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大气压Ar/NH3介质阻挡辉光放电的仿真研究

张增辉 张冠军 邵先军 常正实 彭兆裕 许昊

大气压Ar/NH3介质阻挡辉光放电的仿真研究

张增辉, 张冠军, 邵先军, 常正实, 彭兆裕, 许昊
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  • 为了研究大气压下氩气(Ar)中掺杂氨气(NH3)的Ar/NH3介质阻挡辉光放电的放电机理, 通过建立一个多粒子的自洽耦合流体模型, 采用有限元方法进行数值计算, 得到了气体间隙压降、介质表面电荷密度、放电电流密度随时间的周期变化波形, 以及带电粒子、中性粒子与空间电场强度的时空分布. 仿真计算结果表明: 气体间隙的周期击穿过程主要由气隙电压控制, 并受气隙两侧介质极板上积聚的表面电荷的影响. 气隙间带电粒子密度和电场强度的时空分布表明本文的放电过程存在阴极位降区、 负辉区、法拉第暗区、等离子体正柱区等辉光放电的典型区域, 放电模式为大气压辉光放电. 在Ar/NH3 等离子体中, 主要的正离子为NH3+, 其次为Ar2+, 主要的负离子为NH2-; NH3分解产生的主要的激发态分子为NH, NH2和N2H3, 而最终的稳态产物主要是N2和H2.
    • 基金项目: 国家杰出青年科学基金(批准号: 51125029)资助的课题.
    [1]

    Luo H Y, Wang X X, Mao T, Liang Z, Lv B, Guan Z C, Wang L M 2008 Acta Phys. Sin. 57 4298 (in Chinese) [罗海云, 王新新, 毛婷, 梁卓, 吕博, 关志成, 王黎明 2008 物理学报 57 4298]

    [2]

    Li C R, Wang X X 2002 High Voltage Engineering 28 41 (in Chinese) [李成榕, 王新新 2002 高电压技术 28 41]

    [3]

    Kanazawa S, Kogoma M, Moriwaki T, Okazaki S 1988J. Phys. D 21 838

    [4]

    Massines F, Rabehi A, Decomps P, Gadri R B, Ségur P, Mayoux C 1998 J. Appl. Phys. 83 2950

    [5]

    Golubovskii Y B, Maiorov V A, Behnke J, Behnke J F 2002 J. Phys. D 35 751

    [6]

    Golubovskii Y B, Maiorov V A, Behnke J, Behnke, J F 2003 J. Phys. D 36 39

    [7]

    Zhang P, Kortshagen U 2006 J. Phys. D 39 153

    [8]

    Choi Y H, Kim J H , Hwang Y S 2006 Thin. Solid. Films. 506/507 389

    [9]

    Maiorov V A, Golubovskii Y B 2007 Plasma Sources Sci. Technol 16 S67

    [10]

    Wang Y H, Wang D Z 2003 Acta Phys. Sin. 52 1694 (in Chinese) [王艳辉, 王德真 2003 物理学报 52 1694]

    [11]

    Wang Y H, Wang D Z 2005 Acta Phys. Sin. 54 1295 (in Chinese) [王艳辉, 王德真 2005 物理学报 54 1295]

    [12]

    Lv B, Wang X X, Luo H Y, Liang Z 2008 Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy 27 63 (in Chinese) [吕博, 王新新, 罗海云, 梁卓 2008 电工电能新技术 27 63]

    [13]

    Massines F, Gherardi N, Naudé N, Ségur P 2009 Eur. Phys. J. Appl. Phys. 47 1

    [14]

    Brandenburg R, Navrátil Z, Jánský J, St'ahel P, Trunec D, Wagner H E 2009 J. Phys. D 42 085208

    [15]

    Massines F, Gherardi N, Naudé N, Ségur P 2005 Plasma Phys. Control. Fusion 47 B577

    [16]

    Okazaki S, Kogoma M, Uehara M, Kimura Y 1993 J. Phys. D 26 889

    [17]

    Lieberman M A, Lichtenberg A J 1994 Principles of Plasma Discharges and Materials Processing (1st Edn.) (New Jersey: Wiley-Interscience) p121

    [18]

    Fateev A, Leipold F, Kusano Y, Stenum B, Tsakadze E, Bindslev H 2005 Plasma Process. Polym. 2 193

    [19]

