張磊 于錦祿2)3)? 趙兵兵 陳朝 蔣永健 胡長(zhǎng)淮 程惠能 郭昊

1) (中國(guó)人民解放軍空軍工程大學(xué)航空工程學(xué)院,西安 710038)

2) (西北工業(yè)大學(xué)動(dòng)力與能源學(xué)院,西安 710003)

3) (中國(guó)航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院,成都 610599)

4) (陸軍航空兵研究所,北京 101121)

本文針對(duì)惡劣條件下滑動(dòng)弧等離子體放電穩(wěn)定性問(wèn)題,搭建了高氣壓交流旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),開(kāi)展了高氣壓下交流旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電特性實(shí)驗(yàn),并對(duì)其放電特性、電弧運(yùn)動(dòng)特性、光譜特性進(jìn)行了分析.研究結(jié)果表明:隨著介質(zhì)氣體壓力的升高,滑動(dòng)弧放電的電壓、電流、能量均呈現(xiàn)增大趨勢(shì),當(dāng)介質(zhì)氣體壓力升高到0.52 MPa 時(shí),滑動(dòng)弧放電的能量從常壓下的84.74 J 增大到147.13 J;且隨著介質(zhì)氣體壓力的升高,電弧的擊穿頻率并不是單調(diào)變化,而是在0.2 MPa 時(shí)達(dá)到最大為26.55 kHz;高氣壓下電弧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)“弧道驟變”現(xiàn)象;隨著介質(zhì)氣體壓力的升高,滑動(dòng)弧放電的整體光譜發(fā)射強(qiáng)度呈現(xiàn)變強(qiáng)趨勢(shì);通過(guò)兩譜線法對(duì)滑動(dòng)弧放電的電子激發(fā)溫度進(jìn)行了計(jì)算,常壓下滑動(dòng)弧放電的電子激發(fā)溫度為0.8153 eV,隨著介質(zhì)氣體壓力的升高,電子激發(fā)溫度呈現(xiàn)升高趨勢(shì),當(dāng)介質(zhì)氣體壓力達(dá)到0.4 MPa 時(shí),滑動(dòng)弧放電的電子激發(fā)溫度升高至5.3165 eV.

1 引言

滑動(dòng)弧放電是由Lesueur和Czernichowski[1]提出來(lái)的,其工作原理是,在強(qiáng)電場(chǎng)激勵(lì)下,兩電極間產(chǎn)生的電弧在氣流驅(qū)動(dòng)下沿電極滑動(dòng),并周期性地進(jìn)行擊穿-拉長(zhǎng)-熄弧-再擊穿的循環(huán)過(guò)程[2].滑動(dòng)弧作為非平衡等離子體的典型代表,同時(shí)兼具低溫等離子體能耗低、效率高、化學(xué)選擇性強(qiáng)和高溫等離子體能量密度高、處理量大的優(yōu)點(diǎn)[3].此外滑動(dòng)弧放電具有電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電極壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)[4],因此滑動(dòng)弧等離子體被廣泛應(yīng)用于解水制氫[5]、殺菌消毒[6]、污水處理[7]和污染物降解[8]等領(lǐng)域.由于滑動(dòng)弧放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的激發(fā)態(tài)粒子、活性基團(tuán),可以提高化學(xué)反應(yīng)速率、加快化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行,因此滑動(dòng)弧等離子體還被用在強(qiáng)化燃燒領(lǐng)域[9].

滑動(dòng)弧等離子體應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V、優(yōu)點(diǎn)突出,專(zhuān)家學(xué)者對(duì)其開(kāi)展了大量的研究工作.針對(duì)二維滑動(dòng)弧,何立明等[10]研究了電極擴(kuò)張角、空氣流量對(duì)滑動(dòng)弧放電特性的影響規(guī)律;Sun 等[11]對(duì)滑動(dòng)弧的電弧運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行了分析;杜長(zhǎng)明等[12]研制出用于廢水處理的氣液滑動(dòng)弧等離子體,將滑動(dòng)弧等離子體應(yīng)用于廢水處理領(lǐng)域.由于二維滑動(dòng)弧的電極結(jié)構(gòu)限制了滑動(dòng)弧的作用區(qū)域,并且二維滑動(dòng)弧與介質(zhì)氣體的相互作用時(shí)間較短,限制了二維滑動(dòng)弧在工程中的應(yīng)用.因此,把滑動(dòng)弧放電的結(jié)構(gòu)從二維發(fā)展到三維,將極大地提高滑動(dòng)弧的處理能力并將推動(dòng)滑動(dòng)弧的工程化應(yīng)用.針對(duì)三維旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧,魯娜等[13]對(duì)其放電特性進(jìn)行了闡述;Chen 等[14]對(duì)電弧滑動(dòng)模式進(jìn)行了深入地分析;Wu 等[15]對(duì)大氣壓氬環(huán)境中的滑動(dòng)弧光譜特性進(jìn)行了研究,并對(duì)其振動(dòng)溫度和電子密度進(jìn)行了計(jì)算.在數(shù)值仿真方面,汪宇等[16]對(duì)滑動(dòng)弧的放電特性進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬得到的電弧軸心溫度可以達(dá)到5700—6700 K;Kolev和Bogaerts[17]通過(guò)數(shù)值模擬的方法研究了滑動(dòng)弧放電過(guò)程的擊穿機(jī)理,并研究了不同電流條件下電弧傳熱機(jī)理的差異.在點(diǎn)火助燃方面,張磊等[18]研究了滑動(dòng)弧對(duì)燃油霧化的影響規(guī)律,結(jié)果表明滑動(dòng)弧等離子體有助于減小燃油的SMD(燃油噴霧索太爾平均直徑)值;Liu 等[19]在小型低排放(DLE)燃燒器上開(kāi)展了滑動(dòng)弧對(duì)火焰結(jié)構(gòu)的影響研究,結(jié)果表明,滑動(dòng)弧在火核發(fā)展和火焰的穩(wěn)定過(guò)程中起重要的作用.上述研究為滑動(dòng)弧等離子體的工程化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ),開(kāi)拓了大量的原創(chuàng)性成果,為后續(xù)滑動(dòng)弧等離子體的研究與應(yīng)用提供了借鑒,但是滑動(dòng)弧等離子體應(yīng)用范圍寬廣,其放電環(huán)境也是復(fù)雜的;滑動(dòng)弧等離子體在惡劣環(huán)境中,尤其是高氣壓環(huán)境中的放電穩(wěn)定性問(wèn)題鮮有研究.

