大气压射频辉光放电模式转换机制的流体力学模拟

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1、大连理工大学博士学位论文大气压射频辉光放电模式转换机制的流体力学模拟姓名：尚万里申请学位级别：博士专业：等离子体物理指导教师：王德真20090601大气压射频辉光放电模式转换机制的流体力学模拟总所周知，深入了解大气压射频辉光放电的物理机制对于其工业应用十分重要，然而一维模拟毕竟有较大的局限性。为了多角度深层次地研究大气压射频辉光放电，本文基于二维流体模型，对平行板电极结构中的射频大气压辉光放电进行了数值模拟。随着放电电流密度增大，鞘层电场强度增大，鞘层变薄。当电流密度增加到一定数值的时候，发生鞘层击穿，等离子体在极板中央区域形成一个极强的放电通道，

2、群等离子体沿着极板方向发生收缩，随后放电进入了另外一种模式。这个现象和实验中的放电收缩极为相似，并在实验研究中广泛出现。该通道中电场强度极大，在本文的计算中最大值达到9kV／cm，要远大于模式转换之前的电场强度4kV／cm。在本文的模拟中，各种等离子体参数达到稳定所需要的时间不一样，一般需要几百个电压周期。二次电子发射对放电模式转换的发生作用明显。介质阻挡放电存在着三种不同的放电形式。本文运用二维流体模型，对柱对称电极结构中的大气压介质阻挡放电进行了数值模拟。在10kHz电压频率驱动下，放电出现了同心圆筒放电结构。随着时间的改变，放电圆筒会发生径向

3、演化。原先放电的区域放电熄灭，原先未放电的区域开始放电，形成一个一个的放电环，交替放电。文中研究了电子密度和电流密度空间分布随时间的演化效果。介质板上的电荷积累对放电的影响至关重要。本文还从丝的分裂与合并来探讨了同心圆筒放电的产生和演化。关键词：等离子体；射频放电；大气压辉光放电；模式转换；介质阻挡放电；数值模拟大连理工大学博士学位论文AbstractInrecentyears，uniformatmospheric—pressureglowdischarge(APGD)hasattractedconsiderableattentionbecause

4、ofitsadvantageouspropertiesforindustrialapplications，includingsurfaceactivation，etching，cleaning，decontamination，andthinfilmcoating．Inthelastfifties，twodischargemodesnamedQandYmodewerefoundinthelowpressureglowdischarge．Andtheexistenceoftwodifferentdischargemodeshasbeenverified

5、inanrf(radio-frequency)APGD．Ithasbeendemonstratedthattheamodehasbetterdischargestability，whereastheYmodeproducesmoreabundantplasmaspeciesincludingchargedparticlesandmetastables．nedischargeinYmodeturntoarcearilyandthisisnotrequisite．ForcontinuoususingAPGD，particularlyonanindust

6、ricalscale，athroughunderstandingoftheoperationalcharacteristicsofthetwomodesiSessential．Inthisthesis．aone-dimensionalself-consistentfluidmodelforrfAPGDsisusedtosimulatethedischargemechanismsintheYmodeinheliumbetweentwoparallelmetallicplanarelectrodes．Theresultsshowthatastheapp

7、liedvoltageincreases，thedischargecurrentbecomesgreaterandtheplasmadensitycorrespondingincreases，consequentiallythedischargetransitsfromtheQmodeintotheYmode。Inthefirstmode，referredtoamode，thedischargecurrentdensityisrelativelylowandthebulkplasmaelectronsacquiretheenergyduetothe

8、sheathexpansion．Inthesecondmode，termedasYmode，thedischargecur