双源激励介质阻挡放电等离子体特性研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:flyrat1997
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介质阻挡放电是一种大气压下就可以产生稳定的、相对均匀的等离子体的放电模式,在表面改性、薄膜沉积、离子刻蚀等工业领域有广泛的应用。介质阻挡放电是在电极之间加入绝缘介质,外加电压必须是交流电源。工频交流电源激励介质阻挡放电时,放电功率较小,达不到很好的放电效果;高频交流电源激励介质阻挡放电时,注入反应器的能量很大,但注入的能量会有很大一部分转化为热能和光能,因此能量利用效率不高。本文采用双电源激励介质阻挡放电,其中高频电源用于提高放电次数从而增大离子密度,低频电源用于提高电压幅值从而提高放电强度,实现一种更好的在大气压条件下的等离子体源激励介质阻挡放电反应器。本文主要研究了双源激励供电相比于单高频、单工频供电的优势,工频、高频电源电压幅值对双源激励供电的影响,双源激励供电的仿真研究以及大气压氩气中高频供电和双源供电对介质阻挡放电均匀性的研究。主要研究内容如下:(1)研究了单高频、单工频及双源激励介质阻挡放电,以及电压总幅值相同时,高频电源和工频电源电压幅值占比不同时,工频、高频电源电压幅值对双源激励供电的影响。结果表明:从放电形貌、电压电流波形和发射光谱强度都可以看出在相同电压下高频供电比工频供电更剧烈,高频的放电功率呈指数增长,而工频放电功率呈线性增长;高频电源和低频电源电压增大都对双源放电有促进作用;双源激励介质阻挡放电等离子源中高频占压比越大,放电越贴近高频模式,反之,则贴近工频模式;工频电源对双源激励介质阻挡放电等离子体源贡献较小,工频电压幅值改变对放电特性的影响较小,而高频电源对双源激励介质阻挡放电的放电特性影响较大,得出高电压的高频电源与低电压的工频电源共同激励放电现象明显,放电效果更好;(2)通过Comsol等离子体一维仿真模型对双源激励供电的介质阻挡放电进行模拟计算。结果表明:从放电产生的电子密度随时间的变化来看,在高频电源上叠加工频电源,对双源激励介质阻挡放电有促进作用,放电时产生的电子密度有明显提高;从电子电流密度的结果来看,双源激励介质阻挡放电和单高频激励供电的特征接近,在单位时间内比单工频供电放电次数多,放电强度高;从活性物质生成量的来看,双源激励介质阻挡放电的形式相较于单高频的供电形式可以有效提高活性物质的生成量;(3)从电气参数、气隙间距及载气流量三方面研究了单高频电源和双源激励供电对大气压氩气中DBD均匀性的影响并优化其条件。结果表明:外加电压幅值和放电频率的提高对大气压氩气DBD对放电功率、转振温度有明显提高;从放电均匀性的角度考虑,本实验优化的气隙间距为1.3mm;相同载气流量下双源激励供电的亮度和面积要高于单高频放电,并且随着载气流量的增大,放电面积逐渐扩大至气流的下游,气体的振转温度有所下降。
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