惡劣環(huán)境中滑動(dòng)弧等離子體放電穩(wěn)定性問(wèn)題是關(guān)系到滑動(dòng)弧等離子體工程化應(yīng)用的重要問(wèn)題[18],尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中,環(huán)境極其惡劣,高空極端環(huán)境中滑動(dòng)弧等離子體放電穩(wěn)定性與航空發(fā)動(dòng)機(jī)高空二次點(diǎn)火能力密切相關(guān).因此,本文設(shè)計(jì)了適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的滑動(dòng)弧等離子體激勵(lì)器,并開(kāi)展了高氣壓條件下滑動(dòng)弧等離子體的放電特性實(shí)驗(yàn).研究了大氣壓力對(duì)滑動(dòng)弧等離子體放電特性、電弧運(yùn)動(dòng)特性、光譜特性的影響規(guī)律,運(yùn)用兩譜線法對(duì)滑動(dòng)弧放電過(guò)程中的電子激發(fā)溫度進(jìn)行了計(jì)算,希望為滑動(dòng)弧等離子體在高氣壓條件下的應(yīng)用研究提供借鑒,并推動(dòng)滑動(dòng)弧等離子體在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的工程化應(yīng)用.

2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成

高氣壓下交流旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電實(shí)驗(yàn)裝置主要包括氣源系統(tǒng)、電源、高氣壓放電實(shí)驗(yàn)艙體、示波器、高速CCD 相機(jī)、三維旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧激勵(lì)器及管路系統(tǒng)組成.高氣壓交流旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖如圖1 所示.

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.1.Schematic diagram of experimental system.

供氣系統(tǒng)由螺桿式空氣壓縮機(jī)(型號(hào):OGFD-42.8/8B,功率250 kW,排氣量42.8 m3/min,排氣壓力0.8 MPa)、儲(chǔ)壓罐、冷干機(jī)(型號(hào):LY-D200AH)、內(nèi)錐流量計(jì)(DYNZ16-8001E12)、智能流量積算儀等組成,為高壓艙實(shí)驗(yàn)段增壓并提供所需壓力條件下的空氣.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,入口空氣流量設(shè)置為0.0435 kg/s.

高氣壓滑動(dòng)弧放電等離子體激勵(lì)電源為南京蘇曼等離子體科技有限公司生產(chǎn)設(shè)計(jì)的CG-10000FG 電源,該電源的輸入電壓380 V,電源調(diào)制頻率為10 —20 kHz,輸出功率為500—3000 VA.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中為使滑動(dòng)弧激勵(lì)器在所需氣體壓力條件下均能放電成功,將電源頻率設(shè)置為17 kHz.

高氣壓放電實(shí)驗(yàn)艙體由耐壓艙體(體積為:1.05 m3,最大可承受壓力為0.8 MPa)、進(jìn)氣裝置、排氣裝置、安全閥、壓力表、觀察視窗及管路等組成.三維旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧激勵(lì)器直接與艙體內(nèi)進(jìn)氣管路連接,保證進(jìn)入高壓艙的氣流全部經(jīng)過(guò)三維旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧激勵(lì)器.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,通過(guò)控制進(jìn)氣裝置的進(jìn)氣量來(lái)保證驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)弧工作所需的空氣流量,通過(guò)控制艙體的排氣量來(lái)維持艙體內(nèi)壓力的穩(wěn)定,需要指出的是,本文所有工況均在壓力穩(wěn)定條件下測(cè)得.

2.2 測(cè)量系統(tǒng)

高氣壓交流旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用高速CCD 相機(jī)、高壓探針、電流探針、示波器同步采集高氣壓交流旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電過(guò)程中的電壓、電流信號(hào)以及電弧圖像運(yùn)動(dòng)特征.高速CCD 相機(jī)(Mini UX50),能夠提供130 萬(wàn)像素(1280×1024像素)的圖像分辨率,最高幀率可達(dá)到20000 幀/秒,最短曝光時(shí)間5 μs,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中高速CCD 相機(jī)采集幀率設(shè)置為10000 幀/秒,曝光時(shí)間設(shè)置為100 μs,能夠快速捕捉到滑動(dòng)弧的運(yùn)動(dòng)過(guò)程.高壓探針(Tektronix P6015A),用于測(cè)量滑動(dòng)弧放電過(guò)程中的電壓信號(hào),電流信號(hào)通過(guò)電流探針(Tektronix TCP0030)測(cè)量.示波器(Tektronix DPO-4104B)與電壓、電流探針連接可同時(shí)對(duì)放電過(guò)程的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采集,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中示波器采樣頻率設(shè)置為1×108次/秒.需要特別指出的是,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,通過(guò)外部觸發(fā)器同步觸發(fā)高速CCD相機(jī)和示波器,以保證示波器與高速CCD 相機(jī)采集的時(shí)序性.

