直流與鋸齒波激勵的均勻大氣壓放電數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，低溫等離子體在工業(yè)領(lǐng)域上的應(yīng)用日益顯著，因此通過氣體放電在大氣壓下產(chǎn)生均勻的低溫等離子體已經(jīng)成為氣體放電和等離子體領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其中，直流放電是產(chǎn)生低溫等離子體的一種最簡單的方式，而由絕緣介質(zhì)插入放電空間產(chǎn)生的介質(zhì)阻擋放電，被認(rèn)為是一種產(chǎn)生等離子體的傳統(tǒng)方法，在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。因此，本文利用數(shù)值模擬的方法對直流激勵和鋸齒波激勵下的大氣壓均勻放電進(jìn)行了研究。
　　本文主要是采用一維流體模型的方法，通過解電子、離子的輸

2、運(yùn)方程，動量方程和電流平衡方程，得到了放電電流、放電電壓的波形，以及電子密度、離子密度和電場的空間分布。分別研究了直流激勵和鋸齒波激勵下均勻放電的放電特性和放電模式的轉(zhuǎn)換。通過模擬得到的主要結(jié)論有：
　?。?）對于直流放電，當(dāng)外加電壓加在電極兩端后，氣體間隙開始放電，當(dāng)加壓一段時間后，放電電流逐漸平穩(wěn)，放電達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。研究結(jié)果表明隨著氣體間隙寬度的增大，放電到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的時間變長，放電電流的穩(wěn)態(tài)值減小。通過比較不同時刻的電子密度

3、、離子密度和電場的空間分布，發(fā)現(xiàn)在直流放電過程中放電由開始的湯森放電模式轉(zhuǎn)換到輝光放電模式。改變不同氣體間隙寬度、限流電阻和二次電子發(fā)射系數(shù)的值，得到不同參數(shù)下的V-I特性曲線。發(fā)現(xiàn)小氣體間隙（2mm）下放電的V?I曲線斜率為負(fù)，即該情況下放電為正常輝光放電模式，而大間隙（4mm和10mm）下放電的V-I曲線斜率為正，即為反常輝光放電模式。而對于不同的限流電阻，小電阻的情況下（100kΩ）放電為反常輝光放電，而對于較大電阻（200kΩ和

4、300kΩ）放電為正常輝光放電模式。但是，改變二次電子發(fā)射系數(shù)的值，發(fā)現(xiàn)在放電過程中V-I曲線斜率均為正，即二次電子發(fā)射系數(shù)值的變化未影響放電模式的改變。
　?。?）鋸齒波激勵下數(shù)值模擬結(jié)果表明，在頻率較低時放電為階梯放電，并且隨著頻率的增加，平臺的寬度逐漸減小。當(dāng)頻率增加到一定值，在放電平臺上會出現(xiàn)幾個小脈沖疊加的情況。繼續(xù)增大頻率，會得到每半個外加電壓周期有兩個放電脈沖和一個放電脈沖的情況。通過模擬階梯放電、脈沖放電所對應(yīng)的不