周围空气扩散对大气压非平衡等离子体射流的影响

大多数N-APPJ采用惰性气体作为工作气体。通常惰性气体的流速为每分钟几升。由于惰性气流与周围空气并没有实体的管道隔离，因此二者之间会通过扩散、湍流等方式互相混合，从而使惰性气流内的空气浓度升高。扩散是一个渐进的过程，距离喷嘴越远，周围空气扩散进入气流的分子就越多，因此距离喷嘴较远的位置，空气浓度会更高。而湍流则是一个突变的过程。当惰性气流的速度过高的时候，气流会在很短的距离内由层流转化为湍流。一旦转化为湍流，则惰性气流失稳，和周围空气发生剧烈混合，使气流中空气含量大幅度增加。随着惰性气流中混入的空气含量增大，气体的击穿场强也会随之升高。也就是说，在层流状态下，距离喷嘴越远的气体击穿场强越高。在湍流状态下，位于转捩点上游（转捩点与喷嘴之间）的区域仍处于层流，其击穿场强变化过程与层流状态下的一样；而位于转捩点下游的区域为湍流区，其击穿场强远高于层流区的。一旦空间中某一位置处气体的击穿场强高于此处等离子体子弹头部的电场强度，则N-APPJ就会停止推进。

在层流的条件下，气流速率越大，则气流到达空间中任一位置的时间越短，那么周围空气扩散进入惰性气体气流的比例越低，因此该处的惰性气体浓度越高，相应的击穿场强就更低。在外加电压不变的情况下，等离子体可以推进到更远的位置，所以N-APPJ可以更长。但是，一旦气流速度太大，导致气流在距离喷嘴很近的位置就由层流转化为湍流，那么就会导致湍流区的工作气体和周围空气发生剧烈混合，使等离子体无法继续推进，所以当气流速度过大时N-APPJ长度反而会缩短。(www.xing528.com)

气体流速对放电的影响大多都可以最终归结为惰性气流浓度的变化。研究发现，当喷嘴前端没有接玻璃管时，当Va=9kV，f=4kHz，tpw=800ns，喷嘴直径为0.8 mm时，随着气流速度增加，N-APPJ长度在气流速率为0.5L/min时达到最大值，约3cm，此时气体流速是影响N-APPJ长度的主要因素。进一步增大气流，N-APPJ的长度不会发生明显变化。而当气流速度高于3L/min时，N-APPJ的长度变短，这是进一步提高气体流速使气流从层流转化为湍流导致的。