三維旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧激勵(lì)器的發(fā)射光譜信號(hào)通過(guò)Avantes 公司生產(chǎn)的四通道光譜儀(AvaSpec-ULS-2048-4-USB2)采集,測(cè)量的波長(zhǎng)范圍為200—900 nm,最小分辨率達(dá)到0.18 nm,積分時(shí)間設(shè)置為1000 ms.在光譜信號(hào)測(cè)量過(guò)程中,將光纖探頭固定在三維坐標(biāo)位移機(jī)構(gòu)上,對(duì)滑動(dòng)弧放電區(qū)域的5 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行周期性均布的信號(hào)采集,以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度,最后對(duì)5次測(cè)量結(jié)果取平均值.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中光纖探頭的測(cè)點(diǎn)分布圖如圖2 所示.

圖2 光纖探頭測(cè)點(diǎn)位置分布示意圖Fig.2.Distribution diagram of measuring points of optical fiber probe.

2.3 三維旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧激勵(lì)器

目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室存在高空燃油霧化質(zhì)量差、燃燒效率低、點(diǎn)/熄火包線不足的重大現(xiàn)實(shí)問(wèn)題.于錦祿[9]在第三屆全國(guó)青年燃燒學(xué)術(shù)會(huì)議上,首次提出將滑動(dòng)弧與航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室頭部相結(jié)合的概念,并驗(yàn)證了滑動(dòng)弧等離子體在提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火能力、拓寬航空發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定燃燒范圍等方面存在明顯的優(yōu)勢(shì).因此,本文設(shè)計(jì)了適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的三維旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子體激勵(lì)器,其原理圖如圖3 所示,三維旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧激勵(lì)器主要由陰極燃油噴嘴、陽(yáng)極文氏管、旋流器、喇叭口組成.陰極燃油噴嘴和陽(yáng)極文氏管之間的最小擊穿距離為10.9 mm,陽(yáng)極文氏管出氣角為37°,陽(yáng)極文氏管通過(guò)高壓電纜接入高壓交流電,陰極燃油噴嘴與燃燒室火焰筒共地.陽(yáng)極文氏管與陰極燃油噴嘴在強(qiáng)電場(chǎng)的激勵(lì)下產(chǎn)生等離子體電弧,在旋流器旋轉(zhuǎn)氣流的作用下形成三維旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子體放電.經(jīng)過(guò)燃油噴嘴初步霧化的燃油,全部經(jīng)過(guò)滑動(dòng)弧放電區(qū)域,一方面滑動(dòng)弧等離子體促進(jìn)了燃油的霧化裂解,另一方面滑動(dòng)弧放電過(guò)程中產(chǎn)生的活性粒子在旋流器的作用下與霧化的燃油進(jìn)行充分的摻混,同時(shí)在滑動(dòng)弧等離子體放電的高溫升作用下完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的點(diǎn)火,實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的點(diǎn)火助燃一體化,改善燃燒室的燃燒性能.

圖3 三維旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧激勵(lì)器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3.Structure diagram of 3D rotary sliding arc actuator.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 滑動(dòng)弧放電模式分析

大氣壓(0.1 MPa)條件下通過(guò)數(shù)碼相機(jī)記錄了滑動(dòng)弧放電過(guò)程中的兩種不同狀態(tài)下的放電圖像,如圖4 所示.圖4(a)和圖4(b)中的圖像均是由同樣拍攝條件下得到的四張照片拼接而成,從滑動(dòng)弧放電圖像中可觀察到兩類(lèi)照片中的電弧存在較大的差異.在圖4(a)中的電弧整體呈藍(lán)紫色,每根電弧的亮度較高,形態(tài)清晰可辨,相鄰兩電弧的形態(tài)較為相近,能直觀地體現(xiàn)出電弧擊穿的過(guò)程.而圖4(b)中的照片,電弧顏色以橘紅色為主,電弧形態(tài)模糊難以分辨,但在相機(jī)曝光時(shí)間內(nèi)照片上清晰地記錄了滑動(dòng)弧陰極端點(diǎn)在燃油噴嘴上的滑動(dòng)過(guò)程,電弧的文氏管一端也呈現(xiàn)出連續(xù)滑動(dòng)的特點(diǎn).

大氣壓(0.1 MPa)條件下滑動(dòng)弧放電過(guò)程中0—40 ms 電壓、電流信號(hào)波形如圖5(a)所示.觀察發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)弧放電過(guò)程中電壓、電流信號(hào)亦呈現(xiàn)出兩種不同的特征,特征Ⅰ:電壓、電流密集出現(xiàn)脈沖尖峰,且電流脈沖峰值的絕對(duì)值在1—15 A;特征Ⅱ:電壓呈現(xiàn)逐漸增大的正弦波變化特征,電流變化比較平穩(wěn),電流維持在毫安量級(jí).將電弧運(yùn)動(dòng)圖像與電壓、電流信號(hào)相結(jié)合,得到圖5(b)和圖5(c),觀察發(fā)現(xiàn),圖5(b)與圖4(a)中的電弧顏色均呈現(xiàn)藍(lán)紫色,相鄰電弧均未出現(xiàn)明顯的滑動(dòng)和伸長(zhǎng).圖5(c)與圖4(b)中電弧顏色均為橘紅色,電弧出現(xiàn)明顯的位移和伸長(zhǎng),何立明等[20]指出,圖4(a)和圖5(b)這種放電模式是電弧處于不斷擊穿的過(guò)程中,電弧亮度較高,因此將其定義為擊穿伴隨滑動(dòng)模式(B-G).而圖5(c)與圖4(b)是電弧處于擊穿之后的滑動(dòng)、發(fā)展過(guò)程,電壓隨電弧的伸長(zhǎng)呈逐步增長(zhǎng)的正弦波變化,因此將這種放電模式定義為穩(wěn)定滑動(dòng)模式(A-G).

圖4 兩種不同狀態(tài)下電弧放電的照片 (a) 放電狀態(tài)一;(b) 放電狀態(tài)二Fig.4.Photos of arc discharge in two different states:(a) Discharge state Ⅰ (b) discharge state Ⅱ.

