高压脉冲辅助大气压射频辉光放电数值模拟研究

来源 :东华大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:sue001002
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大气压射频辉光放电是一种产生等离子体的有效方法,它具有低成本(无需昂贵的真空设备)、均匀性好以及产生等离子体密度高等优点。其在表面改性、材料合成和生物杀毒等领域内具有广泛的潜在应用。然而,在实际应用中由于射频放电的不稳定性导致其应用前景受到限制。相比射频放电,脉冲放电在放电期间具有更高的电子产生率,电子平均能量和表面处理效率等优点。为了结合两者的优点,我们在射频辉光放电中引入一个高压脉冲,以获得放电强度高而且稳定的辉光放电。目前对于高压脉冲辅助下的射频辉光放电的放电机理,放电动力学过程以及脉冲参数对射频放电特性影响的研究还有待深入。  本论文以氦气为放电气体,利用数值模拟对大气压下的高压脉冲辅助大气压射频辉光放电进行了较为系统的研究。首先利用自洽流体模型建立了一维大气压下的高压脉冲辅助无介质射频辉光放电模型和一维大气压下的高压脉冲辅助介质阻挡射频辉光放电模型,通过对放电的宏观参量,包括外加电压、气体电压和电流密度的分析,发现在高压脉冲在极板附近产生强电场,出现放电电流峰值。脉冲放电熄灭后,放电电流值下降很快而电子密度的下降缓慢,脉冲放电对带电粒子密度的增强效果可以持续至射频放电阶段。无介质脉冲辉光放电中仅有一个电流密度峰值出现,而在介质阻挡脉冲辉光放电中有两次电流峰值出现,第一次发生在脉冲上升沿阶段,第二次发生在脉冲下降沿阶段。另外,通过对电子密度时空演化规律的分析,得到了在无介质脉冲放电和介质阻挡放电中,电子都被保持在主等离子体区。在两种放电中对电子平均能量的时空演化规律的分析表明:由于鞘层区域内存在的强电场强度,加速了电子与离子的运动,使电子能量增加。电子能量最大值出现在极板附近,远高于主等离子区。  为了更深入的了解高压脉冲辅助大气压射频辉光放电的机理,研究了不同脉冲参数(脉冲电压幅值,脉冲宽度,脉冲升降沿和脉冲关闭与射频开启的时间间隙)下的无介质放电和介质阻挡辉光放电对于放电效果的影响。对不同电压脉冲特性的研究显示,放电电流和电子密度峰值随着脉冲电压的增强而升高;通过对不同脉宽放电的放电特性分析,发现脉宽几乎不影响放电的电流密度和电压,只决定放电发生的时刻;而脉冲升降沿越短,其放电电流密度越高,同时放电的电子密度也越高;时间间隙对放电的影响与脉宽类似,只决定放电的时刻而几乎不改变放电的强度。
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