大气压射流物理基础-大气压非平衡等离子体射流

对于DBD射流，图1.3.2（a）～（e）给出了几种不同的装置示意图。图1.3.2（a）所示装置是Teschke等人[93]首次报道的，它由一个介质管组成，在介质管的外侧有两个金属环电极。当工作气体（He、Ar）流过介质管并施加千赫兹高压时，即可产生低温等离子体射流。该等离子体射流仅消耗几瓦的功率，等离子体的气体温度接近室温，气体流速小于20m/s。肉眼看上去均匀的等离子体实际上是一个“子弹”状的等离子体，传播速度超过10km/s。可以认为施加的电场在等离子体“子弹”的推进中起着重要作用。

图1.3.2　介质阻挡放电射流装置示意图[55](www.xing528.com)

图1.3.2（b）所示装置去除了一个环形电极[94]。因此，电介质管内部的放电会减弱。图1.3.2（c）所示装置用中间的针电极代替了高压（highvoltage，HV）环形电极，该针电极由一端封闭的介质管包裹[95]。通过这种配置，沿着等离子体射流轴向的电场得以增强。Walsh等的研究表明，沿等离子体轴向产生的强电场有利于产生较长的等离子体射流和更高活性的等离子体。图1.3.2（d）所示装置进一步去除了图1.3.2（c）所示装置中的接地环电极[96]，因此，管内的放电也减弱了。另外，放电管内部的更强的放电（对于图1.3.2（a）和（c）的情况）有助于在管内产生更多的活性粒子。随着气体的流动，具有相对较长寿命的活性粒子在各种应用中也可能起重要作用。图1.3.2（e）所示装置与之前的四个DBD射流装置不同。两个环形电极贴附在两个中央穿孔的介质盘的表面。圆盘中心孔的直径约为3mm。两个介质盘之间的距离约为5mm。使用该装置可以获得长达几厘米的等离子体射流。

上面讨论的所有DBD射流装置都可以通过千赫兹交流电源或脉冲直流电源驱动。Lu等人报道的等离子体射流的长度达到几厘米甚至最长达11cm[95]。这种长射流使得等离子体射流在应用中的操作更加方便。DBD射流还有其他几个优点。首先，由于它输送到等离子体的功率比较低，等离子体的气体温度接近室温；其次，由于使用了电介质，因此无论被处理物体放置在远处还是在喷嘴附近，都不会产生电弧放电的风险。这两个特性对于诸如等离子体医学等对安全性有严格要求的应用非常重要。