圖5 常壓放電電壓、電流波形圖 (a) 0—40 ms;(b) 22.2—22.5 ms;(c) 24.7—25 msFig.5.Voltage and current waveforms of atmospheric discharge:(a) 0—40 ms;(b) 22.2—22.5 ms;(c) 24.7—25 ms.

為研究介質(zhì)氣體壓力對(duì)滑動(dòng)弧放電模式的影響,將示波器采集到的電壓、電流信號(hào)特征繪制成圖6 所示的不同介質(zhì)氣體壓力條件下電壓、電流波形圖.觀察圖6 發(fā)現(xiàn),不同介質(zhì)氣體壓力條件下滑動(dòng)弧放電的電壓、電流信號(hào)仍然會(huì)出現(xiàn)前文所述的擊穿伴隨滑動(dòng)模式(B-G)和穩(wěn)定滑動(dòng)模式(A-G),但是隨著介質(zhì)氣體壓力的升高,電壓、電流的脈沖峰值會(huì)增加.由圖6(a)可知,大氣壓(0.1 MPa)條件下滑動(dòng)弧放電的電壓峰值為3—4 kV,電流脈沖峰值在3—10 A.由圖6(c)可知,當(dāng)介質(zhì)氣體壓力升高到0.3 MPa 后,電壓峰值達(dá)到4—10 kV,電流脈沖峰值達(dá)到10—30 A.依據(jù)電子動(dòng)能公式mv2/2eEλ(式中λ,m和e分別為電子平均自由程、電子質(zhì)量和電子電荷量)可知,當(dāng)介質(zhì)氣體壓力增加時(shí),單位體積內(nèi)介質(zhì)氣體的密度增加,進(jìn)而增大了電子和分子碰撞的概率,導(dǎo)致電子平均自由程縮小,因此在相同間距下,需要更高的電壓才能擊穿陰極陽(yáng)極之間的空氣,產(chǎn)生等離子體電弧.當(dāng)介質(zhì)氣體的壓力繼續(xù)增大,單位體積內(nèi)介質(zhì)氣體的密度變得更高,電子與分子發(fā)生碰撞的概率進(jìn)一步增大,因此擊穿空氣產(chǎn)生電弧所需的電壓更高.由圖6(e)可得,介質(zhì)氣體壓力增大到0.5 MPa 時(shí),滑動(dòng)弧放電的電壓峰值達(dá)到5—15 kV,電流峰值增大到10—40 A.

圖6 不同氣體壓力條件下電壓電流波形圖 (a) 0.1 MPa;(b) 0.2 MPa;(c) 0.3 MPa;(d) 0.4 MPa;(e) 0.5 MPaFig.6.Voltage and current waveforms under different gas pressures:(a) 0.1 MPa;(b) 0.2 MPa;(c) 0.3 MPa;(d) 0.4 MPa;(e) 0.5 MPa.

3.2 電弧運(yùn)動(dòng)特性分析

為直觀地描述介質(zhì)氣體壓力對(duì)電弧運(yùn)動(dòng)特性的影響,利用高速CCD 相機(jī)拍攝不同介質(zhì)氣體壓力下電弧的運(yùn)動(dòng)過(guò)程.每隔5 ms 取一張電弧圖像,將不同介質(zhì)氣體壓力下50—85 ms 的8 張運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行對(duì)比,得到圖7 所示不同氣壓條件下電弧運(yùn)動(dòng)圖像.

從圖7 可以看出介質(zhì)氣體壓力為0.1 MPa (大氣壓)時(shí)電弧在剛擊穿時(shí)刻(50 ms)長(zhǎng)度較短且電弧顏色呈藍(lán)紫色,隨著時(shí)間的發(fā)展,電弧在氣流的吹動(dòng)下長(zhǎng)度在不斷變長(zhǎng),直到下一次擊穿,此段時(shí)間內(nèi)電弧呈橘紅色.介質(zhì)氣體壓力升高之后電弧呈現(xiàn)出與0.1 MPa(大氣壓)條件下不同的現(xiàn)象,從圖7(b)可以看出,介質(zhì)氣體壓力為0.3 MPa 時(shí),電弧在剛擊穿時(shí)刻(50 ms)亮度呈現(xiàn)亮白色,隨著時(shí)間的發(fā)展,電弧在氣流的吹動(dòng)下不斷變長(zhǎng)且向下游移動(dòng),在電弧發(fā)展的過(guò)程中電弧亮度變?yōu)樗{(lán)紫色,電弧通道(圖像中表現(xiàn)為電弧粗細(xì))明顯變窄(60 ms).觀察圖7 發(fā)現(xiàn),高氣壓下滑動(dòng)弧放電的電弧亮度均會(huì)呈現(xiàn)“亮白色-藍(lán)紫色-亮白色”的變化特征,電弧通道呈現(xiàn)“寬-窄-寬”的循環(huán)變化,隨著介質(zhì)氣體壓力的升高電弧亮度變化以及電弧通道變化現(xiàn)象更加明顯.為了更加詳細(xì)地分析高氣壓條件下電弧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中呈現(xiàn)出的這一現(xiàn)象,將0.4 MPa條件下滑動(dòng)弧放電的電壓、電流、電弧運(yùn)動(dòng)圖像結(jié)合得到圖8 所示.

圖7 不同氣壓條件下電弧運(yùn)動(dòng)圖 (a) 0.1 MPa;(b) 0.3 MPa;(c) 0.4 MPa;(d) 0.5 MPaFig.7.Arc motion image under different air pressure:(a) 0.1 MPa;(b) 0.3 MPa;(c) 0.4 MPa;(d) 0.5 MPa.

