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大气压非平衡等离子体诊断：激光诱导荧光

高电压技术 2021年第5期47卷 1831-1846页

作者：卢新培吴帆李嘉胤华中科技大学电气与电子工程学院

大气压非平衡等离子体由于在生物医学、环境治理、材料加工等领域具有广泛应用价值,近来受到了极大的关注。而等离子体中各种活性粒子在这些应用中往往扮演着重要的角色,因此对各种活性粒子浓度的诊断是推进其应用的关键。文中针对大气... 详细信息

大气压非平衡等离子体由于在生物医学、环境治理、材料加工等领域具有广泛应用价值,近来受到了极大的关注。而等离子体中各种活性粒子在这些应用中往往扮演着重要的角色,因此对各种活性粒子浓度的诊断是推进其应用的关键。文中针对大气压非平衡等离子体诊断中的一种重要的诊断方法,即激光诱导荧光方法进行了较为详细的评述。首先对激光诱导荧光的基本原理、实验装置进行了系统的介绍。并给出了单光子和双光子激发的绝对密度标定方法和实验案例。针对常见的OH、NO、O、N等活性粒子,分析讨论了不同等离子体源条件下的分布特性。最后根据激光诱导荧光技术的特点和研究现状,分析讨论了未来的研究方向。

关键词：大气压非平衡等离子体气体放电等离子体诊断激光诱导荧光活性粒子

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大气压非平衡等离子体诊断：激光散射

高电压技术 2021年第10期47卷 3684-3695页

作者：卢新培吴帆谭笑华中科技大学电气与电子工程学院国网江苏省电力有限公司电力科学研究院

大气压非平衡等离子体在表面改性和杀菌消毒等领域等具有广泛的应用。为了增强对其物理机制的理解,电子数密度和温度、气体动力学温度和分子转动温度等关键参数的测量必不可少。激光散射是对这些参数进行诊断的常用技术,该文将针对大气... 详细信息

大气压非平衡等离子体在表面改性和杀菌消毒等领域等具有广泛的应用。为了增强对其物理机制的理解,电子数密度和温度、气体动力学温度和分子转动温度等关键参数的测量必不可少。激光散射是对这些参数进行诊断的常用技术,该文将针对大气压非平衡等离子体诊断中的激光散射诊断进行了较为详细的评述。首先对瑞利散射、汤姆逊散射和拉曼散射这3种类型的激光散射进行了基本的介绍,推导了相应的计算式。随之总结归类了目前已报道过的3种的散射诊断策略,分别为:三光栅光谱仪、布拉格光栅滤波器和物理掩膜结合单光谱仪结构,并对这3种诊断策略的优缺点进行了归纳。分析讨论了近些年散射诊断应用在大气压非平衡等离子体中的研究成果,讨论了激光散射的研究方向。基于此凝练了激光散射在大气压非平衡等离子体中实现成功诊断的核心技术问题,这对拓展激光散射在等离子体诊断中的应用范围具有一定的指导意义。

关键词：大气压非平衡等离子体气体放电等离子体诊断激光散射光谱电子数密度

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大气压非平衡等离子体射流

高电压技术 2015年第8期41卷 2602-2624页

作者：吴淑群聂兰兰卢新培华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉430074 南京航空航天大学自动化学院南京210016

大气压非平衡等离子体射流(APNP-Js)的显著优点是可以在开放空间内而非狭窄放电间隙内(如介质阻挡放电)产生非平衡等离子体,APNP-Js已成为低温等离子体应用领域的1项新型关键技术。为此,首先从驱动电源的角度出发,分别介绍了直流、交流... 详细信息

大气压非平衡等离子体射流(APNP-Js)的显著优点是可以在开放空间内而非狭窄放电间隙内(如介质阻挡放电)产生非平衡等离子体,APNP-Js已成为低温等离子体应用领域的1项新型关键技术。为此,首先从驱动电源的角度出发,分别介绍了直流、交流、射频、微波、脉冲和双电源驱动的几种典型APNP-Js。其次比较了不同电源驱动的APNP-Js特性,发现在消耗功率相同的情况下,脉冲驱动模式下的APNP-Js长度更长,APNP-Js推进速度更快,活性粒子数密度更高,而气体温度则保持在常温。再次进一步分析了电源参数对APNP-Js的影响,1随着频率从1 Hz上升至射频范围,APNP-Js长度总体变短,APNP-Js推进形状由"等离子体子弹"转变为连续柱状;2随着脉冲上升沿从几μs降低至50 ns,不仅APNP-Js推进速度加快,而且APNP-Js长度增加,电子温度更高,活性更强;3通过比较正负极性电压驱动的APNP-Js特性,发现负极性APNP-Js长度更短,APNP-Js推进速度更慢,射流携带电流更小,但等离子体通道中电场强度更高。最后讨论了驱动电源特性与APNP-Js参数之间的关系,并对APNP-Js面临的一些关键问题和发展方向进行了展望,如利用最少的电源功率来驱动APNP-Js以获得最高的活性粒子数密度、电源输出能量耦合进等离子体后如何分配优化等。

