大气压放电

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大气压辉光放电的数值模拟方法研究的开题报告一、研究背景和意义大气压下放电现象是自然界中广泛存在的一种物理现象，也是许多工业应用中重要的电气问题，如等离子体技术、气体放电技术、空气净化技术等。

在放电过程中，气体的物理特性会发生明显的改变，如电学性质、化学性质以及热力学性质。

因此，对于大气压放电现象的深入研究不仅有助于加深对自然现象的理解，还可以为电力工程、气体分离和净化等领域提供重要的理论和技术支撑。

二、研究内容和方法本文拟采用数值模拟方法，研究大气压下的放电现象。

具体研究内容和方法如下：1.建立大气压下放电的数学模型。

通过分析大气压下放电的物理过程和接触电学原理，结合导电介质的宏观物理特性，建立大气压下放电的数学模型。

该模型将考虑材料特性、注入电流状态等因素，并用于计算电场、电子、离子和中性分子的物理参数，以便得到精确的结果。

2.选用合适的数值方法对模型进行数值求解。

本文将采用有限元方法对数学模型进行数值求解。

通过离散化数学模型，求解出相应的电场、电流、电子和离子的分布情况。

3.开发自适应网格技术和并行计算技术。

采用自适应网格技术和并行计算技术，可以更准确地模拟高强度放电的过程，并提高计算效率。

4.验证模型的精度和可靠性。

使用实验数据进行模拟验证，检验模型的可靠性和精度。

通过与实验数据对比，确定模型中存在的问题并对模型进行修正。

三、预期成果和意义本研究将建立大气压下放电的数学模型，并采用数值模拟方法进行求解。

通过对模型进行验证，可以验证模型的精度和可靠性，为理解大气压下放电现象提供更为准确的理论基础。

此外，本研究所开发的自适应网格技术和并行计算技术，将有助于提高数值求解的效率和准确度，同时具有实际应用价值。

四、研究进展和计划目前已经完成了大气压下放电的数学模型的建立和相关物理过程的探讨，初步确定了数值求解方法。

接下来计划进行有限元数值实验，并通过实验数据验证模型的有效性。

未来还将研究自适应网格技术和并行计算技术，以提高计算效率。

大气压下不同气体中介质阻挡放电的实验与仿真研究介绍大气压下不同气体中介质阻挡放电是一个重要的研究领域，它在电学、物理学和工程学等多个领域中具有广泛的应用。

本文将通过实验与仿真研究的方式，探讨不同气体中介质对放电现象的阻挡效应，并分析其机理与应用。

实验设备与方法实验设备1.气体绝缘试验箱2.放电电极3.介质故障放电监测系统实验步骤1.在气体绝缘试验箱中设置放电电极，并选择不同的介质2.调节气体压力，确保在大气压下进行实验3.使用介质故障放电监测系统，记录放电现象，并对其进行分析与比较仿真研究方法1.借助电磁场有限元仿真软件，建立模型2.设置不同的气体介质，并模拟大气压下的放电现象3.分析仿真结果，并与实验数据进行对比和验证实验结果与讨论不同介质的放电现象比较通过实验记录和仿真研究，我们对不同气体介质的放电现象进行了比较。

以下是比较的主要结果：1. 氮气•放电现象：氮气下的放电现象较为弱化，放电电流较小•机理分析：氮气中分子稳定，不易形成电离层，阻碍了放电的传导•应用前景：氮气可作为绝缘介质，用于电气设备的绝缘保护2. 氧气•放电现象：氧气下的放电现象较为明显，放电电流较大•机理分析：氧气中分子较活跃，易形成电离层，促进电流传导•应用前景：氧气下的放电现象可用于氧气传感器等设备中的电气检测3. 二氧化碳•放电现象：二氧化碳下的放电现象较为稳定，放电电流适中•机理分析：二氧化碳中分子较稳定，形成电离层的速度适中•应用前景：二氧化碳可作为一种常见的绝缘介质，在电气设备中具有广泛应用仿真结果与实验数据的对比通过将仿真结果与实验数据进行对比，我们发现两者存在一定的一致性。

