非平衡等离子体技术可以产生高能电子,可有效“切断”甲烷中的化学键,从而替代传统工业中利用热能破坏甲烷化学键的作用。利用等离子体技术进行甲烷重整研究是当前的研究领域的热门方向。现有工作已对大气压强电离甲烷放电的甲烷转化率、氢气产率、氨气产率等方面进行了研究,而对大气压强电离甲烷放电过程中电子密度、折合场强等放电参数以及光谱特性未见详细剖析。本文在建立了大气压强电离甲烷放电装置的基础上,针对“放电过程中电子密度、折合场强等放电参数”和“甲烷放电光谱特性”两个问题进行研究,主要研究结果如下:(1)建立大气压强电离甲烷放电系统,采用电流电压波形图验证了甲烷中大气压强电离放电为微流柱与微辉光交替放电的模式;利用Lissajious图形计算放电功率,进而得出在电压、流量条件相同的情况下,频率范围为6-8 kHz时,能量利用效率在8 kHz时达到最大,为39.65%的结论;建立甲烷强电离放电的一维数值模型,使用LXcat数据库中的碰撞截面数据计算反应系数,使用Comsol软件求解漂移扩散方程,计算出电子密度最大时为9.44×1015 cm-3,折合场强最大时为321.2Td;采用气相色谱法对氢气选择性进行测量,甲烷流量为400 mL/min,单位注入能量52.5 kJ/L,输入功率为350 W,放电频率为8 kHz时,氢气选择性最高为40.39%。(2)采用ICCD高速相机联合分光计、同步触发器采集大气压强电离甲烷放电光谱,通过分析甲烷放电光谱的空间分布,确定最佳采集点为放电区域的中心位置;对比采集到的甲烷放电正负半周期时间分辨光谱中的粒子种类变化,得知正半周期的微流柱放电以电离反应为主,负半周期产生的微辉光放电减少了碳单质的沉积;利用添加了氩气的发射光谱计算出大气压强电离放电体系的电子激发温度最高为2.17 eV。本文针对大气压强电离甲烷放电光谱特性进行研究,建立了大气压强电离甲烷放电系统,从甲烷放电参量和光谱特性两个角度诊断大气压强电离甲烷放电,明确了大气压强电离甲烷放电中关键反应过程及光谱特性,为大气压强电离放电重整甲烷的进一步研究奠定基础。