氩氧混合大气压介质阻挡放电数值模拟研究

发布时间：2017-07-19 13:12

  本文关键词：氩氧混合大气压介质阻挡放电数值模拟研究

  更多相关文章： 低温等离子体 活性氧粒子 介质阻挡放电 氧气含量 数值模拟

【摘要】：目前,大气压低温等离子体在生物医学领域的应用研究已成为焦点。研究表明,等离子体中的活性粒子在消毒杀菌、伤口愈合、皮肤病治疗、癌细胞加速凋亡等应用中起到了重要作用,活性氧粒子在其中扮演了关键角色。掺氧气体大气压介质阻挡放电作为产生活性氧粒子的主要方式,目前已应用于生物医学领域研究中。由于对活性氧粒子诊断手段的缺乏,大气压介质阻挡放电中活性氧粒子的产生与消耗机制仍不清晰,存在诸多基本问题。数值模拟方法有利于研究分析活性氧粒子的产生与消耗机制,模拟结果可以为实验提供参考,是一种研究粒子时空演化特性的有效方法。本文通过一维流体力学模型,利用Fortran语言实现编程,采用SG方法求解,对氩氧混合大气压介质阻挡放电进行了数值模拟研究。具体内容如下：1、保持氧气含量不变,得出大气压条件下单电流峰与多电流峰氩氧混合介质阻挡放电特性。通过计算电场、带电粒子密度等,分析了单电流峰氩氧混合介质阻挡放电中氧粒子密度的空间分布。氧原子的密度值在空间内始终维持在较高的量级。探讨了单电流峰放电特征因放电参数的改变而受到的影响。2、详细地讨论了单电流峰与多电流峰氩氧混合放电中的氧浓度效应。通过增加氧气含量,模拟发现：随着氧气含量的增高,电子密度、氩离子密度与氩的激发态、共振态和亚稳态密度均呈现下降趋势,氧分子正离子密度值较高但改变较小,基态氧原子的密度值高且呈现出先增加后减小的趋势,臭氧密度增长趋势明显。多电流峰氩氧混合气体放电中的氧浓度效应与单电流峰氩氧混合气体放电中的氧浓度效应基本相同。3、分析了氧气含量对单电流峰氩氧混合放电模式的影响。逐渐增加氧气含量,放电模式从开始的辉光放电向汤森放电过渡,且电子密度随之降低。增大电压时,多电流峰放电中每个放电脉冲所对应的放电模式发生改变,会逐步过渡到辉光放电模式。4、针对单电流峰与多电流峰放电中活性氧粒子密度所呈现出的规律,系统地分析了形成这种规律的原因,讨论了产生与消耗活性氧粒子反应的反应速率在氧气含量增加过程中的变化情况,比较得出活性氧粒子在单电流峰放电形式中的演化机制与在多电流峰放电形式中的演化机制基本一致。
【关键词】：低温等离子体 活性氧粒子 介质阻挡放电 氧气含量 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O53;R318
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 大气压低温等离子体及其应用8-12
• 1.1.1 大气压低温等离子体概述8
• 1.1.2 大气压低温等离子体的应用8-12
• 1.2 低温等离子体中的活性氧粒子及其产生方式12-16
• 1.2.1 活性氧粒子在低温等离子体中的作用12-13
• 1.2.2 活性氧粒子的大气压低温等离子体源13-16
• 1.3 氩氧混合大气压介质阻挡放电的研究现状16-17
• 1.4 本文研究内容17-18
• 2 氩氧混合大气压介质阻挡放电特性的研究18-46
• 2.1 引言18
• 2.2 理论模型18-28
• 2.3 单电流峰氩氧混合大气压介质阻挡放电特性28-38
• 2.3.1 单电流峰大气压氩氧混合放电的基本特性28-31
• 2.3.2 氧粒子密度的空间分布31-33
• 2.3.3 放电参数对放电特性的影响33-38
• 2.4 多电流峰氩氧混合大气压介质阻挡放电特性38-45
• 2.4.1 多电流峰大气压氩氧混合放电的基本特性38-42
• 2.4.2 电压对多电流峰放电特性的影响42-45
• 2.5 小结45-46
• 3 氧浓度效应与活性氧粒子的演化机制46-69
• 3.1 引言46
• 3.2 氧气含量对氩氧混合大气压介质阻挡放电特性的影响46-55
• 3.2.1 氧气含量对放电基本特性的影响46-52
• 3.2.2 氧气含量对放电模式的影响52-55
• 3.3 活性氧粒子的演化机制55-67
• 3.3.1 激发态氧原子的演化56-58
• 3.3.2 基态氧原子的演化58-60
• 3.3.3 激发态氧分子的演化60-62
• 3.3.4 臭氧的演化62-64
• 3.3.5 多电流峰与单电流峰氩氧混合放电中活性氧粒子的演化机制比较64-67
• 3.4 小结67-69
• 结论69-70
• 参考文献70-76
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况76-77
• 致谢77-78

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本文编号：563050