电晕放电电离电场强度对其输运项的影响研究-电晕机电晕处理机.PDF

电晕放电电离电场强度对其输运项的影响研究 毛程奇 杨波 孙健 白敏菂 大连海事大学物理系 高气压强电场电离放电辽宁省重点实验室 辽宁省大连市甘井子区凌海路1号 116026 crystal7788@21 摘要：通过电离连续方程及带电粒子的运动方程的研究，分析离子在电离电场 受力以及其运动规律，在此基础上研究离子在电场中运动规律，并就电离电场 强度对输运项的影响进行实验研究。实验结果表明，在电晕放电的流光、辉光 放电区域，电离电场强度对等离子体输运项影响程度约在 1个数量级内，是影 响输运项的主要参数之一。 关键词：大气压 电晕放电 气体电离 输运特性 1．引言 高气压非平衡等离子体的普遍应用可以有效推动工业及国民经济的其他方面的发展。近 期，学者进行了大量的工业上的大气压等离子体应用基础研究[3-10]。目前工业上应用最为成 功的是电收尘器（EP）[7、9、10]、臭氧制取[11、12]等领域，然而也存在成本过高、能耗大以及体 积庞大等问题。因而，大气压等离子体并没有在工业上多领域中进行大规模的推广应用。其 主要原因是没有小型化、低能耗的大气压非平衡等离子体源[1、2]，这是由于离子输运特性的 基础研究刚刚起步所致。 目前工业上应用是以电晕放电的大气压非平衡等离子体源研究为主。该电晕放电等离子 源的输运项只有 1.6×107 3 /cm ·s 左右，约为电晕放电流光通道中输出项计算值的万分之一。 通过研究降低离子复合反应的损失项，提高电离占空比等方法，有可能解决大气压非平衡等 离子体源的输运项低的问题。而目前尚没有方法解决大气压下空气辉光放电的技术问题，因 此通过提高电离占空比的方法，解决其源输运项问题是不可行的。若从降低其损失项进行研 究，将会有数量级提高的研究余地。现有的电晕放电技术是把多数的离子束缚在放电通道中 进行着复合反应。可见，如何把离子从电场束缚中输运出去，是解决输运项的核心问题，也 是高气压下非平衡等离子体输运特性的研究焦点，目前，高气压下等离子体的输运特性研究 也刚刚起步，但是正在形成新的研究热点[13]。 2 ．带电粒子的运动方程 在忽略重力、压力梯度及电子－离子碰撞条件下，研究外界作用力对等离子体层（电离 层）中电离产物运动速度的作用。单个带电粒子在电离电场中的运动方程（Langevin [14] equation ） dV m qE −mv(V −U) （1） dt 式中 V 是带电粒子的漂移速度，U 是气体速度，v 是带电粒子与中性粒子的碰撞频率，q 为 － dV 1 基本电量，当特征时间尺度τ v 时，则 0 。则总驱动力为 dt F qE +mvU （2 ） 气体沿y 方向运动，如图 1 所示，其υ＝U ，外加电场E 平行于 z 方向，E ＝（0，0，E ）， F ＝（0，FU ，FE ）。矢量方程（2 ）式的三个分量方程分别为 Fx ＝0 F ＝ F ＝F = mvU （3 ） y U