文档介绍：大连理工大学
硕士学位论文
同轴电极介质阻挡大气压辉光放电数值模拟
姓名:张红艳
申请学位级别:硕士
专业:等离子体物理
指导教师:王德真
20060601
摘要流放电装置一同轴的线筒电极结构,并在电极间插入绝缘介质以形成阻挡,讨论了此种本文首先回顾了等离子体发展的概况及其应用。在低气压条件下产生等离子体受真空条件所限制。为解决这一问题,各种高气压条件下乇鹗谴笃瓜的非平衡等离子体源发展了起来。文中介绍了弧光放电、电晕放电、介质阻挡放电和等离子体射流并叙述了大气压均匀辉光放电等离子体研究的最近进展。通过对比各种大气压等离子体源的特点,可以看到等离子体射流产生的等离子体均匀稳定。在文中我们采用了相同的射结构下大气压均匀辉光放电产生等离子体所具有的各种特性。通过建立一维的自洽流体力学模型,对同轴线筒电极结构中大气压介质阻挡放电特性进行了数值模拟研究。在计算中,对于粒子的连续性方程我们采用提出的有限差分方法,并用电流守恒方程代替泊松方程来求解电场,从而节省了大量的计算时间。通过求解一维电子、离子、亚稳态粒子的连续性方程和电流守恒方程,数值计算给出了电子、离子、亚稳态粒子密度和电场分布的时空变化,以及放电电流、气体电压和绝缘介质板上积累的电荷密度随时间的演化情况。模拟结果表明,在前后半周期放电时,放电电流、气体电压和电场分布是不对称的,这是由于采用了轴对称的电极结构。在放电电流最大时刻,电子、离子密度及电场分布呈现出典型低气压辉光放电的特点,即存在明显的阴极位降区,负辉区,以及等离子体正柱区。分析讨论了介质阻挡的位置和放电间隙对放电电流特性的影响。结果表明,介质只覆盖在外筒电极情形下,在上半周期电流击穿发生的最早,下半周期击穿发生的最晚,并且放电电流峰值最大,上下半周期脉冲宽窄差异最明显。随着放电间隙的减小,出现了多脉冲放电。。关键词:介质阻挡;大气压辉光放电;等离子体;数值模拟大连理工大学硕士学位论文
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作者签名:——日期:独创性说明作者郑重声明:本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
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言引的等离子体密度为到个数量级。由于高温,主要应用于冶金、喷涂、切割等领域。匀的扩散模式,称为大气压下辉光放电,放电产生的等离子体貌似低气压下的等离子体,已被广泛应用到各个领域之中。在常生活中:日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器;典型的工业应用:等离子体刻蚀、镀膜、表砸改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理;高技术应用:托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹。根据其产生的条件可分为低气压等离子体和大气压等离子体。传统的低气压等离子体在材料处理和半导体材料加工中有广泛的应用。这种等离子体的优点众所周知。它能够产生高浓度的反应活性物质,这些反应物可以刻蚀和沉积薄膜。由于气体温度通常在韵拢庋换崴鸹挡牧稀T诘壤子体中的带电离子被电场加速对基板上的材料进行直接刻蚀。另外,它能够产生均匀的辉光放电等离子体,因此也可以对大面积的材料进行均匀的刻蚀了。然而另一方面,在低气压等离子体的操作过程中也存在着一些缺点:真空系统及维护的费用是很昂贵的并且把材料输入输出真空室也很费劲。另外,被处理的材料的尺寸还得受真空室大小的限制。大气压等离子体克服了真空室操作的缺点,然而在大气压条件下维持辉光放电又面临着新的挑战。高气压下气体击穿需要更高的电压,而且在电极间很可能会出现弧光。例如在等离子体喷焰应用中经常会看到这种现象。为了阻止弧光和降低气体温度,人们设计了各种放电结构:在电晕放电中采用点电极结构和介质阻挡放电中在电极间插入介质等等。然而这些等离子体源都存在着这样的缺点,产生的等离子体在放电区域都是不均匀的。因此对于产生大气匿非平衡等离子体的研究从未间断过。大气压等离子体源的传统产生方式有弧光放电、等离