气体电介质被广泛应用于电气绝缘领域,其中以六氟化硫（SF₆）为主,但SF₆降解过程非常缓慢,会严重加剧大气温室效应。一些学者尝试选用全氟烃类混合气体替代SF₆,但仍存在许多问题,如:八氟环丁烷（c-C₄F₈）气体容易液化和碳分解;三氟碘甲烷（CF₃I）液化温度太高,价格昂贵。这些气体都不能够完全取代SF₆气体。最近氮气（N₂）绿色环保的特点受到广泛青睐。因此,研究氮气的放电特性具有一定的实用价值。本文详细论述了氮气的分子结构及轨道能量分布,氮气分子共有六个轨道:2σ_g、2σ_u、1π_u、3σ_g、1π_g、3σ_u,其对应的能级分别为:-35.92eV、-18.78eV、-16.73eV、-15.59eV、7.42eV、30eV。本文提出了通过获取光谱来研究氮气放电的实验方法,给出了通过光谱信息计算氮气放电过程中粒子温度和粒子浓度的计算方法和计算结果。基于气体放电的基本原理,采用流体动力学模型,对典型的棒-板电极结构氮气放电进行数值分析,得到了电子温度、空间电势、正离子浓度、电子浓度以及电场的时间演变和轴向空间分布,流注的平均电场为10⁶V/m,流注头部的电子密度在10¹⁹-10²⁰m^-3范围内,流注发展速度在10⁵-10⁶m/s间变化,流注通道半径约为10^-3-10^-5m,流注通道内的电子温度约为2.7eV,流注头部的电子温度约为6.3eV,与相关学者的研究成果相符合。在深入探索氮气放电机理的基础上,设计构建了氮气放电实验装置:通过ICCD采集不同间距与电压下的棒-板电极、尖-尖电极放电光谱,与ICCD相连的计算机来读取光谱信息。直观得到电子崩的形成及发展、流注的形成与发展、击穿等现象。依据10mm棒-板电极间距下实验结果,计算出电子温度为2.7eV,电子浓度为2.66×10²⁰m^-3,与数值分析结果相吻合。本文为氮气在高压绝缘领域的应用提供了有效的实验方法和可靠的理论依据。