從圖8 可以看出,在電弧啟弧階段電弧呈亮白色,且電弧通道較寬,啟弧之后電弧亮度呈現(xiàn)藍(lán)紫色,且明顯可以看出電弧通道變窄(2—2.3 ms),隨著時(shí)間的發(fā)展電弧長(zhǎng)度在氣流的吹動(dòng)下變長(zhǎng),電弧亮度又變?yōu)榱涟咨?電弧通道再次變寬,依次循環(huán)發(fā)展.結(jié)合圖8 中電壓、電流,分析可知,在電弧啟弧階段電弧在最小的間距下?lián)舸┣掖丝虛舸╇妷狠^高,電子數(shù)量大,電離能力較強(qiáng),且此時(shí)氣壓高單位體積內(nèi)空氣密度較大,瞬間產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)粒子數(shù)量增多,進(jìn)而使得電弧亮度較高,電弧通道變寬.電弧啟弧之后,電弧通道形成,此時(shí)只需較小的電壓、電流就能維持電弧發(fā)展,電壓變小,陰極發(fā)射的高能電子數(shù)量變少,電離能力變?nèi)?產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)粒子變少,因此電弧亮度變暗,電弧通道變窄.隨著電弧長(zhǎng)度的增加,兩極間的電阻變大,擊穿空氣消耗的能量增加,因此維持電弧發(fā)展的電壓逐漸變大,當(dāng)電源輸出電壓不足以維持電弧長(zhǎng)度時(shí)電弧會(huì)暫時(shí)息弧,但是上一時(shí)刻電弧熄滅后遺留的電弧通道擊穿條件要優(yōu)于最小間距處擊穿條件,因此會(huì)在電弧熄滅位置附近重新?lián)舸┊a(chǎn)生新的電弧,此時(shí)電壓較高,因此電弧亮度增加,電弧通道又變寬,將高氣壓條件下滑動(dòng)弧放電過(guò)程中出現(xiàn)的這種電弧通道驟變的現(xiàn)象定義為“弧道驟變”.因?yàn)椤盎〉荔E變”現(xiàn)象與電壓、電流的變化密切相關(guān),當(dāng)電壓、電流出現(xiàn)脈沖峰值時(shí),電弧亮度較高,電弧通道較寬;當(dāng)電壓、電流無(wú)脈沖峰值出現(xiàn)時(shí),電弧亮度較暗,電弧通道變窄;因此,在高氣壓條件下,通過(guò)弧道驟變現(xiàn)象可以更加清晰地判斷滑動(dòng)弧放電所處的模式,進(jìn)而有助于實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)弧等離子體放電的調(diào)控.

圖80.4 MPa 條件下滑動(dòng)弧運(yùn)動(dòng)圖Fig.8.Motion diagram of sliding arc at 0.4 MPa.

3.3 壓力對(duì)電弧擊穿頻率、放電模式的影響

對(duì)比圖6 發(fā)現(xiàn),隨著介質(zhì)氣體壓力的增大,波形圖中電壓以及電流出現(xiàn)峰值的次數(shù)有所差異,意味著介質(zhì)氣體壓力的變化會(huì)對(duì)電弧的擊穿頻率產(chǎn)生影響.因此對(duì)200 ms 放電時(shí)間內(nèi)的電弧擊穿頻率以及電弧放電模式進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到圖9 所示不同氣壓下?lián)舸╊l率、放電模式.

圖9 不同氣壓下?lián)舸╊l率、放電模式Fig.9.Breakdown frequency and discharge mode under different air pressure.

分析發(fā)現(xiàn),滑動(dòng)弧的擊穿頻率和放電模式并不是隨著介質(zhì)氣體壓力的變化單調(diào)變化.從圖9 可以看出,常壓下(0.1 MPa)電弧的擊穿頻率為11.9 kHz,擊穿伴隨(B-G)模式占比為35.99%,當(dāng)介質(zhì)氣體壓力升高至0.2 MPa 時(shí),電弧的擊穿頻率升高至為26.55 kHz,擊穿伴隨(B-G)模式占比升高至82.25%,滑動(dòng)弧的擊穿頻率在0.1—0.2 MPa 之間隨著介質(zhì)氣體壓力的升高而不斷增加.這是由于介質(zhì)氣體壓力升高,兩電極間的電阻值增大,電弧與空氣之間的換熱增大,為了維持兩電極間能量的平衡,電弧發(fā)展的路程受限,電弧擊穿頻率升高,電弧處于擊穿伴隨模式下的占比升高.當(dāng)介質(zhì)氣體壓力繼續(xù)升高,電弧擊穿頻率和擊穿伴隨模式占比都會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì),當(dāng)介質(zhì)氣體壓力升高至0.5 MPa時(shí),電弧擊穿頻率下降至14.3 kHz,擊穿伴隨(BG)模式占比下降至55.81%.這主要由兩方面原因?qū)е?一方面氣體壓力繼續(xù)升高,電弧與空氣之間的換熱繼續(xù)增大,電弧的發(fā)展更困難.另一方面由氣體放電的帕邢定律VsminB(pl)min(式中Vsmin為最小擊穿電壓,B為湯森電離系數(shù),p為氣體壓力,l為極間距)可知,介質(zhì)氣體壓力升高,電弧的擊穿電壓變大,因此擊穿產(chǎn)生電弧的時(shí)間變長(zhǎng),進(jìn)而擊穿頻率下降,擊穿模式的占比下降.但是總體來(lái)看高氣壓下的電弧擊穿頻率以及擊穿伴隨模式占比要比大氣壓下的高,意味著介質(zhì)氣體壓力的升高會(huì)對(duì)電弧的生成和發(fā)展產(chǎn)生抑制作用.

