介質(zhì)阻擋放電合成臭氧的研究

1、分類號：q堂6 1l i d c：盥 3密級：學(xué)號：q 2 q§2 5東南大學(xué)碩士學(xué)位論文介質(zhì)阻扌當(dāng)放電合成臭氧的研究研究生姓名：險(xiǎn)也攙導(dǎo)師姓名：逮二墮塾握甲請學(xué)位級別亟土論文提交日期2 q q 5生！臼學(xué)位授予單位塞直厶堂答辯委員會主席莊園目學(xué)科專業(yè)名稱堂堂互捏論文答辯日期2 9墮：墨：！ i學(xué)位授予同期=00五年一月摘要摘耍論文：介質(zhì)阻擋放電合成臭氧的研究碩士：陳艷梅導(dǎo)師；凌鳴學(xué)校：東南大學(xué)介質(zhì)阻擋放電a i e 1 e e t r i c b a r r i e r d i scharge）目前已 廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域t具冇十分廣闊的發(fā)展前景。對于此類放電的理論研究，常采用惰性氣

2、休。本文選用氧氣為工作氣 體，進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。通過對放電空間各種帶電粒子運(yùn)動的模擬，得到了介質(zhì)阻擋放電外電 路電流呈脈沖波形、放電空閆帶電粒子數(shù)目變化與介質(zhì)冇關(guān)、電子以低能粒子為主。臭氧合成是d b d最廣泛的工業(yè)應(yīng)用。影響介質(zhì)阻擋放電制備臭氧的因素很多， 木文選取放電電壓、氣體流量、放電時(shí)間、溫度、介質(zhì)材料和放電間隙寬度六個(gè)方面實(shí) 驗(yàn)研究了它們對臭氧合成的影響。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的討論分析，得到溫度對臭氧合成的影響 顯著高介電常數(shù)材料、窄放電間隙有利于臭氧合成，電壓與氣流對臭氧合成存在最佳值， 在本實(shí)驗(yàn)環(huán)境下此展佳值為電壓8 0 0 0 v 氣流8 0 0 r a 1 / r a i no最后，

3、本文對介質(zhì)阻擋放電計(jì)算機(jī)模擬和臭氧合成實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，并捉岀了后續(xù)工作。關(guān)鍵詞：介質(zhì)阻扌肖放電，數(shù)值計(jì)算，臭氧，臭氧合成 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文a b stractt i t1est u d yo n d1e1ectricbarrierd i scharg eand0z0neproducti o n u s i n gi tn a 1nechenyanme isuperv1s o r ： li n g y i m i ngu n iversi t y ： southeastunivers i tyd i e1ectricbarrierdi s c h a r g ehasbeenw i de1y

4、used1nmanyf i e1dswhichhasaremarkableprospect . i thasbeenu s ua11ystud1edw i t h i n e r tgasesacomputers i mu1ati o n m o d e 1 i sdeve10pe di nt h isthes i s w i t hoxygena s w0rkgasacco r d i n gtothes1m u 1 a t i o n o f m o t ionofchargedpari c 1es1ti s cone ludedthat thecurrentofdbdi sp u 1 s

5、 e dandtheamountofe 1 ect roni s relatedto t h edielectricandtheelectronenergyismos t 1 y 1 o w.ozonesynthes i sisthemostwidelyapplicationo f d b d . therearealotof factorswhi chhava i 1 effectonozonesy nt hes1sus1n gdb d theeffect s o fpe a1 (pu1sedvo 1 t a g e , gasfiowrate,di sc harget:im e , t e

6、 m p e r a ture, d i e 1 e c trican de 1ectr0desga p0n oz 0nesy nt hes1sar er e ；s e a r c:h e dex pe r1menta11 y1n th isth es isacc0rdingto th ean a1 ys1s0f da tafr0mex pe f1mentsi tca nb eco nc 1udedthattemperatureha sade epef fe ct0n0z0nesy nt hes1s9mat e r i a 10fhi ghdi e1 ectr1cco ns tantandpa

7、 1 ' rowelectrodesga par ead va ntage0ust0 0z 0nesynthe s i s , vol tageandgasf 1 o w r a t ehaveoptimal values, whichale8000vol tofvol tageand800 ml /m i n o fgasf 1 o w r a t e i n t h ec0nd1t10n0f山isexper1m ent,1nt;h esend.t:h ec0mputers1mu1at10no f dbdandthe expedmentof o z on esynthes1sares

8、ummar91zed.s ometasksa rcputf0rwardwh1c h impr0veth esi m u 1 a t i o npr0gramandexper1ment0fth1sthesi s .keyw0rdsdi e 1ectr1cbarr1erd1scharge9numer1ca1ca1cu1at10n , oz0ne90zo nesynthes i si i東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究 成果。盡我所知，除了文屮特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文屮不包含其他人已 經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南

