大氣壓非平衡等離子體源的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、1.為使Boltzmann方程適用范圍擴(kuò)大至大氣壓非平衡等離子體源產(chǎn)生的非平衡等離子體，同時(shí)保持該方程的核心原理不變，作者將原Boltzmann方程拓展成含產(chǎn)生項(xiàng)和損失項(xiàng)的Boltzmann程。含產(chǎn)生項(xiàng)和損失項(xiàng)的Boltzmann方程在建立時(shí)就考慮了大氣壓非平衡等離子體源的特點(diǎn)，由產(chǎn)生項(xiàng)可以推導(dǎo)出產(chǎn)生率、由損失項(xiàng)可以推導(dǎo)出損失率，結(jié)果自然流暢，避免了(已有相關(guān)文獻(xiàn)那種)根據(jù)不同研究對(duì)象對(duì)原Boltzmann方程結(jié)果進(jìn)行人為修正的做法。<

2、br>　　 2.推導(dǎo)出含產(chǎn)生項(xiàng)和損失項(xiàng)的Boltzmann方程的零階矩、一階矩方程，得到了電離連續(xù)性方程和離子動(dòng)量方程，并對(duì)離子動(dòng)量方程進(jìn)行了合理簡(jiǎn)化，使動(dòng)量方程物理意義更明確，離子運(yùn)動(dòng)圖像更清晰。簡(jiǎn)化的最后結(jié)果是：離子的平均動(dòng)量可以表示成沿氣體流速方向的分量PV和沿電場(chǎng)E方向的分量PE，其中PV等于中性粒子的平均動(dòng)量，PE等于離子的電量與電場(chǎng)強(qiáng)度的乘積除以離子的平均碰撞頻率。
　　 3.根據(jù)氣體放電理論，得到大氣壓非平衡等離

3、子體源內(nèi)離子的平均數(shù)密度(等離子體濃度)對(duì)外加激勵(lì)電場(chǎng)強(qiáng)度的依賴(lài)關(guān)系。以此為基礎(chǔ)，應(yīng)用簡(jiǎn)化后的離子動(dòng)量方程等理論研究結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、歸納，并采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)和回歸分析，得到了大氣壓非平衡等離子體源輸出等離子體濃度的半經(jīng)驗(yàn)公式。該式描述了大氣壓非平衡等離子體源輸出等離子體的濃度與調(diào)控它的各物理參量之間的關(guān)系。
　　 近幾年的技術(shù)進(jìn)步已使大氣壓非平衡等離子體源的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，新的應(yīng)用前景極其可觀，其中強(qiáng)電離放

4、電大氣壓非平衡等離子體源輸出的等離子體濃度已達(dá)到1010/cm3以上，這已接近了工業(yè)、國(guó)防軍事等領(lǐng)域?qū)Φ入x子體濃度的要求，如何才能使輸出的等離子體濃度再進(jìn)一步提高，被認(rèn)為是大氣壓非平衡等離子體源要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)這一關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了研究。理論方面的研究從最基本的Boltzmann方程開(kāi)始。首先，針對(duì)研究的對(duì)象——大氣壓非平衡等離子體源，對(duì)Boltzmann方程進(jìn)行了必要的完善，即在原有的基礎(chǔ)上增加了產(chǎn)生項(xiàng)

5、和損失項(xiàng)，使之成為適用范圍更加廣泛的含產(chǎn)生項(xiàng)和損失項(xiàng)的Boltzmann方程。其次，求解含產(chǎn)生項(xiàng)和損失項(xiàng)的Boltzmann方程的零階矩、一階矩方程，在得到了電離連續(xù)性方程和動(dòng)量方程之后，對(duì)動(dòng)量方程進(jìn)行了合理的化簡(jiǎn)。另外，還運(yùn)用相關(guān)理論，推導(dǎo)出了大氣壓非平衡等離子體源產(chǎn)生率G與湯生第一電離系數(shù)α的關(guān)系式、大氣壓非平衡等離子體源內(nèi)離子的平均數(shù)密度(等離子體濃度)(-n)gi與外加激勵(lì)電場(chǎng)強(qiáng)度Eext的關(guān)系式。最后，以上面的理論研究為基礎(chǔ)，

6、采取實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)技術(shù)配合研究的方法，得到了大氣壓非平衡等離子體源輸出等離子體濃度(-n)Vi的半經(jīng)驗(yàn)公式。這些關(guān)系式為研究大氣壓非平衡等離子體源的等離子體輸出奠定了理論基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)驗(yàn)研究具有一定指導(dǎo)意義。在實(shí)驗(yàn)方面，對(duì)強(qiáng)電離放電大氣壓非平衡等離子體源工作特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，內(nèi)容包括：離子濃度與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系、與空氣流量的關(guān)系、與電源頻率的關(guān)系、與放電間隙的關(guān)系、與離子氣流方向動(dòng)量的關(guān)系、與能耗率的關(guān)系等；對(duì)電暈放電大氣壓非平衡等離子體源工