介质阻挡均匀大气压辉光放电数值模拟研究

通过数值求解一维电子、离子连续性方程和动量方程，以及电流连续性方程，计算了氦气介 质阻挡大气压辉光放电电子、离子密度和电场在放电空间的时空分布，以及放电电流密度和 绝缘介质板充电电荷密度随时间的变化. 分析讨论所加电压频率、幅值及介质板性质等对均 匀大气压辉光放电性质的影响. 当外加电压频率足够高时，大量离子被俘获在放电空间，空 间电荷场又引起足够多的电子滞留在放电空间. 这些种子电子使得在大气压下发生汤森放电 ，放电空间结构类似于低气压辉光放电，即存在明显的阴极位降区、负辉区、法拉第暗区和 等离子体正柱 关键词： 大气压辉光放电 介质阻挡 数值模拟 等离子体     

大气压下多脉冲均匀介质阻挡放电的研究

基于一维流体力学模型，数值计算研究了大气压下氦气中多脉冲均匀介质阻挡放电的形成原因和性质，分析讨论了所加电压频率、幅值及介质板性质等对多脉冲均匀放电的影响. 模拟结果显示，当放电间隙较小时，由于介质表面积累电荷增加，感应电场增强，在外加电压的每半个周期内，可以形成多个放电脉冲，这些脉冲相应于等时间间隔的分立击穿. 放电间隙越窄，半个周期内形成的脉冲数目越多. 所加电压频率和幅值的变化不仅影响脉冲的幅度，同时也使放电脉冲的数目发生变化，而介质层厚度及介电常数的变化对放电脉冲数目没有明显的影响. 关键词： 大气压均匀放电 介质阻挡放电 数值模拟 等离子体     

共面介质阻挡放电特性研究

对共面介质阻挡放电(DBD)的放电过程进行了实验和理论研究. 在实验中设计了分段电极方法来获取放电过程中不同位置上的局域电流和光辐射特性，得到了阴极上等离子体的扩展速度，并与二维流体数值模拟结果进行了比较. 结果表明，在共面DBD的暂态放电过程中，电极上空等离子体区域始终存在有不均匀电场，导致了不同位置上放电电流和光辐射分布的不一致. 同时研究还表明，在DBD放电过程中应当考虑表面光致二次电子发射. 关键词： 介质阻挡放电 分段电极 放电特性     

空气介质阻挡放电单个微放电通道发光强度及振动激发温度的空间分布

通过清洗放电方法,在平行平板介质阻挡空气放电中得到了单个稳定的微放电通道（又称放电丝）.测量了从瞬时阳极到瞬时阴极单个放电丝的发光强度及振动激发温度的空间分布.研究表明：在外加电压的每半周中放电丝发光呈现杯型分布,杯底位于瞬时阴极处;振动温度在两平行板间隙的中心处最高而在瞬时阳极处最低. 关键词： 介质阻挡放电 微放电通道 振动温度     

常压DBD二维流体模型的FCT方法数值模拟

根据常压介质阻挡放电流体模型的物理方程,采用固定网格有限差分算法,分别用四阶和六阶相位误差FCT方法模拟求解二维流体连续方程.在均匀的初始条件下研究放电雪崩过程中电子密度的时空演化,具体分析和比较两种算法的差异.FCT方法模拟求解得出的计算结果与气体放电理论吻合较好,是一种具有较好的准确性和高精度的算法.     

Experimental study on characteristics of nanosecond-pulse surface dielectric barrier discharge

在常规大气环境条件下,基于单极性纳秒脉冲电源对表面介质阻挡放电特性进行了实验研究.结果表明:纳秒脉冲表而介质阻挡放电的本质是丝状放电,放电集中在电压脉冲的上升沿;激励电压和脉冲重复频率越大,放电越强烈,越接近均匀放电,但电压的作用更侧重于均匀性,而频率的作用则侧重于放电的强度;电极间隙的优化可以使表面介质阻挡放电特性最好;玻璃作为阻挡介质时容易发生沿面闪络.     

