脈沖電暈放電與直流輝光放電中OH自由基等活性物種的光譜診斷.pdf

1、本論文分別利用發(fā)射光譜技術(shù)和激光誘導(dǎo)熒光光譜技術(shù)對脈沖電暈放電和直流輝光放電等離子體中OH自由基等活性物種進(jìn)行了診斷研究，主要的研究結(jié)果如下： 1.克服強(qiáng)電磁干擾，利用發(fā)射光譜技術(shù)在大氣壓下成功地測量了氮?dú)夂魵怏w系針-板式正、負(fù)脈沖以及雙向窄脈沖電暈放電產(chǎn)生的N2(C3Ⅱu→B3Ⅱ)、OH(A2∑→XzⅡ0-0)、O(3p5P→3s5S20)、H(n=3.2)和N(3p4S0→3s4p)發(fā)射光譜。研究了OH(A2∑→X2Ⅱ0

2、-0)、O(3pSP→3s5S20)、H(n=3-2)和N(3p4S0→3s4p)發(fā)射光譜強(qiáng)度以及激發(fā)態(tài)OH(Az∑)自由基和O(3p5p)、N(3p4S0)活性原子相對布居隨不同放電參數(shù)以及添加氧氣流量的變化規(guī)律。當(dāng)脈沖峰值電壓和脈沖重復(fù)頻率增加時，OH(A2∑→X2Ⅱ0-0)、O(3pSp→3s5S20)、H(n=3.2)和N(3p4S0→3s4P)的發(fā)射光譜強(qiáng)度以及激發(fā)態(tài)OH(A2∑)自由基和0(3p5p)、N(3p4S0)活性原

3、子的相對布居隨之增強(qiáng)和增加。添加氧氣流量在0-30mL/min時，O(3pSP→3s5S20)、H(n=3-2)和N(3p4S0→3s4p)的發(fā)射光譜強(qiáng)度和激發(fā)態(tài)O(3p5p)和N(3p4S0)活性原子的相對布居隨添加氧氣流量的增加而逐漸增強(qiáng)和增加，在氧氣流量為30mL/min附近出現(xiàn)一極值，繼續(xù)增大氧氣流量時，O(3p5P→3s5S20)、H(n=3.2)和N(3p4S0→3s4p)的發(fā)射光譜強(qiáng)度和O(3p5P)和N(3p4S0)活性

4、原子相對布居明顯減弱和減少。OH(A2∑→X2Ⅱ0-0)的發(fā)射光譜強(qiáng)度和激發(fā)態(tài)OH(A2∑)自由基的相對布居隨氧氣流量的增加分別呈減弱和減少趨勢。 2.利用發(fā)射光譜技術(shù)在大氣壓下測量了純氮?dú)饩€-板式正脈沖電暈放電產(chǎn)生的N2(C3Ⅱ→B3Ⅱg)的發(fā)射光譜和氮?dú)夂魵怏w系線-板式正脈沖電暈放電產(chǎn)生的OH(A2∑→X2ⅡO-O)和N2+(B2∑u+→X2∑g0-0)發(fā)射光譜。研究了不同放電參數(shù)條件下純氮?dú)饩€-板式正脈沖電暈放電產(chǎn)生的

5、N2(C3Ⅱu→B3Ⅱg)發(fā)射光譜強(qiáng)度在線-板電極之間沿著從線到板電極方向的空間分布，以及在某一放電參數(shù)下N2、空氣、N2+O2體系N2(C3Ⅱu→B3Ⅱg)的發(fā)射光譜強(qiáng)度在線-板電極之間沿著從線到板電極方向的空間分布規(guī)律。在純氮?dú)饩€-板式正脈沖電暈放電中，當(dāng)脈沖峰值電壓和脈沖重復(fù)頻率一定時，N2(C3Ⅱ→B3Ⅱu0-0)發(fā)射光譜強(qiáng)度隨著在線-板電極之間沿著從線到板電極方向空間距離的增加呈非線性減弱。不同脈沖峰值電壓和不同脈沖重復(fù)頻率下