    Li Z, Zhao Z, Li X H 2012 Phys. Plasmas 19 033510

    [20]

    Balcon N, Hagelaar G J M, Boeuf J P 2008 IEEE Trans. Plasma Sci. 36 2782

    [21]

    Zhang Z H, Shao X J, Zhang G J, Li Y X, Peng Z Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 045205 (in Chinese) [张增辉, 邵先军, 张冠军, 李娅西, 彭兆裕 2012 物理学报 61 045205]

    [22]

    Hagelaar G J M, Pitchford L C 2005 Plasma Source Sci. Tech. 14 722

    [23]

    De B K, Bogaerts A, Gijbels R, Goedheer W 2004 Phys. Rev. E 69 056409

    [24]

    Nienhuis G J, Goedheer W J, Hamers E A G 1997 J. Appl. Phys. 82 2060

    [25]

    Moravej M, Yang X, Barankin M, Penelon J, Babayan S E, Hicks R F 2006 Plasma Source Sci. Tech. 15 204

    [26]

    Min B K, Lee S H, Park H G 2000 J. Vac. Sci. Technol. A 18 349

    [27]

    Dyatko N A, Ionikh Y Z, Kochetov I V, Marinov D L, Meshchanov A V, Napartovich A P, Petrov F B, Starostin S A 2008 J. Phys. D 41 055204

    [28]

    Arakoni R A, Bhoj A N, Kushner M J 2007 J. Phys. D 40 2476

    [29]

    Sharp T, Dowell J 1969 J. Chem. Phys. 50 3024

    [30]

    Cook D C, Haydon S C 1984 IEE Proc. Sci. Meas. Tech. 131 145

    [31]

    Cook D C, Haydon S C 1984 IEE Proc. Sci. Meas. Tech. 131 153

    [32]

    Morrow R, Sato N 1999 J. Phys. D 32 L20

    [33]

    Codina R 1998 Comput. Metholds Appl. Mech. Eng. 156 185

  • [1]

    Luo H Y, Wang X X, Mao T, Liang Z, Lv B, Guan Z C, Wang L M 2008 Acta Phys. Sin. 57 4298 (in Chinese) [罗海云, 王新新, 毛婷, 梁卓, 吕博, 关志成, 王黎明 2008 物理学报 57 4298]

    [2]

    Li C R, Wang X X 2002 High Voltage Engineering 28 41 (in Chinese) [李成榕, 王新新 2002 高电压技术 28 41]

    [3]

    Kanazawa S, Kogoma M, Moriwaki T, Okazaki S 1988J. Phys. D 21 838

    [4]

    Massines F, Rabehi A, Decomps P, Gadri R B, Ségur P, Mayoux C 1998 J. Appl. Phys. 83 2950

    [5]

    Golubovskii Y B, Maiorov V A, Behnke J, Behnke J F 2002 J. Phys. D 35 751

    [6]

    Golubovskii Y B, Maiorov V A, Behnke J, Behnke, J F 2003 J. Phys. D 36 39

    [7]

    Zhang P, Kortshagen U 2006 J. Phys. D 39 153

    [8]

    Choi Y H, Kim J H , Hwang Y S 2006 Thin. Solid. Films. 506/507 389

    [9]

    Maiorov V A, Golubovskii Y B 2007 Plasma Sources Sci. Technol 16 S67

    [10]

    Wang Y H, Wang D Z 2003 Acta Phys. Sin. 52 1694 (in Chinese) [王艳辉, 王德真 2003 物理学报 52 1694]

    [11]

    Wang Y H, Wang D Z 2005 Acta Phys. Sin. 54 1295 (in Chinese) [王艳辉, 王德真 2005 物理学报 54 1295]

    [12]

    Lv B, Wang X X, Luo H Y, Liang Z 2008 Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy 27 63 (in Chinese) [吕博, 王新新, 罗海云, 梁卓 2008 电工电能新技术 27 63]

    [13]

    Massines F, Gherardi N, Naudé N, Ségur P 2009 Eur. Phys. J. Appl. Phys. 47 1

    [14]

    Brandenburg R, Navrátil Z, Jánský J, St'ahel P, Trunec D, Wagner H E 2009 J. Phys. D 42 085208

    [15]

    Massines F, Gherardi N, Naudé N, Ségur P 2005 Plasma Phys. Control. Fusion 47 B577

    [16]

