空气放电中电子输运参数的计算与分析

为了求解空气放电中电子的各种输运参数,详细介绍了通过Boltzmann方程计算气体放电参数的数值算法。进而分析了约化电场(E/nair)对电子能量分布函数的影响,电子扩散系数、迁移率与约化电场的关系,电离反应系数与电子平均能量的关系。仿真结果表明,随着约化电场强度不断增加,电子能量分布函数中最大比例电子数向能量增加的方向移动;电子的扩散系数和迁移率与其他研究者的实验数据基本一致,误差<10%;电子平均能量>2eV时,电离反应系数与Maxwellian分布函数的电离反应系数基本保持一致,证明该计算模型的合理性,为建立可靠的等离子体流体模型奠定良好基础。     

高浓度臭氧发生器放电特性实验研究

使用 q- v图形法实验研究了窄间隙 DBD型高浓度臭氧发生器的放电特性 ,结果表明 :该臭氧发生器具有稳压二极管特性 ;其电介质层等效电容、放电气隙等效电容、折合电场强度等放电参量会随激励电压与频率的变化而变化并影响 O3产生的质量浓度及效率 ,在 1 .5 k Wh/m3前发生器 O3质量浓度随功率流量比迅速增加 ,1 .5 k Wh/m3后则趋缓。因此 ,选择合适的放电参量对于改善臭氧发生器的性能十分重要     

SF_6/N_2和SF_6/CF_4混合气体放电参数计算分析

为研究SF_6混合气体的放电参数特性,文中通过两项近似求解Boltzmann方程得到温度为300 K,不同混合比下SF_6/N_2、SF_6/CF_4的电子能量分布函数(EEDF)、折合电离系数α/N、折合吸附系数η/N和折合有效电离系数(α-η)/N,与其他文献结果对比,验证了该计算方法与放电参数的有效性。结果表明:SF_6/N_2、SF_6/CF_4两种混合气体都随折合场强E/N增大时,在较低电子能量区域的EEDF减小而在较高电子能量区域的EEDF增大,且SF_6/N_2混合气体在电子能量为3 e V附近存在EEDF的骤降现象,该现象与N_2的碰撞参数截面有关,而SF_6/CF_4混合气体不存在此现象;此外,SF_6/N_2、SF_6/CF_4两种混合气体随着折合场强E/N增大,折合电离系数α/N显著增大、折合吸附系数η/N减小,最终折合有效电离反应系数(α-η)/N也均随之增加。     

混合放电臭氧发生器中臭氧产生过程的传热数值模拟

为揭示混合放电臭氧高效发生的电能转换和传热机理,采用有限体积法数值求解质量、动量和能量守恒方程,实现对混合放电臭氧发生进行传热分析,并实验验证了该方法的可行性。研究结果表明:气体进入两放电间隙后温度逐渐升高,且两放电间隙温度相差较大,内放电空间平均温度比外放电空间平均温度平均高6.38 K;中心电极、内电介质、外介电质和外电极各部分内部径向温差较小;混合放电仅36.14%的电能转换为热能,其中气体从3根放电管中携带的热量分别为9.85%,7.39%和4.78%,气体经过3根放电管后最高温度仅为313.2 K。混合放电电能转化率高、气体温度相对较低,是一种非常有前途的臭氧发生形式。     

基于Boltzmann方程的F3I二元混合气本替代SF6的可行性研究

SF_6气体虽然绝缘性能优越但是极易液化,且是一种温室效应值很高的气体。CF_3I气体是极具潜力的SF_6替代气体之一,通过计算求解CF_3I/N_2、CF_3I/CO_2二元混合气体在0.1 MPa、300 K下的两项近似Boltzmann方程,得到不同二元混合气体的电子能量分布函数(EEDF)和临界折合击穿场强(E/N)cr,并通过计算混合气体的液化温度、协同效应系数来表征混合气体的混合比例与协同能力。结果表明:从物化特性分析,30%CF_3I/70%N_2二元混合气体最有可能替代SF_6,而CF_3I/CO_2二元混合气体只适用于在约化电场强度小于300 Td且平均电子能量和电离度较低的情况下替代SF_6;通过与其他文献的数据进行对比,验证了本研究中计算方法和数据的有效性。     

