大气压微波等离子体炬的仿真设计与实验
大气压微波等离子体炬的仿真设计与实验
第22卷第2期强激光与粒子束Vo l.22,No.2 2010年2月H IGH POWER LASER AND PART ICLE BEAM S Feb,2010文章编号:1001-4322(2010)02-0315-04大气压微波等离子体炬的仿真设计与实验张庆,张贵新,王黎明,王淑敏(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)摘要:设计了一个低成本、高稳定性的基于BJ22矩形波导的微波等离子体炬源。
整个系统由1~10kW 主频2.45GH z的磁控管微波功率源、环形器、调谐器和微波反应腔体组成。
通过特殊设计的调谐装置,在气体喷嘴处产生高幅值的电场强度,使工作气体电离形成大气压开放式微波等离子体炬。
对影响电场强度的几个关键因素进行了仿真,得出各个参数对场强的影响规律;根据仿真参数设计了微波反应腔体,该系统可以在大气压下激发和维持开放的稳定氩气、氦气、氮气和空气等离子体炬。
对等离子体炬的基本特性和基本参数进行了研究,验证了设计参数的正确性,讨论了其可扩展性及潜在的工业应用。
关键词:微波等离子体炬;矩形波导;大气压;开放式运行中图分类号:O531文献标志码:A doi:10.3788/H PL PB20102202.0315等离子体以其特有的物理和化学特性被广泛应用到纳米材料合成、材料表面处理和杀菌等工业领域[1-5]。
用微波电磁能量产生等离子体相比电极放电,不存在电极的蒸发污染问题,等离子体的生成空间不受电极间隙的限制,而且产生的等离子体和能量源分离,可以实现大气压开放式等离子体,不需要放电管[6]。
这些优势使得微波等离子体在工业应用中越来越广泛。
微波等离子体炬是一种很重要的等离子体发生形式。
目前的发生装置以易电离的惰性气体为工作气体,产生的等离子体炬体积较小,效率较低[7]。
本文设计了一个低成本、高稳定性的基于BJ22矩形波导的微波等离子体炬源,不仅可以产生大气压开放式稳定的氩气、氦气等离子体炬,也可以使难以电离的氮气和空气电离形成等离子体炬,而且体积比较大,性能稳定,微波能量利用率高,可扩展性好。
微波等离子体用于汽车点火的仿真及研究
微波等离子体用于汽车点火的仿真及研究霍娜;张贵新;张锋;刘永喜;张庆【摘要】The feasibility of microwave plasma employed in auto ignition was demonstrated by simulation design and experiments. The simulation design was implemented using the software of ＂computer simulation technology＂（CST） for a 3-D microwave electromagnetic field. The simulation design shows that when the cylinder piston gets to the top dead centre （TDC）, the electric field in the cylinder is stronger than elsewhere and the ignition is generated, with the electric field weakening and the ignition quickly snuffing out with fast TDC deviation. Based on linear distribution of the cylinder, the simulation design imitates the situation of existing four cylinder ignition. The network analyzer tests show that the microwave transfer rate is the largest only in a certain scale with the piston alternating position. The microwave source transfers energy to the linear waveguide with a cylinder through the microwave transmission system. Only in a certain scale range, the electric field in the cylinder is strong enough to generate plasma with auto ignition then produced in the cylinder.%用仿真及实验，论证了微波等离子体用于汽车点火的可行性。
一种大气压放电氦等离子体射流的实验研究_江南
是一个共面的沿面 放 电 结 构， 但是电极间距比传统 的沿面放电大得多 . 我 们 首 先 对 放 电 的 基 本 情 况 进 行了一些测试 . 图 2 是对应于小 、 中、 大三个不同电压条件下放 电所拍摄的典型的 数 码 照 片 . 为 了 更 好 地 观 察 放 电 辉光的情况， 我们采 用 了 2 cm 宽 的 电 极， 电极间距 高 压 电 极 置 于 气 流 的 下 游， 电极边缘距 仍为 3 cm ， 石英管出口 1 cm ，He 气 流 量 150 L / h 从 图 的 右 边 流入左 边 流 出， 各照片对应的外加电压在图注中 给出 .