9、大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而 使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的 說明并表示了謝意。研究生簽名：鏈塑盛日期：塑墮3： &東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明東南大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文 的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文 檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借 閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登）授權(quán)東南 大學(xué)研究生院辦理。研究生簽名：幽導(dǎo)師簽名：匙£墊日期：2跡：a1 9第一章緒論第一章緒

10、論11介質(zhì)阻擋放電技術(shù)、應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀介質(zhì)阻扌肖放電(dielectficbaffierdischaf呂e,以 下簡稱d b d),是有絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種氣體放電。在兩個(gè)放電電極之間充滿某種工作氣體，并將其中個(gè) 或兩個(gè)電極用絕緣介質(zhì)覆蓋，也可以將介質(zhì)直接懸掛在放電空間或采用顆粒狀的介質(zhì)填充其 中"j,屬于典型的交流高氣壓低溫非平衡氣體放電。當(dāng)兩電極間施加足夠高的交流電壓時(shí)， 電極間的氣體會被擊穿而產(chǎn)生放電，即產(chǎn)生了介質(zhì)阻擋放電。典型的介質(zhì)阻擋放電和間隙結(jié)構(gòu)如圖】所示。以最簡單的電板結(jié)構(gòu)為例，這些電 極和間隙結(jié)構(gòu)可以是平面形的，也可以是同軸圓柱形的。睜睜閏1介質(zhì)阻擋放電的電極結(jié)

11、構(gòu)嘲圖1 ( a )是很實(shí)用的放電構(gòu)型，它常用以制造臭氧發(fā)生器。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單, 而口可以通過金屬電極把放電產(chǎn)生的熱量散發(fā)掉。構(gòu)型(b)的特點(diǎn)是放電發(fā)生在兩 層介質(zhì)之間，可以防止放電等離了體直接與金屈電極接觸。對于具有腐蝕性氣體或高純度等離 子體，這種構(gòu)型具有獨(dú)特的特點(diǎn)。構(gòu)型(c)可以在介質(zhì)兩邊同時(shí)生成兩種成分不同的等離 子體。1 2 i . 1 . 1 d b d技術(shù)的起源與發(fā)展1 7 8 5年，庫侖(c o u 1 omb)在靜電場力矩平衡的觀測中首次發(fā)現(xiàn)絕緣 介質(zhì)插入電極間可損失較少的電荷p j,這是關(guān)于介質(zhì)阻扌肖放電最早的記錄。對于它的應(yīng)用與研究 可以追溯到十九世紀(jì)，它主要得益于臭氧

12、的發(fā)現(xiàn)。從1 8 4 0年舒貝因(schonbe i n )發(fā)現(xiàn)臭氧has,人們便開始了對臭 氧發(fā)生及其應(yīng)用技術(shù)的研究。1 8 5 7年，馮？西門子(von s i e m e ns)提出了一種制備臭 氧的特殊的放電形式，他在兩個(gè)同軸的玻璃管之間留冇一個(gè)環(huán)形氣隙，并在內(nèi)外玻璃管間安裝了電極，空 氣或氧氣由環(huán)形氣隙通過后產(chǎn)生臭氧。這個(gè)玻璃管式臭氧發(fā)生器成為現(xiàn)代工業(yè)臭氧發(fā)生器的雛形，也是晟早的介質(zhì)阻扌肖放電等離子體發(fā)生裝置。東南大學(xué)碩士學(xué)位論文到2 0世紀(jì)7 0年代，等離子體物理特別是高溫等離子體得以發(fā)展并成熟起來， 成為物理界公認(rèn)的一個(gè)獨(dú)立的分支學(xué)科u 1。在此期間，盡管以氣體放電和電弧技術(shù)為基

13、 礎(chǔ)的低溫等離子體物理和丁藝取得了一些發(fā)展，但作為低溫等離子體一部分的d b d等離子體 物理和工藝卻沒有得到發(fā)展。其主耍原因是這一期間臭氧發(fā)生裝置的生產(chǎn)效率十分低f,致使 獲得臭氧的成本非常高。而就在這一時(shí)期，可替代臭氧的氯的價(jià)格卻十分低廉i b 0因此 限制了臭氧應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展及臭氧的廣泛應(yīng)用，從而也限制了 d肋等離子體技術(shù)的發(fā)展。直至4近些年來，由于材料科學(xué)、電力電了技術(shù)、電介質(zhì)學(xué)、等離了體物理、等 離子體化學(xué)以及商氣壓氣體放電學(xué)等相關(guān)學(xué)科取得了較大的發(fā)展，促進(jìn)了對d b d等離子 體特性及應(yīng)用技術(shù)的研究，并成為低溫等離子體研究的一個(gè)熱點(diǎn)，不僅在臭氧發(fā)生理論與應(yīng)用 方面取得了巨大的進(jìn)步，

