Моделирование синтеза озона в поверхностном барьерном разряде в кислороде

• Автор: Ткаченко, Илья Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Литературный обзор

1.1. Диэлектрический барьерный разряд

1.2. Поверхностный барьерный разряд

1.3. Структура поверхностного барьерного разряда

1.4. Серия микроразрядов. Структура микроразряда

1.5. Численные исследования поверхностного барьерного разряда

1.6. Синтез озона в поверхностном барьерном разряде

1.6.1. Кинетика синтеза озона в кислороде

1.6.2. Реакции образования озона

1.6.3. Стадии образования озона
1.6.4. Энергетический выход озона
1.7. Обобщение литературных данных
1.8. Цели и задачи исследования
2. Методы исследования
2.1. Разрядная ячейка поверхностного барьерного разряда
2.2. Динамика заряженных и нейтральных частиц
2.3. Расчет конфигурации электрического поля
2.4. Метод зеркальных отображений
2.5. Начальные и граничные условия уравнений неразрывности
2.6. Фотопроцессы на поверхности и в объеме
2.7. Реакции в разрядной зоне
2.8. Алгоритм расчета
3. Динамика разрядных процессов в поверхностном барьерном
разряде
3.1 Пробой газового промежутка и формирование стримеров
3.2. Ток разряда
3.3. Катодный слой
3.4. Механизм движения стримеров
3.5. Пространственновременные распределения напряженности поля над диэлектрической поверхностью
3.6. Плотность тока в поверхностном барьерном разряде
3.7. Заряд на поверхности диэлектрика
4. Выделение энергии и синтез озона в поверхностном барьерном
разряде в кислороде
4.1. Динамика выделения энергии в канале
4.2. Изменения температуры в канале микроразряда
4.3. Диссоциация молекулярного кислорода над диэлектрической
поверхностью
4.4. Эффективность синтеза озона из кислорода
5. Серии микроразрядов при знакопеременном напряжении
5.1. Разрядный ток и серии микроразрядов
5.2. Заряд на поверхности
5.3. Разрядные процессы при знакопеременном напряжении
5.4.Эффективность синтеза озона при множественном разряде и
знакопеременном напряжении питания
6. Обсуждение результатов
6.1 Общие замечания
6.2 Начальная фаза пробоя газового промежутка
6.3. Формирование канала микроразряда и катодного слоя
6.4 Заряд в объеме и на поверхности
6.5 Обсуждение
6.5.1 Динамика разрядных процессов
6.5.2 Экспериментальные данные
6.5.3. Синтез озона в поверхностном барьерном разряде.
Выводы 5
Список литературы


Рис. Фотографии микроразрядов на поверхности диэлектрика при отрицательной полярности приложенного к электроду напряжения . Напряжение на высоковольтном электроде а 2. В, б кВ, с кВ. При положительной полярности каналы микроразрядов в несколько раз длиннее, чем при отрицательной полярности напряжения, рис. Рис. Зависимость длины каналов микроразряда от величины приложенного напряжения при различной полярности . При размещении на поверхности диэлектрика параллельно расположенных электродов, длины каналов микроразрядов ограничены межэлектродными промежутками . Пылевые фигуры Лихтенберга показывают , что разряд от каждого электрода в таких системах распространяется на расстояние не больше половины межэлектродного расстояния, то есть площадь, охваченная разрядом, при превышении определнной величины напряжения питания не зависит от напряжения приложенного импульса. Толщина диэлектрика, с одной стороны , , в случае положительной полярности, не влияет на длину каналов микроразрядов длина каналов микроразрядов прямо пропорциональна величине напряжения питания и не зависит от толщины диэлектрика. Такие же данные были получены в работе при отрицательной полярности. В тоже время, в случае положительной полярности отмечен значительный рост длины каналов при уменьшении значения диэлектрической проницаемости , что фактически противоречит данным, полученным в работе . В работе сравниваются осциллограммы импульсов тока при объемном и поверхностном барьерных разрядах. Условия эксперимента подобраны таким образом, что максимальные значения величин импульсов тока были примерно одинаковы и составляли порядка 0 мА. Импульс тока и в объемном, и в поверхностном барьерных разрядах уменьшается до малых значений за время примерно 0 не. Однако нарастание тока в объемном разряде происходило за 5 не, а в поверхностном приблизительно за не. Представленные данные указывают на различие в динамике распространения микроразрядов при объмной и поверхностной геометриях разрядной ячейки. Примерно такие же цифры были получены при экспериментальном исследовании плазменных панелей, . Было найдено, что пространственный перенос заряда практически завершается через 0 не после пробоя газового промежутка. Серия микроразрядов. Таким образом, поверхностный барьерный разряд реализуется в виде множества тонких микроразрядов, почти равномерно распределенных но всей площади электродов . В цепи питания разряда появление микроразрядов сопровождается импульсами тока. Исследование микроразрядов с высоким менее 1 не временным разрешением показало, что микроразряды появляются сериями. В течение нескольких десятков наносекунд разрядный промежуток практически одновременно пробивался в нескольких местах. При этом промежуток времени между разными сериями сотни или тысячи наносекунд оказывался намного длиннее, чем между отдельными микроразрядами в серии. В работе экспериментально исследовался поверхностный барьерный разряд в кислородноазотной смеси. Разрядная ячейка представляла собой прозрачный диэлектрик с диэлектрической проницаемостью равной и толщиной 2 мм, на поверхности которого находился сферический металлический электрод диаметром 4 мм. В данной работе с помощью сенсоров на основе эффекта Покеля и осциллографов измерялись параметры и характеристики микроразряда поверхностного барьерного разряда. Результаты экспериментов представлены на рис. Авторами работы была экспериментально определена скорость движения стримера, которая составила 2,4 7 смс. Рис. Динамика распространения стримера в поверхностном барьерном разряде по экспериментальным данным работы . В работах , экспериментально исследовалась структура микроразряда в объемном барьерном разряде в воздухе при атмосферном давлении методом кросс корреляционной спектроскопии. Результаты измерений подтверждают представления о микроразряде, полученные путем численного моделирования. В начальной фазе, длительностью порядка не, происходит зарождение стримера вблизи анода, который затем быстро движется по направлению к катоду.