等离子体射流阵列放电模式转换及射流单元耦合机制研究

The plasma jet array can effectively overcome the processing size scale limitation of single tube jet, and it has distinct flexibility and practicality and is an effect way for obtaining atmospheric pressure plasma with large-area and high-active. At present, the understanding for the mode transition of jet array and the coupling behavior between jet units is not fully clear, which restricts the development of this kind of discharge and its application. This project proposes to investigate the mode transition of jet array and the mechanism of coupling behavior between jet units. The discharge characteristics of different mode jet array and the influences of multi-parameters including the working gases, array structure and driving conditions on the discharge characteristics are investigated, and the temporal evolution rule and discharge parameter are obtained. The main factors influencing the mode transition will be summarized, and the operation conditions and parameters matching will be optimized. From the combination of flow field and electric field, the evolution law and distribution pattern of electric field and flow field of jet units under the influence of multi-parameters are investigated. The discipline of the coupling behavior between jet units is obtained, and the mechanism of mode transition of jet array and the coupling behavior between jet units are investigated. The technological methods for reliable controlling the discharge mode and characteristics will be proposed to implement the effective control and optimization for different model jet array and its operation. The results will provide theoretical and technical supports and references for guiding the design of the jet array plasma sources and promoting the practical applications of this technology.

等离子体射流阵列能有效突破单管射流处理尺度限制，具有更强的处理灵活性和实用性，是获得高活性和大面积等离子体的一种有效途径，但目前对射流阵列放电模式和射流单元之间耦合作用尚不完全清楚，制约了这种形式放电及应用技术发展。本项目提出对射流阵列放电模式转换和射流单元之间耦合作用的机制进行研究，通过研究不同模式射流阵列放电特性及工作气体、阵列结构和激励条件等多参数影响，获得射流阵列放电的演变规律及放电参数，得到影响模式转换的主要因素和规律，从而优化其运行条件和参数匹配；从流场和电场结合入手，通过研究多参数影响下射流单元电场和流场的演变规律和分布形态，获得射流单元之间耦合作用规律，进而研究射流阵列放电模式转换及射流单元之间耦合作用机制，提出对放电模式转换和特性进行调控的方法，实现对不同模式射流阵列及运行方式的有效调控和优化。本项目可为指导射流阵列放电离子体源设计和促进其实际应用提供理论依据和技术支持。

等离子体射流阵列能有效突破单管射流处理尺度限制，具有更强的处理灵活性，是获得高活性和大面积等离子体的一种有效途径，射流阵列在不同条件下可以呈现出耦合和均匀两种不同的放电模式，但目前对射流阵列放电模式和射流单元之间耦合作用尚不完全清楚，制约了这种形式放电及应用技术发展。本项目对射流阵列放电模式转换和射流单元之间耦合作用的机制进行了研究，在一维和二维电极结构反应器中实现了等离子体射流阵列，利用光学、电学和光谱学等诊断手段，通过研究不同模式射流阵列放电特性及工作气体、阵列结构和激励条件等多参数影响，获得射流阵列放电的演变规律及放电参数，得到影响模式转换的主要因素和规律，从而优化其运行条件和参数匹配；从流场和电场结合入手，通过研究多参数影响下射流单元电场和流场的演变规律和分布形态，获得不同放电模式下的流体动力学特性和时空分辨特性耦合作用规律，分析电学相互作用和流体力学相互作用对放电模式的影响，研究放电模式转换及射流单元之间耦合作用机制，提出对放电模式转换和特性进行调控的方法。结果表明，同时减小气体流速、缩小单元间距和增大电压频率，射流阵列会从均匀放电模式转变为耦合放电模式。放电模式的转换是两种相互作用相互竞争、共同作用的结果。流体力学相互作用利用阵列的流场分布约束射流体羽的传播轨迹，来改变射流阵列的放电模式；电学相互作用通过畸变的空间电场影响射流体羽的传播轨迹和阵列的放电模式。当射流体羽区域同时分布电场和流场时，提高气体流速可以增强流体力学相互作用，产生均匀模式放电，而降低气体流速会促使电学相互作用超越流体力学相互作用，推动射流体羽融合，形成耦合放电模式；而当射流体羽区域主要分布了流场时，由于电学相互作用较弱，放电模式转换只受流体力学相互作用的影响。本项目可为指导射流阵列放电离子体源设计和促进其实际应用提供理论依据和技术支持，对促进和拓展大气压低温等离子体研究及应用具有重要价值。