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(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化工業(yè)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(fā)生器、紫外準分子燈和材料表面改性處理等工業(yè)領域。在實際應用中，根據(jù)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(yōu)化其反應器設計、提高其放電效率以及實現(xiàn)DBD等離子體的大規(guī)模工業(yè)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(guī)模工業(yè)應用中。因此采用實驗和仿真的方法系統(tǒng)地研究各種因素對DBD放電特性和電氣參數(shù)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(yōu)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(shù)和反應器參數(shù)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(tǒng)，通過

3、放電電氣特性測量和發(fā)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(shù)等因素對空氣中DBD電氣特性和發(fā)光特性的影響進行系統(tǒng)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(yōu)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(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、阻擋介質厚度和介電常數(shù)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(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(shù)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(shù)和反應器參數(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態(tài)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(shù)