非对称介质阻挡电极结构中均匀大气压放电数值模拟

论文摘要

本文首先从等离子体的概念出发，回顾了作为物质“第四态”的等离子体的发展及其应用的概况。介绍了弧光放电、电晕放电、介质阻挡放电和等离子体射流并叙述了大气压均匀辉光放电等离子体研究的最近进展。均匀大气压介质阻挡放电以其显著的优点和巨大的工业应用前景，从1988年第一次被报道开始，就一直倍受人们的关注。近些年来，科研领域广泛的进行了对均匀大气压介质阻挡放电的实验和模拟研究，人们对这种放电的性质也有了一定的了解和认识。本文基于一维流体力学模型，通过数值求解电子、离子及中性粒子的连续性方程、动量方程，电流平衡方程，以及电子的能量守恒方程，计算研究了非对称介质阻挡电极结构中均匀大气压放电中电压、电流密度的时间特性，给出了电子、离子密度和电场在放电空间的时空分布。分析了二次电子发射系数、外加电压及驱动频率等对非对称电极介质阻挡放电行为的影响。并讨论了电子温度的演化规律。在计算过程中，对于粒子的连续性方程我们采用有限差分方法，并用电流守恒方程代替泊松方程来求解电场。模拟结果表明，由于金属极板和介质层的二次电子发射系数相差较大，导致在前后半周期放电时，放电电流、气体电压和电场分布是不对称的。在一定的条件下，非对称电极结构中大气压介质阻挡放电，可以存在两种放电模式，即汤生和辉光模式。两种放电模式具有完全不同的电学性质和放电结构，在合适的参数下两种模式可以相互转换。放电脉冲的幅度直接受外部参数的影响。氦亚稳态原子在放电中也起重要作用，它们主要产生于放电阶段，且最大产生率出现在高场强的阴极区。在放电间隙较小的情况下，在外加的电压的每半个周期内可以出现多个电流脉冲。多脉冲放电形成的主要原因是由于介质表面积累电荷增加而导致的空间电荷场的增强。在固定的放电间隙下，半个周期内放电脉冲的数目和幅度取决于驱动电压的幅度和频率。本文对电子温度的演化规律也做了理论分析。电子在靠近极板处，能量较高。且最大值出现在阴极附近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 介质阻挡放电
• 1.1.1 介质阻挡放电概念
• 1.1.2 DBD等离子体的发展历史概况
• 1.1.3 DBD的几种不同模式
• 1.1.4 DBD等离子体的基本特性
• 1.1.5 DBD技术的应用与发展
• 1.1.6 介质阻挡放电的研究前景
• 1.2 大气压辉光放电
• 1.2.1 大气压辉光放电简介
• 1.2.2 大气压辉光放电等离子体研究近况
• 2 理论模型
• 2.1 等离子体的基本研究方法及比较
• 2.2 基本模型
• 3 结果与讨论
• 3.1 非对称电极结构下的放电性质
• 3.2 外部参数对放电性质的影响
• 3.2.1 二次电子发射系数的影响
• 3.2.2 外加电压的影响
• 3.2.3 频率的影响
• 3.3 放电中的电子温度的演化规律
• 3.3.1 非对称情况下的温度分布
• 3.3.2 对称情况下的温度分布
• 4 结论
• 参考文献
• 附录A 电流守恒方程的推导
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