大气压低温氦等离子体射流的诊断研究

作     者：宋鹏 李政楷 陈雷 王晓放 隆武强 曾文 SONG Peng;LI Zheng-kai;CHEN Lei;WANG Xiao-fang;LONG Wu-qiang;ZENG Wen

作者机构：大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024 沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁沈阳110136 大连民族大学机电工程学院辽宁大连116605 

基　　金：国家自然科学基金项目(51509035) 中国航空动力基金项目(6141B090540) 辽宁省教育厅基础研究项目(JYT19059)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6期

页      码：1874-1879页

摘      要：为了加快低温氦气等离子体射流的工程化进程,通过自主设计的同轴式介质阻挡放电等离子体射流发生器,在放电频率10 kHz,一个大气压条件下产生了稳定的氦气等离子体射流。通过分析不同工况下的电压电流波形可以发现单纯增加氦气体积流量只能小幅的增加电流脉冲幅值,而对放电时间、电流脉冲数的影响不大。增加放电峰值电压时电流脉冲幅值会得到较大幅度增加。通过发射光谱法对大气压氦气等离子射流的活性粒子种类、电子激发温度、电子密度进行了诊断。结果表明,大气压氦气等离子体射流中的主要活性粒子为HeⅠ原子、N_(2)第二正带系、N_(2)^(+)的第一负带系、羟基(OH),H原子的巴尔末线系(H_(α)和H_(β))与O原子,这表明虽然该试验中使用的氦气纯度已达99.99%,但其中仍残留有少量的空气,同时放电时大气中的空气会被卷吸到放电空间发生电离。还可以发现,主要活性粒子的相对光谱强度随氦气体积流量的增加及放电峰值电压的增大均呈现上涨的趋势。选用HeⅠ原子的四条谱线对不同试验工况下的电子激发温度进行了计算,得到大气压氦气等离子体射流的电子激发温度在3500~6300 K之间,电子激发温度随放电峰值电压与氦气体积流量的增大总体上呈现上升的趋势。但由于反向电场的存在,某些峰值电压可能会出现电子激发温度下降的情况;根据Stark展宽原理对大气压氦气等离子体射流的电子密度进行了计算,发现电子密度的数量级可达10^(15)cm^(-3),同时增大峰值电压与氦气体积流量均可有效的提高射流中的电子密度。这些参数的研究对氦气等离子体射流在工程实际中的应用具有重要意义。

主 题 词：大气压 氦气介质阻挡放电 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)06-1874-06

馆 藏 号：203103430...