脉冲电压上升沿对He大气压等离子体射流管内放电发展演化特性的影响

通过仿真和实验相结合的手段,以直流脉冲电压驱动的双环电极结构He大气压等离子体射流为例,研究了电压上升沿时间对管内放电等离子体发展演化特性的影响.随着电压上升沿的改变,管内介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)区出现空心和实心两种放电模式.上升沿为纳秒和亚微秒量级时,以空心模式发展,上升沿持续增加后转变为实心模式.放电模式本质上受鞘层厚度、管内电场和表面电荷密度分布的影响,鞘层厚度小于1.8 mm时等离子体通常以空心模式传播,等于1.8 mm时等离子体的径向传播范围有限而转变为实心传播.管内DBD区,电场以轴向分量为主时,等离子体以放电起始时的模式传播;而在地电极内部,由于外施电场方向发生径向偏转,同时管壁沉积的正电荷形成径向自建电场,两者叠加形成的强径向电场致使放电以空心模式传播.     

针-板空气间隙流注放电起始过程的三维PIC/MCC仿真研究

流注放电作为自然界中闪电传播的预电离机制、高压输变线路间长空间间隙放电的重要初始阶段,在工业领域存在诸多潜在应用,近年来引起人们越来越多的关注.流注放电具有典型的多尺度、非线性的放电特征,实验观测中多呈现出分叉等不规则结构.为了研究其微观结构特性和行为特征,本文采用三维粒子仿真模型(PIC/MCC),着重研究了流注从针型正电极的起始和发展过程.模型采用了可变自适应网格、可变粒子权重以及并行计算等技术,有效地降低了三维粒子仿真的计算时间.通过调节针型电极上的施加电压幅值、改变气体组分及调整电极形状尺寸等,研究了放电参数变化对流注放电的分叉结构、半径等行为的影响.模拟结果表明:随着电压的升高,流注的半径及分叉数目增加;对比不同气体组分(纯氧以及不同比例氮氧混合气体),发现其对流注的分叉数目影响较为显著;针型电极结构直接影响了流注的起始时间和形貌.     

正弦交流电压驱动低气压CO2放电特性的对比:DBD结构与裸电极结构

火星大气富含CO₂(～95%),对其原位利用具有重要的科学和经济价值.高压放电转化CO₂具有绿色环保、可控程度高、使用寿命长等优势,在火星CO₂资源原位转化利用方面具有应用潜力.本文模拟火星低气压条件下CO₂氛围,针对kHz交流电压驱动两种典型电极结构(有/无阻挡介质)的放电特性开展对比实验研究,并辅以数值仿真分析两种电极结构下CO₂放电产物及其转化途径.结果表明,引入阻挡介质后,由于介质表面累积电荷和空间电荷畸变电场导致放电从半周期单次放电转变为多脉冲放电,不同放电脉冲对应的放电通道随机产生.主要放电产物中,CO依赖阴极位降区边界处电子与CO₂附着分解反应产生,O₂大部分产生于瞬时阳极表面或瞬时阳极侧介质表面电子与CO₂~+复合分解反应.进一步发现,介质引入不改变二者产生位置和主导反应路径,但会降低阴极位降区边界处电子密度和电子温度,使CO产量有所减少;并降低放电功率,使到达瞬时阳极表面和瞬时阳极侧介质表面的C...     

大气压Ar／NH3介质阻挡辉光放电的仿真研究

为了研究火气压下氩气（Ar）中掺杂氨气（NH3）的Ar／NH3介质阻挡辉光放电的放电机理,通过建立一‘个多粒子的自洽耦合流体模型,采用有限元方法进行数值计算,得到了气体间隙压降、介质表面电荷密度、放电电流密度随时间的周期变化波形,以及带电粒子、中性粒子与空间电场强度的时空分布．仿真计算结果表明：气体间隙的周期击穿过程主要由气隙电压控制,并受气隙两侧介质极板上积聚的表面电荷的影响．气隙间带电粒子密度和电场强度的时空分布表明本文的放电过程存在阴极位降区、负辉区、法拉第暗区、等离子体正柱区等辉光放电的典型区域,放电模式为大气压辉光放电．在Ar/NH3等离子体中,主要的正离子为NH＋,其次为Ar2＋,主要的负离子为NHi：NH3分解产生的主要的激发态分子为NH,NH2和N2H3,而最终的稳态产物主要是N2和H2．