光学方法研究介质阻挡放电中的微放电特性

首先用真空光电倍增管测量了斑图模式大气压介质阻挡放电的总光信号 ,并通过在电路中串联小电阻的方法测量了放电的电流信号。结果发现 ,两种方法所测得的信号在幅度和位置上存在严格的一致性 ,说明可以利用光学方法测量介质阻挡放电的电流信号。采用光学方法测量了介质阻挡放电中的微放电通道的时间特性。本工作所得到的结果对于介质阻挡放电的时空动力学研究具有重要意义 ,同时对气体放电研究具有一定的参考价值。     

交流单针-板介质阻挡放电等离子参数空间分布研究

通过氩气和空气中交流针-板介质阻挡放电的光谱,研究了在外加电压正半周流注放电的等离子发光强度、谱线宽度、电场强度在放电通道内从针到板的空间分布情况,分析了介质板的存在对等离子参量空间分布的影响。通过对氩气放电光谱中763nm和772nm两条谱线强度研究发现,沿着放电通道从针到板等离子发光强度在针尖附近先增大后减小,在平板电极附近又迅速增大。通过研究氩气放电中696.54nm谱线的展宽发现,谱线宽度在平板电极附近最大。通过空气放电光谱中氮分子离子线(391.4nm)和氮分子谱线(394nm)的强度比,计算了放电通道中电场强度的分布,发现沿着放电通道从针到板电场强度先减小后增大。研究发现,介质板的存在对于放电等离子参数的空间分布有着重要影响。     

脉冲条件下绝缘介质气体沿面闪络发光特征

对大气环境中脉冲电压加载下绝缘介质沿面闪络放电开展了初步放电图像诊断研究。采用超高速可见光分幅相机诊断指状电极结构下有机玻璃材料在大气环境中不同时刻闪络通道发光图像特征。实验结果表明:闪络通道形成和扩张阶段中，阴极区域和阳极区域均产生放电发光，放电通道沿固体电介质表面快速贯穿，贯穿时间约15 ns，贯穿后发光通道逐渐扩张至一定区域，发光强度大，维持时间长，整体发光时间可持续到μs量级，放电通道内能量分布有所差异。     

介质阻挡均匀大气压氮气放电特性研究

基于一维流体力学模型，对介质阻挡均匀大气压氮气放电特性进行了数值计算研究.模型中考虑了氮气中主要的电离、激发过程，所包含的粒子种类为e，N₂，N⁺₂，N⁺₄，N₂(a¹∑^-_u)，N₂(A³∑⁺_u).模拟结果显示，氮中的放电具有低气压下汤生放电的特性.放电电流幅度较小，放电过程中气体电压变化缓慢，电子密度远低于离子密度，而且最大值出现在阳极，电子不能在放电间隙中被俘获，不存在中性等离子体区，气体中的电场趋于线性变化.亚稳态N₂(A³∑⁺_u)和N₂(a¹∑⁺_u)在整个放电空间都具有非常高的密度，比电子密度高三个量级以上，亚稳态密度的最大值出现在阳极，这样的分布决定了放电的空间结构.放电所需的种子电子主要由亚稳态之间潘宁电离提供，这种机理使放电的电离水平较低，导致氮气中的放电只能是汤生放电.随着放电参数的变化，多电流峰放电也可在氮气中获得. 关键词： 大气压均匀放电 介质阻挡放电 数值模拟 氮气     

Spatial Uniformity of Atmospheric Pressure Discharges: A Simulation Study

Spatial uniformity is important in most applications of dielectric barrier discharges operating at atmospheric pressure. However, such uniformity is not easily achieved. Under many conditions, a filamentary structure usually develops. In this paper, we employ a two‐dimensional self‐consistent fluid model to explore the influence of several factors on the evolution of spatial structure of dielectric barrier discharges. In particular, we contrast the behavior of discharges in pure helium and He‐N₂ gas mixture, which represent the reduction in breakdown voltage of gas during the evolvement of uniform glow discharge plasma. The transformation from filamentary to uniform mode of discharge plasma is analyzed by the phenomenon of coalescence of filaments and we investigate the effect of several external discharge parameters, such as driving frequency and effect of overvoltage, and the dielectric constant of the barrier material for the uniform and filamentary discharge plasmas. This simulation study is useful to describe the spatio‐temporal profiles of electron density in different phases of the filamentary, uniform Townsend and glow discharge regimes under various constraints. (© 2014 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

