二维仿真研究大气压氦气介质阻挡柱状放电的时空演化过程

摘要

柱状放电的物理过程和机理仍不清楚.本文建立了大气压氦气介质阻挡柱状放电的二维流体模型,研究柱状放电在二维空间和放电前几个周期时间内的物理过程和动力学机制.计算了柱状放电的电流波形、电子密度二维分布,与试验电流波形和ICCD拍摄的放电图像对比研究,验证了模型仿真柱状放电时空演化过程的有效性.计算了柱状放电前几个周期的物理过程,发现前三个半周期由均匀放电向柱状放电转化的初始不稳定阶段和随后的柱状放电稳定阶段.计算了放电初始阶段均匀放电边缘区域的等势线、径向电场二维分布与电子密度分布关系及其随时间的演化,在空间上探讨了放电区域收缩和电子聚集最终形成独立柱状放电的原因,发现是径向电场作用.在时间上探讨了新放电柱在放电半周期和放电前半个周期的演化过程,发现在放电前半个电压周期在新辉光放电柱位置的轴向电子密度呈指数分布,具有汤森放电的特征.证明在柱状放电的不稳定阶段,不同径向位置上同时存在着柱状的辉光放电和柱外的汤森放电,汤森放电在下个半周期发展成辉光放电柱.