Моделирование физических процессов в разряде, контролируемом диэлектрическими барьерами, при атмосферном давлении
Диссертация
Автор выносит на защиту результаты одномерной модели радиалыю однородного барьерного разряда при атмосферном давлении в различных газах в широком диапазоне условий, охватывающих как разряд таунсендов-ского типа, так и тлеющий разряд, а также результаты двумерной модели, описывающей разряд, неоднородный как в направлении от катода к аноду, так и по радиусу. Защищается метод определения… Читать ещё >
Содержание
- 1. Современное состояние проблемы исследования барьерного разряда
- 1. 1. Общие свойства разряда, контролируемого диэлектрическими барьерами
- 1. 2. Структура филамента в неоднородном разряде
- 1. 3. Однородный барьерный разряд
- 1. 4. Переходы между различными формами разряда
- 2. Модель барьерного разряда
- 2. 1. Общие свойства кинетики возбуждения и ионизации в барьерном разряде
- 2. 2. Процессы взаимодействия заряженных частиц с поверхностью диэлектрика
- 2. 3. Одномерная модель барьерного разряда
- 2. 3. 1. Основные уравнения
- 2. 3. 2. Метод расчета
- 2. 4. Модель радиально неоднородного разряда
- 2. 4. 1. Основные уравнения
- 2. 4. 2. Метод расчета
- 3. 1. Моделирование таунсендовского разряда в азоте
- 3. 1. 1. Кинетика возбуждения и ионизации
- 3. 1. 2. Роль поверхностных процессов
- 3. 1. 3. Пространственно-временная структура разряда
- 3. 1. 4. Влияние температуры газа и внешней цепи
- 3. 2. Моделирование однородного барьерного разряда в гелии
- 3. 2. 1. Кинетика возбуждения и ионизации
- 3. 2. 2. Структура таунсендовского разряда
- 3. 2. 3. Структура тлеющего разряда
- 3. 2. 4. Влияние внешних параметров на форму барьерного разряда
- 4. 1. Моделирование положительного стримера
- 4. 2. Исследование барьерного разряда на устойчивость
- 4. 2. 1. Режимы разряда в одномерном приближении
- 4. 2. 2. Эволюция радиального возмущения в различных режимах разряда
- 4. 2. 3. Области устойчивости барьерного разряда
- 4. 3. Однородный тлеющий разряд в азоте
- 4. 3. 1. Механизм образования однородного тлеющего разряда
- 4. 3. 2. Уширение электронной лавины за счет фотоэмиссии
- 4. 3. 3. Параметры разряда в фазе образования пространственного заряда
Список литературы
- Самойлович В. Г., Гибалов В. И., Козлов К. В., Физическая химия барьерного разряда, Москва: изд-во МГУ, 1989. 176 с.
- Kogelschatz U. Fundamentals and applications of dielectric barrier discharges //Proc. of VII Int. Conf. on High Pressure Low Temperature Plasma Chemistry (HAKONE VII), Greifswald, Germany, 10−13 Sept. 2000, V. I, P. 1−7.
- Базелян Э. M., Райзер Ю. П. Искровой разряд, М: изд. МФТИ, 1997. 320 с.
- Eliasson В., Hirth М., Kogelschatz U. Ozone synthesis from oxygen in dielectric barrier discharges //J. Phys. D: Appl. Phys. 1987. V. 20 P. 14 211 437.
- Eliasson В., Kogelschatz U. //IEEE Trans. Plasma Sci. 1991. V. 19, P. 309−322.
- Kanasawa S., Kogoma M., Moriwaki Т., Okazaki S. Stable glow plasma at atmospheric pressure //J. Phys. D: Appl. Phys. 1988. V. 21. P. 838−840.
- Yokoyama Т., Kogoma M., Kanasawa S., Moriwaki Т., Okazaki S. The improvement of the atmospheric-pressure glow discharge plasma method and the deposition of organic films //J. Phys. D: Appl. Phys. 1990. V. 23. P. 374−377.
- Kogelschatz U. Advanced ozone generation, in Process Technologies for Water Treatment (ed. by Stucki S.), New York: Plenum, 1988. P. 87−120.
- Kogelschatz U., Eliasson B. Ozone Generation and Applications, in Handbook of Electrostatic Processes (ed. by Chang J. S., Kelly A. J., Crowley J. M.), New York: Marcel Dekker, 1995. P. 581−605.