的 电 极 参 数 一 致：电 极 宽 度 5 cm ， 电极间距 3
3. 实验结果与讨论
3. 1. 共轴型 DBD 放电的特点 DBD 主要分为两种 类 型， 即空间放电型和沿面 放电型 . 这 两 种 类 型 的 放 电 都 已 获 得 了 广 泛 的 研 20 ］ . 将图 1 所 究， 其中典型 的 例 子 可 以 参 考 文 献［ 示的共轴 DBD 结构沿圆周展开成平面， 则可以看作
第 59 卷 第 5 期 2010 年 5 月 10003290 /2010 /59 （ 05 ） /332407
物
理
学
报
ACTA PHYSICA SINICA
Vol. 59 ， No. 5 ， May ， 2010 2010 Chin. Phys. Soc.
一种大气压放电氦等离子体射流的实验研究
［ 15 ］ 4） ， 而 Kedzierski 等 沿轴 向 拍 摄 的 射 流 的 照 片 有
一与石英管 内 壁 对 应 的 环 形 亮 圈 . 另 一 方 面， 由介 质表面电 荷 组 成 的 等 离 子 体 的 阻 抗 比 气 体 等 离 子 因此其 流 注 的 传 输 速 度 比 空 气 中 流 注 体的阻抗大， 的速度小 . 由图 3 （ a ） 中的数据可以估算石英管中的
大气压下大功率等离子体炬的数值模拟
大气压下大功率等离子体炬的数值模拟
罗杰;何煜
【期刊名称】《核技术》
【年(卷),期】1999(022)008
【摘要】主要研究直流等离子体炬的数值模拟方法,通过求解等离子体弧柱区域的能量守恒、动量守恒、质量守恒及电流连续性方程,得到不同边界条件下温度、速度、电流密度分布.计算了大气压下200A自由氩弧的温度分布、电势和电流分布,并与实验数据及现有的理论计算进行了比较,得到了较好的结果.在此基础上结合本实验室5000A大功率等离子体炬,讨论了有阴极喷口存在下的弧柱部分的数值计算,以及能量守恒方程中辐射项、焦耳热项的影响,及电弧最高温度与弧长的关系.【总页数】6页(P488-493)
【作者】罗杰;何煜
【作者单位】复旦大学近代物理研究所,上海,200433;复旦大学近代物理研究所,上海,200433
【正文语种】中文
【中图分类】O24
【相关文献】
1.等离子体物理学——大气压下氦／氮射频放电冷等离子体特性 [J], 王华博
2.大功率长寿命电弧等离子体炬的研制 [J], 冯晓珍;尹猷钧;程昌明;李裔红;张传成;张开武;郝宏光;彭建飞
3.大功率等离子体炬电源的研究 [J], 夏长远;舒兴胜;孟月东;沈洁
4.PLC在大功率等离子体炬控制中的应用 [J], 王念春
5.大功率等离子体炬钨肺阴极的研究 [J], 夏维东;万树德
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大气压等离子体方法
大气压等离子体方法我折腾了好久大气压等离子体方法，总算找到点门道。
说实话，刚开始接触大气压等离子体的时候，我完全是一头雾水。
我就知道这是个很高大上的东西，但是具体怎么操作，完全不明白。
我一开始也是瞎摸索，各种找资料，网上的、图书馆的书里的，只要是和等离子体有关的，我都拿来研究。
我最早尝试按照一些很简单的实验装置搭建去做。
那时候我以为只要把那些仪器按照图上的连接起来就好了，就像搭积木一样嘛。
我找来了电源，还有处理气体的装置，就开始组装。
可是呢，一开电源就出问题了，完全没有产生我想要的大气压等离子体。
我当时真是沮丧极了，也不知道问题出在哪。
后来我就一直研究那个电路图，经过很久才发现原来是我在连接电极的时候犯了个超级低级的错误。
就像你本来要把水管接好让水流过去，结果你有一根水管根本就没接上，那水肯定流不过去啊。
这电极没接对，等离子体当然产生不了啊。
后来我就谨慎多了。
在做下一次尝试的时候，我把每一个连接的部分都检查好多遍。
我还看了好多其他人做的实验记录，发现气体流量和通入的气体种类都很关键。
我先用氩气试，这就好比先找个熟悉的路走走看。