然而，由于实验条件和仿真模型的差异，造成数据上的差异是不可避免的。

因此，我们需要结合实验和仿真结果来得出更准确、可靠的结论。

机理分析与应用前景放电的机理分析放电现象的产生涉及复杂的物理和化学机理。

其中，气体中分子的电离和电子的运动是关键因素。

解释气压较高,距离较长间隙中的气体放电气压较高和距离较长间隙中的气体放电是一种常见的物理现象。

在理解这个现象之前，我们先来了解一下什么是气体放电。

气体放电是指在气体介质中，当电场强度超过一定阈值时，气体中的电子会获得足够的能量从而脱离原子或分子，形成电子云。

这个过程也称为电离。

当电场的作用力大于气体中电子的恢复力时，电子云就会向阳极移动，形成电流，这就是气体放电现象。

气体放电可以分为不同的类型，如正常放电、辉光放电和电弧放电。

而较高的气压和较长的间隙是影响气体放电的两个重要因素。

首先，气压对气体放电有着显著的影响。

当气体的压力增加时，气体分子之间的平均自由程减小，也就是分子之间的平均距离变小。

这意味着在相同的电场下，气体分子的碰撞频率增加，从而增加了气体分子被电场加速的机会。

因此，在较高的气压下，气体放电更容易发生。

其次，间隙的长度也对气体放电有着明显的影响。

间隙是指两个导体之间的距离，其中一个导体通常是带电的。

当间隙越长时，通常需要更高的电压才能在两个导体之间产生电弧或放电。

这是由于间隙的增加导致电场的均匀性变差，电场强度的分布不均匀，需要更高的电压来克服这种不均匀性并使放电发生。

当气压较高且间隙较长时，气体放电的机制和特性也会发生一些变化。

一方面，在较高的气压下，气体分子之间的碰撞频率增加，电离的机会增多。

这意味着相同电场下，气体分子更容易被电场加速，电离形成电子云。

另一方面，在较长的间隙中，电场会受到间隙长度的影响。

当间隙较长时，电场的强度分布不均匀，表现为电压梯度较大的区域与较小的区域之间的不连续性。

这种不均匀的电场分布会导致电离的不均匀性，从而影响气体放电发生的形式和特性。

在实际应用中，气体放电在许多领域得到了广泛的应用。

例如，气体放电用于气体放电管、气体激光器、放电手术刀、电力系统故障检测以及医疗和科学研究中的等离子体研究等。

了解气体放电在不同气压和间隙条件下的特性，对于合理设计和优化相关设备和系统具有重要意义。

2.4大气压下辉光放电（APGDs）上文提到，辉光放电可以放生在很长的气压范围内。

典型的气压范围约为100Pa，在更高的气压（甚至大气压）下，辉光放电也会发生，但是比较容易导致气体或者电极过热或产生电弧。

根据经典论的相似性，如果保持乘积pd为常数，当d减小时就可以增大气压p。

因此，小型化的放电设备就能在大气压下（甚至更高气压）产生辉光放电。

在Schoenbach 等、Stark以及Schoenbach的著作中，提出了大气压下空心阴极微小放电现象。

空心阴极大的直径大约100-200μm。

在Czerfalvi等和Mezei等的著作中，用电解质做阴极实现了在大气中大气压下小的放电。

