同轴电极介质阻挡大气压辉光放电数值模拟

【摘要】：本文首先回顾了等离子体发展的概况及其应用。在低气压条件下产生等离子体受真空条件所限制。为解决这一问题,各种高气压条件下(特别是大气压下)的非平衡等离子体源发展了起来。文中介绍了弧光放电、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。通过对比各种大气压等离子体源的特点,可以看到等离子体射流产生的等离子体均匀稳定。在文中我们采用了相同的射流放电装置一同轴的线筒电极结构,并在电极间插入绝缘介质以形成阻挡,讨论了此种结构下大气压均匀辉光放电产生等离子体所具有的各种特性。 通过建立一维的自洽流体力学模型,对同轴线筒电极结构中大气压介质阻挡放电特性进行了数值模拟研究。在计算中,对于粒子的连续性方程我们采用Scharferter和Gummel提出的有限差分方法,并用电流守恒方程代替泊松方程来求解电场,从而节省了大量的计算时间。通过求解一维电子、离子、亚稳态粒子的连续性方程和电流守恒方程,数值计算给出了电子、离子、亚稳态粒子密度和电场分布的时空变化,以及放电电流、气体电压和绝缘介质板上积累的电荷密度随时间的演化情况。模拟结果表明,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,这是由于采用了轴对称的电极结构。在放电电流最大时刻,电子、离子密度及电场分布呈现出典型低气压辉光放电的特点,即存在明显的阴极位降区,负辉区,以及等离子体正柱区。分析讨论了介质阻挡的位置和放电间隙对放电电流特性的影响。结果表明,介质只覆盖在外筒电极情形下,在上半周期电流击穿发生的最早,下半周期击穿发生的最晚,并且放电电流峰值最大,上下半周期脉冲宽窄差异最明显。随着放电间隙的减小,出现了多脉冲放电。。