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微电晕放电结构参量对放电过程的调控机理仿真

常压微电晕放电是在微纳米尺度共存场域的中混合气体局部自持放电，在微场致电离式器件，微纳电离式传感器等方面有重要应用。本文基于流体-化学动力学混合方法，建立常压N₂-O₂混合气体针-板结构的放电二维模型，仿真研究直流激励下微尺度局部自持放电的动态发展过程，得到不同电子崩自由程与尖端电极长度下局部自持放电的带电粒子输运形貌、电场强度与电流密度等。结果表明：在外激励不变的微尺度场域中，起始放电主要依赖于电子崩的迅速发展，适当增加空间电子自由程会减小空间电场却能进一步拉长电子崩有效路程，为后续放电提供大量种子电子；空间电荷对尖端电极处电场的正向畸变作用，以及正离子对尖端电极的轰击，共同增强尖端的电子发射使得放电能够自持；增加尖端电极长度可以加强尖端效应，但过强的尖端效应会使得尖端处电场出现较大弯曲，导致正离子偏离尖端转向侧壁，抑制尖端处的二次发射进而减弱放电强度。本研究有助于理解微尺度局部自持放电机制，掌握微电晕放电机构参量对放电特性的调控规律。