CN109462930A - 一种气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法 - Google Patents

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Abstract

一种气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法，它涉及一种强化等离子体放电的方法。本发明是要解决现有的气体流动环境下的放电强度会减弱的技术问题。本发明利用气流的输运作用将放电空间中上游的含能粒子输运至下游放电区域，输运至下游放电区域的带电粒子提高了下游放电区域的初始含能粒子浓度，利用含能粒子的预电离作用，当下一次放电脉冲来临时，下游放电强度明显提升。同时，本发明需要合理匹配气流输运时间与脉冲时间间隔，保证上游放电产生的带电粒子能在脉冲间隔时间内输运至下游放电区域，提高了下游放电区域的初始含能粒子浓度，当下一次放电脉冲来临时，下游放电强度明显提升。

Description

一种气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法
技术领域
本发明涉及一种强化等离子体放电的方法。
背景技术
气体流动环境下的放电在静电除尘、流动控制、材料处理等方面具有广泛的应用价值。在气体流动环境中的放电技术中，由于气流的传热传质作用，放电空间中带电粒子及能量受到气流作用的影响，放电强度会出现明显的减弱，尤其在高速气流条件下时，放电甚至会出现熄灭的情况。因此，如何在流动条件下提高放电强度是流动环境下的放电必须要面对的问题。
目前，提高放电强度的方法大部分采用提高电压或输入能量的方式，但这种方法会有以下两个问题：
一、供电电源的技术难度大；
二、电极结构设计难度大。
上述均会导致成本高，放电不稳定，给应用带来很大压力。
发明内容
本发明是要解决现有的气体流动环境下的放电强度会出现明显的减弱的技术问题，而提供一种气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法。
本发明的气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法是按以下步骤进行的：
将放电装置的两级设置在气流出口使得气体在放电装置的两级之间进行电离；所述的放电装置的两级分别是高压电极和地电极，且放电装置的两级平行，放电装置的放电方向与气流方向垂直；放电装置的高压电极与高频高压脉冲电源的正极连接，放电装置的地电极与高频高压脉冲电源的负极连接；放电装置的地电极分为上游地电极和下游地电极，上游地电极和下游地电极并联，且上游地电极和下游地电极沿着气流方向并列布置，上游地电极靠近气流出口，下游地电极远离气流出口；
高压电极沿着气体流动方向的长度大于等于上游地电极沿着气体流动方向的长度L1、上游地电极与下游地电极之间的距离L2和下游地电极沿着气体流动方向的长度L3三个尺寸的总和；
在高频高压脉冲电源的脉冲间隔时间内，气体的输运距离大于等于L2且小于等于L1+L2+L3，即L2≤v·tp≤L1+L2+L3，v是气体的流动速度，tp是高频高压脉冲电源的脉冲周期。
本发明中所述的气体为任意可电离的气体。
本发明在气体流动通道内，沿着气流方向上布置上下游结构的放电装置，上游即是靠近气流出口，下游是远离气流出口，放电装置在气体流动通道内产生高强度放电区域，两个地电极共用一个高压电极，两个地电极沿着气流方向并列布置于气体流动方向的上游和下游；
本发明利用高压脉冲电源对高压电极，上游地电极和下游地电极形成了两部分区域进行放电，产生两个等离子体区域，然后通过调整脉冲周期，气体流速和两个地电极间距三者之间的关系，能够保证在高频高压脉冲电源的脉冲间隔时间内，上游两级放电产生的等离子体中的含能粒子在连续气流的输运作用下输运至下游两级放电区域，进而提高了下游两级放电区域的初始含能粒子密度。
本发明合理利用气流的输运作用将上游两级放电产生的含能粒子输运至下游两级放电区域，提高了下游两级放电区域内初始含能粒子的浓度；当下一次放电脉冲激励来临时，已经输运至下游两级放电区域的含能粒子起到预电离的作用，利用粒子的雪崩效应，形成粒子浓度的级联放大，进而实现了下游两级放电区域的放电强度的增强。
附图说明
图1是试验一中气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法的原理结构示意图，箭头表示气流方向，1是气罐，2是阀门，3是气体运输管道，4是高频高压脉冲电源，5是高压电极，6是上游等离子体区域，7是上游地电极，8是下游地电极，9是绝缘支撑，10是下游等离子体区域；
图2是图1中地电极的俯视图；
图3是图1中高压电极的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法，具体是按以下步骤进行的：
将放电装置的两级设置在气流出口使得气体在放电装置的两级之间进行电离；所述的放电装置的两级分别是高压电极和地电极，且放电装置的两级平行，放电装置的放电方向与气流方向垂直；放电装置的高压电极与高频高压脉冲电源的正极连接，放电装置的地电极与高频高压脉冲电源的负极连接；放电装置的地电极分为上游地电极和下游地电极，上游地电极和下游地电极并联，且上游地电极和下游地电极沿着气流方向并列布置，上游地电极靠近气流出口，下游地电极远离气流出口；
高压电极沿着气体流动方向的长度大于等于上游地电极沿着气体流动方向的长度L1、上游地电极与下游地电极之间的距离L2和下游地电极沿着气体流动方向的长度L3三个尺寸的总和；
在高频高压脉冲电源的脉冲间隔时间内，气体的输运距离大于等于L2且小于等于L1+L2+L3，即L2≤v·tp≤L1+L2+L3，v是气体的流动速度，tp是高频高压脉冲电源的脉冲周期。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的高频高压脉冲电源的脉冲宽度为纳秒级～微秒级。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的高频高压脉冲电源的脉冲频率大于0且小于50KHz。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：当气体的流动速度v为恒定时，且放电电装置的结构固定时，通过调节放电频率来调节输出强度，且满足L2≤v/f≤L1+L2+L3；
当放电频率固定时，通过改变放电装置结构的方式来调节输出强度，且满足L2≤v/f≤L1+L2+L3。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的高压电极下方粘贴绝缘支撑，地电极下方粘贴绝缘支撑。其他与具体实施方式一相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种利用气体流动强化等离子体放电的方法，如图1-图3所示，具体是按以下步骤进行的：
将放电装置设置在气流出口使得气体在放电装置的两级之间进行电离；所述的放电装置的两级分别是高压电极5和地电极，且放电装置的两级平行，放电装置的放电方向与气流方向垂直；放电装置的高压电极5与高频高压脉冲电源4的正极连接，放电装置的地电极与高频高压脉冲电源4的负极连接；放电装置的地电极分为上游地电极7和下游地电极8，上游地电极7和下游地电极8并联，且上游地电极7和下游地电极8沿着气流方向并列布置，上游地电极7靠近气流出口，下游地电极8远离气流出口；
所述的高压电极5下方粘贴绝缘支撑9，地电极下方粘贴绝缘支撑9，绝缘支撑9为云母板；气体运输管道3的入口与气罐1的出口连通，气体运输管道3与气罐1之间设置阀门2；
高压电极5沿着气体流动方向的长度为70mm，上游地电极7与下游地电极8之间的距离L2为10mm，上游地电极7沿着气体流动方向的长度L1为30mm，下游地电极8沿着气体流动方向的长度L3为30mm；
高频高压脉冲电源4的脉冲频率为1kHz，高压电极5与地电极的间距为5mm，放电电压幅值为30kV，气流速度范围为0m/s～100m/s；
在高频高压脉冲电源4的脉冲间隔时间内，气体的输运距离大于等于L2且小于等于L1+L2+L3，即L2≤v·tp≤L1+L2+L3，v是气体的流动速度，tp是高频高压脉冲电源的脉冲周期，对应本试验的参数，气流速度为10m/s～70m/s，即当气流速度高于10m/s且低于70m/s时，在脉冲周期为1ms的条件下，可以利用气流的输运作用，将上游放电放电区域6产生的含能粒子输运至下游放电区域10，提高了下游区域10内带电粒子浓度；当下一次放电脉冲来临时，利用下游放电区域10内带电粒子的级联放大作用，形成了高浓度含能粒子区域，下游放电强度有所提高。
本试验利用上下游结构的放电装置，在气体流动通道内产生两个具有一定浓度的等离子体区域6和10；在合理匹配放电频率与气流输运时间的条件下，利用气流的输运作用，将上游放电区域6产生的含能粒子输运至下游放电区域10内，提高了下游放电区域10内的初始含能粒子浓度；当下一次脉冲来临时，通过带电离子的碰撞级联放大机制，提高了下游放电区域10内的粒子浓度，实现了流动环境下放电强度的提高。