- Kogoma M., Okazaki S. Raising of ozone formation efficiency in a homogeneous glow discharge plasma at atmospheric pressure //J. Phys. D: Appl. Phys. 1994. V. 27. P. 1985−1987.
- Hammer T. Non-thermal plasma treatment of automotive exhaust gases //Proc. of 7th Int. Symp. on High Pressure Low Temperature Plasma Chemistry (HAKONE VII) (Greifswald 10−13 Sept. 2000) V. 2, P. 234−238.
- Massines F., Gouda G. A comparison of polypropylene-surface treatment by filamentary, homogeneous and glow discharges in helium at atmospheric pressure //J. Phys. D: Appl. Phys. 1998. V. 31. P. 3411−3420.
- Gherardi N., Martin S., Massines F. A new approach to SiC>2 deposit using a N2-SiH4-N20 glow dielectric barrier-controlled discharge at atmospheric pressure //J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. V. 33. P. L104-L108.
- Wagner H.-E., Brandenburg R., Kozlov К. V., Sonnenfeld A., Michel P., Behnke J.F. The barrier discharge: basic properties and applications to surface treatment //Vacuum 2003. V. 71. P. 417−436.
- Boeuf J. P. Plasma display panels: physics, recent developments and key issues //J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. V. 36. P. R53-R79.
- Райзер Ю. П., Шнейдер M. Н., Яценко Н. А. Высокочастотный емкостной разряд: физика, техника эксперимента, приложения. Москва: изд-во МФТИ, 1995. 310 с.
- Pashaie В., Dhali S. К., Honea F. I. Electrical characteristics of a coaxial dielectric barrier discharge //J. Phys. D: Appl. Phys. 1994. V. 27. P. 21 072 110.
- Gibalov V. I., Pietsch G. J. The development of dielectric barrier discharges in gas gaps and on surfaces //J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. V. 33. P. 26 182 636.
- Humpert С., Pietsch G. J. //Proc. XIII Int. Conf. on Gas Discharges and their Applications (Glasgow, 2000) V. 1. P. 271.
- Massines F., Rabehi A., Decomps Ph., Ben Gadri R., Segur P., Mayoux C. Experimental and theoretical study of a glow discharge at atmospheric pressure controlled by dielectric barrier //J. Appl. Phys. 1998. V. 83. P. 2950−2957.
- Goldman M., Goldman A. Corona discharges, in Gaseous Electronics (ed. by Hirsh M. N. and Oskam H. J.), New York: Academic, 1978. P. 219−290.
- Sigmond R. S. Corona discharges, in Electrical Breakdown of Gases (ed. by Meek J. M. and Craggs J. D.), New York: Wiley, 1978.
- Naidis G. V. Modelling of plasma chemical processes in pulsed corona discharges //J. Phys. D: Appl. Phys. 1997. V. 30. P. 1214−1218.
- Райзер Ю. П. Физика газового разряда, 2-е изд. М: Наука, 1992. 535 с.
- Trunec D., Brablec A., Buchta J. Atmospheric pressure glow discharge in neon //J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. V. 34. P. 1697−1699.
- Okazaki S., Kogoma M., Uehara M., Kimura Y. Appearance of stable glow discharge in air, argon, oxygen and nitrogen at atmospheric pressure using a 50 Hz source //J. Phys. D: Appl. Phys. 1993. V. 26. P. 889−892.
- Golubovskii Yu. B., Maiorov V. A., Behnke J., Behnke J.F. Influence of interaction between charged particles and dielectric surface in an homogeneous barrier discharge in nitrogen //J. Phys. D: Appl. Phys. 2002. V. 35. P. 751−761.
- Dhali S. K., Williams P. F. Two-dimensional studies of streamers in gases //J. Appl. Phys. 1987. V. 62. P. 4696−4707.
- Wu C., Kunhardt E. E. Formation and propagation of streamers in N2 and N2-SF6 mixtures //Phys. Rev. A 1988. V. 37. P. 4396−4406.
- Wang M. C., Kunhardt E. E. Streamer dynamics //Phys. Rev. A. 1990. V. 42. P. 2366−2373.
- Braun D., Gibalov V., Pietsch G. Two-dimensional modelling of the dielectric barrier discharge in air //Plasma Sources Sci. Technol. 1992. V. 1. P. 166−174.
- Kulikovsky A. A. The structure of streamers in N2.1, fast method of spacecharge dominated plasma simulation //J. Phys. D: Appl. Phys. 1994. V. 27. P. 2556−2563.
