大气压介质阻挡放电中时空非线性行为的仿真研究
发布时间：2022-02-09 22:45
大气压介质阻挡放电（DBD）作为能够产生均匀、稳定低温等离子体的重要手段,因近些年在材料加工、薄膜沉积、表面改性等方面具有应用潜力备受关注。本质上,DBD是复杂的放电系统,击穿后在时域和空间中存在着大量丰富复杂的非线性行为。目前大气压DBD关于多电流脉冲放电形式、不对称放电行为、自组织斑图放电模式的特性和机理已取得初步进展。但是当前研究仍然处于初步探索阶段,大气压DBD仍存在丰富的非线性行为特性,相应物理机制有待于进一步探索。为了提高大气压DBD在工业领域中的应用价值,本文基于流体模型的仿真手段对以上提及的时空非线性行为深入研究,提出了一些关于大气压DBD复杂的时空非线性行为的重要结论:（1）明确气隙宽度对多电流放电特性的影响和放电模式的转化进程。在一维仿真模型中改变气隙宽度,研究大气压氦气介质阻挡放电的多脉冲放电特性,重点关注整个脉冲宽度、脉冲数目、电流脉冲峰值和峰值相位变化,分析多脉冲放电形成原因和对应放电模式。（2）证实介质层几何结构对称性与放电对称性的对应关系。基于大气压氩气介质阻挡放电一维仿真模型改变一侧介质层厚度研究介质层几何结构对称性对放电对称性的影响。设定放电对称指标,...
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１气体放电伏安特性曲线??汤森放电是一种自持放电，即放电在移除外界所致的电离源后仍可持续发生的现象
增大。??在ｒ２阶段，放电电流增大程度加剧，且达到一定水平后消失。此时，电子在电场作??用下获取足够能量，发生碰撞电离和气体分子反应而出现正离子，使放电电流较之前的??阶段有明显提升。由于起始在阴极发射的电子来源于光电效应，在该效应消失时放电电??流会随之消失，使放电转为非自持放电。??，－非自持放电?１??自持放电?丨ｊ＇??？?！／！??－?－７?Ｉ?；??／?Ｔａ?｜?Ｔｔ?Ｉ?Ｔｊ??０－Ｆ￣￣Ｉ?１?Ｉ?Ｉ?１?Ｉ?－??ｏ?ｖ％??电压／Ｖ??图１－２汤森放电伏安特性曲线??辉光放电和汤森放电相同，同属于自持放电。其依据放电空间中正离子在阴极处轰??击产生的二次电子发射维持自身放电。此外，辉光放电是一种重要的气体放电模式，主??要分为正常辉光放电、亚辉光放电、反常辉光放电三种类型。??通常，放电在圆柱玻璃管中平行电极施有直流电压条件下击穿，放电发生击穿，表??现为辉光放电。此时，放电电流出现骤增，放电管在不同位置表现出不同亮度的光层分??布，如图１－３所示。此时，放电空间对应不同区域，并在亮度等级、电流密度、电场强??度、电位、空间电荷等方面展示出不同特征。??阴极侧紧贴区域为阿斯顿暗区，显示为一个较窄的区域。值得注意的是，该位置电??场作用较弱，电子虽然在此处出发，但获取能量较少而不足以与气体发生碰撞后激发。??２??
