【摘 要】
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介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)方法能够在大气压条件下产生非平衡等离子体。这种非平衡等离子体在环境保护,材料表面改性等许多方面有着广泛的应用,逐渐成
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介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)方法能够在大气压条件下产生非平衡等离子体。这种非平衡等离子体在环境保护,材料表面改性等许多方面有着广泛的应用,逐渐成为等离子体学科的研究热点之一。中小型DBD等离子体源已经在许多方面取得了一定成果,但是在需要大规模等离子体源的场合,现有的等离子体源还无法满足其要求。阻碍规模化DBD等离子体源发展的主要问题之一是DBD系统的运行频率很低而导致的功率输出不高。为了发展规模化高效等离子体源,本文结合国家科技发展支撑计划重点项目(No.2006BAC11B06)与教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-05-0296),对规模化DBD等离子体源的激励技术进行了研究,力图寻求一种高效激励大规模非平衡等离子体反应器的技术。微流注放电是规模化气相DBD等离子体化学反应器的主要工作模式。本研究从形成微流注的单元结构出发,建立了单个微流注的电路等效模型,通过Protel模拟发现,随着单个微流注内介电层分布电容的增大,单个微流注的峰值逐渐增大,采用介电常数大的电介质可以在较小的面积内达到形成微流注的分布电容值,从而使单位面积内的微流注数目得到提高。气隙电容与介质电容的串联值及等效电阻值的增大,都导致单个微流注的幅值减小、脉宽增大,因此随着DBD等离子体源尺度的增大,不利于高幅值、窄脉冲微流注的形成,必须加以改善。非平衡等离子体化学反应体系是由数量庞大的微流注组成的,模拟发现的尺度放大效应限制了DBD等离子体源中放电性能的进一步提高。研究发现造成该问题的原因是尺度放大后DBD等离子体反应器与激励电源变压器之间会产生谐振效应,致使等离子体化学反应体系无法在优化频率下工作,因此基于DBD等离子体反应器与变压器等效电路谐振原理提出了分区激励技术,将等离子体反应器分散为阵列,每一阵列由独立高频变压器激励,所有变压器由逆变器统一调控。通过实验初步证明了分区激励方式可以有效地提高DBD等离子体反应系统的谐振频率及放电功率,为提高规模化DBD等离子体源性能奠定了技术基础。
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