- Kulikovsky A. A. The structure of streamers in N2. II. Two-dimensional simulation //J. Phys. D: Appl. Phys. 1994. V. 27. P. 2564−2569.
- Vitello P. A., Penetrante B. M., Bardsley J. N. Simulation of negative-streamer dynamics in nitrogen //Phys. Rev. E 1994. V. 49. P. 5574−5598.
- Babaeva N. Yu., Naidis G. V. Two-dimensional modelling of positive streamer dynamics in non-uniform electric fields in air //J. Phys. D: Appl. Phys. 1996. V. 29. P. 2423−2431.
- Li J., Dhali Sh. K. Simulation of microdischarges in a dielectric-barrier discharge //J. Appl. Phys. 1997. V. 82. P. 4205−4210.
- Kulikovsky A. A. Positive streamer between parallel plate electrodes in atmospheric pressure air //J. Phys. D: Appl. Phys. 1997. V. 30. P. 441 450.
- Kanzari Z., Yousfi M., Hamani A. Modeling and basic data for streamer dynamics in N2 and 02 discharges //J. Appl. Phys. 1998. V. 84. P. 41 614 169.
- Xu X. P., Kushner M. J. Ion composition of expanding microdischarges in dielectric barrier discharges //J. Appl. Phys. 1998. V. 83. P. 7522−7532.
- Kulikovsky A. A. The role of the absorption length of photoionizing radiation in streamer dynamics in weak fields: a characteristic scale of ionization domain //J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. V. 33. P. L5-L7.
- Georghiou G. E., Morrow R., Metaxas A. C. Two-dimensional simulation of streamers using the FE-FCT algorithm //J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. V. 33. P. L27-L32.
- Georghiou G. E., Morrow R., Metaxas A. C. The effect of photoemission on the streamer development and propagation in short uniform gaps //J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. V. 34. P. 200−208.
- Pancheshnyi S. V., Starikovskaia S. M., Starikovskii A. Yu. Role of photoionization processes in propagation of cathode-directed streamer //J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. V. 34. P. 105−115.
- Babaeva N. Yu., Naidis G. V. Simulation of stepped propagation of positive streamers in SF6 //J. Phys. D: Appl. Phys. 2002. V. 35. P. 132−136.
- Kunhardt E. E., Tzeng Y. Development of an electron avalanche and its transition into streamers //Phys. Rev. A. 1988. V. 38. P. 1410−1421.
- Найдис Г. В. Влияние нелокальных эффектов на динамику стримеров в положительных коронных разрядах // Письма в ЖТФ, 1997, Т. 23. Вып. 12. С. 89−94.
- Kozlov К., Shepeliuk О., Samoilovich V. Spatio-temporal evolution of the dielectric barrier discharge channels in air at atmospheric pressure //Proc. 11th Int. Conf. on Gas Discharges and their Applications (Tokyo, Japan) 1995. V. 2. P. 142−145.
- Kozlov К. V., Wagner H.-E., Brandenburg R., Michel P. Spatio-temporally resolved spectroscopic diagnostics of the barrier discharge in air at atmospheric pressure //J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. V. 34. P. 3164−3176.
- Xu X. P., Kushner M. J. Multiple microdischarge dynamics in dielectric barrier discharges //J. Appl. Phys. 1998. V. 84. P. 4153−4160.
- Miiller I., Punset C., Ammelt E., Purwins H.-G., Boeuf J.P. Selforganized filaments in dielectric barrier glow discharges //IEEE Trans. Plasma Science 1999. V. 27. P. 20−21.
- Striimpel С., Purwins H.-G. Spatiotemporal filamentary patterns in a dc-driven planar gas discharge system //Phys. Rev. E 2001. V. 63. 26 409.
- Decomps Ph., Massines F., Mayoux C. Electrical and optical diagnosis of an atmospheric pressure glow discharge //Acta Physica Univ. Comenianae 1994. V. 35 P. 47−57.
- Massines F., Ben Gadri R., Decomps Ph., Rabehi A., Segur P., Mayoux C. Atmospheric pressure dielectric controlled glow discharges: diagnostic and modelling, in Phenomena in Ionized Gases, AIP Conference Proceeding (AIP, New York, 1995) P. 363−371.
- Мелехин B.H., Наумов Н. Ю. // ЖТФ. 1984. T. 54. В. 2. С. 1521−1529.
