水中脉冲电压放电形成等离子体通道模拟分析

为获得水中纳秒脉冲电压下放电形成等离子体通道的发展过程,建立水中放电流体模型的数学方程,利用COMSOL软件的有限元方法求解二维轴对称情况,模拟出针-板电极之间的电场强度、电子密度、氢离子密度以及氢氧根离子密度等随时间和空间的分布,并研究脉冲电压幅值、电极间距、电导率对这些物理量以及流注形貌的影响。模拟结果表明:针电极尖端的高场强使高纯水产生最初的电离,之后产生的空间电荷进一步加强了流注头部场强,使流注头部向前推进,形成等离子体通道;当针-板电极间距较小和所加脉冲电压幅值相对较低时,电极间只形成单流注通道,且通道内的电场强度与电子密度随着电压幅值的略微升高而增大,呈线性变化;当所加脉冲电压的幅值高到一定程度时,单流注通道出现"分叉",通道内的电子密度随电压幅值的变化不再是线性的。当针-板电极间距较大时,反应腔内则形成类似于"树枝"状的等离子体通道。当用电导率较高的自来水替代高纯水作为反应介质时,流注头部场强与等离子体通道内的电子密度明显提高。

辉光放电反应腔内带电粒子瞬态物理特性仿真研究

建立了辉光放电圆柱型直流反应腔内等离子体的二维流体数学模型,利用COMSOL软件的有限元方法求解相应的数学方程,模拟圆柱形直流反应腔内氩气辉光放电生成的等离子体的瞬态物理特性,获得反应腔内电子密度、离子密度、电势、电子温度等物理量随时间空间的分布情况;研究电源电压和潘宁电离反应率对反应腔内等离子体浓度的影响,探究了腔内放电击穿以及从正常辉光放电到异常辉光放电的发展过程。仿真实验结果表明,该数学模型清楚地模拟出腔内放电击穿瞬间带电粒子密度的变化规律和正常辉光放电生成等离子体的阴极位降区、负辉区、法拉第暗区以及正柱区的特性;适当减小回路镇流电阻,根据各物理量随时间空间的分布情况,还可判断出正常辉光向异常辉光的转化;微量杂质的提高所引起的潘宁电离效应的有效增加,使反应腔内电子温度的最高下降幅度达到19%。