12818.大氣壓冷等離子體射流二維流體模擬研究

1、博士學(xué)位論文大氣壓冷等離子體射流二維流體模擬研究Simulationstudyoncoldplasmajetsatatmosphericpressureusingtwodimensionalfluidmodel學(xué)號：11002033答辯日期：、201667大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要近年來，大氣壓等離子體射流作為一種新型的非熱平衡等離子體放電技術(shù)受到了人們廣泛的關(guān)注，是

2、目前低溫等離子體物理研究與實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。與傳統(tǒng)的低溫等離子體放電相比，大氣壓等離子體射流中放電產(chǎn)生的自由基、帶電粒子、紫外線、處于激發(fā)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的粒子等能夠在氣流場和電場的共同作用下被傳送到相對遠(yuǎn)距離的區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)了放電區(qū)域和處理區(qū)域的相互分離，既保證了放電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又滿足了高化學(xué)活性粒子的需要。同時(shí)，放電產(chǎn)生的等離子體無電擊感和灼熱感，能夠與生物體相接觸，促使了大氣壓等離子體射流不但在傳統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域上，也在生物醫(yī)學(xué)

3、領(lǐng)域表現(xiàn)出獨(dú)特的應(yīng)用前景。目前，雖然國際上針對大氣壓等離子體射流開展了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)診斷和數(shù)值模擬工作，然而對于某些放電行為以及其潛在的物理機(jī)制，人們還不是很清楚，亟需進(jìn)一步研究。本論文采用了二維軸對稱流體模型，針對大氣壓氦氣等離子體射流展開了以下模擬工作：深入理解等離子體射流和材料表面相互作用的物理機(jī)理，對于更好地控制處理過程是十分必要的。本論文第三章基于二維軸對稱等離子體流體模型，數(shù)值模擬了針一板電極結(jié)構(gòu)下大氣壓等離子體射流與不同介電特

4、性陰極電極的相互作用，分析了陰極電極附近區(qū)域放電的演化過程。結(jié)果表明：當(dāng)?shù)入x子體射流傳播到陰極鞘層邊界時(shí)，等離子體子彈的軸向傳播速度會(huì)迅速下降。之后放電演化強(qiáng)烈地依賴陰極材料的介電特性，當(dāng)?shù)入x子體射流作用于導(dǎo)體材料表面時(shí)，等離子體放電會(huì)被約束在導(dǎo)體表面中心處的圓形區(qū)域內(nèi)，然而當(dāng)?shù)入x子體射流與絕緣材料接觸時(shí)，等離子體射流會(huì)沿著介質(zhì)材料表面?zhèn)鞑?。二次電子發(fā)射過程以及介質(zhì)層表面積累電荷效應(yīng)對放電演化有著重要的影響，鞘層厚度隨著二次電子發(fā)射系數(shù)

5、增加而減小，而介質(zhì)層表面的離子流密度則隨著介電常數(shù)的增加而增大。作為大型化等離子體射流陣列中一個(gè)不可避免的問題，等離子體射流之間相互作用備受關(guān)注，它直接關(guān)系著放電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和均勻性。本論文第四章中采用二維軸對稱等離子體流體模型，數(shù)值模擬了(一個(gè)空氣環(huán)境中氦氣通道內(nèi)的)兩個(gè)相向傳播的大氣壓氦氣等離子體射流傳播過程，研究了驅(qū)動(dòng)電壓對等離子體射流相互作用的影響。結(jié)果表明：相向傳播的等離子體射流之間相互作用會(huì)抑制等離子體子彈傳播，而驅(qū)動(dòng)電壓差