3.4 壓力對(duì)滑動(dòng)弧放電能量的影響

本文設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子體激勵(lì)器能夠?qū)崿F(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的點(diǎn)火助燃一體化,其放電能量對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能有著重要的影響.因此本文對(duì)不同工況下旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子體激勵(lì)器放電過(guò)程的能量進(jìn)行研究,文獻(xiàn)[14]指出滑動(dòng)弧放電能量表達(dá)式為

式中,E代表放電能量;P代表放電功率;t1,t2分別代表開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間.實(shí)際過(guò)程中示波器輸出的電壓、電流數(shù)據(jù)是離散點(diǎn),不適用于(1)式,但是示波器輸出的點(diǎn)足夠多(0.2 s 保存2000 萬(wàn)個(gè)點(diǎn)),因此根據(jù)離散點(diǎn)的積分公式推導(dǎo)出滑動(dòng)弧放電能量公式為

式中,Pi為i時(shí)刻瞬時(shí)功率;Pi+1為i+1 時(shí)刻瞬時(shí)功率,Δt為兩數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔,應(yīng)用此公式求得大氣壓下200 ms 時(shí)間內(nèi)滑動(dòng)弧放電的瞬時(shí)功率和能量如圖10 所示.從圖10 中可以看出,大氣壓條件下旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電過(guò)程中瞬時(shí)功率呈鋸齒狀變化,在電弧旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)過(guò)程中瞬時(shí)功率較小,在0.4 kW 左右,電弧擊穿過(guò)程中瞬時(shí)功率較大,瞬時(shí)功率大約在幾十千瓦,在200 ms 時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電能量為84.74 J.

圖10 常壓下滑動(dòng)弧放電的瞬時(shí)功率和能量Fig.10.Instantaneous power and energy of gliding arc discharge at atmospheric pressure.

200 ms 時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電能量隨介質(zhì)氣體壓力變化如圖11 所示,從圖中可以看出,200 ms時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電能量隨介質(zhì)氣體壓力的升高總體呈上升趨勢(shì).介質(zhì)氣體壓力為0.1 MPa (大氣壓)時(shí)滑動(dòng)弧放電能量為84.74 J,當(dāng)介質(zhì)氣體壓力增大到0.2 MPa 時(shí)滑動(dòng)弧放電的能量增大到119.65 J,能量增量為34.91 J,放電能量的增加主要是由于介質(zhì)氣體壓力升高改變了滑動(dòng)弧放電的模式.文獻(xiàn)[14]指出,滑動(dòng)弧放電過(guò)程中,電弧處于擊穿伴隨模式下消耗的能量高于電弧處于穩(wěn)定滑動(dòng)模式下消耗的能量.由前文分析可知介質(zhì)氣體壓力升高,電弧的擊穿頻率升高,滑動(dòng)弧放電模式會(huì)向擊穿伴隨模式轉(zhuǎn)變.同時(shí),介質(zhì)氣體壓力升高增大了滑動(dòng)弧放電的電壓/電流,導(dǎo)致滑動(dòng)弧放電的瞬時(shí)功率增大,因此在相同時(shí)間內(nèi)電弧放電能量增大.當(dāng)介質(zhì)氣體壓力升高到0.3 MPa 時(shí),滑動(dòng)弧放電的能量增大到126.04 J,相比于0.2 MPa 時(shí)能量增值為6.39 J,能量增值明顯變小.結(jié)合圖9 分析可知能量增值變小的原因是,當(dāng)介質(zhì)氣體壓力超過(guò)0.2 MPa 之后,繼續(xù)升高介質(zhì)氣體壓力,電弧的擊穿頻率以及擊穿伴隨模式占比會(huì)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),較大的瞬時(shí)功率出現(xiàn)的次數(shù)減少.介質(zhì)氣體壓力高于0.3 MPa 之后,滑動(dòng)弧放電的能量增長(zhǎng)幅度變大,這是由于介質(zhì)氣體壓力繼續(xù)升高,電弧擊穿電壓以及維持電弧發(fā)展的電壓繼續(xù)增大,滑動(dòng)弧放電的瞬時(shí)功率增大,此時(shí)瞬時(shí)功率增大對(duì)能量的影響要高于電弧擊穿頻率對(duì)能量的影響,當(dāng)介質(zhì)氣體壓力升高至0.52 MPa 時(shí)放電能量增大到147.13 J.

圖11 不同氣壓下滑動(dòng)弧放電能量Fig.11.Discharge energy of sliding arc under different pressure.

3.5 壓力對(duì)滑動(dòng)弧放電發(fā)射光譜的影響

滑動(dòng)弧放電過(guò)程中在強(qiáng)電場(chǎng)激勵(lì)作用下會(huì)產(chǎn)生大量激發(fā)態(tài)粒子,這些激發(fā)態(tài)粒子在向基態(tài)或較低激發(fā)態(tài)躍遷時(shí)將多余的能量以光子的形式輻射出去,進(jìn)而形成光譜[20].由于不同粒子的激發(fā)態(tài)能級(jí)不同,所以不同粒子的發(fā)射光譜也不同,因此通過(guò)對(duì)滑動(dòng)弧放電過(guò)程的光譜信號(hào)進(jìn)行分析,即可推測(cè)出滑動(dòng)弧放電過(guò)程激發(fā)態(tài)物質(zhì)的種類(lèi)及其濃度.大氣壓條件下滑動(dòng)弧放電過(guò)程中的發(fā)射光譜如圖12所示.

從圖12 中可以看出,滑動(dòng)弧放電發(fā)射光譜的譜線與譜帶并存,滑動(dòng)弧放電發(fā)射光譜主要集中在300—800 nm 范圍內(nèi),且在350—450 nm 范圍內(nèi)發(fā)射光譜較為集中,且發(fā)射強(qiáng)度較高.其中在350—370 nm 范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了氮?dú)夥肿拥诙龓礜2(C2Πu→B2Πg)的發(fā)射光譜,在390.4 nm 處發(fā)現(xiàn)了的發(fā)射譜線,這表明滑動(dòng)弧放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的激發(fā)態(tài)氮?dú)夥肿右约白杂苫?這些激發(fā)態(tài)的氮原子對(duì)化學(xué)反應(yīng)起著重要的作用.同時(shí)在337 nm和777.5 nm 處分別出現(xiàn)了O2和O 的發(fā)射譜線,氧的激發(fā)態(tài)以及氧原子會(huì)在燃燒過(guò)程中促進(jìn)燃燒反應(yīng)的進(jìn)行.在滑動(dòng)弧放電發(fā)射光譜中還在511.03 nm 處發(fā)現(xiàn)了OH 的發(fā)射譜線,這是空氣中的水蒸氣在強(qiáng)電場(chǎng)激發(fā)下出現(xiàn)的結(jié)果.

