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同轴电极He/N_2大气压辉光放电特性研究

张莉丽  
【摘要】: 介质阻挡大气压辉光放电由于有着广泛的应用前景,自1988年首次被报道之后就成了人们研究的热点。介质阻挡放电是产生非平衡等离子体的主要装置之一。本文采用射流放电装置-同轴线筒电极结构,在电极之间插入绝缘介质板,从等离子体流体力学模型出发,对大气压介质阻挡放电特性进行了数值模拟研究。主要包括两部分内容:首先,采用一维自洽流体模型,研究了氦-氮混合气体中的介质阻挡大气压辉光放电特性,讨论了少量氮气杂质对均匀氦气大气压辉光放电的影响;另外,在二维流体模型中,研究了均匀大气压辉光放电的轴向演化情况。数值模拟计算中,采用Scharferter和Gummel提出的有限差分方法来求解粒子的连续性方程,并用电流守衡方程代替泊松方程来求解电场,节省了大量的计算时间。 模拟结果表明,微量氮气杂质的掺入对放电产生了很大的影响,由于氮分子和氦亚稳态原子之间的潘宁电离过程为放电提供了较多的电子,使得击穿放电更加容易,因此气体击穿电压随着杂质浓度增加而降低,从而使得放电电流幅度降低,电离水平的降低导致了带电粒子密度减少。 在对大气压辉光放电的二维数值模拟中,通过分析放电电流、电子密度和离子密度的轴向分布给出了放电的轴向演化情况,并且通过空间电场和介质表面积累电荷的空间分布对这一现象进行了解释。研究发现,大气压辉光放电沿轴向不完全均匀,而是存在着一定的轴向结构。放电首先在电极中间区域发生,此时中间区域电场高于边缘区域,带电粒子密度和介质板表面积累的电荷密度也高于边缘区域;随后放电向边缘区域扩展,此时边缘区域的电场、带电粒子密度和介质板表面积累的电荷密度要高于电极中间区域。


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