低氣壓空氣針-板放電擊穿過程及其隨機性研究.pdf

1、等離子體作為近年來的新興領(lǐng)域發(fā)展迅速，由于其獨特的性質(zhì)在各個領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用，如等離子體材料處理和等離子體醫(yī)學應(yīng)用等，具有大好的應(yīng)用前景。而等離子體中的物理機制目前尚未明確，許多仿真及實驗結(jié)果都表明，光電離及背景電離都可以促進等離子體的推進過程，且光電離在等離子體的推進中起到了主要作用，同時研究人員也發(fā)現(xiàn)，等離子體會呈現(xiàn)出不可重復性，即在相同的實驗條件下，等離子體呈現(xiàn)不同的形態(tài)或者推進速度，之前的大量研究結(jié)果均集中于等離子體產(chǎn)生后

2、的推進過程，很少有研究關(guān)注等離子體的產(chǎn)生過程。而等離子體產(chǎn)生隨機性是有兩方面的原因，一是等離子體自身的推進速度有所差別造成的隨機性，另一方面則是因為等離子體的放電延遲不同而造成的隨機性。本文通過采用光電倍增管采集光信號的方法來測量不同條件下的正脈沖放電延遲及推進速度來探究放電產(chǎn)生過程及其隨機性。主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　一、通過統(tǒng)計的方法測量了不同頻率下的低氣壓針-板放電延遲、前幾個放電脈沖的放電延遲以及放電開始前的點火延遲

3、的統(tǒng)計平均值及標準差，證明了背景電離密度對放電延遲有明顯影響。當頻率高于200Hz時，放電延遲改變較小，當頻率低于200Hz時，放電延遲隨著頻率的降低而升高。發(fā)現(xiàn)放電延遲在頻率低于10Hz時開始出現(xiàn)明顯的隨機性。還測量了前兩個放電脈沖的放電延遲之間的關(guān)系，直觀的證明了脈沖放電模式下的之前的放電對其后的放電的影響。
　　二、測量了不同電壓、不同脈寬、不同氣體組分以及不同電極形狀下的放電延遲平均值及其抖動，證明了其他參數(shù)對放電延遲的影

4、響。發(fā)現(xiàn)電壓的升高、脈寬的增大以及針電極前端的曲率半徑減小均可引起放電延遲的減小，其中電壓對放電延遲的影響最為明顯，證明了場強對放電延遲的作用。改變氣體組分發(fā)現(xiàn)氧氣含量越高，放電延遲越小，證明了氧氣在放電延遲中的重要作用。另一方面，改變這幾個參數(shù)時，放電延遲均未發(fā)現(xiàn)有明顯的隨機性出現(xiàn)
　　三、用兩個光電倍增管采集光信號測量了不同參數(shù)下的擊穿時間及其抖動值，發(fā)現(xiàn)了等離子體推進速度與各參數(shù)之間的關(guān)系。在頻率高于100Hz時，推進速度隨

5、著頻率升高而變快，低于100Hz時，推進速度則變化不大。經(jīng)分析認為當頻率較高時，高背景電離密度（>109/cm3）可促進等離子體的推進，而當頻率較低時，推進過程由光電離作用主導。電壓的增大可以明顯加快等離子體的發(fā)展速度，氧氣濃度的提高也能加快等離子體的推進速度。而不論參數(shù)如何改變，等離子體的擊穿時間并未出現(xiàn)明顯的抖動，證明了其推進過程始終保持高度的可重復性。
　　四、結(jié)合理論分析等離子體的放電延遲及其隨機性，分析結(jié)果表明，在高頻率

6、（>200Hz）下，電子濃度高于107/cm3，初始電子出現(xiàn)概率較大，因此放電延遲幾乎沒有改變，而在低頻率（<200Hz）下，氧負離子的解離反應(yīng)是提供初始電子的關(guān)鍵，且其濃度越高，產(chǎn)生電子的速度越快，因此放電延遲會隨著頻率的降低而升高。電場強度則是因為影響電子擊穿概率及解離反應(yīng)速率而改變放電延遲。而在放電延遲的隨機性方面，分析認為由于針-板式的電極結(jié)構(gòu)，擊穿概率較大，不會對放電延遲的隨機性產(chǎn)生影響，而當背景電離密度低于108/cm3時，