调整气体流量的时候，就像是在小心翼翼地拧水龙头，一点一点地试，到底多大的流量最合适。
不过这时候新的问题又出现了，就算有等离子体产生了，它的稳定性却不好。
我当时就很苦恼，这又要怎么解决呢？我突然想到我在研究资料的时候看到过，可以加个磁场来稳定等离子体。
于是我又开始捣鼓加磁场的装置。
这个可费劲了，因为磁场的强度大小和方向都要调整到合适的程度，而且磁场发生器和之前的装置要配合得很好。
我就像个在黑暗里摸索的人，只能一点点地调整，每调一次就看看等离子体的稳定性有没有变好。
经过这么长时间的折腾，我有几点心得。
首先，每一个小的部分都不能马虎，像连接、气体流量这些基础的部分必须做到准确和稳定。
其次，多参考别人的经验和实验确实很有帮助，有时候可以让你少走很多弯路。
再有，遇到问题不要慌，就一点点排查。
微波等离子体反应器的设计与仿真
872020年第4期 安全与电磁兼容基金项目：国家重点研发计划子任务（ 2016YFB1200602-37）引言等离子体是物质六态中的第四态，以其独有的物理和化学特性被广泛运用到纳米颗粒制备、材料表面处理以及杀菌等工业领域[1-7]。
科研人员通常利用实验室气体激发人工等离子体[8]。
人工自主激发等离子体大多采用的方法是对实验室气体施加外部电场，电场强度大于气体击穿场强从而激发出等离子体。
与直流激发等离子体[9-10]相比，微波激发等离子体可避免电极对制备材料的污染，且无电极被蒸发损坏的情况；激发等离子体的所在区域不会被电极间的空隙所限制，并且与能量源具有一定的距离，避免了能量源的损坏[11]；能够在大气压条件下激发出开放式等离子体，不需要严格的放电 管[12]。
微波发生器易操控、稳定、没有噪声的污染。
本文设计了一种具有大面积、高能量密度等离子体的微波反应器，利用电磁场理论计算及电磁仿真优化确定微波反应器结构参数；并在此基础上自制了一套完整的微波等离子体反应系统，该微波等离子体装置能够进行等离子体激发实验，并利用微波等离子体制备出纳米材料。
1 微波反应器设计分析微波馈源激励电磁波通过微波传输系统耦合到微波反应器中，微波反应器的工作模式（即电磁场的主要分布），可分为单模反应器和多模反应器。
单模反应器的优点是电场集中使得电场强度大，缺点是分布区域小；多模反应器内很多电场模式并存，可以在腔内形成比单模谐振腔均匀的电磁能分布，但是其电磁能不够集中不利于激发等离子体[13]。
1.1 微波反应器结构的设计为了采用单模反应器和多模反应器的优点而避开两者的缺点，设计了一种具有多馈源结构的圆柱型微波反应器，可实现电磁波能量高效率耦合到微波反应器内微波等离子体反应器的设计与仿真Design and Simulation of Microwave Plasma Reactor1北京工业大学 2中车青岛四方机车车辆股份有限公司卫博1 郭海霞2 丁叁叁2 金鑫1 唐章宏1 王群1摘要针对微波等离子体的激发及应用实验，设计一种具有大面积、高能量密度等离子体的微波反应器。
新型大气压微波等离子体炬的仿真研究
新型大气压微波等离子体炬的仿真研究陈颖;李承跃;季天仁【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2011(23)10【摘要】设计了一种新型的大气压微波等离子体炬结构.入射主频为2 450 MHz,基于HFSS软件对其进行了仿真研究.在仿真过程中,对该结构的各个参数进行了优化,并得出对场强分布的影响规律.结果表明,探针的使用对腔内场分布有很大影响.根据优化参数对微波等离子体炬进行了仿真模拟,在等离子体发生腔产生了高幅值的电场强度,品质因数达到2×10 4,可以在大气压下激发等离子体.%An atmospheric pressure microwave plasma torch(MPT) operating at 2. 