离子风是一种由气体放电产生的流体动力学现象，带电粒子在电场作用下驱动中性粒子运动，在宏观上可形成可感知的气流。离子风的产生不依赖于机械旋转部件，具有低功耗、低噪声等特点，在许多方面具有潜在的应用价值。尽管关于离子风的形成机制、影响因素及应用领域已有诸多报道和研究，但对于离子风的动力学特性以及其对放电自身过程的影响仍不十分清晰。
近期，武汉大学裴学凯团队利用高速纹影成像技术，研究了典型条件下针-针电极电晕放电到火花放电的过程。通过放电时的纹影图像特征及放电过程中流场的变化，研究人员发现，当电极尖端产生电晕时，沿电极轴向会喷射出一条细长、含有带电粒子的离子风射流，它引导了后续火花放电通道的形成，导致火花放电通道并未沿着电场最小路径发展。此外，阳极射流速度总体大于阴极射流速度，射流通道围绕轴线存在小幅度波动，同时引起周围流场产生一定程度的扰动。火花放电通道是由正负流注汇合形成的，汇合点位于阴极附近，表现为火花通道的弯折点。火花放电结束后，该处产生爆炸气团，并向周围扩散，引起周围流场的剧烈扰动。该研究结果为电晕放电向火花放电的转化研究提供了新的思路和参考。
相关工作以“Characterization of corona-induced ionic wind and spark channel formation using high-speed schlieren imaging”为题发表在《Journal of Applied Physics》期刊上。武汉大学电气与自动化学院硕士研究生陈衍亨为该论文第一作者，裴学凯教授为通讯作者。
图1 水平针-针电极放电时间分辨纹影图像
图2 倾斜针-针电极放电时间分辨纹影图像
图3 火花放电通道形成过程的示意图
团队介绍
武汉大学裴学凯团队致力于高电压气体放电等离子体及其应用方向的研究，具体包括气体放电等离子体产生机理、等离子体智能诊断、先进等离子体源设计等，着重开展气体放电等离子体绿色固氮、电力能源转化、生物医学应用等方面的研究工作。
文章信息
Characterization of corona-induced ionic wind and spark channel formation using high-speed schlieren imaging
Yanheng Chen; Yumin Zhang; Yiheng Li; Yi Luo; Xiaoming Liu; Xuekai Pei
J. Appl. Phys. 136, 083301 (2024)
https://doi.org/10.1063/5.0227697
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期刊介绍
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