文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
微放电通道的径向扩展与放电均匀性的研究
姓名:蔡焕青
申请学位级别:硕士
专业:电工理论与新技术
指导教师:叶齐政
2011-01-07
华中科技大学硕士学位论文
摘要*
介质阻挡放电(DBD)能产生非热平衡等离子体。目前,其已被广泛应用于绝缘
材料表面改性、杀菌消毒、CO2 激光器、等离子体显示面板和臭氧合成等工业领域。
本文通过均匀 DBD 的粒子模拟计算和 DBD 径向扩展性的实验研究,研究 DBD 径向
扩展性与放电均匀性。
首先,建立了粒子模拟计算的简化模型,模拟计算了单一气隙中电子崩发展过程。
结果表明,要在空气大气压下产生均匀放电,需要减缓电子崩的发展过程,抑制流注
的形成;空间电荷对崩头附近不同区域的电场有较强的削弱或加强作用;初始并行发
展的 2 个电子崩间相距大于 400µm 时,空间电荷对其中垂线处轴向场的影响很小,并
且在电子崩转化为流注的临界位置处, 空间电荷对其中垂线上的轴向电场远小于外加
初始电场。因此,初始并行发展的 2 个电子崩间相距大于 400µm 时可独立发展。
其次,针对 DBD 的特点,建立了考虑空间电荷和壁电荷作用的粒子模拟计算的
模型,进行均匀 DBD(Towsend 模式)的粒子模拟计算。结果表明,通过调节外界条
件合理地控制空间电荷和壁电荷的作用,可抑制电子崩向流注的转化,实现均匀放电;
DBD 中初始并行发展的 2 个电子崩行进过程中会出现三种情况:融合的电子崩,并
行发展的 2 个电子崩和未融合的并行电子崩-流注;据此提出了“电子崩的融合度”C 描
述实现均匀放电的条件。我们在计算中还发现,如果不考虑壁电荷,两个电子崩是互
相排斥的(这是传统的认识),但如果壁电荷合适,两个电子崩有吸引趋势,这一新
现象有待于实验证实。
最后,采用不同曲率半径的球面电极,进行 DBD 径向扩展性的实验研究。观察
到中间暗环,边缘亮环的实验现象。它的出现与球面电极曲率半径、气隙长度、气压、
电压、频率有关。球面电极中间暗区的放电模式是均匀放电(Towsend 模式),而边缘
亮环处是丝状放电, 用前述均匀 DBD 的粒子模拟计算解释了实验现象。
关键词:介质阻挡放电均匀 DBD 的粒子模拟实验研究径向扩展性均匀性

* 国家自然科学基金项目:50877033
I
华中科技大学硕士学位论文
*
Abstract
Dielectric barrier discharge (DBD) can produce the non-thermal equilibrium plasma.
Up to now, DBD can be widely applied to the field of electrical insulating material surface
modification, sterilization, CO2 laser, the plasma display panel, ozone generation and so on.
By the particle simulation of the uniform DBD and experimental study about DBD radial
expansibility, the paper has research the DBD radial expansibility and uniformity.
Firstly, build the simple model for the particle simulation and simulate numerically the
process of electron avalanche growth in uniform gas. The results indicate, in order to
produce uniform discharge in air atmospheric pressure, it needs to slow down the
development of avalanche growth and restrain the formation of streamer. The space charges
have a great influence on electric field near head of the electron avalanche. When the
distances between the two electron avalanc