Classified Index： CODE: 10075U.D.C.： NO.: 033565A Dissertation for the Degree of M.ScienceResearch of Electron Excited Temperatureand Molecule Vibrational Temperature inDielectric Barrier DischargeC a n d i d a t e ： Liu FengSupervisor： Prof. Dong lifangAcademic Degree Applied for： Master of ScienceSpecialty： Plasma PhysicsUniversity： Hebei UniversityDate of Oral Examination： June, 2006摘 要摘 要本 工 作 使 用 双 水 电 极 介 质 阻 挡 放 电 装 置 ， 采 用 发 射 光 谱 的 方 法 研 究 了 Ar、 Ar/air、Ar/N2 介 质 阻 挡 放 电 中 电 子 激 发 温 度 和 分 子 振 动 温 度 。 在 大 气 压 Ar/air 介 质 阻 挡 放 电 中 ，首 先 研 究 了 电 子 激 发 温 度 和 分 子 振 动 温 度 随 着 空 气 含 量 增 加 的 变 化 规 律 ， 同 时 还 得 到 放电 总 光 信 号 和 气 隙 间 电 压 的 时 间 特 性 以 及 相 应 斑 图 ； 然 后 研 究 了 这 两 种 温 度 与 频 率 的 关系 ， 分 子 振 动 温 度 因 空 气 含 量 不 同 而 表 现 出 不 同 变 化 趋 势 。 在 Ar/air 介 质 阻 挡 放 电 中 ，当 压 强 增 加 时 ， 分 子 振 动 温 度 显 著 地 减 小 。 在 大 气 压 Ar 介 质 阻 挡 放 电 中 ， 实 验 发 现 在不 同 氩 气 流 量 下 ， 电 子 激 发 温 度 随 外 加 电 压 增 加 变 化 规 律 不 同 。 特 别 是 在 氩 气 流 量 为 2.5L/min 时，随外加电压增大，出现了两次类辉光现象；这时电子激发温度随外加电压增加 首 先 减 小 然 后 保 持 不 变 。 在 大 气 压 Ar/N2 介 质 阻 挡 放 电 中 ， 研 究 了 电 子 激 发 温 度 和 分子 振 动 温 度 与 外 加 电 压 和 氩 气 流 量 （ 氮 气 流 量 一 定 ） 的 变 化 关 系 。 并 对 上 述 计 算 两 种 温度 的 谱 线 相 对 强 度 随 实 验 参 数 变 化 进 行 了 分 析 。此 外 ， 本 论 文 还 研 究 了 电 子 激 发 温 度 的 空 间 分 布 。 氩 气 流 量 0.5 L/min 时 ， 发 现 在微 放 电 通 道 中 各 个 位 置 的 电 子 激 发 温 度 是 不 相 同 的 ， 且 在 放 电 间 隙 的 正 中 间 出 现 一 个 最大 值 ， 越 靠 近 玻 璃 板 ， 其 数 值 越 小 。 氩 气 流 量 1 L/min、 气 隙 间 距 d 3 mm 时 ， 放 电 间隙 各 个 位 置 的 电 子 激 发 温 度 基 本 保 持 不 变 ； 该 条 件 下 六 边 形 斑 图 不 随 氩 气 流 量 和 外 加 电压 改 变 而 变 化 。本 工 作 对 介 质 阻 挡 放 电 斑 图 时 空 动 力 学 研 究 以 及 电 子 温 度 控 制 在 工 业 应 用 领 域 具有 比 较 重 要 的 参 考 价 值 。关 键 词 介 质 阻 挡 放 电 发 射 光 谱 电 子 激 发 温 度 分 子 振 动 温 度IAbstractAbstractElectron excited temperature(Texc) and molecule vibrational temperature(Tv) in Ar, Ar/airor Ar/N2 dielectric barrier discharge(DBD) with two water electrodes have been investigatedby means of optical emission spectrum. In Ar/air DBD at atmospheric pressure, the variations ofTexc and Tv with air concentration in discharge gas were researched at first. At the same time,total optical signal of discharge, the voltage drop across gas gap(Ug) and correspondingpatterns had been obtained as well. The Variations of Texc and Tv with frequency wereresearched. The variation of Tv with frequency is dependent upon air concentration. When gaspressure is increased, Tv decreases evidently in Ar/air DBD. In Ar DBD at atmosphericpressure， the variation of Texc with increasing applied voltage is different in different Ar gasflow rate. Especially, there are twice glow-like phenomena when the applied voltage isincreased at argon gas flow rate of 2.5 L/min. Under this gas flow rate condition, Texcincreases with increasing applied voltage at first, and then becomes constant. In Ar/N2 DBD atatmospheric pressure， the variations of Texc and Tv with applied voltage and Ar gas flow ratewere researched when N2 gas flow rate is constant. Meanwhile, intensities of correspondingspectrum lines have been analyzed.Moreover, spatial distribution of Texc has been researched. When Ar gas flow rate is notmore than 0.5 L/min, Texc reaches the maximum in midpoint of gas gap and decreases with theincrease of the distance away from midpoint. However, Texc is constant in different locationwhen Ar gas flow rate is not less than 1 L/min and distance of gas gap is 3mm. In thiscondition, hexagon pattern cannot change with variations of Ar gas flow rate and appliedvoltage.This work is of great importance to spatio-temporal dynamics of pattern in DBD andcontrol of electron temperature in industrial application.Keywords: dielectric barrier discharge; optical emission spectrum;electron excited temperature; molecule vibrational temperatureII9目 录目 录第 1 章 引 言 1第 2 章 介 质 阻 挡 放 电 基 本 原 理 5第 3 章 实 验 装 置 与 实 验 方 法 83.1 电 子 激 发 温 度 诊 断 的 方 法 、 原 理 和 适 用 条 件 3.2 分 子 振 动 温 度 诊 断 的 方 法 、 原 理 113.3 介 质 阻 挡 放 电 中 放 电 功 率 的 计 算 方 法 13第 4 章 大 气 压 介 质 阻 挡 放 电 中 电 子 激 发 温 度 的 实 验 研 究 154.1 大 气 压 氩 气 /空 气 介 质 阻 挡 放 电 中 氩 气 的 发 射 光 谱 154.2 大 气 压 氩 气 /空 气 放 电 中 电 子 激 发 温 度 随 空 气 含 量 的 变 化 164.3 大 气 压 氩 气 /空 气 放 电 中 电 子 激 发 温 度 受 频 率 的 影 响 194.4 大 气 压 氩 气 放 电 中 电 子 激 发 温 度 的 空 间 分 布 204.5 大 气 压 氩 气 放 电 中 电 子 激 发 温 度 受 气 体 流 量 的 影 响 234.6 大 气 压 氩 气 /氮 气 放 电 中 电 子 激 发 温 度 受 气 体 流 量 的 影 响 29第 5 章 介 质 阻 挡 放 电 中 分 子 振 动 温 度 的 实 验 研 究 315.1 氩 气 /空 气 介 质 阻 挡 放 电 中 氮 分 子 第 二 正 带 系 的 发 射 谱 线 315.2 大 气 压 氩 气 /空 气 放 电 中 分 子 振 动 温 度 随 空 气 含 量 的 变 化 325.3 大 气 压 氩 气 /空 气 放 电 中 分 子 振 动 温 度