直流條件下厘米級(jí)間隙流注特性數(shù)值仿真及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、由于流注放電是一個(gè)在時(shí)間與空間上都劇烈變化的暫態(tài)過程,其時(shí)間尺度為納秒級(jí),時(shí)至今日,即使借助于ICCD超高速照相機(jī),仍沒有足夠的實(shí)驗(yàn)手段完整記錄流注發(fā)展的整個(gè)過程;流注通道內(nèi)部的參數(shù),例如凈電荷密度、電場(chǎng)分布,仍無法用實(shí)驗(yàn)手段完全確定。本文以直流條件下厘米級(jí)短間隙流注放電為研究對(duì)象,采用物理建模和數(shù)值仿真的方法,針對(duì)流注放電的起始和發(fā)展兩個(gè)過程,對(duì)其放電特性開展深入細(xì)致的研究。
　　針對(duì)流注放電的流注起始和流注發(fā)展過程,分別建立了

2、光電離電子崩-流注轉(zhuǎn)化模型和流注發(fā)展流體動(dòng)力學(xué)模型?；跁r(shí)域有限差分方法建立圓柱坐標(biāo)系下空間電場(chǎng)求解方法,并通過引入紅黑排序并行計(jì)算提高了空間電場(chǎng)的求解效率。
　　利用光電離電子崩-流注轉(zhuǎn)化模型,開展不同間隙長(zhǎng)度均勻場(chǎng)流注起始特性仿真分析。同時(shí)提出二維圓柱坐標(biāo)系下FD-FCT算法,實(shí)現(xiàn)均勻場(chǎng)流注發(fā)展流體動(dòng)力學(xué)模型求解。開展短間隙流注放電仿真研究,獲得了流注空間帶電粒子分布、空間電場(chǎng)分布、流注通道半徑,流注發(fā)展速度及流注放電電流等微

3、觀物理量的變化特性。同時(shí)研究了流注放電仿真初始條件及背景電場(chǎng)對(duì)流注放電物理特性的影響。
　　提出了一個(gè)準(zhǔn)一維流注發(fā)展等效數(shù)值模型,實(shí)現(xiàn)了不均勻場(chǎng)中流注發(fā)展仿真,從而克服了二維不均勻場(chǎng)流注仿真求解中數(shù)值求解復(fù)雜及很難收斂的不足?；谠摿髯l(fā)展等效模型,對(duì)典型的棒-板間隙中正流注發(fā)展微觀物理過程進(jìn)行研究,獲得空間電場(chǎng)、電勢(shì)、電荷密度分布及流注發(fā)展速度等重要微觀物理量的變化特性。同時(shí)討論了等效模型中流注通道外形對(duì)流注放電物理特性的影響,

4、確定了合理選擇流注通道外形的原則。并針對(duì)負(fù)流注放電的特點(diǎn),特別考慮了正離子撞擊陰極表面產(chǎn)生二次電子發(fā)射的物理過程,深入分析了負(fù)流注特里切爾脈沖放電過程中的三個(gè)階段:電子崩階段,等離子體形成階段以及負(fù)離子消散過程的放電物理過程。并提出負(fù)離子對(duì)棒電極頭部電場(chǎng)的周期性的削弱在特里切爾脈沖的形成及發(fā)展中起著重要作用。
　　提出了濕度計(jì)算模型,開展?jié)穸葘?duì)均勻場(chǎng)和不均勻場(chǎng)流注起始及流注發(fā)展過程的微觀物理特性影響研究。研究表明濕度對(duì)均勻場(chǎng)及不均

5、勻場(chǎng)的流注起始電壓影響很小,可忽略不計(jì)。隨著濕度的增加,電子的附著和復(fù)合作用增強(qiáng),降低了空間有效電離作用,從而使正流注頭部電荷密度及流注通道內(nèi)的等離子體密度降低了,減弱了流注頭部場(chǎng)強(qiáng),增大了流注通道的平均場(chǎng)強(qiáng)。特里切爾脈沖電流幅值隨著空氣濕度的增加而減小,頻率隨著空氣濕度的增加而降低。
　　設(shè)計(jì)研制了用于測(cè)量流注放電電流的高電位電流測(cè)量系統(tǒng);建立了厘米級(jí)間隙放電綜合同步觀測(cè)平臺(tái),結(jié)合高電位電流采集和高速攝影技術(shù),研究不同電極結(jié)構(gòu)及