关键词：大气压非平衡等离子体等离子体射流脉冲放电活性粒子等离子体医学驱动电源气体放电

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大气压非平衡等离子体甲烷部分氧化数值模拟研究

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大气压非平衡等离子体甲烷部分氧化数值模拟研究

作者：李桂南昌大学

学位级别：硕士

本文利用大气压介质阻挡放电(DBD)作为“反应载体”,数值模拟了双氧水蒸汽作为含氧氧化剂,部分氧化甲烷合成甲醇的物理化学机理。二维流体模型中考虑了CH,HO和HO反应物分子复杂的等离子体化学反应过程,共包括107个基本反应和28种不同的... 详细信息

本文利用大气压介质阻挡放电(DBD)作为“反应载体”,数值模拟了双氧水蒸汽作为含氧氧化剂,部分氧化甲烷合成甲醇的物理化学机理。二维流体模型中考虑了CH,HO和HO反应物分子复杂的等离子体化学反应过程,共包括107个基本反应和28种不同的反应粒子。这些反应粒子主要是通过高能电子碰击反应及中性自由基重组产生的。首先呈现了主要的自由基和离子(H,CH,OH,CHOH,CHO,CHOH,CH,CH,HO和HO)数密度的时空分布规律。研究结果表明,流注放电主要是由甲烷分子的直接电子碰撞电离所维持的。电介质表面上的阳性离子通量是甲烷离子,并且其峰值位于轴线处。其次,对控制CHOH和OH的产生和损耗占主要地位的化学反应路径进行了详细归纳总结,并绘制了双氧水蒸汽部分氧化甲烷合成甲醇的反应流程图。此外,对稠密的甲烷和空气混合气体(CH:N:O=45:4:1)等离子体也进行了数值模拟研究。H,O,CH和CH自由基是主要的产物,总结分析给出了其产生和损耗的主要反应路径,产生的主要路径为电子和CH,O分子的碰撞解离反应,损耗路径主要为相应的三体复合反应。其次,还研究了阴极介质板的相对介电常数(分别为2.0,4.5和9.0)对等离子体流注传播演化的影响,发现较高的介电常数会加快促进等离子体通道的形成。

关键词：大气压非平衡等离子体流注放电双氧水蒸汽部分氧化甲烷甲醇合成

大气压非平衡等离子体催化二氧化碳加氢放电过程数值模拟研究

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大气压非平衡等离子体催化二氧化碳加氢放电过程数值模拟研究

作者：陈野力南昌大学

学位级别：硕士

近年来,温室效应导致的气候变化受到人们广泛关注,各国以各种方式积极参与全球应对气候变化行动。二氧化碳是最主要的温室气体,要降低大气中二氧化碳的浓度,主要有两种方法,一是节约能源,减少二氧化碳的排放,二是二氧化碳的再利用。可... 详细信息

近年来,温室效应导致的气候变化受到人们广泛关注,各国以各种方式积极参与全球应对气候变化行动。二氧化碳是最主要的温室气体,要降低大气中二氧化碳的浓度,主要有两种方法,一是节约能源,减少二氧化碳的排放,二是二氧化碳的再利用。可以预测的是,在不久的将来,二氧化碳再利用是实现人类能源可持续发展和碳中和的关键步骤。捕获二氧化碳将其转化为有价值的燃料和化学品是一种有吸引力的途径,并已成为近年来学术界关注的焦点,比如二氧化碳加氢还原,二氧化碳湿法重整等。由于大气压非平衡等离子体特有的非平衡活化环境和高能电子(1-10 e V),为解决二氧化碳加氢的挑战提供了一种可行的热催化选择。本文利用零维等离子体动力学模型研究了大气压非平衡等离子体中二氧化碳加氢的反应机理,以避免耗时且费力的实验试错过程。工作重点研究了不同初始气体组成比(H/CO体积比)对等离子体二氧化碳加氢反应机理的影响。结果表明,氢气含量的增多不仅促进了二氧化碳的解离,而且改变了等离子体的化学性质,显著提高了等离子体的电子密度和电子温度。此外,初始气体中氢气含量越高,甲醇的数量密度越高,这与已发表的实验数据较吻合。在一系列初始氢气的含量下,确定了主要自由基,离子和分子数密度的时间发布。计算了初始气体的转化率和关键产物的选择率。确定了CO、H、CHO、CHOH、CH和HO产生和损耗的主要反应通道。最后,通过化学反应流程图详细分析了等离子体二氧化碳加氢反应过程中主要粒子间的生成和损耗路径。

关键词：大气压非平衡等离子体等离子体二氧化碳加氢零维等离子体动力学模型反应机理

大气压非平衡等离子体甲烷千法重整反应机理零维数值模拟研究

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大气压非平衡等离子体甲烷千法重整反应机理零维数值模拟研究

作者：钟旺燊南昌大学

学位级别：硕士

甲烷是一种具有广阔应用前景的清洁能源。目前,将甲烷转化为高价值的液体化学品和合成气,例如甲烷的干法重整,甲烷的部分氧化等是学术界的研究热点之一。大气压非平衡等离子体由于其独特的非平衡特性,可为甲烷和二氧化碳稳定温室气体分... 详细信息

