氩气辅助激发大气压微波冷等离子体射流的研究

作者：胥钧埕; 周昱; 赵佩芝; 彭玉彬; 贺永宁^*

来源：高电压技术, 2023, 49(09): 3856-3863.

DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.20230119

• 微波同轴谐振器
• 大气压冷等离子体射流
• 氩气
• 射流长度
• 等离子体球
• 低击穿功率阈值

微波同轴谐振器已被广泛用作大气压等离子体射流的发生装置，其产生的等离子体射流已用于生物医学、材料表面处理等众多领域，大气压条件下微波放电等离子体源的功率阈值是影响其能否广泛应用的关键问题。文中设计的微波等离子体射流源工作频率2.6 GHz，回波损耗13.99 dB，工作气体为Ar气，大气压条件下产生紫色的丝状射流，击穿功率41.1 dBm(12.9 W)，维持功率仅20 dBm(0.1 W)。结合实验观察和ANSYS Fluent流体力学仿真方法探究了等离子体射流长度与气体体积流量、输入功率的关系，发现层流状态下射流长度随气体体积流量增大而伸长，湍流状态下则反之，但不同气体体积流量下射流长度均随着输入功率单调增大。同时，实验发现关断Ar气后等离子体并未熄灭，而是诱发了同轴尖端附近位置的空气等离子体维持状态。在此基础上提出以Ar气或He气为先导气体，将其电离击穿后辅助激发难电离气体产生冷等离子体射流，在不需要提供高微波功率条件下实现了CO2、N2、O2等冷等离子体射流。

• 单位
  建筑工程学院; 西安交通大学