    Okazaki S, Kogoma M, Uehara M, Kimura Y 1993 J. Phys. D 26 889

    [17]

    Lieberman M A, Lichtenberg A J 1994 Principles of Plasma Discharges and Materials Processing (1st Edn.) (New Jersey: Wiley-Interscience) p121

    [18]

    Fateev A, Leipold F, Kusano Y, Stenum B, Tsakadze E, Bindslev H 2005 Plasma Process. Polym. 2 193

    [19]

    Li Z, Zhao Z, Li X H 2012 Phys. Plasmas 19 033510

    [20]

    Balcon N, Hagelaar G J M, Boeuf J P 2008 IEEE Trans. Plasma Sci. 36 2782

    [21]

    Zhang Z H, Shao X J, Zhang G J, Li Y X, Peng Z Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 045205 (in Chinese) [张增辉, 邵先军, 张冠军, 李娅西, 彭兆裕 2012 物理学报 61 045205]

    [22]

    Hagelaar G J M, Pitchford L C 2005 Plasma Source Sci. Tech. 14 722

    [23]

    De B K, Bogaerts A, Gijbels R, Goedheer W 2004 Phys. Rev. E 69 056409

    [24]

    Nienhuis G J, Goedheer W J, Hamers E A G 1997 J. Appl. Phys. 82 2060

    [25]

    Moravej M, Yang X, Barankin M, Penelon J, Babayan S E, Hicks R F 2006 Plasma Source Sci. Tech. 15 204

    [26]

    Min B K, Lee S H, Park H G 2000 J. Vac. Sci. Technol. A 18 349

    [27]

    Dyatko N A, Ionikh Y Z, Kochetov I V, Marinov D L, Meshchanov A V, Napartovich A P, Petrov F B, Starostin S A 2008 J. Phys. D 41 055204

    [28]

    Arakoni R A, Bhoj A N, Kushner M J 2007 J. Phys. D 40 2476

    [29]

    Sharp T, Dowell J 1969 J. Chem. Phys. 50 3024

    [30]

    Cook D C, Haydon S C 1984 IEE Proc. Sci. Meas. Tech. 131 145

    [31]

    Cook D C, Haydon S C 1984 IEE Proc. Sci. Meas. Tech. 131 153

    [32]

    Morrow R, Sato N 1999 J. Phys. D 32 L20

    [33]

