Моделирование разрядов высокого давления в инертных газах. Структурирование плазмы разрядов постоянного тока и барьерных разрядов

• Автор: Шкуренков, Иван Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Обзор литературы

1.1 Разряд постоянного тока: диффузионный, контрагированно-

стратифицированный и контрагированный режимы. Гистерезисный переход

1.2 Диэлектрический барьерный разряд

2 Разряд постоянного тока

2.1 Введение. Описание эксперимента

2.2 Описание модели

2.3 ФРЭЭ. Локальное приближение

2.4 Учет нелокальности формирования ФРЭЭ

2.5 Результаты расчетов диффузионного и контрагировантюго режимов
разряда в неоне. Моделирование гистерезисного перехода
2.0 Контрагированно-стратифпцированный режим разряда в аргоне.
Гистерезисный переход в диффузионный режим
2.6.1 Контрагированно-стратифидированный режим разряда
2.6.2 Переход между контрагированно-стратифицированным и контрагированным режимами
2.6.3 Гистерезисный переход между диффузионным и контрагированно-стратифицированным режимами
2.7 Выводы
3 Диэлектрический барьерный разряд
3.1 Введение
3.2 Описание модели

3.3 Высокочастотный разряд
3.4 Разряд в килогсрцовом диапазоне
3.5 Влияние разрядных параметров на пространственную структуру разряда
3.6 Выводы
Заключение
Литература .

Введение
Неравновесная низкотемпературная плазма электрических разрядов в газах высокого (атмосферного или около атмосферного) давления более ста лет вызывает повышенный интерес как объект для изучения фундаментальных плазменных явлений, так и сточки зрения многочисленных практических применений [1-6]. Плазма этих разрядов сочетает в себе низкую температуру газа и высокую температуру электронов. Различные типы разрядов, позволяющие создавать такую плазму, в настоящее время являются объектом изучения многих исследовательских групп. Основной причиной этого являются невысокая стоимость оборудования для создания таких разрядов и относительная простота использования; для создания плазмы атмосферного давлення не требуется больших, дорогих и энергоемких вакуумных систем, и использование подобных устройств может проводиться в режиме реального времени. Это обуславливает широкий спектр применений таких систем - различные источники излучения, генерация озона, плазменные дисплеи, обработка поверхностей, возбуждение воздушно-топливных смесей, а также разрушение вредных веществ, загрязняющих атмосферу [Т-15].
Данная диссертация посвящена исследованию разрядов атмосферного давления в инертных газах. Исследованы два типа разряда - тлеющий разряд постоянного тока и диэлектрический барьерный разряд переменного тока. Основная часть работы посвящена изучению образования пространственных структур в этих разрядах.
Рассмотрим сначала разряд постоянного тока. Достаточно общим свойством тлеющего разряда является контракция - стягивание плазмы в тонкий, яркосветящийся шнур при повышении давления и росте разрядного тока. Это явление в атомарных и .молекулярных газах, их смесях, являющихся рабочими смесями газовых лазеров, имеет место в плоских каналах и цилиндрических разрядных трубках. С одной стороны, шнурование разряда является негативным явлением, которое приводит к срыву лазерной генерации, что ограничивает энерговклад в активную среду. Выяснение природы контракции и механизмов ее развития является необходимым этапом на пути эффективной борьбы с этим негативным в физике лазеров явлением. С другой стороны, отрыв плазмы от стенок разрядной трубки является положительным фактором при решении задач спектрального анализа газовых смелей. При использовании в качестве источников возбуждения контрагированного ВЧ-разряда удается на несколько

определяется распределением по радиусу Е/N. При низких полях значение температуры Т* очень важно, так как при различных значениях Т* — коэффициент скорости возбуждения изменяется на несколько порядков. Низкие поля характерны для контрагированного режима, радиальное распределение источников ионизации определяется распределением температуры Т*.
Зависимость коэффициента скорости возбуждения эффективного метастабильного уровня k*(E/N,T*) была получена при решении кинетического уравнения в локальном приближении. Учет нслокальности заключается в решении уравнения для температуры Т*. Поэтому коэффициент скорости возбуждения, который является функцией локального приведенного электрического поля и значения температуры высокоэнергетичной части функции распределения, не является функцией локальиьтх значений параметров разрядной плазмы, в отличие от зависимости, приведенной на рис. 2.2. Это становится заметно при переходе из контрагированного режима в диффузионный. В этот момент концентрация электронов на оси еще велика, а температура Г* начинает падать (раздел 4).
Таким образом, уравнение для Т* позволяет учесть нелокальность формирования функции распределения. Процедура расчета коэффициентов возбуждения и ионизации была формализована в рамках двухтемпературного приближения, т.е. была изменена процедура расчета констант скорости возбуждения и ионизации, которые рассчитывались как функции E/N, Т*. Эта зависимость была получена на основе решения уравнения для ФРЭЭ в локальном приближении. При решении системы уравнений 2.1- 2.10, 2.13 значения для скоростных коэффициентов находились из зависимости k(E/N,T*) (рис. 2.4), а сама Т* зависит от пе, Тс и E/N 2.14- 2.16.
2.5 Результаты расчетов диффузионного и контрагированного режимов разряда в неоне. Моделирование гистерезис/ного перехода.
Были проведены систематические расчеты для диффузионного, контрагированного режимов и переходной области между ними. На рис. 2.5, 2.6 приведены радиальные распределения концентрации электронов и газовой температуры для диффузионного (разрядный ток 75 мА) и контрагированного (разрядный ток 120 мА) режимов