微隙介质阻挡放电装置中的空气均匀放电光谱特性

大气压空气中介质阻挡均匀放电产生的等离子体在工业领域具有广阔的应用前景,为研究其产生条件及机理,利用微间隙介质阻挡放电装置,在大气压空气中实现了均匀放电。电学实验结果表明,低电压时电流波形在电压每半个周期存在若干个脉冲宽度很小的脉冲,肉眼观察到大量的微放电丝,随着外加电压增加,放电功率逐渐增加,放电空间内微放细丝增多。当电压增大到9.2 kV时,电流波形在电压每半个周期只存在一个宽度较大(约5.5 μs)强度较强的脉冲,观察不到微放电丝,微放电最终扩展叠加形成均匀放电。采集了光谱范围为330～420 nm的发射光谱,氮分子第二正带系337.1 nm的谱线强度明显比氮分子离子第一负带系391.4 nm的强。将337.1 nm谱线的强度归一,391.4 nm谱线的强度即反应了电子平均能量的大小,同时拟合计算了反映分子内部能量的氮分子振动温度。结果表明电子平均能量和分子内部能量都随外加电压的增加而降低。表明放电空间电场能量较低时不容易形成丝状放电,均匀放电模式中电子平均能量比微放电丝放电模式中的低。这些结果对于空气中介质阻挡均匀放电在工业应用方面具有一定的指导意义。     

Study on the transition from filamentary discharge to diffuse discharge by using a dielectric barrier surface discharge device

Discharge characteristics have been investigated in different gases under different pressures using a dielectric barrier surface discharge device. Electrical measurements and optical emission spectroscopy are used to study the discharge, and the results obtained show that the discharges in atmospheric pressure helium and in low-pressure air are diffuse, while that in high-pressure air is filamentary. With decreasing pressure, the discharge in air can transit from filamentary to diffuse one. The results also indicate that corona discharge around the stripe electrode is important for the diffuse discharge. The spectral intensity of N电介质 表面放电 扩散放电 发射光谱学dielectric barrier surface discharge, diffuse discharge, optical emission spectroscopyProject supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos 10575027 and 10647123), the National Science Foundation of Hebei Province, China (Grant No A2007000134), the Education Department of Hebei Province, China (Grant No 2006106),2006-10-24Discharge characteristics have been investigated in different gases under different pressures using a dielectric barrier surface discharge device. Electrical measurements and optical emission spectroscopy are used to study the discharge, and the results obtained show that the discharges in atmospheric pressure helium and in low-pressure air are diffuse, while that in high-pressure air is filamentary. With decreasing pressure, the discharge in air can transit from filamentary to diffuse one. The results also indicate that corona discharge around the stripe electrode is important for the diffuse discharge. The spectral intensity of N＋ （391.4nm） relative to N2 （337.1 nm） is measured during the transition from diffuse to filamentary discharge. It is shown that relative spectral intensity increases during the discharge transition. This phenomenon implies that the averaged electron energy in diffuse discharge is higher than that in the filamentary discharge.     

圆筒状DBD放电特性模拟研究

用XOOPIC软件对同轴圆筒状反应装置DBD放电特性进行了二维模拟研究。在频率为20kHz、正弦电压幅值为5kV的大气压氩气放电中,再现了微放电通道形成和发展过程,其微放电的寿命约为4ns。获得了电子、离子、介质表面电荷密度和电场强度随空间和时间的分布,发现在高压线圈的位置附近电子、离子和介质表面电荷密度存在极值。与典型平板介质阻挡放电相比,微放电中的电子密度、场强增加2~3个数量级。     

介质阻挡放电丝模式和均匀模式转化的特性

利用水电极介质阻挡放电装置，采用电学方法和发射光谱，研究了空气中介质阻挡放电从微放电丝模式向均匀放电模式转化的过程. 结果表明，大气压下增大外加电压或者电压一定减小气压，放电都能够从微放电丝模式过渡到均匀模式. 高气压下放电为流光击穿而低气压下为辉光放电. 利用放电发射光谱，研究了高能电子比例随实验参数的变化. 结果表明气压减小时高能电子比例增大，电压增加时高能电子减少. 利用壁电荷理论对以上实验结果进行了定性分析. 结果对介质阻挡均匀放电的深入研究具有重要价值.     

