不同條件下介質(zhì)阻擋放電的仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、介質(zhì)阻擋放電(DBD)能夠在常溫常壓下產(chǎn)生大面積、高能量密度的低溫非平衡等離子體，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化工業(yè)運(yùn)行，近年來成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。目前，這種放電已被廣泛用于臭氧發(fā)生器、紫外準(zhǔn)分子燈和材料表面改性處理等工業(yè)領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)目的，DBD反應(yīng)器工作在不同條件下，因此研究不同條件下DBD的放電特性對(duì)優(yōu)化其反應(yīng)器設(shè)計(jì)、提高其放電效率以及實(shí)現(xiàn)DBD等離子體的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用具有重要意義。研究DBD放電機(jī)理和特

2、性的手段主要有實(shí)驗(yàn)和仿真兩種，研究人員通過建立相應(yīng)的反應(yīng)裝置和仿真模型來研究DBD的機(jī)理和特性，進(jìn)而將實(shí)驗(yàn)和仿真研究結(jié)果推廣到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用中。因此采用實(shí)驗(yàn)和仿真的方法系統(tǒng)地研究各種因素對(duì)DBD放電特性和電氣參數(shù)的影響可以為深入理解放電機(jī)理和實(shí)際應(yīng)用中DBD反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
　　 首先，在介紹DBD微放電過程及形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，研究了其電氣參數(shù)和反應(yīng)器參數(shù)的測(cè)量方法；進(jìn)而在實(shí)驗(yàn)室建立產(chǎn)生DBD的實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量系統(tǒng)，通過

3、放電電氣特性測(cè)量和發(fā)光圖像拍攝等手段，對(duì)氣壓強(qiáng)度、電源頻率、外加電壓幅值、氣隙距離、阻擋介質(zhì)的厚度和介電常數(shù)等因素對(duì)空氣中DBD電氣特性和發(fā)光特性的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究，并在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，為實(shí)際應(yīng)用中反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了建議；然后，針對(duì)以往研究中采用可變電阻、齊納二極管和可控掛開關(guān)控制的變阻器來等效DBD的微放電過程存在一定誤差的缺點(diǎn)，建立了一種更能反映放電真實(shí)情況的基于電壓控制電流源(CCS)的DBD等效電氣模型，進(jìn)一步利用M

4、ATLAB建立了DBD的動(dòng)態(tài)仿真模型，并用所建立的模型定性研究了電源頻率、外加電壓幅值、氣隙距離、阻擋介質(zhì)厚度和介電常數(shù)等因素對(duì)大氣壓空氣中DBD的放電特性的影響；最后，利用仿真模型和實(shí)驗(yàn)裝置定量研究了不同條件下DBD的放電特性，并將仿真結(jié)果與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性，并結(jié)合氣體放電的理論和對(duì)電壓電流特性及Lissajous圖形的分析，對(duì)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化規(guī)律在理論上給出定性的分析。
　　 本文研究表明

5、，不同氣壓下空氣DBD表現(xiàn)出不同的放電特性；電源頻率的增加對(duì)放電功率起促進(jìn)作用，對(duì)傳輸電荷無影響，放電功率和傳輸電荷隨外加電壓幅值和阻擋介質(zhì)介電常數(shù)的增加而增加，隨氣隙距離和介質(zhì)厚度的增加而減小。由不同條件下仿真計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)量所得的Lissajous圖形計(jì)算出的電氣參數(shù)和反應(yīng)器參數(shù)的比較表明，二者是吻合的，且變化規(guī)律均與定性理論分析一致，表明本文所建立的動(dòng)態(tài)仿真模型能反映DBD的真實(shí)情況，該模型可以用來輔助研究DBD的放電特性及電氣參數(shù)