大气压介质阻挡放电射流中自组织斑图研究

（论文部分内容摘抄）

采用介质阻挡放电装置，在大气压氦气气体放电中，对射流中自组织斑图放电通道的 光学和动力学特性进行了研究。实验通过发射光谱仪采集放电光谱，分析了放电中产生的活 性粒子的相对光强，发现射流放电通道区放电强度明显强于非通道区，外侧通道放电强度略 高于内部通道放电强度。利用超高速纳秒曝光照相技术对放电过程进行了图像采集，对自组 织斑图的时空演化过程进行了研究，结果表明自组织斑图放电通道同时形成。这里还计算出 了自组织斑图在空气中的传播速度，同时发现当电极极性发生改变的时候，放电通道在相同 的空间位置形成，证实了自组织斑图放电通道稳定存在时的空间位置是不发生改变的。

自组织斑图是指在空间或时间上具有某种规律性的非均匀宏观结构，是由系统中微观参 量之间以一定方式相互作用而导致非线性自组织现象。在自然界中广泛存在着多种斑图形 式，如流体中对流斑图、法拉第系统中表面波斑图、化学反应系统中的斑图、非线性斑图以 及气体放电中的斑图。近十几年来，介质阻挡放电（DBD）系统中的自组织斑图现象，由 于其具有发光可视性、形成稳定斑图时间短，斑图放电通道可测量及实验控制参数可调节性等优点而备受关注。另外，介质阻挡放电斑图有望在多方面得到应用。

实验设置及仪器介绍。实验中我们采用的射流发生装置，是以环—板电极大气压 冷等离子体射流源为雏形，对其进行了一维方向的延展。实验装置是以一根石英管扁管 为主体的放电装置，扁管的下端管口为开放的长方形。工作气体由上端的侧口通入，通过转子流量计控制气体流速，放电形成的等离子体射流从下端管口喷出。在实验中，利用数码相机记录射流放电图片。 实验中采集了放电电压和电流信号， 其中电压信号由高压探头测得，电流信号由电流探头通过测量放电回路中串联一个小电阻电压降的办法得到，其信号由示波器进行记录。 放射光谱仪的光纤探头分别位于离射流管管口垂直距离5mm处七个不同的位置采集射流的光信号。射流自组织斑图时空演化图,通过来自德国 PCO公司的超高速纳秒相机ICCD（广州市元奥仪器有限公司的pco.dicam超高速相机）记录，曝光时间固定为50ns。

以观察出六条谱线的光强具有共同的特征，通道区的谱线相对光强高于 非通道区，自组织斑图中放电通道区的粒子活性高于非通道区的粒子活性。

当电流接近于零时，放电通道消失。在这里需要指出的是自 组织斑图之所以可以稳定存在并被观察到，是由于微放电通道周期性叠加的结果。记忆效应可能是自组织斑图稳定存在的原因，放电通道区通常被叫做微放电保留区，当电极极性发生 改变，下一个放电形成之前，这些区域并不完全消失，并且将会促使新的通道在相同的空间 位置形成。因此在交流电压下，数千个放电周期内，自组织斑图放电通道在相同的空间位置不断重现，形成了可以长时间稳定存在的自组织斑图。

最后，本文首次通过采集等离子体射流光谱，利用超高速纳秒摄影同步电压电流信号，对自组织斑图进行了诊断研究。得到以下结论：

（1）自组织斑图通道区具有较强的放电强度，并且外侧的通道的放电光强大于内部。

（2）自组织斑图中的放电通道是同时形成的。

（3）放电通道以103-104 m/s的速度在空气中传播。

（4）当电极极性发生改变时，自组织斑图放电通道在相同的空间位置形成。

德国Excelitas PCO公司pco.dicam相机，具备高分辨率、高感光度、快速帧重复率、精确捕捉超快速过程的优点，将可实现高效的单光子检测，为实验提供强而有力的图像数据支持。

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