大气压氦气介质阻挡放电中典型非线性现象的仿真研究

论文摘要

作为一种获取常压低温等离子体的有效手段,大气压介质阻挡放电(APDBD)在生物医疗、材料处理、表面改性和环境治理等诸多领域展现出了良好的应用前景,因而在近年来受到了广泛的研究关注。由于APDBD系统本身的非线性属性,该系统中产生的放电时常会表现出非线性特征,而人们对于此类非线性现象的认知目前仍十分有限。为揭示APDBD中一些典型非线性现象的演化轨迹与产生机理、实现APDBD放电模式的宏观调控,进而减少非线性放电现象对实际放电应用的不利影响,本文利用理论解析、数值仿真等手段对此展开了针对性的研究,主要的研究内容包括:(1)根据实际放电情况建立了较为完备的平行平板双介质层结构氦气APDBD的一维及二维流体模型,并通过与相关实验数据进行对比验证了各模型的有效性。之后,通过在较宽范围内改变放电输入参数,观测追踪了放电中产生的不对称周期一态放电、多倍周期态放电、倍周期分岔、多脉冲放电、斑图等典型非线性现象及非线性演化轨迹。(2)在上述观测的基础上,本文重点关注了非线性模式转化临界点附近的相应放电案例。通过分析这些放电案例中放电的宏观电气属性(电流密度、峰值相位、脉冲数等)及微观参数(种子电子密度、等离子体区宽度、电离效率等)的演化规律,对典型放电非线性现象的主要特征及相应的演化机理进行了较为深刻的剖析,获取了关于氦气APDBD中对称周期一至不对称周期一态转化、首次倍周期分岔(周期一至周期二)、单脉冲与多脉冲放电间的相互转化、静止斑图与互补斑图间的转化等现象的深层次演化机理。通过以上工作,本文获取了一些关于APDBD中非线性现象的产生及演化机理的新认识,主要包括:证实了电子回流现象在不对称周期一放电的形成与模式转化过程中的重要作用;揭示了暂态演化过程在放电倍周期分岔演化过程中的重要作用;证明了多脉冲放电中脉冲融合效应的产生与放电电流中正弦电流分量占比的提升有关;揭示了放电预电离水平与互补斑图形成之间的关系。这些结果丰富了人们对APDBD中非线性行为的机理性认识,推进了相应应用领域的发展,也为后续相关研究提供了一定的辅助参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 大气压介质阻挡放电及等离子体简介
•     1.1.1 气体放电与介质阻挡放电
•     1.1.2 等离子体
•   1.2 大气压介质阻挡放电中的非线性现象
•     1.2.1 非线性现象及非线性动力学
•     1.2.2 大气压介质阻挡放电中的非线性现象
•   1.3 大气压介质阻挡放电中非线性现象的研究现状
•   1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 模型介绍
•   2.1 几何结构
•   2.2 支配性方程
•   2.3 边界条件
•   2.4 等离子体化学设定
•   2.5 模型验证
• 第三章 不对称周期一放电及其受电子回流效应的影响
•   3.1 引言
•     3.1.1 不对称放电现象简介
•     3.1.2 研究现状
•   3.2 放电对称性受气隙宽度影响的仿真结果
•   3.3 结果分析
•     3.3.1 SP1 态至AP1 态的演化过程及机理
•     3.3.2 AP1 态至SP1 态的演化过程及机理
•     3.3.3 电子回流区与残余正柱区之间的联系
•   3.4 本章小结
• 第四章 倍周期分岔现象的暂态演化分析与调控
•   4.1 引言
•     4.1.1 倍周期分岔现象简介
•     4.1.2 研究现状
•   4.2 倍周期分岔现象的仿真观测
•   4.3 倍周期分岔机理的暂态过程分析
•     4.3.1 SP1-AP1 过程
•     4.3.2 AP1-P2 过程
•   4.4 基于暂态演化机理的宏观调控初步
•   4.5 本章小结
• 第五章 多脉冲放电现象受外施参数影响的机理研究
•   5.1 引言
•     5.1.1 多脉冲现象简介
•     5.1.2 研究现状
•   5.2 多脉冲现象受电源参数的影响
•     5.2.1 外施电压幅值的影响
•     5.2.2 电源频率的影响
•   5.3 多脉冲现象受氮杂质含量的影响
•     5.3.1 仿真结果
•     5.3.2 结果分析
•   5.4 本章小结
• 第六章 斑图放电现象及其受氮杂质含量的影响
•   6.1 引言
•     6.1.1 斑图现象简介
•     6.1.2 研究现状
•   6.2 不同氮杂质含量下的放电斑图形态
•   6.3 斑图类型转化的机理分析
•     6.3.1 同心圆斑图与准均匀放电之间的转化
•     6.3.2 静态斑图与互补斑图之间的转化
•   6.4 本章小结
• 结论与展望
•   结论
•   展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张雨晖

导师: 戴栋

关键词: 大气压介质阻挡放电,低温等离子体,非线性现象,流体模型,演化机理

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 华南理工大学

分类号: O461;TP391.9

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.001742

总页数: 125

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