Ar/CH_(4)等离子体射流发射光谱诊断研究

作     者：李政楷 陈雷 杨聪 宋鹏 曾文 刘爱虢 庞钧译 LI Zheng-kai;CHEN Lei;YANG Cong;SONG Peng;ZENG Wen;LIU Ai-guo;PANG Jun-yi

作者机构：沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁沈阳110136 大连民族大学机电信息工程学院辽宁大连116600 大连理工大学内燃机研究所辽宁大连116024 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金项目(51409158,51509035) 航空动力基金项目(6141B090540)资助 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2021年第41卷第5期

页      码：1398-1403页

摘      要：为了更加深入的研究大气压条件下Ar/CH_(4)等离子体射流的放电机理和其内部电子的状态,通过自主设计的针-环式介质阻挡放电结构,在放电频率10 kHz、一个大气压条件下产生了稳定的Ar/CH_(4)等离子体射流,并利用发射光谱法对其进行了诊断研究。对大气条件下Ar/CH_(4)等离子体射流的放电现象及内部活性粒子种类进行诊断分析,重点研究了不同氩气甲烷体积流量比、不同峰值电压对大气压Ar/CH_(4)等离子体射流电子激发温度、电子密度以及CH基团活性粒子浓度的影响规律。结果表明,大气压条件下Ar/CH_(4)等离子体射流呈淡蓝色,在射流边缘可观察到丝状毛刺并伴有刺耳的电离声同时发现射流尖端的形态波动较大;通过发射光谱可以发现Ar/CH_(4)等离子体射流中的主要活性粒子为CH基团,C,CⅡ,CⅢ,CⅣ,ArⅠ和ArⅡ,其中含碳粒子的谱线主要集中在400~600 nm之间,A rⅠ和ArⅡ的谱线分布在680~800 nm之间;可以发现CH基团的浓度随峰值电压的增大而增大,但CH基团浓度随Ar/CH_(4)体积流量比的增大而减小,同时Ar/CH_(4)等离子体射流中C原子的浓度随之增加,这表明氩气甲烷体积流量比的增大加速了Ar/CH_(4)等离子体射流中C—H的断裂,因此可以发现增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可明显的加快甲烷分子的脱氢效率,但增大氩气甲烷体积流量比的脱氢效果更加明显。通过多谱线斜率法选取4条ArⅠ谱线计算了不同工况下的电子激发温度,求得大气压Ar/CH_(4)等离子体射流的电子激发温度在6000~12000 K之间,且随峰值电压与氩气甲烷体积流量比的增大均呈现上升的趋势;依据Stark展宽机理对Ar/CH_(4)等离子体射流的电子密度进行了计算,电子密度的数量级可达10^(17) cm^(-3),且增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可有效的提高射流中的电子密度。这些参数的探索对大气压等离子体射流的研讨具有重大意义。

主 题 词：大气压 介质阻挡放电 原子发射光谱法 电子激发温度 电子密度 

学科分类：07[理学] 0804[工学-材料学] 070302[070302] 0703[理学-化学类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3964/j.issn.1000-0593(2021)05-1398-06

馆 藏 号：203103128...