33 / 2021-05-25 09:26:25

基于放电能量沉积与弛豫过程的重复频率纳秒脉冲流注放电演变特性分析

重复频率纳秒脉冲放电可能出现流注电晕-辉光放电-火花放电间复杂的非线性演变过程。现有研究认为，由空间电荷以及亚稳态粒子主导的放电能量沉积与弛豫过程是影响重复频率纳秒脉冲放电形态与动力学特性的关键因素。由于实验观测存在着微观层面上的诸多局限性，本文采用二维粒子模拟以及零维流体模拟相结合的形式，对大气压氮气氛围下重复频率纳秒脉冲流注电晕放电过程进行仿真模拟，研究空间电荷以及亚稳态粒子对于放电能量沉积与弛豫过程的影响规律。针对空间电荷，主要关注其对于空间电场以及二次电子分布的影响，由于需要考虑电荷在空间内的分布特性，故采用二维粒子模型开展研究。针对亚稳态粒子，主要关注其淬灭过程所造成的快速气体加热效应，假设放电通道内部等离子体具有均匀的分布特性，据此采用简化的零维流体模型开展研究。具体仿真结果表明，若仅考虑空间电荷的影响，随脉冲施加放电通道约化电场强度以及脉冲结束时刻剩余空间电荷密度持续下降，单脉冲下放电沉积能量持续减少，流注电晕放电区域持续收缩，放电过程存在逆强度演变趋势。若仅考虑亚稳态粒子的影响，随脉冲施加放电通道温度由于快速气体加热效应的存在呈现出阶梯式上升趋势，中性气体密度持续下降，约化电场强度持续上升，最终由于脉冲施加时期气体加热与脉冲间隔时期热量耗散达到平衡，放电进入稳态发展阶段，总体呈现出正强度演变趋势。由于实际放电过程同时存在空间电荷以及亚稳态粒子的影响，最终导致重复频率纳秒脉冲放电呈现出复杂的非线性演变过程。