果高约10～15 K。 同时, 当脉冲峰值电压升高时, 由N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=-2)和N+2 (B2Σ+u→X2Σ+g, 0-0)模拟得到等离子体的转动温度均出现了略微上升的趋势, 而利用N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=-2)模拟得出的振动温度则略微下降。
沿面介质阻挡放电 大气压放电 纳秒脉冲放电 发射光谱 Surface dielectric barrier discharge Atmospheric discharge Nanosecond pulsed discharge Optical emission spectra 光谱学与光谱分析
2019, 39(4): 1236
1 河北大学物理科学与技术学院, 河北 保定 071002
2 河北省环境监测中心站, 河北 石家庄 050037
在针-针电极结构的放电装置中以环境空气作为工作气体, 大气压下产生了刷形等离子体羽。 尽管使用的是直流电源, 但放电发光呈现出脉冲性质, 发光脉冲频率几乎不受气体流速的影响, 但与电源输出功率成正相关关系。 等离子体羽的长度与气体流速或者电源功率成正相关关系。 通道出口附近, 7774 nm的氧原子谱线强度分布是非对称的, 阴极附近处的谱线强度高于阳极附近处的谱线强度。 远离通道出口位置, 谱线强度逐渐趋于轴对称分布。 电学特性和10 μs曝光高速影像结果表明, 空气等离子体羽实际上是由拱形放电丝在远离通道出口的运动过程中叠加而成, 同时放电从弧光放电丝向均匀辉光放电转化。
大气压放电 等离子体羽 辉光放电 发光脉冲 时空演化 Atmospheric pressure discharge Plasma plume Glow discharge Emission pulse Spatio-temporal evolution 光谱学与光谱分析
2017, 37(6): 1709
