不同條件下介質阻擋放電的仿真與實驗研究.pdf

1、介質阻擋放電(DBD)能夠在常溫常壓下產生大面積、高能量密度的低溫非平衡等離子體，易于實現大規模連續化工業運行，近年來成為國內外研究的熱點之一。目前，這種放電已被廣泛用于臭氧發生器、紫外準分子燈和材料表面改性處理等工業領域。在實際應用中，根據不同的生產條件和生產目的，DBD反應器工作在不同條件下，因此研究不同條件下DBD的放電特性對優化其反應器設計、提高其放電效率以及實現DBD等離子體的大規模工業應用具有重要意義。研究DBD放電機理和特

2、性的手段主要有實驗和仿真兩種，研究人員通過建立相應的反應裝置和仿真模型來研究DBD的機理和特性，進而將實驗和仿真研究結果推廣到大規模工業應用中。因此采用實驗和仿真的方法系統地研究各種因素對DBD放電特性和電氣參數的影響可以為深入理解放電機理和實際應用中DBD反應器的優化設計提供參考。
　　 首先，在介紹DBD微放電過程及形成機理的基礎上，研究了其電氣參數和反應器參數的測量方法；進而在實驗室建立產生DBD的實驗裝置及測量系統，通過

3、放電電氣特性測量和發光圖像拍攝等手段，對氣壓強度、電源頻率、外加電壓幅值、氣隙距離、阻擋介質的厚度和介電常數等因素對空氣中DBD電氣特性和發光特性的影響進行系統研究，并在對實驗結果分析的基礎上，為實際應用中反應器的優化設計提供了建議；然后，針對以往研究中采用可變電阻、齊納二極管和可控掛開關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，建立了一種更能反映放電真實情況的基于電壓控制電流源(CCS)的DBD等效電氣模型，進一步利用M

4、ATLAB建立了DBD的動態仿真模型，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、阻擋介質厚度和介電常數等因素對大氣壓空氣中DBD的放電特性的影響；最后，利用仿真模型和實驗裝置定量研究了不同條件下DBD的放電特性，并將仿真結果與相應的實驗結果進行了比較，驗證了仿真模型的準確性，并結合氣體放電的理論和對電壓電流特性及Lissajous圖形的分析，對仿真和實驗結果的變化規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表現出不同的放電特性；電源頻率的增加對放電功率起促進作用，對傳輸電荷無影響，放電功率和傳輸電荷隨外加電壓幅值和阻擋介質介電常數的增加而增加，隨氣隙距離和介質厚度的增加而減小。由不同條件下仿真計算與實驗測量所得的Lissajous圖形計算出的電氣參數和反應器參數的比較表明，二者是吻合的，且變化規律均與定性理論分析一致，表明本文所建立的動態仿真模型能反映DBD的真實情況，該模型可以用來輔助研究DBD的放電特性及電氣參數