甲烷是一种具有广阔应用前景的清洁能源。目前,将甲烷转化为高价值的液体化学品和合成气,例如甲烷的干法重整,甲烷的部分氧化等是学术界的研究热点之一。大气压非平衡等离子体由于其独特的非平衡特性,可为甲烷和二氧化碳稳定温室气体分子的活化和重整提供非热平衡和活化环境。本文首先通过全局模型研究了大气压非平衡等离子体甲烷干法重整生成高价值的含氧化物和合成气的反应机理。具体地,建立了零维等离子体化学反应动力学模型,考虑了详细的CH/CO等离子体化学反应集,重点研究了反应气体CH/CO体积比(5%-95%)对等离子体甲烷干法重整反应机理的影响。首先,给出了进料气体不同体积比时电子密度和温度随时间的演化规律,结果表明初始甲烷含量的提高有利于获得较高的电子密度和电子温度。随后,讨论了主要自由基和离子数密度在不同的甲烷摩尔分数下随着时间的变化规律,并给出了反应气体的转化率、合成气体和重要含氧化合物的选择性。此外,还明确了合成气和主要含氧化合物主要生成和损耗的化学反应路径,发现甲基和羟基是合成含氧化合物的关键中间体。最后,归纳总结给出了主要等离子体粒子之间的总体等离子体化学反应流程图。此外,还建立了二维流体模型,研究了大气压介质阻挡放电等离子体二氧化碳加氢的反应机理。仔细研究CO/H的不同体积比对CO加氢反应机理的影响,如主要自由基、离子的时空密度分布和流注传播动力学,H、CO和CHOH的主要生成和损耗反应路径等。结果表明H、O和CO是三种最丰富的等离子体粒子,较低的H含量可促进流注传播和等离子体柱中传导电流的形成。H主要由H的电子碰撞解离产生(e+H→e+2H),O和CO主要由CO的电子撞击解离产生(e+CO→e+CO+O)。其中H和中间产物CHO的加氢反应(CHO+H→CHOH)是甲醇形成的主要反应途径。

关键词：大气压非平衡等离子体甲烷干法重整零维等离子体化学反应动力学模型等离子体二氧化碳加氢反应机理

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磁驱动滑动弧放电大气压非平衡等离子体

核聚变与等离子体物理 2000年第2期20卷 121-124,128页

作者：林烈吴承康中国科学院力学研究所北京100080

介绍了磁驱动滑动弧放电大气压非平衡等离子体产生技术的一些基本特性 ,着重叙述了磁驱动滑动弧放电大气压非平衡等离子体的产生装置 (GDM)、基本原理、主要特性及应用中的一些问题。

关键词：大气压非平衡等离子体磁驱动滑动弧放电

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用大气压非平衡等离子体分解无机气体

等离子体应用技术快报 2000年第3期 4-5页

作者：一凡

大气压非平衡甲烷-空气等离子体射流推进机理仿真研究

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大气压非平衡甲烷-空气等离子体射流推进机理仿真研究

作者：康进松南昌大学

学位级别：硕士

甲烷是一种具有广阔前景的能源。目前,将甲烷转化为液体化学品,以及以甲烷作为背景气体的非平衡等离子体射流正逐渐成为研究热点。本文首先通过零维全局模型研究了大气压室温下甲烷部分氧化为氧化物和合成气时,甲烷摩尔分数对等离子体... 详细信息

甲烷是一种具有广阔前景的能源。目前,将甲烷转化为液体化学品,以及以甲烷作为背景气体的非平衡等离子体射流正逐渐成为研究热点。本文首先通过零维全局模型研究了大气压室温下甲烷部分氧化为氧化物和合成气时,甲烷摩尔分数对等离子体动力学特性的影响。发现随着功率密度脉冲的周期性变化,电子密度和电子温度也呈现周期性变化。讨论了自由基,离子和稳态分子的数密度与仿真时间和CH4/O2摩尔比的关系。计算了原料气体的转化率,重要产物的选择性和收率以及生产甲醇和甲醛的最佳甲烷含量。此外,通过分析主导反应路径,发现CH3自由基是生成含氧化合物的关键中间体。随后,在第三章中,使用二维流体模型研究射流的推进机理以及甲烷流速对流注的影响。发现在主雪崩以及次级雪崩的产生过程中流注向前推进。当甲烷流速为2.5 m/s时,随着流注的前进,其头部结构从空心“圆环”形逐渐转变为实心“圆盘”形,而在20m/s时,流注头部始终保持空心“圆环”形。随着甲烷流速的增加,气体混合层中的空气含量有所降低。流注中的活性自由基和含有N原子或O原子的离子的产量减少,这使得流注头部的空间电荷密度变小,从而导致该处的局部电场减小。因此,流注传播速度随着甲烷流速的增大而降低。另外,在不同的甲烷流速下,流注始终在甲烷含量大于99.9%的甲烷核中向前传播。

关键词：大气压非平衡等离子体甲烷部分氧化射流推进机理数值仿真