?第一章绪论???阴极侧相邻区域表现出辉光，记为阴极辉区。此处电子在电场作用下获取能量满足原子??激发条件，导致辉光出现。该区域的范围取决于背景气体自身性质以及气体气压含量。??通常情况下，阴极辉区直接接触阴极位置，阿斯登暗区被掩盖不计。??阴极辉［负辉区?［正柱区！？阳极辉区??ｗｈｈｂｈ?＿ｌ＼??ＩＵ￣￣??电极??阿斯顿暗区ｊ?ｌ克罗克斯暗区ｌ法拉第暗区??图１－３辉光放电分区示意图??电子在紧挨阴极辉区的区域内进行大量电离碰撞，该区域为克罗克斯暗区。随着碰??撞电离反应的加剧，更多电子产生并继续在电场作用下获取能量，进一步和背景气体发??生碰撞，表现出明显的负辉光。该段发光区域定义为负辉区，作为放电管亮光最强的区??域出现。??负辉区后紧随法拉第暗区和正柱区，其中，正柱区内出现大量背景气体的电离和激??发过程。由于正柱区表现为电中性，该区域又记作等离子体区。正柱区内，气体和电子??发生电离反应和激发反应，而且，带电粒子进行双极性扩散。??电子靠近阳极过程中在电场作用下获取较大能量，进一步激发气体而发光，导致阳??极周围存在辉光。因此，靠近阳极区域记为阳极辉区。??１．１．２等离子体??等离子体作为物质第四态，表现为自由随机运动的带电粒子集合，宏观呈现电中性。??宇亩中存在大量的星际物质均为等离子体，而且恒星是维持热平衡状态的等离子体［１］，??包含的各种粒子温度均相同为某一固定值。然而，实验室中的放电等离子体一般为非热??平衡状态。外施电场驱动放电过程中，电子得到更多输入功率，离子仅在碰撞过程中获??取能量，电子温度远大于离子温度。??等离子体一般分为三种类型，分别为：高温等离子体、冷等离
【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of nitrogen impurities on the characteristics of a patterned helium dielectric barrier discharge at atmospheric pressure[J]. 张雨晖,宁文军,戴栋,王乔. Plasma Science and Technology. 2019(07)
[2]大气压低温等离子体的研究现状与发展趋势[J]. 戴栋,宁文军,邵涛. 电工技术学报. 2017(20)
[3]高氧浓度下大气压Ar/O2脉冲介质阻挡放电频率特性数值研究[J]. 潘光胜,谭震宇,王晓龙,潘杰,黄强. 电工技术学报. 2017(20)
[4]绝缘材料表面电荷测量优化及等离子体处理对其表面电特性的影响[J]. 王瑞雪,海彬,田思理,任成燕,陈根永,邵涛. 高电压技术. 2017(06)
[5]大气压氦气辉光放电中正柱区消散特性对时域非线性行为的影响[J]. 戴栋,张雨晖,宁文军. 高电压技术. 2017(06)
[6]电压幅值和频率对表面介质阻挡放电与气动特性的影响[J]. 高国强,彭开晟,董磊,魏文赋,吴广宁. 电工技术学报. 2017(08)
[7]介质阻挡放电等离子体降解SF6的实验与仿真研究[J]. 张晓星,胡雄雄,肖焓艳. 中国电机工程学报. 2017(08)
[8]不同电极间距下纳秒脉冲表面介质阻挡放电分布特性[J]. 姜慧,邵涛,章程,严萍. 电工技术学报. 2017(02)
[9]等离子体沉积类SiO2薄膜抑制环氧树脂表面电荷积聚[J]. 海彬,章程,王瑞雪,张帅,陈根永,邵涛. 高电压技术. 2017(02)
[10]大气压脉冲气体放电与等离子体应用[J]. 邵涛,章程,王瑞雪,严萍,任成燕. 高电压技术. 2016(03)
本文编号：3617774
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１气体放电伏安特性曲线??汤森放电是一种自持放电，即放电在移除外界所致的电离源后仍可持续发生的现象
增大。??在ｒ２阶段，放电电流增大程度加剧，且达到一定水平后消失。此时，电子在电场作??用下获取足够能量，发生碰撞电离和气体分子反应而出现正离子，使放电电流较之前的??阶段有明显提升。由于起始在阴极发射的电子来源于光电效应，在该效应消失时放电电??流会随之消失，使放电转为非自持放电。??，－非自持放电?１??自持放电?丨ｊ＇??？?！／！??－?－７?Ｉ?；??／?Ｔａ?｜?Ｔｔ?Ｉ?Ｔｊ??０－Ｆ￣￣Ｉ?１?Ｉ?Ｉ?１?Ｉ?－??ｏ?ｖ％??电压／Ｖ??图１－２汤森放电伏安特性曲线??辉光放电和汤森放电相同，同属于自持放电。其依据放电空间中正离子在阴极处轰??击产生的二次电子发射维持自身放电。此外，辉光放电是一种重要的气体放电模式，主??要分为正常辉光放电、亚辉光放电、反常辉光放电三种类型。??通常，放电在圆柱玻璃管中平行电极施有直流电压条件下击穿，放电发生击穿，表??现为辉光放电。此时，放电电流出现骤增，放电管在不同位置表现出不同亮度的光层分??布，如图１－３所示。此时，放电空间对应不同区域，并在亮度等级、电流密度、电场强??度、电位、空间电荷等方面展示出不同特征。??阴极侧紧贴区域为阿斯顿暗区，显示为一个较窄的区域。值得注意的是，该位置电??场作用较弱，电子虽然在此处出发，但获取能量较少而不足以与气体发生碰撞后激发。??２??
