針-環(huán)電極作用下大氣壓冷等離子體射流二維數(shù)值模擬研究.pdf

1、碩士學位論文針一環(huán)電極作用下大氣壓冷等離子體射流二維數(shù)值模擬研究T w o ．d i m e n s i o n a l n u m e r i c a l s t u d y o f c o l da t m o s p h e r i cp r e s s u r ep l a s m a j e tw i t h n e e d l e - r i n g e l e c t r o d e s學 2 1 3 0 2 0 2 3大

2、連理工大學D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y大連理工大學碩士學位論文摘 要近些年，由于大氣壓冷等離子體射流具有顯著的優(yōu)勢，因此人們對其表現(xiàn)出了濃厚的興趣。大氣壓冷等離子體射流源與傳統(tǒng)的低溫等離子體源有所不同，大氣壓冷等離子體射流的裝置可以將工作氣體的放電部分與材料處理部分相分離，其放電產(chǎn)生的各種自由基、帶電粒子、紫外線、處于激發(fā)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的粒子等成分能夠在氣流場

3、和電場的共同作用下被輸運到相對遠的區(qū)域?；谶@種特性，大氣壓冷等離子體射流的裝置完美地將氣體的放電部分和被處理材料部分相分離。因此，對于研究射流的放電特性和控制射流的化學反應過程變得更加容易，同時放電產(chǎn)生的等離子體無電擊感和灼熱感，能夠與生物體相接觸，促使大氣壓等離子體射流不但在傳統(tǒng)的工業(yè)應用領域，也在生物醫(yī)療( 如皮膚表面改性、治療槍傷) 領域展現(xiàn)出可喜的前景。目前，雖然國際上針對大氣壓等離子體射流開展了許多的理論和實驗的研究，但是對

4、于大氣壓射流的某些放電行為和物理機制還不是很清楚，需要進一步的研究。在本文的模擬中，選擇氦氣為工作氣體，模擬中用到的模型是二維的軸對稱等離子體射流的流體模型，通過使用C O M S O L 軟件對大氣壓冷等離子體射流進行參數(shù)設定、網(wǎng)格劃分和數(shù)值模擬。射流裝置中不同的電極結構對其傳播特性有重要的影響，使得射流的動力學特性也各不相同。通過改變電極結構來獲得具有良好動力學特性的等離子體射流是可實現(xiàn)的。在本論文的第三章中通過使用三種不同的電極結

5、構，研究等離子體射流傳播的動力學特性。這三種電極結構分別為：第一種電極結構只有一個針電極，并且在針電極上施加正電壓；第二種電極結構是既有一個針電極又有一個環(huán)電極，并且在針電極上和環(huán)電極上都施加正電壓；第三種電極是既有一個針電極又有一個環(huán)電極，且針電極施加正電壓，環(huán)電極接地。其中正電壓為脈沖電壓，只模擬一個周期內的等離子體射流的傳播情況。通過給出在不同電極結構作用下的等離子體射流的動力學特性，如等離子體射流的電子密度、電離率、電場的時空演

6、化、電子溫度和射流的傳播速度，分析在不同電極結構下的射流的動力學特性，可以使其更好地應用在工業(yè)和醫(yī)學領域。研究發(fā)現(xiàn)，第三種電極結構驅動的射流具有更高的電子密度，更強的電場，更快的射流傳播速度，因此第三種電極結構驅動下射流具有更顯著的動力學特性。本論文的第四章中研究了在有無外加軸向磁場作用時，射流的傳播特性。在放電裝置的軸向方向分別施加0 T 、0 ．2 T 、0 ．4 T 、0 ．6 T 的外加磁場，通過比較射流不同的動力學特性，如電子