滑移弧等离子体从热平衡态向非热平衡态快速转变过程的研究

滑移弧放电是产生大气压下非热平衡等离子体的一种重要方法，它有较高的等离子体密度、较高的电子温度，有较高的化学反应选择性，它已被广泛应用于污染控制、挥发性有机化合物的去除、汽车尾气控制、材料表面处理、燃料变换、氢气生产等领域。采用滑移弧放电产生大气压非热平衡等离子体的关键是对等离子体从热平衡态向非热平衡态快速转变的过程要有清楚的认识，但目前对这快速转变过程尚缺乏足够认识。本申请拟采用横向磁场、气流联合驱动直流滑移弧放电形式，用实验测量结合理论分析的方法来研究外加横向磁场强度、气体流量、电极形状及间距等工艺参数对等离子体的电子温度、重粒子温度、电弧运动速度等物理参数的影响；研究各工艺参数、物理参数对等离子体从热平衡态向非热平衡态快速转变过程的影响；进而了解滑移弧等离子体从热平衡态向非热平衡态快速转变的过程。

滑移弧放电是在大气压下产生非平衡等离子体的一种重要方法，它可以有较高的等离子体密度、较高的电子温度及较高的化学反应选择性，它已经被广泛应用于材料表面处理、燃料变换、氢气生产等领域。因而，要使滑移弧等离子体在工业中获得较好的应用，必须对等离子体的非平衡特性有所了解。在用横向磁场、气流联合驱动的直流滑移弧发生器中，用实验测量结合理论分析的方法研究了滑移弧氩等离子体，研究成果如下：（1）建立了横向磁场、气流联合驱动的滑移弧放电系统，放电系统的电流波形重复性比较好，而且滑移弧放电受横向磁场的控制较好；滑移弧发生器产生的氩等离子体处于非平衡态；（2）开展了非平衡氩等离子体中的重粒子温度的测量与理论分析工作，建立了重粒子温度的测量方法；（3）建立了适用于大气压滑移弧放电氩等离子体的碰撞辐射模型；（4）开展了非平衡氩等离子体的电子温度与电子密度的测量与理论分析工作，建立了分析发射光谱的计算程序；（5）研究了滑移弧氩等离子体对发射谱线的自吸收效应，在我们的实验条件下，滑移弧氩等离子体可近似看作是光学薄的；（6）滑移弧氩等离子体离开两电极最小处后，电子密度变化不大，电子温度、气体温度呈下降趋势，但等离子体始终处于非平衡态；较大的驱动磁场、合理的电极位形都利于滑移弧等离子体从热平衡态向非热平衡态发展。通过本项目的研究，对滑移弧等离子体的特性有了定量的了解；研究成果为滑移弧等离子体发生器的设计提供了一定的参考依据，也为滑移弧等离子体能更好地在工业领域中应用奠定了一定的理论基础。