    Codina R 1998 Comput. Metholds Appl. Mech. Eng. 156 185

  • [1] 邵先军, 马跃, 李娅西, 张冠军. 低气压氙气介质阻挡放电的一维仿真研究. 物理学报, 2010, 59(12): 8747-8754. doi: 10.7498/aps.59.8747
    [2] 张增辉, 邵先军, 张冠军, 李娅西, 彭兆裕. 大气压氩气介质阻挡辉光放电的一维仿真研究 . 物理学报, 2012, 61(4): 045205. doi: 10.7498/aps.61.045205
    [3] 孙安邦, 李晗蔚, 许鹏, 张冠军. 流注放电低温等离子体中电子输运系数计算的蒙特卡罗模型. 物理学报, 2017, 66(19): 195101. doi: 10.7498/aps.66.195101
    [4] 郝艳捧, 阳林, 涂恩来, 陈建阳, 朱展文, 王晓蕾. 实验研究大气压多脉冲辉光放电的模式和机理. 物理学报, 2010, 59(4): 2610-2616. doi: 10.7498/aps.59.2610
    [5] 王艳辉, 王德真. 介质阻挡均匀大气压辉光放电数值模拟研究. 物理学报, 2003, 52(7): 1694-1700. doi: 10.7498/aps.52.1694
    [6] 王学扬, 齐志华, 宋颖, 刘东平. 等离子体放电活化生理盐水杀菌应用研究. 物理学报, 2016, 65(12): 123301. doi: 10.7498/aps.65.123301
    [7] 周俐娜, 王新兵. 微空心阴极放电的流体模型模拟. 物理学报, 2004, 53(10): 3440-3446. doi: 10.7498/aps.53.3440
    [8] 齐 冰, 任春生, 马腾才, 王友年, 王德真. 多针电晕增强大气压辉光放电稳定性研究. 物理学报, 2006, 55(1): 331-336. doi: 10.7498/aps.55.331
    [9] 王新新, 芦明泽, 蒲以康. 空气中大气压下均匀辉光放电的可能性. 物理学报, 2002, 51(12): 2778-2785. doi: 10.7498/aps.51.2778
    [10] 程钰锋, 聂万胜, 车学科, 田希晖, 侯志勇, 周鹏辉. 不同压力下介质阻挡放电等离子体诱导流场演化的实验研究. 物理学报, 2013, 62(10): 104702. doi: 10.7498/aps.62.104702
    [11] 张鑫, 黄勇, 王万波, 唐坤, 李华星. 对称式布局介质阻挡放电等离子体激励器诱导启动涡. 物理学报, 2016, 65(17): 174701. doi: 10.7498/aps.65.174701
    [12] 陈俊英, 董丽芳, 李媛媛, 宋倩, 嵇亚飞. 大气压介质阻挡放电超四边形斑图的等离子体参量. 物理学报, 2012, 61(7): 075211. doi: 10.7498/aps.61.075211
    [13] 赵曰峰, 王超, 王伟宗, 李莉, 孙昊, 邵涛, 潘杰. 大气压甲烷针-板放电等离子体中粒子密度和反应路径的数值模拟. 物理学报, 2018, 67(8): 085202. doi: 10.7498/aps.67.20172192
    [14] 罗海云, 王新新, 毛 婷, 梁 卓, 吕 博, 关志成, 王黎明. 用PET薄膜覆盖金属丝网电极实现大气压空气中均匀放电. 物理学报, 2008, 57(7): 4298-4303. doi: 10.7498/aps.57.4298
    [15] 江南, 曹则贤. 一种大气压放电氦等离子体射流的实验研究. 物理学报, 2010, 59(5): 3324-3330. doi: 10.7498/aps.59.3324
    [16] 李 钢, 徐燕骥, 穆克进, 聂超群, 朱俊强, 张 翼, 李汉明. 平面激光诱导荧光技术在交错电极介质阻挡放电等离子体研究中的初步应用. 物理学报, 2008, 57(10): 6444-6449. doi: 10.7498/aps.57.6444
    [17] 姚聪伟, 马恒驰, 常正实, 李平, 穆海宝, 张冠军. 大气压介质阻挡辉光放电脉冲的阴极位降区特性及其影响因素的数值仿真. 物理学报, 2017, 66(2): 025203. doi: 10.7498/aps.66.025203
    [18] 刘艳红, 张家良, 王卫国, 李 建, 刘东平, 马腾才. CH4或CH4+Ar介质阻挡放电中的离子能量和类金刚石膜制备. 物理学报, 2006, 55(3): 1458-1463. doi: 10.7498/aps.55.1458
    [19] 王艳辉, 王德真. 介质阻挡均匀大气压氮气放电特性研究. 物理学报, 2006, 55(11): 5923-5929. doi: 10.7498/aps.55.5923
    [20] 戴栋, 王其明, 郝艳捧. 大气压氦气介质阻挡放电中的周期一不对称放电实验研究. 物理学报, 2013, 62(13): 135204. doi: 10.7498/aps.62.135204
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-06-10
  • 修回日期:  2012-07-15
  • 刊出日期:  2012-12-05

大气压Ar/NH3介质阻挡辉光放电的仿真研究

  • 1. 西安交通大学电气工程学院, 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
    基金项目: 

    国家杰出青年科学基金(批准号: 51125029)资助的课题.

摘要: 为了研究大气压下氩气(Ar)中掺杂氨气(NH3)的Ar/NH3介质阻挡辉光放电的放电机理, 通过建立一个多粒子的自洽耦合流体模型, 采用有限元方法进行数值计算, 得到了气体间隙压降、介质表面电荷密度、放电电流密度随时间的周期变化波形, 以及带电粒子、中性粒子与空间电场强度的时空分布. 仿真计算结果表明: 气体间隙的周期击穿过程主要由气隙电压控制, 并受气隙两侧介质极板上积聚的表面电荷的影响. 气隙间带电粒子密度和电场强度的时空分布表明本文的放电过程存在阴极位降区、 负辉区、法拉第暗区、等离子体正柱区等辉光放电的典型区域, 放电模式为大气压辉光放电. 在Ar/NH3 等离子体中, 主要的正离子为NH3+, 其次为Ar2+, 主要的负离子为NH2-; NH3分解产生的主要的激发态分子为NH, NH2和N2H3, 而最终的稳态产物主要是N2和H2.

English Abstract

参考文献 (33)

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