?第一章绪论???阴极侧相邻区域表现出辉光，记为阴极辉区。此处电子在电场作用下获取能量满足原子??激发条件，导致辉光出现。该区域的范围取决于背景气体自身性质以及气体气压含量。??通常情况下，阴极辉区直接接触阴极位置，阿斯登暗区被掩盖不计。??阴极辉［负辉区?［正柱区！？阳极辉区??ｗｈｈｂｈ?＿ｌ＼??ＩＵ￣￣??电极??阿斯顿暗区ｊ?ｌ克罗克斯暗区ｌ法拉第暗区??图１－３辉光放电分区示意图??电子在紧挨阴极辉区的区域内进行大量电离碰撞，该区域为克罗克斯暗区。随着碰??撞电离反应的加剧，更多电子产生并继续在电场作用下获取能量，进一步和背景气体发??生碰撞，表现出明显的负辉光。该段发光区域定义为负辉区，作为放电管亮光最强的区??域出现。??负辉区后紧随法拉第暗区和正柱区，其中，正柱区内出现大量背景气体的电离和激??发过程。由于正柱区表现为电中性，该区域又记作等离子体区。正柱区内，气体和电子??发生电离反应和激发反应，而且，带电粒子进行双极性扩散。??电子靠近阳极过程中在电场作用下获取较大能量，进一步激发气体而发光，导致阳??极周围存在辉光。因此，靠近阳极区域记为阳极辉区。??１．１．２等离子体??等离子体作为物质第四态，表现为自由随机运动的带电粒子集合，宏观呈现电中性。??宇亩中存在大量的星际物质均为等离子体，而且恒星是维持热平衡状态的等离子体［１］，??包含的各种粒子温度均相同为某一固定值。然而，实验室中的放电等离子体一般为非热??平衡状态。外施电场驱动放电过程中，电子得到更多输入功率，离子仅在碰撞过程中获??取能量，电子温度远大于离子温度。??等离子体一般分为三种类型，分别为：高温等离子体、冷等离
【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of nitrogen impurities on the characteristics of a patterned helium dielectric barrier discharge at atmospheric pressure[J]. 张雨晖,宁文军,戴栋,王乔. Plasma Science and Technology. 2019(07)
[2]大气压低温等离子体的研究现状与发展趋势[J]. 戴栋,宁文军,邵涛. 电工技术学报. 2017(20)
[3]高氧浓度下大气压Ar/O2脉冲介质阻挡放电频率特性数值研究[J]. 潘光胜,谭震宇,王晓龙,潘杰,黄强. 电工技术学报. 2017(20)
[4]绝缘材料表面电荷测量优化及等离子体处理对其表面电特性的影响[J]. 王瑞雪,海彬,田思理,任成燕,陈根永,邵涛. 高电压技术. 2017(06)
[5]大气压氦气辉光放电中正柱区消散特性对时域非线性行为的影响[J]. 戴栋,张雨晖,宁文军. 高电压技术. 2017(06)
[6]电压幅值和频率对表面介质阻挡放电与气动特性的影响[J]. 高国强,彭开晟,董磊,魏文赋,吴广宁. 电工技术学报. 2017(08)
[7]介质阻挡放电等离子体降解SF6的实验与仿真研究[J]. 张晓星,胡雄雄,肖焓艳. 中国电机工程学报. 2017(08)
[8]不同电极间距下纳秒脉冲表面介质阻挡放电分布特性[J]. 姜慧,邵涛,章程,严萍. 电工技术学报. 2017(02)
[9]等离子体沉积类SiO2薄膜抑制环氧树脂表面电荷积聚[J]. 海彬,章程,王瑞雪,张帅,陈根永,邵涛. 高电压技术. 2017(02)
[10]大气压脉冲气体放电与等离子体应用[J]. 邵涛,章程,王瑞雪,严萍,任成燕. 高电压技术. 2016(03)
本文编号：3617774
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3617774.html