圖12 大氣壓滑動(dòng)弧放電發(fā)射光譜Fig.12.Emission spectra of atmospheric pressure sliding arc discharge.

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采集到的不同介質(zhì)氣體壓力條件下滑動(dòng)弧放電發(fā)射光譜如圖13 所示,由圖分析可得,隨著介質(zhì)氣體壓力的升高,滑動(dòng)弧放電發(fā)射光譜整體發(fā)射強(qiáng)度呈現(xiàn)出增強(qiáng)趨勢(shì).處在350—370 nm處的氮?dú)夥肿拥诙龓?N2(C2Πu→B2Πg) 的發(fā)射強(qiáng)度呈現(xiàn)減弱現(xiàn)象,但是處在400—500 nm(激發(fā)能為106cm—1量級(jí))范圍內(nèi)的氮原子的激發(fā)態(tài)發(fā)射強(qiáng)度大幅提高.隨著介質(zhì)氣體壓力的升高還會(huì)在744.78 nm 處出現(xiàn)氮原子NⅠ(激發(fā)能為96787.680 cm—1)的發(fā)射譜線,且隨著介質(zhì)氣體壓力的升高發(fā)射強(qiáng)度增強(qiáng),隨著介質(zhì)氣體壓力升高會(huì)在794.3 nm (OⅠ)和822.1 nm (OⅠ,激發(fā)能為113294.816 cm—1)處出現(xiàn)氧的不同激發(fā)態(tài)的發(fā)射譜線.對(duì)比發(fā)現(xiàn),隨著介質(zhì)氣體壓力升高,分子的激發(fā)態(tài)發(fā)射強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)減弱趨勢(shì),而分子對(duì)應(yīng)的原子激發(fā)態(tài)發(fā)射強(qiáng)度增強(qiáng),尤其是處在低能級(jí)的原子激發(fā)態(tài)普遍呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì).這種現(xiàn)象是由于介質(zhì)氣體壓力升高,滑動(dòng)弧放電的激勵(lì)電壓升高,電離能力增強(qiáng),使得相同空間內(nèi)電子的數(shù)量以及電子所攜帶的能量都相應(yīng)增加,高能電子與空氣中分子碰撞的概率增加,進(jìn)而將更多的分子電離形成基態(tài),導(dǎo)致基態(tài)的發(fā)射強(qiáng)度升高明顯.

圖13 不同氣體壓力條件下滑動(dòng)弧放電發(fā)射光譜Fig.13.Emission spectra of sliding arc discharge under different gas pressures.

為詳細(xì)分析介質(zhì)氣體壓力對(duì)滑動(dòng)弧放電發(fā)射光譜的影響,選取具有助燃效果的 O2(337 nm),O(777.5 nm),OH(511.03 nm)三種粒子以及對(duì)化學(xué)反應(yīng)起促進(jìn)作用的N 的激發(fā)態(tài)(390.4 nm)進(jìn)行分析,得到圖14 所示的氣壓對(duì)活性粒子發(fā)射強(qiáng)度的影響規(guī)律.

圖14 氣體壓力對(duì)活性粒子發(fā)射強(qiáng)度的影響Fig.14.Influence of gas pressure on emission intensity of active particles.

從圖14 中可任意看出,O2(337 nm)的發(fā)射強(qiáng)度隨著介質(zhì)氣體壓力的升高逐漸變小,當(dāng)介質(zhì)氣體壓力為大氣壓(0.1 MPa)時(shí),O2(337 nm)的發(fā)射強(qiáng)度為5470.6 arb.units,當(dāng)介質(zhì)氣體壓力升高到0.4 MPa 時(shí),O2(337 nm)的發(fā)射強(qiáng)度降低到628.2 arb.units.O(777.5 nm)與 O2(337 nm)的發(fā)射強(qiáng)度隨介質(zhì)氣體壓力的變化呈現(xiàn)出完全相反的趨勢(shì),這是由于氧原子的主要產(chǎn)生途徑為[20]

隨著介質(zhì)氣體壓力的升高,滑動(dòng)弧放電過(guò)程中的激勵(lì)電壓升高,陰極發(fā)射的高能電子數(shù)量以及電子所攜帶的能量均增大,高能電子與 O2(337 nm)碰撞的頻率升高,氧分子生成更多的激發(fā)態(tài)的氧原子,導(dǎo)致 O2(337 nm)的發(fā)射強(qiáng)度降低而O(777.5 nm)的發(fā)射強(qiáng)度增強(qiáng).由于空氣中含有少量的水蒸氣,滑動(dòng)弧放電發(fā)射光譜中會(huì)有OH(511.03 nm)出現(xiàn),OH(511.03 nm)的光譜發(fā)射強(qiáng)度隨介質(zhì)氣體壓力的升高而增強(qiáng)且變化幅度較大.當(dāng)介質(zhì)氣體壓力為大氣壓(0.1 MPa)時(shí)OH(511.03 nm)的光譜發(fā)射強(qiáng)度為2066.9 arb.units,隨著介質(zhì)氣體壓力的升高,單位體積內(nèi)水蒸氣的密度增加,滑動(dòng)弧放電過(guò)程的激勵(lì)電壓也在升高,因此電場(chǎng)中電子的密度增加,電子與水蒸氣碰撞的概率變高,進(jìn)而OH(511.03 nm)的光譜發(fā)射強(qiáng)度增強(qiáng),當(dāng)介質(zhì)氣體壓力增大到0.4 MPa 時(shí),OH(511.03 nm)的光譜發(fā)射強(qiáng)度增大到58844.7 arb.units.產(chǎn)生的主要途徑為

