尘埃颗粒充电效应下大气压脉冲电晕放电的数值研究

论文摘要

大气压脉冲电晕放电作为治理大气环境的有效手段之一,引起了广泛的关注,对其放电中物理过程的研究成为了热点课题。由于反应器中不可避免有尘埃颗粒的存在,对于尘埃颗粒环境中的电晕放电的研究具有一定的意义。 本文通过建立一维的流体力学模型,对线一同轴筒状电极中大气压脉冲电晕放电进行数值模拟,其中对粒子连续性方程采用FCT有限差分求解,并使用了电流守恒方程代替求解泊松方程,从而节省了大量的计算时间。同时考虑尘埃颗粒的作用,使用并发展了一种尘埃充电模型,通过假设放电反应器中均匀分布有半径密度大小分别为1—8μm、106—107cm-3范围内的球形尘埃颗粒,研究尘埃颗粒的存在对于放电性质的影响。其中包括电子密度、电场分布的时空演化以及外电路电流的变化。另外通过计算尘埃表面带电量的演化,对尘埃颗粒的充电过程进行了模拟。 结果表明,这种影响主要是通过尘埃颗粒的充电过程来实现。由于尘埃颗粒不断的捕获其周围的带电粒子,减小了粒子分布密度（主要为电子）,使总电流密度发生改变,从而降低电离波的传播速度。此效应对于放电的影响会随尘埃颗粒大小及密度的改变而变化,并会随放电时间的推移变得愈为显著。在放电早期（～50ns）,不同参数下的放电结果区别十分细微。在本文中的放电条件下,Nd=107cm-3密度的尘埃颗粒对于大气压脉冲电晕放电的影响较大。通过适当的选取尘埃颗粒的密度以及半径大小,可以使电离波的传播中止。不同尘埃参数情况的外电路电流均在同一时刻达到一个统一的最高峰值Iext=13.4mA,随着尘埃颗粒的引入,电流值会快速下降并且趋近于0。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图或附表清单
• 引言
• 1 综述
• 1.1 电晕放电简介
• 1.2 脉冲电晕放电
• 1.3 研究概况
• 1.3.1 流光理论
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 电晕放电中尘埃颗粒效应的研究
• 1.4 光电离效应
• 1.5 本论文工作
• 2 理论模型
• 2.1 基本模型
• 2.2 数值方案
• 2.2.1 FCT概述
• 2.2.2 电流守恒方程
• 2.2.3 空气中电子输运系数以及反应率的计算
• ph的计算'>2.2.4 光电离项 S_ph的计算
• 2.3 尘埃粒子充电模型
• 3 结果及分析
• 3.1 无尘埃颗粒下的电晕放电模拟
• 3.2 尘埃颗粒环境中的放电
• 3.2.1 尘埃放电环境中的电子密度分布演化
• 3.2.2 尘埃放电环境中的电场强度分布演化
• 3.2.3 尘埃颗粒充电过程的演化
• 3.2.4 外部电流随时间的演化
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书