大气压沿面介质阻挡放电激励器数值模拟研究

论文摘要

近年来由于大气压沿面介质阻挡放电等离子体激励器在流动控制领域的明显优势,人们对其进行了大量的研究。大气压沿面介质阻挡放电等离子体激励器与传统流动控制装置不同,它不需要改变机翼的形状,所以对动力性能影响很小。同时在耗能方面与传统的流动控制装备相比,大气压沿面介质阻挡放电等离子体激励器表现出了优秀的性能。因为介质板的存在,装置中的电流被控制在一个比较小的数值,功耗较低。目前国际上虽然已经对大气压介质阻挡放电等离子体激励器开展了许多实验方面和理论方面的研究,但是对于大气压介质阻挡放电等离子体激励器的某些放电行为和其中的物理机制还不是很清楚,仍需要进一步的研究。大气压沿面介质阻挡放电等离子体激励器中外界施加的电压以及激励器自身的结构对激励器的放电行为有重要的影响,不同的参数条件,等离子体的动力学特性也不相同。本文以研究大气压介质阻挡放电过程中的放电行为以及其背后物理机制为目标,采用空气作为工作气体进行模拟研究,建立一个等离子体沿面介质阻挡放电的二维模型,并使用流体模型对放电行为中的各物理量进行模拟求解。使用COMSOL Multiphysics软件对大气压沿面介质阻挡放电等离子体进行建模、参数设定、网格剖分和数值模拟。在第三章中,分析了在不同放电条件下激励器的放电行为,给出了等离子体电子密度、空间电荷,以及电势等物理量的时空演化图像。通过对上述图像的分析,对大气压沿面介质阻挡放电等离子体激励器中的放电行为及背后的物理机制进行了研究。模拟过程中发现了沿面介质阻挡放电存在两种周期性放电行为,在电压-电流波形图像中有电流脉冲的存在。在正性电压周期内,电流表现为高幅值的电流脉冲,在负性电压周期内,电流表现为低幅值的密集电流脉冲,分析其具体的空间放电行为可以发现正电压周期内的高幅值电流脉冲是因为流注的传播导致的,而负性电压的电流脉冲机制是周期性的空气击穿与电荷消散过程,因为电子的运动速度快,迅速积累在介质表面上并形成与放电电场反向的记忆电场。通过对沿面介质阻挡放电的不同放电参数进行研究,本文研究了电压幅值、介质板厚度、介质板介电常数等几何或电信号参数对空间放电行为的影响。对外加电压幅值进行分析,发现随着电压幅值的增加,正性电压和负性电压周期内的电流脉冲幅值和频率随之增加。对介质板厚度进行分析,发现正性电压和负性电压周期内的电流脉冲幅值和频率随着介质板厚度的增加而减小;对介质板相对介电常数进行分析发现正性电压区间内脉冲电流幅值和频率随介质板介电常数的增加而增加。电压幅值、介质板厚度和介质板相对介电常数对放电行为的影响有相似的效应,这是因为以上参数的改变都会影响到裸露电极与介质表面之间的电势差,从而影响放电空间的电场强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 气体放电概述
•   1.2 大气压介质阻挡放电
•   1.3 大气压沿面介质阻挡放电等离子体流动控制
•     1.3.1 等离子体流动控制研究发展
•     1.3.2 大气压沿面介质阻挡放电等离子体激励器的结构与性能
•   1.4 本文的内容安排以及研究目的
• 2 大气压沿面介质阻挡放电二维数值模型
•   2.1 等离子体流体模型
•     2.1.1 粒子连续性方程
•     2.1.2 泊松方程
•     2.1.3 边界条件
•   2.2 用COMSOL软件求解控制方程
•   2.3 本章小结
• 3 大气压沿面介质阻挡放电等离子体的模拟
•   3.1 引言
•   3.2 物理模型
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 放电过程中存在两种周期性放电模式
•     3.3.2 参数对放电的影响
•   3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王涛

导师: 王德真

关键词: 沿面介质阻挡放电,等离子体激励器,流体模型,正极性电压周期,负极性电压周期

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 大连理工大学

分类号: O461

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.000998

总页数: 48

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