3.6 壓力對(duì)電子激發(fā)溫度的影響

電子激發(fā)溫度是表征等離子體中粒子和電子碰撞過(guò)程的熱力學(xué)平衡狀態(tài)的重要參數(shù),由于滑動(dòng)弧放電產(chǎn)生的等離子體為非平衡等離子體,認(rèn)為其局部達(dá)到熱力學(xué)平衡狀態(tài),因此原子在能級(jí)上的布居數(shù)服從Boltzman 分布:[21]

式中,N1,N2表示高、低能級(jí)原子布居數(shù);g1,g2表示高、低能級(jí)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重;E1,E2表示高、低能級(jí)的激發(fā)能;kB表示Boltzman 常數(shù)(1.380649×10-23J/K);T表示電子激發(fā)溫度.

對(duì)于等離子體發(fā)射光譜而言,原子譜線發(fā)射強(qiáng)度可以表示為

式中,I為譜線發(fā)射強(qiáng)度;h為普朗克常數(shù)(6.62607015×10-34J·s);c為光速,v為發(fā)射光譜譜線頻率;A為上下能級(jí)之間的躍遷幾率;N為原子布居數(shù).根據(jù)兩譜線強(qiáng)度計(jì)算電子激發(fā)溫度法[22],聯(lián)立(8)式和(9)式可得

進(jìn)而可得

本文的工作介質(zhì)為空氣,因此在滑動(dòng)弧放電的發(fā)射光譜中出現(xiàn)大量的N 的激發(fā)態(tài),根據(jù)兩譜線法,選用發(fā)射強(qiáng)度較高的同屬于氮原子的兩條較為清晰的譜線391.9001 nm 以及399.4997 nm 來(lái)計(jì)算電子的激發(fā)溫度,所需光譜數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)學(xué)會(huì)網(wǎng)站,列于表1.

表1 氮原子光譜數(shù)據(jù)Table 1.Structural parameters of capillary of different kind of fluid.

通過(guò)計(jì)算得到不同介質(zhì)氣體壓力條件下滑動(dòng)弧放電過(guò)程中電子激發(fā)溫度如圖15 所示.分析圖15發(fā)現(xiàn),電子激發(fā)溫度隨介質(zhì)氣體壓力的升高呈增大趨勢(shì),介質(zhì)氣體壓力為0.1 MPa (大氣壓)時(shí),電子激發(fā)溫度為0.8153 eV,當(dāng)介質(zhì)氣體壓力升高到0.4 MPa 時(shí),電子激發(fā)溫度增大到5.3165 eV.在等離子體放電過(guò)程中,非彈性碰撞是使基態(tài)原子躍遷到激發(fā)態(tài)的主要原因,電子平均能量的高低主要反映在電子激發(fā)溫度的變化上[23],而電子能量是通過(guò)電場(chǎng)加速獲得[24].因此電子激發(fā)溫度的升高可由兩個(gè)原因?qū)е?一方面由前文分析可知,隨著介質(zhì)氣體壓力升高,滑動(dòng)弧放電的擊穿電壓升高,因此激發(fā)出的電子數(shù)量增多,并且等離子體中電子在電場(chǎng)中獲得的初始能量增大;另一方面,電弧擊穿之后,隨著介質(zhì)氣體壓力的升高,維持電弧發(fā)展的電壓增大,兩電極間的電場(chǎng)強(qiáng)度增加,依據(jù)mv2/2eEλ可知,電子在電場(chǎng)中獲得的期望能量增大.因此隨介質(zhì)氣體壓力的升高,電子激發(fā)溫度整體呈增大趨勢(shì).

圖15 氣體壓力對(duì)電子激發(fā)溫度的影響Fig.15.Influence of gas pressure on electron excitation temperature.

4 結(jié)論

1) 高氣壓下電弧運(yùn)動(dòng)過(guò)程會(huì)出現(xiàn)“弧道驟變現(xiàn)象”,此現(xiàn)象和滑動(dòng)弧放電的電壓、電流變化密切相關(guān),因此可以通過(guò)高氣壓下“弧道驟變”現(xiàn)象對(duì)滑動(dòng)弧等離子體放電進(jìn)行調(diào)控.

2) 介質(zhì)氣體壓力升高,電弧擊穿頻率并非單調(diào)變化,由于氣壓升高對(duì)電弧的形成和發(fā)展起抑制作用,因此在氣體壓力為0.2 MPa 時(shí),電弧的擊穿頻率達(dá)到最大值,為26.55 kHz,隨著氣壓的繼續(xù)升高電弧的擊穿頻率逐漸降低,但是高氣壓下的電弧擊穿頻率要高于常壓下的電弧擊穿頻率.

3) 隨著介質(zhì)氣體壓力升高,滑動(dòng)弧放電的電壓、電流、放電能量以及光譜發(fā)射強(qiáng)度總體呈升高趨勢(shì);常壓下滑動(dòng)弧放電過(guò)程的能量為84.74 J,當(dāng)介質(zhì)氣體壓力升高到0.52 MPa 后,滑動(dòng)弧放電的能量增大至147.13 J,滑動(dòng)弧發(fā)射光譜整體呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì),在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下,分子激發(fā)態(tài)更多的被電離為原子激發(fā)態(tài),分子光譜發(fā)射強(qiáng)度有所減弱,原子的光譜發(fā)射強(qiáng)度增強(qiáng).

4) 運(yùn)用兩譜線法對(duì)滑動(dòng)弧放電過(guò)程中的電子激發(fā)溫度進(jìn)行計(jì)算,常壓下的電子激發(fā)溫度為0.8153 eV,介質(zhì)氣體壓力升高至0.4 MPa 后,電子激發(fā)溫度升高至5.3165 eV.