無(wú)極燈電感耦合等離子體放電特性仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、　　自工業(yè)革命以來(lái)，人類物質(zhì)文明得到快速發(fā)展，但電力持續(xù)短缺、全球氣候變暖、能源緊缺等問題使人類生存和發(fā)展面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在能源緊張的形勢(shì)下，作為耗電大戶之一的電氣照明成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。電氣照明是一個(gè)將電能轉(zhuǎn)換為光能的過程，在該轉(zhuǎn)換過程中還伴隨有發(fā)熱等損耗。隨著光學(xué)、等離子體物理學(xué)、電磁學(xué)的快速發(fā)展，一種綜合應(yīng)用電子學(xué)、等離子體學(xué)、磁性材料學(xué)等領(lǐng)域研究成果的基礎(chǔ)上，集合多種現(xiàn)代電光源優(yōu)點(diǎn)于一身的第四代新光源——高頻無(wú)極燈應(yīng)運(yùn)而生。它具

2、有壽命長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保、無(wú)頻閃、易啟動(dòng)、顯色性好、色溫可選、可見光比例高等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文在國(guó)內(nèi)外對(duì)無(wú)極燈和電感耦合等離子體的研究的基礎(chǔ)上，首先介紹無(wú)極燈的結(jié)構(gòu)，并闡述放電腔、耦合器、高頻發(fā)生器的基本功能。從無(wú)極燈的電磁轉(zhuǎn)化原理、汞原子和惰性氣體的原子躍遷、熒光燈光致發(fā)光過程三個(gè)方面對(duì)無(wú)極燈的放電原理進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述。為深入研究無(wú)極燈等離子體的放電機(jī)理，通過仿真的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)進(jìn)一步推導(dǎo)其他基本參量來(lái)表征激發(fā)的等離子體狀態(tài)，在多物理

3、場(chǎng)耦合軟件COMSOL Multiphysics電感耦合等離子體模塊和等離子體物理學(xué)基礎(chǔ)上，建立無(wú)極燈有限元模型。在設(shè)置物理場(chǎng)及邊界條件時(shí)考慮電磁基本方程、等離子體區(qū)域內(nèi)發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)。在模型的剖分過程中，模型的整體結(jié)構(gòu)要采用不同疏密程度的網(wǎng)格劃分形式，可以有效的解決計(jì)算精度與計(jì)算規(guī)模的問題。
　　要想準(zhǔn)確測(cè)量電子密度、電子溫度的測(cè)量比較困難。通常利用朗繆爾探針(Langmuir probe)測(cè)量等離子體區(qū)域內(nèi)的探針電壓與

4、電流的關(guān)系，借助電子的波爾茲曼分布來(lái)分析求得電子的平均溫度。但是需將探針深入到等離子體中，會(huì)對(duì)感應(yīng)電場(chǎng)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真。發(fā)射光譜法建立在光譜學(xué)和局部熱力學(xué)平衡等假設(shè)條件下，測(cè)量的電子密度、電子溫度也有局限性。等離子體參量的基本分布一直是研究無(wú)極燈放電特性的瓶頸，本論文將實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果相結(jié)合，研究無(wú)極燈放電腔體內(nèi)部電子密度與電子溫度的空間分布，深入對(duì)無(wú)極燈的放電特性和提高光效的途徑進(jìn)行了研究。在無(wú)極燈放電平臺(tái)基礎(chǔ)上，研究不同放電