6、得到的歸一化的N2(C3Ⅱu→B3Ⅱg0-0)發(fā)射光譜強(qiáng)度在線一板電極之間具有相同的空間分布規(guī)律。當(dāng)脈沖峰值電壓和脈沖重復(fù)頻率一定時，N2、空氣、N2+O2體系中歸一化的N2(CaⅡu→B3Ⅱg0-0)發(fā)射光譜強(qiáng)度在線-板電極之間也具有相同的空間分布規(guī)律。 對氮?dú)夂魵怏w系線-板式正脈沖電暈放電產(chǎn)生的OH(A2∑→X2Ⅱ 0-0)和N2+(B2∑u+→X2∑g+ 0-0)發(fā)射光譜強(qiáng)度和N2(C)振動溫度的空間分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究

7、。OH(A2∑→X2Ⅱ 0-0)和N2+(B2∑u+→∑2∑g+ 0-0)的發(fā)射光譜強(qiáng)度隨脈沖峰值電壓和脈沖重復(fù)頻率的增加而增強(qiáng)。OH(A2∑→X2Ⅱ 0-0)和N2+(B2∑u+→X2∑g+ 0-0)的發(fā)射光譜強(qiáng)度隨添加O2流量的增加而減弱。OH(A2∑→X2Ⅱ 0-0)的發(fā)射光譜強(qiáng)度隨著在線.板電極之間沿著從線到板電極方向空間距離的增加而減弱。N2+(B2∑u+→X2∑g+ 0-0)的發(fā)射光譜強(qiáng)度在線-板方向上距離線電極0-3 mm

8、內(nèi)基本不變，在距離板電極1-3 mm處陡然增強(qiáng)。N2(C)的振動溫度隨著在線-板電極之間沿著從線到板電極方向空間距離的增加而保持不變，在線-板電極之間 N2(C)的振動溫度隨脈沖峰值電壓和脈沖重復(fù)頻率增加沒有發(fā)生明顯變化，而隨著添加O2流量的增加N2(C)的振動溫度有一定的增高。 測得了N2+Ar、N2+He和N2+O2三種不同氣體組分含水蒸氣體系線-板式正脈沖電暈放電產(chǎn)生的OH(A2∑→X2Ⅱ 0-0)發(fā)射光譜強(qiáng)度及N2(C)

9、的振動溫度在線-板電極之間的空間分布。研究結(jié)果表明，OH（A2∑→X2Ⅱ 0-0)的發(fā)射光譜強(qiáng)度隨著在線-板電極之間沿著從線到板電極方向空間距離的增加而減弱，在接近板電極處發(fā)射光譜強(qiáng)度有一定的增強(qiáng)。當(dāng)脈沖峰值電壓和脈沖重復(fù)頻率一定時，OH(A2∑→X2Ⅱ 0-0)發(fā)射強(qiáng)度隨He在N2+He中所占比例的增加和Ar在N2+Ar中所占比例的增加而增強(qiáng)，隨著O2在N2+O2中所占比例增加而減弱。當(dāng)Ar、He和O2在N2+Ar、N2+He和N2+

10、O2中所占比例一定時，N2(C)的振動溫度在線-板電極之間基本保持不變。當(dāng)增大Ar在N2+Ar中所占的比例時，在線-板電極之間，N2(C)的振動溫度隨著Ar所占比例的增大基本不變。當(dāng)增加He在N2+He中所占的比例和O2在N2+O2中所占的比例時，在線-板電極之間，N2(C)的振動溫度有一定增高。 3.在低氣壓下利用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)對純水蒸氣體系、氮?dú)夂魵怏w系以及氦氣含水蒸氣體系針-板式負(fù)直流輝光放電中產(chǎn)生的OH(A2∑→X

11、2Ⅱ 0-0)熒光光譜進(jìn)行了診斷研究。研究了放電電壓和放電氣壓對Ql(1)支線熒光強(qiáng)度的影響。純水蒸氣體系中，Ql(1)支線熒光強(qiáng)度隨放電電壓的增加沒有明顯變化，當(dāng)放電氣壓增加時Q1(1)支線熒光強(qiáng)度隨之減弱；氮?dú)夂魵怏w系中，Ql(1)支線熒光強(qiáng)度隨放電電壓的增加而增強(qiáng)，當(dāng)增加放電氣壓時，Ql(1)支線熒光強(qiáng)度隨之減弱；氦氣含水蒸氣體系中，Q1(1)支線熒光強(qiáng)度隨放電電壓的增加沒有明顯變化，在所研究的氣體壓力范圍內(nèi)，Ql(1)支線熒