Claims (5)

1.一种气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法，其特征在于气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法是按以下步骤进行的：
将放电装置的两级设置在气流出口使得气体在放电装置的两级之间进行电离；所述的放电装置的两级分别是高压电极和地电极，且放电装置的两级平行，放电装置的放电方向与气流方向垂直；放电装置的高压电极与高频高压脉冲电源的正极连接，放电装置的地电极与高频高压脉冲电源的负极连接；放电装置的地电极分为上游地电极和下游地电极，上游地电极和下游地电极并联，且上游地电极和下游地电极沿着气流方向并列布置，上游地电极靠近气流出口，下游地电极远离气流出口；
高压电极沿着气体流动方向的长度大于等于上游地电极沿着气体流动方向的长度L1、上游地电极与下游地电极之间的距离L2和下游地电极沿着气体流动方向的长度L3三个尺寸的总和；
在高频高压脉冲电源的脉冲间隔时间内，气体的输运距离大于等于L2且小于等于L1+L2+L3，即L2≤v·tp≤L1+L2+L3，v是气体的流动速度，tp是高频高压脉冲电源的脉冲周期。
2.根据权利要求1所述的一种气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法，其特征在于所述的高频高压脉冲电源的脉冲宽度为纳秒～微秒级。
3.根据权利要求1所述的一种气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法，其特征在于所述的高频高压脉冲电源的脉冲频率大于0且小于50KHz。
4.根据权利要求1所述的一种气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法，其特征在于所述的高压电极下方粘贴绝缘支撑，地电极下方粘贴绝缘支撑。
5.根据权利要求1所述的一种气体流动环境下利用双地电极强化等离子体放电的方法，其特征在于当气体的流动速度v为恒定时，且放电电装置的结构固定时，通过调节放电频率来调节输出强度，且满足L2≤v/f≤L1+L2+L3；
当放电频率固定时，通过改变放电装置结构的方式来调节输出强度，且满足L2≤v/f≤L1+L2+L3。
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