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大气压介质阻挡放电气体温度特性的数值模拟研究

大气压介质阻挡放电气体温度特性的数值模拟研究

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作者：林靖松辽宁师范大学

学位级别：硕士

大气压介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge DBD)由于结构简单、操作便捷等特点受到国内外学者的普遍关注。很多课题组开展了大气压DBD放电模式方面的研究工作。已报到的研究工作揭示了电极电压、电源频率和介质材料等对放电模... 详细信息

大气压介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge DBD)由于结构简单、操作便捷等特点受到国内外学者的普遍关注。很多课题组开展了大气压DBD放电模式方面的研究工作。已报到的研究工作揭示了电极电压、电源频率和介质材料等对放电模式的影响。然而,气体温度对大气压DBD放电模式影响的报道相对较少。由于重粒子在大气压下碰撞频繁,大气压DBD气体温度上升较高,这会引起放电通道的收缩。因此,开展大气压DBD气体温度特性的研究对于等离子体的稳定和控制具有重要的意义。本文利用COMSOL多场耦合仿真软件建立了大气压DBD模型,详细地研究了大气压DBD柱状放电向均匀放电、表面放电向体放电的转化,探讨了径向折合电场(E)在放电模式转变过程中的作用。主要研究内容如下:(1)数值研究了大气压氦气DBD柱状放电、E和介质表面电荷密度等随气体温度的演化。首先,计算了不同气体温度下的电子数密度、氦原子数密度和电离率的空间分布及电压电流波形、击穿电压。发现随着气体温度的升高,大气压氦气DBD柱状放电转化为均匀放电,击穿电压降低,击穿时刻向电极电压零点移动。然后计算了不同气体温度下的Err和电荷密度,发现它们的空间分布随气体温度增加逐渐变为均匀。这是柱状放电向均匀放电转变的主要因素。(2)研究了气体温度低于室温时大气压氦-氮混合气体DBD放电的气体温度特性。首先,得到了各种粒子(电子、氮分子和氮分子离子)的空间分布及击穿电压、放电电流与气体温度的依赖关系,发现随着气体温度的降低,放电逐渐由表面放电转变为体放电,分离的放电区(柱)向电极径向中心移动,击穿电压逐渐增大。揭示了表面放电与汤森放电、体放电和辉光放电的内在联系。然后探究了电子密度的时间演化和电流密度的空间演化。最后,计算、分析了E的分布规律,发现在表面放电时放电区(柱)中心两侧的介质表面的E分别指向放电区(柱)中心位置,在体放电时背离放电区(柱)中心位置。随着气体温度的降低,E最大值逐渐增强并向电极径向中心位置移动。利用库仑力、洛伦兹力和E空间分布解释了放电区(柱)的稳定性和向径向中心移动。

关键词：气体温度柱状放电电子数密度径向折合电场

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