机械工程学报

作者：喻明浩, 白锦旗, 王伟, 胡宇喆, 刘一凡

单位：1. 西安理工大学陕西省机械制造装备重点实验室 西安 710048;2. 西安理工大学机械与精密仪器工程学院 西安 710048

关键词：同轴谐振器,等效电路,调谐,微波等离子体；

基金：国家自然科学基金(12175177)和陕西省机械制造装备重点实验室开放基金(JXZZZB-2022-04)资助项目。

在CO2分解转化方面，微波等离子体装置因其具有高效、节能等优势，已成为实现碳中和目标的有效技术手段。然而微波类装置在使用时，通常需要调节谐振频率，才能高效稳定地工作。为了提高CO2微波等离子体装置的能量利用效率和工作稳定性，探究了同轴谐振器的结构参数对调谐带来的影响，并提出了双变量调谐模式。首先，建立了同轴微波等离子体炬的物理模型和等效电路模型，分析了等离子体炬的放电强度与同轴谐振器轴向尺寸之间存在的相互联系；然后建立了不同放电状态下的电导率分布模型，并通过COMSOL仿真得到了对应分布模型下的端口反射系数S11与同轴谐振器的轴向尺寸之间的调谐曲线；最后将仿真结果与等效电路模型进行了对比验证，并分析了单变量调谐与双变量调谐的效果，以及双变量调谐模式的可行性及特点。研究结果表明，相较于单变量调谐模式，双变量调谐模式可以将|S11|平均提高5%～15%，并可在3/4波长内获得不同放电状态下的最小S11值(即最佳谐振状态)，可以进一步提高装置的功率耦合效率，减小能量损失，从而提高CO2分解转化效率。

来源：2024年第5期

《机械工程学报》期刊编辑部

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