大气压介质阻挡放电等离子体中温度频率依赖性的研究

摘要

本文研究重点是在不同气体情况下，描述介质阻挡放电（DBD）产生的大气压低温等离子体的温度随交流电源输出频率的变化。在文献综述中介绍了低温等离子体研究的主要方向。在大气压空气中工作的等离子体源具有许多优点，例如他们不需要复杂昂贵的真空设备等，因此已在工业上得到了广泛的应用而在医学上成为有前途的治疗技术。然而，为了满足医疗目的，等离子体中气体温度应该不超过42°C，并且等离子体本身应具有很强的化学活性。因此必须深入地研究影响描述等离子体的温度（电子温度和气体平动温度，下文简称为气体温度）的因素。然而，文献分析表明迄今电源频率对描述低温DBD等离子体的温度的影响没有得到充分的研究，而且几乎没进行过对大气压条件下外加交流频率对这些温度影响的研究。 本文使用光学发射光谱法对介质阻挡放电发生器产生等离子体中电子温度和气体温度进行系统诊断。本文的研究对象是大气压空气介质阻挡放电和以氩气、氩气空气混合气和空气为工作气体的大气压介质阻挡放电等离子体射流。本文使用交流电源激励等离子体，研究电压范围为4.4kV～7.5kV。在不同的交流电源频率条件下，进行了交流频率对大气压氩气和氩气/空气等离子体射流中电子、气体和转动温度影响的研究。研究频率范围是9.7kHz～13.5kHz。结果表明，工作气体为氩作时，得到的电子温度、转动温度和气体温度分别为1460K～1750K，360K～430K和310K～323K。工作气体为氩-空气混合气时，得到的电子温度，转动温度和气体温度范围为2620K～3110K,435～490K和335K～359K。实验表明，所有的温度随交流等离子体电源频率的增加而升高。 另外，本文研究大气压下获得空气低温等离子体的可能性。大气压空气低温等离子体是通过激励介质阻挡放电交流电源的输出频率降低到9.7kHz而得到的。采用的方法使DBD的气体温度降低几乎到实验室里空气温度。在这种情况下，臭氧的形成伴随着稳定介质阻挡放电的产生。可以将获得的结果用于美容和治疗目的，作为改善人体皮肤臭氧疗法的一部分。 研究表明，为了扩展低温等离子体的实际应用范围，包括医学上的应用，需要再进一步开展在不同工作气体情况下和更宽频率范围内外加交流频率对描述大气压介质阻挡放电产生的低温等离子体的温度影响的研究。

目录

声明

1 Introduction

1.1 The background and significance of the topic

1.2 Atmospheric pressure low-temperature plasma sources

1.2.1 Dielectric Barrier Discharge

1.2.2 Atmospheric pressure non-equilibrium plasma jet

1.3 Technologies of plasma diagnostics

1.3.1 Plasma diagnostics

1.3.2 Plasma temperature diagnostics

1.3.3 Optical emission spectroscopy as plasma diagnostic method

1.3.4 Methods of electron temperature diagnostics

1.3.5 Methods of rotational temperature diagnostics

1.4 Research content

2 Dielectric barrier discharge and plasma diagnostic systems

2.1 Discharge system

2.2 Dielectric barrier discharge plasma jet generator

2.3 Plasma diagnostic system

2.3.1 Emission spectrum diagnostic system

2.3.2 Gas temperature measurement system

2.4 Alternating voltage power supply

2.5 Chapter summary

3 Investigation of atmospheric pressure dielectric barrier discharge plasma jet

3.1 Achievement of stable atmospheric pressure dielectric barrier discharge air plasma jet

3.2 Investigation of frequency dependence of electron temperature in atmospheric pressure dielectric barrier discharge Ar and Ar/Air plasma jets

3.3 Investigation of frequency dependence of rotational temperature in atmospheric pressure dielectric barrier discharge Ar and Ar/Air plasma jets

3.4 Investigation of frequency dependence of gas temperature in atmospheric pressure dielectric barrier discharge Ar and Ar/Air plasma jets

3.5 Conclusions

4 Investigation of atmospheric pressure air dielectric barrier discharge low-temperature plasma

4.1 Introduction

4.2 Atmospheric pressure air dielectric barrier discharge generator with parallel plates electrode configuration

4.3 Measurement of frequency dependence of gas temperature in atmospheric pressure air dielectric barrier discharge plasma

4.4 Atmospheric pressure air dielectric barrier discharge generator with single curved wire electrode configuration

4.5 Practical application of air dielectric barrier discharge generator with single curved wire electrode configuration

5 Conclusions

参考文献

Research Projects and Publications in Master Study

致谢

Dalian University of Technology Copyright Use Authorization of Master Degree Dissertation