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大气压介质阻挡放电特性的理论研究

作　者: 宋新新
导　师: 谭震宇
学　校: 山东大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 等离子体介质阻挡放电大气压数值模拟放电参数恒功率
分类号: O461
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

大气压气体放电中产生的非平衡等离子体,具有较高的电子能量和较低的离子能量,且包含大量的活性粒子,这些粒子具有很高的化学活性,许多通常不能发生或者需要在苛刻条件下发生的化学反应在这种等离子体氛围下都可以发生因此,大气压气体放电在工业生产上具有广阔的应用前景,从而已成为等离子体物理学界广泛关注的热点领域。近年来,人们对大气压介质阻挡放电进行了广泛的实验和模拟研究,对介质阻挡放电的性质已经有了一定的了解和认知。但随着研究的不断深入,人们也深刻地认识到这种放电的复杂性,有许多放电行为还不清楚,一些放电现象还没有得到一致的、合理的解释,等离子体的性质随外部控制参数的变化、放电中的物理化学过程等还远未被掌握。均匀大气压等离子体的稳定机制和有效地控制方法还不完全清楚,有许多方面仍然处于研究之中。本文采用一维流体力学模型,对氦气以及氦氮混合气体中大气压介质阻挡放电特性进行了数值模拟研究,主要包含以下方面的内容及结果：1、论文的第一章,简要介绍了大气压介质阻挡放电的研究背景及意义,系统地综述了国内外在该领域的研究现状和研究方法。2、论文的第二章,模拟研究了单脉冲大气压氦气均匀介质阻挡放电特性。对外加电压幅值、频率、介质板厚度以及介电常数等参数对均匀大气压介质阻挡放电特性的影响作了系统的研究。给出了一种测定电流脉冲宽度的新方法,即通过计算击穿电压与熄灭电压的时间差来估计脉冲宽度。此外,研究了外加电压幅值和频率对电流脉冲宽度的影响,为实验获得均匀介质阻挡放电,抑制辉光放电向丝状放电的转化提供理论基础。3、论文的第三章,对氦气中多脉冲均匀介质阻挡放电进行了模拟研究。研究了外加电压幅值和频率、放电间隙、介质层厚度等参数对放电电流脉冲的数目和相邻两个电流脉冲时间间隔的影响。此外,采用线性拟合的方法来估计形成新的电流脉冲时刻的起始电压和频率,为实验研究多脉冲放电提供理论基础。4、论文的第四章,基于射频放电中的恒功率方法,提出用调节电压幅值的方法来保证功率恒定,并给出相应的迭代算式,从而将射频放电中的恒功率方法拓展到大气压介质阻挡放电的恒功率问题研究。研究了恒功率条件下外加电压频率和放电装置问隙对放电电流密度、电流脉冲宽度、放电空间电子密度和电荷密度等特征量的影响。研究结果将为大气压下介质阻挡放电的效率提高及放电装置的优化提供一定的理论指导。5、论文的第五章,对氦氮混合气体大气压介质阻挡放电特性进行了模拟研究。仿真过程中充分考虑了在以往模拟过程中有可能被忽视的粒子,其中包括氦亚稳态分子He2*,氮分子离子N4+等。研究了不同含量的氮杂质对放电特性的影响,外加电压幅值和频率的变化对氦氮混合气体放电特性、主要放电机制以及放电特征量的空间分布的影响,以期获得对混合气体放电机理的进一步了解。

全文目录

中文摘要  10-12
ABSTRACT  12-15
第一章绪论  15-29
  1.1 课题的研究背景及意义  15-19
  1.2 国内外研究现状及分析  19-27
    1.2.1 实现大气压下辉光放电的途径  19-24
    1.2.2 等离子体参数诊断  24-26
    1.2.3 大气压下介质阻挡放电的模拟研究  26-27
  1.3 论文的主要内容  27-29
第二章单脉冲大气压均匀介质阻挡放电特性的研究  29-46
  2.1 引言  29-30
  2.2 理论模型  30-35
  2.3 大气压介质阻挡放电的基本特性  35-38
  2.4 放电参数对大气压介质阻挡放电特性的影响  38-44
    2.4.1 放电装置参数对大气压介质阻挡放电的影响  38-40
    2.4.2 外部参数对大气压介质阻挡放电的影响  40-44
  2.5 本章小结  44-46
第三章多脉冲均匀大气压介质阻挡放电特性的研究  46-61
  3.1 引言  46-47
  3.2 理论模型  47-49
  3.3 外部参数对多脉冲大气压介质阻挡放电的影响  49-56
    3.3.1 电压幅值对多脉冲放电的影响  49-53
    3.3.2 电压频率对多脉冲放电的影响  53-56
  3.4 放电装置参数对多脉冲大气压介质阻挡放电的影响  56-60
  3.5 本章小结  60-61
第四章恒功率条件下均匀大气压介质阻挡放电特性的研究  61-72
  4.1 理论模型  61-63
  4.2 恒功率条件下频率对放电特性的影响  63-67
  4.3 恒功率条件下放电间隙对放电特性的影响  67-70
  4.4 本章小结  70-72
第五章氦氮混合气体中大气压介质阻挡放电特性的研究  72-80
  5.1 引言  72-73
  5.2 理论模型  73-74
  5.3 不同含量的氮杂质对放电特性的影响  74-76
  5.4 电压幅值对放电电流转折点处放电特性的影响  76-77
  5.5 电压频率对电流密度转折点处放电特性的影响  77-79
  5.6 本章小结  79-80
第六章结论  80-84
  6.1 主要成果和结论  80-82
  6.2 下一步的工作  82-84
参考文献  84-97
致谢  97-98
攻读博士学位期间发表的学术论文  98-100
学位论文评阅及答辩情况表  100

大气压介质阻挡放电特性的理论研究

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