毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
一、介质阻挡放电概述与意义
介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电又称介质阻挡电晕放电或无声放电。即在两个放电电极之间充满某种工作气体,并将其中一个或两个电极用绝缘介质覆盖,也可以将介质直接悬挂在放电空间或采用颗粒状的介质填充其中，当两电极间施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电，即产生了介质阻挡放电。大气压下的DBD是以微放电为主要特征的气体放电形式,放电空间内存在大量随机分布的高能量放电电流细丝。研究表明,DBD的微放电细丝通道近似为圆柱型,放电空间的物理和化学过程主要发生在微放电通道中。
介质阻挡放电等离子体在日常生活中有着广泛的应用，目前,DBD的主要应用包括:臭氧的合成、杀菌消毒、等离子体表面处理、废气处理、紫外准分子灯和无汞荧光灯、高功率CO2激光器、等离子体显示屏、新物质的合成等。在等离子体化学、紫外光源、环境工程、高功率气体激光器等许多领域,具有深远的发展前景。
但由于目前对DBD等离子体尚缺乏有效的诊断手段来直接测量出微放电中的放电参数和放电空间各个物理量之间的关系,有必要建立DBD的放电模型模拟空气中DBD的微放电过程并研究了放电空间的电子密度、电场强度和电压电流随时间变化的规律,并根据得到的结果分析DBD的微放电过程。这对于深入地理解放电机理,从而优化DBD反应器设计、提高运行效率具有重要的意义。
二、介质阻挡放电在国内外研究现状
DBD的研究已有很长的历史:1857年,Siemens利用同轴圆筒电极结构的DBD产生臭氧;1860年,Andrews将此放电命名为无声放电(silent discharge)。从1860年到1900年的40年间,对DBD的研究基本停留在利用其产生臭氧和氮氧化物(NOx)。20世纪初,Warburg开始了对DBD本身放电特性的研究。1932年,Buss利用平行平板电极结构研究了大气压空气DBD放电特性,同时拍摄了长曝光时间的放电图像,即所谓的Lichtenburg图,并用示波器记录了放电电流波形。结果表明:放电是由大量发光细丝(即流注)组成,与此相对应,电流波形是由大量的窄脉冲组成。1970年以后,人们开始对DBD进行物理诊断和数值模拟,以研究DBD等离子体中发生的物理和化学过程。直至20世纪80年代末,DBD的主要工业应用仍然是产生臭氧。1987年,日本的Kanazawa利用含氦气的混合气体进行大气压下DBD实验,并用肉眼观察到了均匀放电现象。从此以后,人们认识到:除了细丝放电模式外,大气压下DBD还存在均匀放电模式,并且将此均匀放电统称为大气压下辉光放电(Atmospheric Pressure Glow Discharge: APGD)。美国田纳西州大学的Roth研究小组采用平板电极和高频电源，在大气压2mm空气间隙内产生均匀DBD。方志等人在阻挡介质和电极间加入电丝网，并采用驻极体材料作为阻挡介质，在工频大气压空气中产生大气压均匀DBD。最近也有采用高频交流电源以及采用硅油作为液体阻挡介质的锥-平板极结构，在大气压空气中产生均匀介质阻挡放电，目前也有研究者通过采用纳秒脉冲电源实现了均匀介质阻挡放电。
2003年大连理工大学的王艳辉[7]等人通过一维流体模型计算了电子、离子密度和电场在放电空间的时空分布,以及绝缘介质板充电电荷密度随时间的变化。从理论上对氦气介质阻挡大气压辉光放电的物理机理进行研究,分析讨论所加电压频率、幅值及介质板性质等对均匀大气压辉光放电性质的影响。2005年大连理工大学的张远涛[30]等人通过数值求解双流体方程,在均匀的初始条件下模拟了大气压下丝状放电的整体时空演化。研究发现,在丝状放电的时空演化过程中,各条放电通道在不同位置相继发生击穿,且放电通道有遍历整个放电空间的趋势。
尽管对DBD的宏观放电特性及应用研究取得了一定的进展,但对于其微观放电形成机理、气体间的相互作用机理及其动力学过程还缺乏了解,还缺乏有效的DBD等离子体诊断方法,对电介质的材料特性、DBD结构特性、电源的供电特性及其相互作用的研究还有待深入.一旦在理论、诊断及相互作用机理上有所突破,必将推动DBD在工业领域的应用,具有重大的实用价值及科学研究价值。
三、放电体制理论