45 GHz was designed. Corresponding simulation based on HFSS code was performed and the influences of structure parameters on the E-field distribution in the device were analyzed. The results indicate that the use of coupling probe will have a distinct impact on the field distribution in the device. A MPT with strong electric field amplitude and high Q-factor about 20 000 was achieved in simulation by adjusting the structure parameters, which could produce microwave plasma at atmospheric pressure.【总页数】4页(P2715-2718)【作者】陈颖;李承跃;季天仁【作者单位】电子科技大学物理电子学院,成都610054;电子科技大学物理电子学院,成都610054;成都纽曼和瑞微波技术有限公司,成都610052【正文语种】中文【中图分类】O531【相关文献】1.用同轴表面波激励器和微波等离子体炬获得的微波等离子体的性能研究 [J], 张寒琦2.大气压微波等离子体炬的仿真设计与实验 [J], 张庆;张贵新;王黎明;王淑敏3.大气压微波等离子体炬降解光气 [J], 李战国（译）4.大气压微波等离子体炬特性 [J], 聂聪;傅文杰;鄢扬5.一种新型高效率微波等离子体炬 [J], 马长强;杨丰铭;朱铧丞;杨阳;黄卡玛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种大气压放电氦等离子体射流的实验研究_江南
一种大气压放电氦等离子体射流的实验研究_江南在大气物理学中，等离子体是指由正负电荷粒子组成的气体，具有自由电子和离子的高度电离状态。
等离子体在自然界和科学实验中具有重要的应用，射流等离子体是其中一种重要的实验研究对象。
本文将介绍一种基于大气压的氦等离子体射流的实验研究方法。
氦等离子体射流是一种在大气压下产生的等离子体束流。
与传统的低温等离子体相比，氦等离子体射流具有高密度、低温等特点，被广泛应用于等离子体加速器、等离子体推进器等领域。
为了研究氦等离子体射流的性质和应用方法，可以通过以下步骤进行实验研究。
首先，实验需要准备一个射流设备。
该设备由氦气供应系统、高频电源、射流排管、探测器等组成。
氦气供应系统用于提供高纯度的氦气，高频电源用于产生高频电场以激发等离子体，射流排管用于将等离子体射流引导到所需位置，探测器用于测量等离子体射流的性质和参数。
接下来，通过氦气供应系统将氦气注入射流排管，并通过高频电源产生高频电场。
高频电场作用下，氦气中的电子受到加速并与其他氦原子碰撞，从而激发了电荷交换过程。
这个过程会产生大量的离子和自由电子，形成等离子体。
随后，通过探测器对等离子体射流进行测量。
可以使用电离室、质谱仪和光谱仪等仪器对射流的电离状态、成分和温度等进行测量。
这些数据可以帮助研究人员了解射流的性质并优化实验过程。
在实验研究中，还可以通过改变射流排管的形状和尺寸、调整高频电场的频率和幅值等方式对射流进行控制。
这些控制参数的变化会影响射流的密度、速度和动力学特性等。
此外，为了更精确地研究氦等离子体射流的特性，还可以使用数值模拟方法对射流进行模拟和分析。
数值模拟可以提供射流的详细动力学信息，帮助研究人员理解射流的行为规律和优化实验参数。
在实验研究中，需要注意安全问题。
射流设备中产生的等离子体具有较高的电离性和活性，可能对人体和实验设备造成损害。
因此，在进行实验前，需要对实验过程进行充分的风险评估，并采取必要的防护措施，如穿戴防护服、使用防护设备等。