阵列型大气压射流等离子体均匀性控制及特性研究

The two-dimensional spatially extended atmospheric plasma arrays by many parallel plasma jets packed densely, represent a feature option of large-scale low-temperature atmospheric plasma technologies with distinct capability of directed delivery of reactive species and good insusceptibility to sample variations. Although the jet array is capable of simultaneous firing of all component jets with evenness of jet-jet allocation, it is still a challenge to form a large area of homogeneity on a downstream substrate due to electric and hydrodynamic interactions between individual jets. This project proposes to experimentally and numerically study strategy and mechanism of control/modulation for the array discharge to produce two-dimensional plasma uniformity in the downstream working area by varying flow distribution and power supply. The influences of external control parameters and their cooperative effects on the temporal and spatial evolutions of the jet array will be investigated, and the essential strategy for the modulation method will be acquired. The results will be significant for deep understanding of coupling behaviors of multiple plasma plumes in the array and applications of the technology.

阵列型大气压冷等离子体射流源是获得大面积射流等离子体的重要方式。通过有效调控，提高阵列型大气压射流源下游工作区待处理材料表面的等离子体均匀性，对推动阵列型大气压冷等离子体射流源在相关领域的实际应用具有重要意义。本项目基于阵列位形设计，从流场控制及放电激励方式两方面入手，通过实验诊断和数值模拟相结合，系统研究不同变量作用下射流阵列等离子体放电的时间演化规律及空间分布特性及其对下游工作区等离子体面均匀性的影响；进而分析流场控制及放电激励方式对下游工作区等离子体面均匀性的调控方式、规律、及协同作用机制，提出相应的以工作参数作为输入变量对均匀性进行有效调控的控制策略，实现对阵列型大气压射流源下游工作区等离子体面均匀性的有效控制及优化。

阵列型大气压冷等离子体射流源是获得大面积射流等离子体的重要方式。通过有效调控，提高阵列型大气压射流源下游工作区待处理材料表面等离子体的面均匀性，对推动阵列型大气压冷等离子体射流源在相关领域的实际应用具有重要意义。本项目从流场控制及放电激励方式两方面入手，通过将实验诊断和数值模拟相结合，系统、深入研究不同工作气体环境、不同变量作用条件下的射流阵列等离子体放电时间演化规律及空间分布特性，解析流场控制及放电激励方式对下游工作区均匀性调控的作用规律及协同作用机制，提出相应的以工作参数作为输入变量对均匀性进行有效调控的控制策略。在理论方面，建立了包含电场-温度场-流场-化学动力学过程多场耦合的射流等离子体阵列模型，并在此基础上开发相应的模拟程序进行精确求解，在实验研究参数范围内，模拟研究外施参量对阵列型射流等离子体时间演化规律及空间分布的协同作用，分析结构参数和工作参数对下游工作区面均匀性的影响规律，揭示外部控制变量对射流基本单元间耦合特性及工作区等离子体面均匀程度的调控机制，建立调制效果和控制参量之间的依赖关系；实验方面，在已有数值模拟结果指导下，有针对性地改变流场分布形式、放电激励参数这两种外部独立变量及其协同作用，研究了流场控制及放电激励方式对阵列下游等离子体面均匀性调控的作用规律，并提出有效的控制手段。.项目开展过程中，发表SCI论文8篇，授权发明专利1项，申请软件著作权1项，培养研究生4名（两名博士毕业、一名硕士毕业、一名硕士毕业攻博继续从事该方向研究）。与项目申请预期成果相符。.