平板型DBD臭氧发生多参数影响研究

DBD放电特性主要由其放电参数评定,因此研究DBD臭氧发生器的放电参数对臭氧合成实际应用具有重要意义。文中主要研究峰值电压、放电频率和气体流量的变化对平板型DBD臭氧发生器放电特性及臭氧合成特性影响。并利用Q-V Lissajous图来计算臭氧发生器等效电容、放电间隙的折合场强、放电功率等放电参数,进而得出臭氧体积分数与产率的变化关系。实验结果表明:峰值电压从5 kV增大到9 kV,放电频率从5.5 kHz上升到8 kHz时,放电功率呈线性增大,放电间隙的折合场强和介质层等效电容逐渐增加,放电间隙等效电容逐渐减小,等效总电容、放电最小电压和击穿电压基本不变;臭氧体积分数随峰值电压增大先增大后减小,随放电频率的增大缓慢上升,而臭氧产率则均减小。气体流量从0.5 L/min变化到4.5 L/min时,放电参数基本不变,臭氧产率则随之增大。放电频率一定,峰值电压较高时,气体流量适当增加能促进臭氧的生成。     

无声放电和表面放电诱导臭氧合成

无声放电已广泛应用于臭氧合成，但这种放电空间利用率低、能耗大、生产成本高，为了解决上述问题，介绍采用螺线管电极和金属网电极设计的新型无声－表面混合放电的臭氧发生器，研究了臭氧发生器电极的优化及实用性，发现在输出较高浓度的臭氧时，其单位能量产出率达２９５ｇ／ｋＷｈ（１６目金属网电极，纯氧）?     

均匀电场下SF_6/CF_4流注放电数值模拟

文中从气体放电过程中微观粒子的运动特性出发,针对均匀电场中SF_6/CF_4混合气体的流注放电特性进行数值模拟。基于两项近似求解Boltzmann方程的方法,得到不同压强、混合比下SF_6/CF_4的电子能量分布(electron energy distribution function,EEDF)。根据EEDF计算折合电离系数和折合吸附系数,将该放电参数引入流体模型,以气体压强0.1 MPa、间隙距离5 mm为例模拟SF_6/CF_4的流注放电过程,研究放电过程中空间电子数密度随时间和空间的变化规律。结果表明:混合比一定时α/N随E/N的增大显著提高,E/N一定时混合气体中CF_4体积分数越高α/N值越大;随着电子崩向前发展,崩头的电子迅速增长,放电5 ns时电子数密度峰值达到9.7×10~(12)m~(-3),当间隙完全击穿,电极间形成等离子体导电通道,此时空间电子数密度分布基本均匀,电子数密度达到10~(17)数量级。     

平板型与同轴型等离子体发生器射频大气压辉光放电特性分析

为了深入理解不同的等离子体发生器几何结构对其放电特性的影响规律,采用一维流体模型对平板型和同轴型两种不同结构等离子体发生器的放电特性进行了数值模拟研究,并对放电图像采用可见光图像处理技术进行了分析。数值模拟结果表明,平板型等离子体发生器所产生的等离子体主要参数(如电子温度和活性粒子浓度等)关于两电极中间平面对称,而同轴型等离子体发生器所产生的等离子体主要参数则呈现出非对称的分布规律,这与放电图像灰度值的空间分布规律定性一致。通过对等离子体中化学反应动力学过程的分析可知,不同结构发生器所对应的等离子体主要参数的空间分布规律依赖于不同电极结构所导致的放电区电场强度的空间分布。     

大气压下流注放电光电离过程的数值仿真

将光电离模型引入气体流注放电的流体模型中,针对光电离数值仿真计算需要对空间任意两点建立联系,导致方程求解计算量增大、计算较困难的问题,提出了光电离模型的简化计算方法。然后求解流注放电流体模型,仿真棒–板空气间隙放电过程,并比较了有和没有光电离2种情况,结果表明光电离提供了流注放电所必须的二次电子崩的种子电子,在没有光电离时,不能形成流注放电。在考虑光电离情况下仿真了流注发展过程,得到各时刻电子、光电子、电场空间分布,并从流注发展速度、通道半径、电场强度多方面与实验结果比较,验证了模型和算法的正确性。