大气压(AP)介质阻挡放电(DBD)低温等离子体,由于其在聚合物表面处理、工业臭氧产生、生物杀菌、空气净化等众多领域,具有无可替代的作用而受到人们的广泛关注。近几十年来,人们一直致力于研发低能耗、高效率、均匀AP DBD等离子体。驱动电源是影响放电特性的一个重要因素。许多研究人员已将目光投向除正弦外的其他类型电压驱动的放电等离子体。高斯电压驱动电源,由于快速上升沿时间和较短弛豫时间,能够将更多的能量注入到高能电子的产生而不是气体加热。因此,它比正弦交流放电具有更多独特的优势。本文从理论分析和模拟仿真两方面研究了高斯电压驱动APDBD的特性和机理。具体研究内容如下:首先,基于一维(1D)自洽流体模型,通过数值仿真模拟,研究了高斯电压和正弦电压驱动AP氩气DBD,比较了两种类型放电在电压波形、电场强度、电子温度、放电功耗、活性物种等方面的特性差异,分析和讨论了高斯放电与正弦放电的两种不同物理机制。研究结果表明,两种多电流脉冲放电均存在一个在汤森(Townsend)模式与辉光模式之间相互转变的放电过程。与正弦放电相比,高斯放电在较低能耗的情况下,具备较高的化学活性。其次,采用1D自洽流体模型,理论研究了高斯电压驱动下AP氩气DBD的放电特性。在特定的频率、振幅和气隙间隔条件下,获得了气隙电压和放电电流随时间的变化关系,以及放电气隙中电子、离子和电场的空间分布特征。模拟结果表明,高斯电压驱动下的AP氩气DBD是一个多电流脉冲放电,放电过程中存在两种放电模式:汤森模式和辉光模式。在每半个放电周期内,放电经历一个在汤森模式与辉光模式之间的转变过程,气隙空间电荷和介质表面电荷是造成放电模式转变的主要因素。此外,下降沿残余电流峰的出现,是源于上升沿放电残留了大量的空间电荷。再次,利用1D自洽耦合流体动力学模型,研究了驱动频率对高斯电压驱动AP氩气DBD特性的影响。当驱动频率为1 kHz时,每半个外加高斯电压周期中存在一个从汤森模式,经过辉光,又回到汤森模式转变的放电过程,上升沿出现两个正向电流脉冲。当驱动频率更高时,每半个周期中放电均以辉光模式出现。当驱动频率足够高时,辉光放电的正柱区电荷密度的空间行为出现明显的波动。这是由于放电过程中气隙产生了大量的带电粒子没有足够时间漂移和扩散到介质阻挡板表面,然后这些带电粒子在如此高的频率作用下被保留在了局部放电气隙中。1D不同驱动频率条件下电子密度的时空演化对比表明,在高斯电压驱动下的AP氩气DBD中,驱动频率的增加能够增强等离子体化学活性。最后,利用二维(2D)自洽流体模型,研究了高斯电压驱动AP氩气DBD的二维时空特性。在低频(7.5 kHz)条件下,电压不断上升过程中观测到一个从汤森模式向辉光模式转变的过程。在较高频(12.5 kH和40 kHz)条件下,发现所有放电过程都是辉光模式。随着频率的增加,放电模式的改变主要由于放电气隙中产生了更多的带电粒子,而这些粒子没有足够的时间迁移或扩散到周围的空间而消耗掉。此外,电子密度呈现中心优势分布放电,由于电极的边缘效应导致径向非均匀性放电。这种整体上的非均匀性随着频率增大而减弱。这些放电特性主要因为很多电子先被俘获并不断积累,这些电子不但由于电荷的输运和扩散作用沿着径向持续扩展,而且这种不断增加的种子电子诱导大量雪崩进行有效重叠,也就是之前放电剩余电子,是降低径向非均匀性的一个重要机制,最终导致大气压均匀辉光放电的产生。2D不同驱动频率条件下的电子密度的时空演化对比表明,在高斯电压驱动下的AP氩气DBD中,驱动频率的增加能够增强等离子体化学活性和均匀性。上述基于一维和二维流体模型的数值仿真模拟工作,研究和探讨了利用高斯电压驱动AP DBD等离子体的产生物理机理和放电特性。该工作进一步丰富和完善了 APDBD理论模型,其模拟仿真结果为高效率、低能耗等离子体发生装置驱动源的设计与控制参量的优化提供理论依据,对APDBD表面处理、工业臭氧产生、生物杀菌等方面具有重要的指导意义。