《大氣壓射頻輝光放電電漿約束射流特性的研究》是依託清華大學，由李和平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大氣壓射頻輝光放電電漿約束射流特性的研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李和平
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大氣壓下採用裸露金屬電極結構電漿發生器所產生的射頻輝光放電電漿（RF APGD）射流在電漿材料處理領域有著廣闊的套用前景。在開放空間下環境空氣以及載物基板對電漿射流特性的影響將直接關係到電漿材料處理的效果，然而目前有關這方面的研究工作還非常有限。本項目採用實驗研究與數值模擬相結合的手段，以平板型電漿射流發生器為主要研究對象，以氦、氬及其混合氣體作為主要的電漿工作氣體產生穩定的RF APGD電漿，對不同工作條件（包括固體禁止罩和禁止氣兩種禁止方式及基板位置）下電漿約束射流區傳熱-流動-化學反應等多場耦合效應進行系統深入的研究，建立電漿放電電壓、電子/重粒子溫度、活性粒子濃度及射流尺度等參數與發生器結構/工作參數之間的關係。這對於深入理解RF APGD電漿約束射流特性及其調控機制、推動其在不同領域的實際套用具有重要的意義。
結題摘要
在本項目研究中，我們以大氣壓射頻輝光放電（Radio-Frequency Atmospheric-Pressure Glow Discharge, RF-APGD）電漿約束射流為研究對象，通過系統總結國內外有關較高氣壓下氣體放電電漿研究進展，在國際上首次提出了分析碰撞電漿條件下質量–動量–能量非平衡協同輸運機制的“能量樹”概念。基於此，開展了採用固體禁止罩（硬禁止）和禁止氣（軟禁止）的RF-APGD電漿約束射流特性的理論分析、數值模擬和實驗研究，分析了不同工作條件，包括禁止方式、固體禁止管幾何結構、禁止氣化學成分等參數，對電漿約束射流特性的影響規律。研究結果表明：（1）相對於自由射流，硬禁止和軟禁止均會顯著影響電漿射流與環境氣體間的質量、動量和能量交換，抑制環境氣體卷吸所造成的電漿射流的快速衰亡。（2）當採用石英玻璃管作為硬禁止時，射流總長度隨石英禁止管長度的增加呈近乎線性增長趨勢，而禁止管外的自由射流長度則隨禁止管長度的增加呈現非單調變化；在本項目實驗工況下，當禁止管長度為40 cm時獲得的管外射流長度達到最大值，約15 cm左右；而當禁止管長度為100 cm時，所獲得的約束射流總長度為109 cm，遠大於無禁止管時4 cm的自由射流長度。（3）當採用氣體作為軟禁止時，由於不同禁止氣的化學組成不同，其與電漿射流相互作用過程中的化學反應動力學過程不相同，從而使得在其他參數保持不變的條件下所獲得的電漿禁止射流的特性亦不相同；數值模擬和實驗測量均表明，當電漿工作氣和禁止氣均採用氦氣時，可以獲得長度約34~35 mm的電漿禁止射流，其長度同樣明顯大於相同放電工況下的電漿自由射流（約17 mm）。上述研究結果為我們開展大氣壓放電冷電漿在生物醫學、環境保護等領域的套用研究提供了良好的條件，具有重要的理論意義和套用價值。