- Petrovic Z. Lj., Phelps A. V. Oscillations of low-current electrical discharges between parallel-plane electrodes //Phys. Rev. E 1993. V. 47. P. 2806−2815- 2816−2824- 2825−2838.
- Каганович И.Д., Федотов M.A., Цендин Л. Д. // ЖТФ. 1994. Т. 64. Вып. 3. С. 34−44.
- Кудрявцев А. А., Цендин JT. Д. Неустойчивость таунсендовского разряда на правой ветви кривой Пашена // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28. В. 24. С. 36−42.
- Visentin G., Mangolini I., Orlov K., Kortshagen U., Heberlein J. Experimental study of multiple current pulses in atmospheric pressure glow discharges //Proc. of 15th Int. Symp. on Plasma Chemistry (Orleans, France, July 10−13 2001) V. 8 P. 3251−3256.
- Golubovskii Yu. В., Maiorov V. A., Behnke J., Behnke J. F. Modeling of the homogeneous barrier discharge in helium at atmospheric pressure //J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. V. 36. P. 39−49.
- Mangolini L., Orlov K., Kortshagen U., Heberlein J., Kogelschatz U. Radial structure of a low-frequency atmospheric-pressure glow discharge in helium //Appl. Phys. Lett. 2002. V. 80. P. 1722−1724.
- Акишев Ю. С., Демьянов А. В., Каральник В. В., Панькин М. В., Труш-кин Н. И. Пульсирующий режим диффузной моды барьерного разряда в Не //Физ. Плазмы 2001. Т. 27. С. 176−183.
- Велихов Е. П., Ковалев А. С., Рахимов А. Т. Физические явления в газоразрядной плазме. М: Наука, 1987. 160 с.
- Honda Y., Tochikubo F. and Watanabe T. Two-dimensional simulation of helium atmospheric pressure glow discharge initial discharge development //Proc. of XXV Int. Conf. on Phenomena in Ionized Gases (Nagoya, Japan, 17−21 July 2001)
- Golubovskii Yu. В., Maiorov V. A., Behnke J., Behnke J. F. Stability of the barrier discharge relative to the filamentation //Proc. of 16th ESCAMPIG (July 14−18 2002, Grenoble, France). V. 1, P. 235−236.
- Golubovskii Yu. B., Maiorov V. A., Behnke J., Behnke J. F. On the stability of a homogeneous barrier discharge in nitrogen relative to radial perturbations //J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. V. 36. P. 975−981.
- Brauer I., Punset C., Purwins H.-G., Boeuf J. P. Simulations of self-organized filaments in a dielectric barrier glow discharge plasma //J. Appl. Phys. 1999. V. 85. P. 7569−7572.
- Kossyi I. A., Kostinsky A. Yu., Matveyev A. A., Silakov V. P. Kinetic scheme of the non-equilibrium discharge in nitrogen-oxygen mixtures //Plasma Sources Sci. Technol. 1992. V. 1. P. 207−220.
- Matveyev A. A., Silakov V. P. Theoretical study of the role of ultraviolet radiation of the non-equilibrium plasma in the dynamics of the microwavedischarge in molecular nitrogen //Plasma Sources Sci. Technol. 1999. V. 8. P. 162−178.
- Tsendin L. D. Electron kinetics in non-uniform glow discharge plasmas //Plasma Sources Sci. Technol. 1995. V. 4. P. 200−211.
- Иванов В. В., Манкелевич Ю. А., Прошина О. В., Рахимова Т. В. Эффекты нелокальности функции распределения электронов в ячейке плазменной дисплейной панели //Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. Вып. 23. С. 71−78.
- Ordonez С. A. Boundary conditions including sheath effects at a plasma-facing surface //Phys. Rev. E 1997. T. 55. P. 1858−1871.
- Baritello V., Porcelli F., Subba F. Plasma-wall boundary layers //Phys. Rev. E 1999. V. 60. P. 4733−4742.
- Behnke J. F., Bindemann Т., Deutsch H., Becker K. Wall recombination in glow discharges //Contrib. Plasma Phys. 1997.V. 37. P. 345−362.
- Фоменко В. С., Подчерняева И. А. Эмиссионные и адсорбционные свойства веществ и материалов (справочник). М: Атомиздат, 1975. 320 с.
- Агеев В. Н., Бурмистрова О. П., Кузнецов Ю. А. //УФН. 1989. Т. 58. С. 389−420.
- Phelps А. V., Petrovic Z. Lj. Cold-cathode discharges and breakdown in argon: surface and gas phase production of secondary electrons //Plasma Sources Sci. Technol. 1999. V. 8. P. R21-R44.
