论文摘要
大气压非平衡等离子体以其独特的优势在环境保护、物质合成、等离子体显示、材料表面处理等相关领域得到了广泛的应用,大气压介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge, DBD）作为最具代表性的产生大气压非平衡等离子体的放电体系,不仅具有高度的复杂性,也存在着严重的空间尺度放大效应,单纯地放大DBD体系难以保持放电性能的稳定和提高,甚至造成放电性能的劣化,制约着大气压非平衡等离子体的规模化应用。因此,有必要对DBD的放电过程及机理进行深入研究,以分析尺度放大效应的成因,改善DBD反应器工作性能。本文基于微流注与微辉光两种主要的DBD放电模式,通过对其形成机制与放电单元结构特征的分析,确立了DBD放电的关键结构参量,并依此建立了基于MATLAB的DBD等效电路动态仿真模型,在此基础上模拟了DBD关键结构参量对独立微放电的影响、相邻微放电之间的相互作用以及多重微放电集体作用引发的空间尺度效应,研究结果如下：1.对于独立微放电,模拟发现放电体系等效电阻R与未被击穿电容的增大会削弱DBD微放电性能；在一定范围内提升激励电压、激励频率、电介质层等效电容、减小电极间距会提升微放电性能。2.DBD激励电源中高压变压器的漏感与DBD等效电容存在LC谐振效应,其谐振频率f0随着DBD微放电通道的增多而减小。DBD结构尺度的增大虽然会促使微放电数目的增加,但也造成了DBD等效电容的增大,由此引起谐振频率降低,DBD难以达到最佳工作频率时的放电性能,这是DBD存在空间尺度效应的成因。3.同步发生的相邻微放电之间没有电流的相互传递,因此在多重微流注发生的宏观体系中可以将DBD等效电路近似为独立微放电单元等效电路的并联,依此来确定DBD空间尺度效应与等效电路的关联性。从本文研究结果推断,要优化DBD放电系统性能,减小DBD空间尺度效应,就必须尽力减小激励电源高压感性原件的漏感,必须尽力减小DBD反应器的等效电容,以此奠定大气压、大空间DBD非平衡等离子体形成的技术基础。