在Eijkel等的著作中，提出了大气压下在一个微芯片中氦的直流辉光放电从而实现了具有分子发射探测器的气相色谱法（例如对甲烷、氦气等）。

典型的维度是长度是1-2mm，宽度和高度为几百μm，使得这成为典型的等离子体存在的体积50-180nl。

另外，Blades等以及Sturgeon和其同事的分析应用著作中，大气压下电容耦合射频放电已经有了很多的应用，近期罗马尼亚的一个科研小组也对此发表了文章。

除了能减小放电的空间尺度外，在技术应用中的大气压下稳定放电（APGDs）在其他能满足的条件下也可以进行，比如电极、介质气体和所加电压的频率。

典型的APGDs是在至少一个电极上加上介质，然后在交流电压下进行。

例如，氦能够引起稳定的均匀辉光放电，而氧和氩气容易引起到从辉光放电到丝状放电的过渡。

然而，通过改变电极的结构也能使它们完成均匀辉光放电。

图5图5所示为典型的应用到等离子体聚合的APGD的示意图。

辉光放电产生于两平行板电极间，极板表面覆盖了电介质（例如氧化铝）。

放电中包含等离子体中特殊单体聚合体和作为介质气体的氦气的气体流。

所加电压是20kV，频率是1-30kHz。

极板间距典型值是几个毫米。

APGDs的最大优点是非真空，这就大大降低了成本和辉光放电的操作复杂程度。

大气压脉冲气体放电技术是一种新型的非平衡等离子体产生技术，它具有放电电压低、电流大、等离子体密度高、反应性强等优点，在等离子体表面处理、薄膜沉积、环境治理等领域具有广泛的应用前景。

一、大气压脉冲气体放电技术原理大气压脉冲气体放电技术的基本原理是利用高压脉冲电源在常压或接近常压的条件下，使气体发生放电，产生等离子体。

当高压脉冲电源加在两电极之间时，气体分子被电离，产生自由电子和正离子。

在电场的作用下，自由电子加速并撞击气体分子，产生更多的自由电子和正离子，从而形成雪崩效应。

当自由电子的密度达到一定程度时，气体发生放电，产生等离子体。

二、大气压脉冲气体放电技术的特点大气压脉冲气体放电技术具有以下特点：（1）放电电压低：大气压脉冲气体放电技术的放电电压一般在几千伏到几十千伏之间，远低于传统的真空放电技术。

（2）电流大：大气压脉冲气体放电技术的电流可以达到几安培甚至几十安培，远高于传统的真空放电技术。

（3）等离子体密度高：大气压脉冲气体放电技术的等离子体密度可以达到1011-1012 cm^-3，远高于传统的真空放电技术。

（4）反应性强：大气压脉冲气体放电技术产生的等离子体具有很强的反应性，可以与各种气体和固体发生化学反应。

三、大气压脉冲气体放电技术的应用大气压脉冲气体放电技术在等离子体表面处理、薄膜沉积、环境治理等领域具有广泛的应用前景。

（1）等离子体表面处理：大气压脉冲气体放电技术可以对各种材料的表面进行处理，提高材料的表面活性、润湿性、粘合性等性能。

（2）薄膜沉积：大气压脉冲气体放电技术可以沉积各种薄膜，如金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。