- Moon K. S., Lee J., Whang K.-W. Electron ejection from MgO thin films by low energy noble gas ions: Energy dependence and initial instability of the secondary electron emission coefficient //J. Appl. Phys. 1999. V. 86. P. 4049−4051.
- Ertl M., Kiipper J. Low Energy Electrons and Plasma Chemistry. Weinheim: Chemie, 1974.
- Prutton M. Introduction to Surface Physics. Oxford: Clarindon, 1994.
- Emeleus K. G., Coulter J. R. M. //Int. J. Electron. 1985. V. 59. P. 65.
- Физические величины. Справочник, (под ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова), Москва: Атомиздат, 1991.
- Basurto Е., de Urquijo J., Alvarez I., Cisneros C. Mobility of He+, Ne+, Ar+, Щ, Of, and COJ in their parent gas. //Phys. Rev. E 2000. V. 61. P. 3053−3057.
- BOLSIG Boltzmann Equation Solver, © 1996 CPAT and Kinema Software, http://www.siglo-kinema.com
- Sharfetter D. L., Gummel H. K. //IEEE Trans. Electron. Devices 1969, V. ED-16, P. 64.
- Boeuf J.-P. Numerical model of RF glow discharges. //Phys. Rev. A, 1987, V. 36, P. 2782−2792.
- Железняк M. В., Мнацаканян A. X., Сизых С. В. // Теплофиз. Выс. Темп. 1982. Т. 20. С. 423.
- Словецкий Д. И. Механизмы химических реакций в неравновесной плазме. М: Наука, 1980. 310 с.
- Loureiro J., Ferreira С. M. Coupled electron energy and vibrational distribution functions in stationary N2 discharges //J. Phys. D: Appl. Phys.1986. V. 19. P. 17−35.
- Гордиец Б. Ф., Осипов А. И., Шелепин И. А. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры. М: Наука, 1980. 511 с.
- Treanor С. Е., Rich I. W., Rehm R. G. Vibrational Relaxation of Anharmonic Oscillators with Exchange-Dominated Collisions //J. Chem. Phys. 1968. V. 48. P. 1798−1807.
- Capitelli M. Nonequilibrium vibrational kinetics. Berlin: Springer, 1986.
- Piper L. G. Quenching rate coefficients for N2(a/1E~) //J. Chem. Phys.1987. V. 87. P. 1625−1629.
- Simek M., Babicky V., Clupek M., DeBenedictis S., Dilecce G., Sunka P. Excitation of N2(C3I1U) and 1МО (Л2Е+) states in a pulsed positive corona discharge in N2, N2-O2 and N2-NO mixtures //J. Phys. D: Appl. Phys. 1998. V. 31. P. 2591−2602.
- Bibinov N. K., Fateev A. A., Wiesemann K. Variations of the gas temperature in He/N2 barrier discharges //Plasma Sources Sci. Technol. 2001. V. 10. P. 579−588.
- Golubovskii Yu. В., Maiorov V. A., Behnke J., Behnke J. F. Some aspects of the modeling of an uniform barrier discharge in nitrogen //Proc. of 16th ESCAMPIG (July 14−18 2002, Grenoble, France) V. 1. P. 233−234. '
- NIST Chemistry Web Book (2003), http://webbook.nist.gov
- Ben Gadri R., Rabehi A., Massines F., Segur P. Atmospheric pressure dielectric controlled glow discharges: diagnostic and modelling //Proc. of XXIII ESCAMPIG (Netherlands, 23−26 August 1994) P. 228−236.
- Peatman W. В., Barach J. P. Gross dynamics of a high pressure helium discharge //J. Chem. Phys. 1973. V. 58. P. 2638−2647.
- Deloche R., Monchicourt P., Cheret M., Lambert F. //Phys. Rev. A 1976. V. 13. P. 1140−1176.
- Emmert F., Angermann H. H., Dux R., Langhoff H. Reaction kinetics of the He (2P) and the He2*(a, v) states in high-density helium //J. Phys. D: Appl. Phys. 1988. V. 21. P. 667−674.
- Смирнов Б. M. Ионы и возбужденные атомы в плазме. М: Атомиздат, 1974.
- Gerardo J. В., Gusinov М. A. //Phys. Rev. А 1971. V. 3. Р. 255.
- Sessler G. Electrets. Berlin: Springer, 1987.