沿面放电等离子体对低气压超音速气流场控制的研究

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沿面放电等离子体可以较容易地产生均匀的较大面积的等离子体层,在气流控制应用上以其经济、高效和高可控性引起了各方面的高度关注,同时由于沿面放电在空间的延展性使其在材料处理上发挥重要作用。本文主要研究了沿面等离子体对低气压超音速气流场控制以及在大气压下对材料表面亲水性的改善。其中低气压超音速气流场控制的研究背景是基于抑制高能氧碘化学激光器光腔内边界气流过渡层所引起的扰动而展开的。  由于氧碘化学激光器内复杂的背景气体以及压强的控制范围,首先,我们在静态流速场下研究了低气压沿面放电等离子体在不同工作载气、不同压强下的放电现象及电学特性。发现He放电在所研究的气压范围内比较均匀稳定,当He以1∶1的比例与O2混合后,放电强度减弱,放电击穿电压同比He有所增加。而CO2气体放电同比He放电的击穿电压高很多,当二氧化碳以1∶1的比例与O2混合后,放电强度反而增强,放电击穿电压同比CO2放电有所减小。  在研究低气压超音速气流场条件下对气流场控制时,考虑到氧碘化学激光器的真实工况条件,确定使用直流驱动的两裸露电极共面的沿面放电作为激励器。同时确定了碘荧光法作为气流场控制效果的表征方法。通过观察实际气流控制效果来确定流动控制的可行性。研究结果表明,在符合氧碘激光器的工作条件下,沿面放电等离子体与气流场发生了明显相互作用。其中,沿面放电等离子体的阴极区是超音速气流的主要作用源,阴极板的面积越大,气流受影响区域越大,气流控制效果越明显;等离子体放电电压越高,气流场的流动控制效果越显著。  设计了大气压下沿面放电等离子体发生器,确定了交流驱动电极共面型的沿面介质阻挡放电的方式,并利用此发生器研究了对玻璃及高分子材料表面亲水性的影响,实验结果表明:等离子体处理时间较短时,玻璃及聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethyleneterephthalate,PET)薄膜表面亲水性改善很明显,聚乙烯(Polyethylene,PE)薄膜次之;在高压交流电源频率为10 kHz,输出电压的峰峰值为10 kV,处理时间为5 min时聚丙烯(Polypropylene,PP)管处理前后的出现明显毛细现象。
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