（3）环境治理：大气压脉冲气体放电技术可以用于处理各种污染物，如挥发性有机物、氮氧化物、硫氧化物等。

四、大气压脉冲气体放电技术的发展前景大气压脉冲气体放电技术是一项新兴技术，具有广阔的发展前景。

随着技术的不断进步，大气压脉冲气体放电技术将在更多的领域得到应用，对国民经济和社会发展产生重大影响。

论气体放电理论及其放电形式1、引言几乎所有的电气设备的绝缘材料都是气体。

如主要存在于高压输电线路之间和高压电气设备内的空气，为保证高压用电的安全提供了可能。

理想状态下的空气不存在带电粒子，故而其不导电。

但事实上，在外界宇宙射线和地下放射性物质的高能辐射线的作用下，大气压下每立方厘米体积内的空气约有500-1000对正负带电粒子。

但是即使如此，空气仍不失为一种相当理想的电介质 [1]。

在一定的条件下，气体也会出现放电现象，甚至完全转化为导体，严重威胁高压电气设备的运行安全。

因此了解气体放电的理论和放电形式对提高电力设备的绝缘水平有重要的指导意义。

本文具体介绍了气体放电理论及常见的几种放电形式。

2、气体放电理论气体放电理论主要包括汤生放电理论和流注理论。

2.1汤森放电理论1903年，英国物理学家汤森提出了第一个定量的气体放电理论，即电子雪崩理论。

为了描述气体导电中的电离现象，汤森提出了三种电离过程，并引入三个对应的电离系数[2]：（1）电子在向阳极运动的过程中，与气体粒子频繁碰撞，产生大量电子和正离子。

电子与气体粒子发生碰撞电离的次数就是α电离系数，这个过程称为α过程。

（2）正离子在向阴极运动的过程中，与气体中性粒子?l繁碰撞，也会产生一定数量的正离子和电子。

而β电离系数是指在单位距离上一个正离子在向阴极运动过程中与气体粒子发生碰撞电离的次数，即为β过程。

而在通常情况下，正离子在电场中所获得的能量远小于中性粒子发生电离所需的能量，因而β过程通常被忽略。

（3）携带一定能量的正离子打到阴极，使其发射二次电子。

二次电子发射数为γ系数，这个过程称为γ过程。

假设气体空间为均匀电场，单位时间内从阴极单位面积上发射出的电子数为n0，这些初始电子在电场作用下，向阳极方向运动，与中性粒子发生频繁碰撞，进而发生碰撞电离。

即从阴极发出的一个电子，向阳极运动的过程中，若不断发生碰撞电离，新产生的电子数将迅猛增加，这种现象成为电子雪崩。

实验一大气压空气间隙的放电实验一、实验目的1.观察不均匀电场气体间隙放电、击穿现象；2.研究不均匀电场气体间隙放电电压和电极距离的关系；3.观察在不均匀电场下，电极极性对空气间隙击穿电压的影响。

二、基本原理在实际工程应用中，许多电气设备都利用空气作为绝缘介质，因此，对空气间隙的抗电强度和击穿特性的研究在高压技术中具有一定的实际意义，一定距离下空气间隙的击穿电压与空气间隙的电场分布（均匀或不均匀、对称或不对称）、电压作用时间、电压极性、大气条件等一系列因素有关，这些影响因素十分复杂，很难用明确的数学解析式表示，所以在工程上常常是以实验的方法来确定空气间隙的抗电特性。

实际工程中设备击穿往往都发生在不均匀电场，实验中采用针——板间隙来模拟不均匀电场的空气间隙。

通过测定这种间隙在不同电压作用下的击穿特性，以决定空气间隙在实际工程中各种击穿电压和电气设备的安全距离。

三、实验接线图放电观察室图1 气体间隙放电试验接线图四、实验内容1.确定针——板电极间隙的击穿电压和间隙距离之关系曲线；①当针为正极性时②当针为负极性时2.记录上述各种情况下的电晕起始电压；3.观察在极不均匀电场下的极性效应。

五、实验步骤1.按试验接线图接好直流高压电源和放电电极；2.调节好放电电极的间隙距离；3.可调直流电源调节到6V（调节范围再6V-22V。

DC/DC升压器输出为可调直流电源电压的1000倍）；4.合上空气开关，逐渐升高直流电源电压；5.直至间隙击穿，断开空气开关，记录击穿电压值和间隙距离值；6.重复2、3、4、5项操作，测出不同间隙距离下的击穿电压。

六、实验注意事项1.在实验中不得接近高压电源和带电设备之周围，保持必要的安全距离，以免发生危险；2.合上空气开关前应先检查直流电源是否调节到6V；3.一旦气体间隙被击穿，2~3秒内将空气开关断开。

七、实验报告1. 针——板电极间隙的击穿电压和间隙距离之关系。

2.上述各种情况下的电晕起始电压。