微波放电是在微波激励源的激励之下,由波导或微波传输线传输能量,在微波谐振腔内形成非平衡放电等离子体的气体放电。相较于直流、低频、射频等其他激励方式,微波放电的频率较高,有助于提高放电时的电子密度,具有粒子密度高、放电均匀稳定、能量转化效率高和无电极污染等优点。微波放电等离子体技术最早可以追溯自上世纪60年代,经过多年发展,已经成为一种成熟的等离子体发生技术,广泛应用于元素检测、薄膜沉积、表面清洗、辅助燃烧和温室气体处理等领域。微波放电等离子体技术很早就被应用在工业生产中,但是人们往往关注于微波等离子体本身特性的变化,忽略了电源参数的变化对等离子体的影响,另外微波放电等离子体反应器的设计及其应用对于工业的生产发展具有积极作用。基于该背景,本文通过阅读大量的文献,对等离子体的机理以及等离子体的分类和产生方式做了详细的介绍,并重点阐述了微波放电等离子体的基础知识。参考已有的模型构建方式,建立了零维氩气与湿空气脉冲调制微波放电等离子体的数值模型,并研究了改变约化电场强度和占空比对微波等离子体的影响。根据已有的文献和反应器模型,设计了三种不同应用领域的微波等离子体反应器。本文建立零维空气与氩气微波放电等离子体数值模型,研究调节约化电场强度和占空比对空气和氩气微波放电等离子体的影响,系统的阐述不同约化电场强度和占空比下电子密度、粒子密度的时间演化与平均粒子密度的变化,以及反应中粒子的主要生成路径和消耗路径。计算结果表明:在放电阶段,随着约化电场强度的增加,空气与氩气微波放电等离子体的电子密度峰值呈增大趋势。随着占空比的增加,空气微波放电等离子体电子密度峰值呈减小趋势,氩气等离子体电子密度峰值保持不变。大部分粒子的平均密度随着约化电场强度和占空比的增大而增大,且氩气等离子体的平均电子密度高于空气的。随着约化电场强度或占空比的增加,空气与氩气的平均电子温度均逐渐增大且空气的平均电子温度低于氩气的。本文基于微波放电等离子体的应用背景,设计了三种微波等离子体反应器,分别涉及辅助燃烧领域、等离子体电子学及等离子体催化合成氨。三种不同领域的等离子体反应器分别能够促进等离子体点火助燃、限制大的微波功率以及提高合成氨的产率并能实现催化剂和反应器表面温度的分开控制。微波放电等离子体的数值模拟是在微波等离子体反应器内部气体压力为2660 Pa、微波运行功率为400 W、微波频率为2.45 GHz、脉冲调制频率为1 KHz条件下进行的,研究的是该反应器内部的等离子体数值变化。微波等离子体反应器的设计有利于拓宽研究数值模拟的条件选择范围,使我们能够研究不同反应器内部的参数变化及其影响。本文的研究创新点如下:第一、建立更加完善的零维湿空气与氩气微波放电全局模型。本模型综合考虑多篇文献中有关空气与氩气的反应和粒子种类,是一套完整的放电模型。第二、研究了调节约化电场强度和占空比对空气和氩气微波放电等离子体的影响。发现可以通过改变脉冲参数,实现微波等离子体的优化调节。第三、基于等离子体辅助燃烧的背景和微波放电等离子体在燃烧领域的应用,设计了一款等离子体射流耦合微波放电的辅助燃烧装置并且阐述了它的使用方法。基于等离子体电子学的大背景和微波放电等离子体的应用,设计了一款基于大气压等离子体和微波放电的功率限幅器并且介绍了它的测试系统。基于等离子体催化和微波放电等离子体的背景,设计了一种合成氨的装置和方法。第四、使用的反应速率系数通过Bolsig+拟合而得,更有准确性。在模型中使用拟合而得的反应速率系数代替文献中获取的,使模型得到更新。