大气压电阻与介质阻挡辉光放电数值模拟研究

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大气压等离子体放电中产生的非平衡等离子体具有很高的电子能量,而这些粒子具有很高的化学活性,许多平时不能发生的或者在苛刻的条件下才能发生的可以在等离子体下产生反应。随着低温等离子体在各领域的广泛应用,在大气压下通过气体放电产生均匀低温等离子体已成为目前国际上气体放电和等离子体领域的研究热点之一。其中介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge)是一种由绝缘介质插入放电空间而形成的气体的放电,被认为是产生大气压低温等离子体的一种有效方法并受到人们的广泛关注,在工业中被广泛应用。本章通过研究大气压介质阻挡放电,通过改变外加的条件取得稳定放电的最佳条件,通过模拟数据,然后在应用在实验中大大减少了不必要的实验资源浪费。本章采用正弦电压源激励,并且加入电阻体现出现了其独特的优越性。为此,本文应用一维流体模型对大气压脉冲介质阻挡放电进行了模拟研究,论文主要包含以下方面的内容及结果:首先要建立自洽的一维流体模型对放电进行数值模拟。模型中以氦气为背景气体,考虑了六种主要放电粒子和包括电离、激发等在内的几种反应。研究内容分为两部分:第一部分重点探讨了不同电阻下的放电特点,研究了电压重复频率为5kHz的正弦电压激发的放电中多个放电电流密度峰特性。随着电阻值从100k增加到500k,放电电流密度峰的数目减少,并且放电电流密度的峰值也降低,这主要是由于对应于电流密度峰时刻的电阻上的电压升高,而气体电压降低导致的。在放电时间周期中的电子密度,电场强度和第一汤森系数的时空演变特性显示了放电的动力学过程。第二部分研究增加外施正弦电压的频率和改变介电常数值和介质板厚度等对离子体放电特性的影响,主要研究对放电电压、电流密度、粒子密度。通过分析数据发现,总电流密度的大小和电流峰的个数受到外加电压的影响,也会受到外加电压频率的影响。相对介电常数也会影响到放电电流密度和电流放电峰个数。该数值模拟研究提出了大气压介质阻挡放电中通过引入电阻提高放电稳定性的方法。结果发现,外加电压幅值和频率增大,放电电流增大;介质阻挡的介电常数减小,放电电流幅值减小;由于平板电极易形成丝放电模式,所以外加电阻的加入将会限制电流的增长阻止形成丝状放电,形成稳定的放电电流有助于进一步的实验。
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