介质阻挡放电丝模式和均匀模式转化的特性

利用水电极介质阻挡放电装置,采用电学方法和发射光谱,研究了空气中介质阻挡放电从微放电丝模式向均匀放电模式转化的过程. 结果表明,大气压下增大外加电压或者电压一定减小气压,放电都能够从微放电丝模式过渡到均匀模式. 高气压下放电为流光击穿而低气压下为辉光放电. 利用放电发射光谱,研究了高能电子比例随实验参数的变化. 结果表明气压减小时高能电子比例增大,电压增加时高能电子减少. 利用壁电荷理论对以上实验结果进行了定性分析. 结果对介质阻挡均匀放电的深入研究具有重要价值. 关键词： 介质阻挡放电 光学发射谱 微放电丝 均匀放电模式     

氩气放电中四边形发光斑图形成过程研究

采用介质阻挡放电装置,在不同的边界条件下，在大气压氩气放电中观察到了稳定的四边形发光斑图. 采用光电倍增管，在纳秒时间尺度测量了四边形斑图的时空动力学, 发现它是由两套具有时间反演行为的四边形子结构交替振荡并相互嵌套而成的. 讨论了介质表面的壁电荷分布对发光斑图的形成及其时空动力学行为的影响. 关键词： 介质阻挡放电 四边形斑图 壁电荷     

介质阻挡放电中两种不同时空对称性的六边形发光斑图

采用水电极介质阻挡放电装置，在大气压氩气放电中，在低电压区和高电压区，观察到两种具有不同时空特性的六边形点阵发光斑图.低压区的六边形斑图空间波长及单元直径均小于高压区的六边形斑图的相应量；高压区的六边形斑图具有较亮的背景，而低压区的六边形则没有.通过对两种六边形发光斑图进行时空动力学测量，发现低压区六边形是由两套长方形子点阵嵌套而成的，且这两套子点阵的出现顺序交替变化；而高压区六边形点阵斑图的所有单元基本是同步的.最后讨论了壁电荷对斑图的时空动力学行为的影响. 关键词： 介质阻挡放电 六边形斑图 时间相关性     

纳秒脉冲表面介质阻挡放电特性实验研究

在常规大气环境条件下,基于单极性纳秒脉冲电源对表面介质阻挡放电特性进行了实验研究。结果表明:纳秒脉冲表面介质阻挡放电的本质是丝状放电,放电集中在电压脉冲的上升沿;激励电压和脉冲重复频率越大,放电越强烈,越接近均匀放电,但电压的作用更侧重于均匀性,而频率的作用则侧重于放电的强度;电极间隙的优化可以使表面介质阻挡放电特性最好;玻璃作为阻挡介质时容易发生沿面闪络。     

常压空气亚微秒脉冲DBD高速摄影研究

为研究亚微秒脉冲激励常压空气介质阻挡放电(DBD)时空演化规律,采用高速摄影相机(ICCD)在ns量级时间曝光范围内,分别在单次及连续放电(500Hz)情况下研究放电等离子体的发光性质及放电发展过程。结果表明:在亚微秒高压脉冲平行板结构放电条件下,起始阶段放电表现出不均匀性,随着电流增大发光增强并变得均匀,在回路电流最强位置时放电达到均匀状态,并且放电均匀性在回路电流下降阶段明显好于其上升沿阶段,放电发光强度与电流波形可以很好的吻合。在一定外界参数条件下,二次放电的存在受到电源重复频率、电压幅值等参数的影响。在单次放电条件下可以明显观测到二次放电的存在,相较于一次放电,二次放电更加均匀;连续状态放电模式下几乎观察不到二次放电。