14、1仏冃在基礎(chǔ)工業(yè)和高科技領(lǐng)域中，d肋低溫等離子體也獲得了廣泛 的應(yīng)用，有力地推動了等離子體同其他學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域的相互滲透、相互促進(jìn)和相互發(fā)展。1.1.2 d b d技術(shù)的獨(dú)特性質(zhì)d b d的廣泛應(yīng)用來源于這種放電形式所具有的獨(dú)特性質(zhì)：9電介質(zhì)的存在冇效地限制了放電電流的無限增長.避免了在高氣壓下形成電弧放 電或火花放電，因此能夠在很大的氣壓范圍內(nèi)工作，目前常用墓簾 故牽保啊 校帷 保埃叮校??？ 介質(zhì)阻擋放電能夠在很寬的頻率范圍內(nèi)工作，通常的工作頻率為5 0 h z1刪z o9電介質(zhì)的存在對放電起到了鎮(zhèn)流作用，從而使放電準(zhǔn)均勻的分布在整個(gè)放電空間。 有利于產(chǎn)生穩(wěn)定均勻的大體積大氣壓等離了體1 7

15、 1,是目前簿離了體制備的最有效 月較方便的技術(shù)。電介質(zhì)的存在防1上放電等離了體直接與金屈電極相接觸，這樣避免了腐蝕性氣 體腐蝕電極，也避免了高純度等離子體因陰極濺射而被污染。介質(zhì)阻擋放電的一些物理參數(shù)，如：電了溫度，可以通過對放電電壓、放電間隙、 氣體壓力等參數(shù)的調(diào)節(jié)而改變，并且在實(shí)驗(yàn)室中優(yōu)化的操作參數(shù)可以直接放大到較大 裝置中應(yīng)用，有利于研究成果的工業(yè)化。介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，在常壓下操作。1.1.3 d b d技術(shù)的應(yīng)用由于d b d等離了體可以在大氣壓或高于大氣壓的條件下產(chǎn)生.不需耍真空設(shè)備 就能在較低的溫度下獲得化學(xué)反應(yīng)所需的活性粒子，具有特殊的光、熱、聲、電等物理過 程及化學(xué)

16、過程p j ,因此已經(jīng)在臭氧合成、大功率紫外及真空紫外光源、商功率c 0。激光 器、等離了體顯示't等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。近年來，由于d b d等離子體獨(dú)特的作用機(jī)制及 其在半導(dǎo)體刻蝕、材料表面改性、微電子技術(shù)、飲用水處理、環(huán)境工程唧等高科技領(lǐng)域具有潛 在的應(yīng)用價(jià)值，已經(jīng)引起了世界許多研究者的高度關(guān)注。由此可見，介質(zhì)阻擋放電技術(shù)具有 十分巨大的潛力與廣闊的發(fā)展前景。下面對于它的應(yīng)用從臭氧合成、紫外準(zhǔn)分子輻射、高功 率0島激光器的激勵(lì)與環(huán)境保護(hù)四個(gè)方面作個(gè)簡單的介紹。1 .臭氧臺成在d b d電極結(jié)構(gòu)屮，介質(zhì)如果覆蓋在高壓電極上，便可制成臭氧發(fā)生器。臭氧 合成是口前介質(zhì)阻擋放電最重要的

17、一種工業(yè)應(yīng)用，有著廣泛的用途。其原理為：在外加 交流高電壓的作用卜放電區(qū)域中的高能電了轟擊氧分了使其分解成氧原了.氧原了與氧分 子在第三方粒子的參與下三元碰撞聚合成臭氧。在上述過程發(fā)生的同時(shí)，氧原子、高能粒子 也同臭氧反應(yīng)形成氧氣。反應(yīng)式如下：2第一章緒論e + 0 jo 已 + 2 00+0 2 +m- 9 . d, +m同時(shí) 0+0 3 斗 2 0 2 e + 0 3 斗 02+0其中m為參與反應(yīng)的第三方粒子。關(guān)于臭氧合成的詳細(xì)說明將在本論文后續(xù)章節(jié)中加以0羈述。2 .紫外準(zhǔn)分子輻射近些奉來，隨著介質(zhì)阻擋放電的發(fā)展，利用其驅(qū)動的紫外準(zhǔn)分子輻射光源得到了 進(jìn)一步的研究。它們能發(fā)射窄帶輻射.通

18、過選擇不同的放電氣體成分，其波長可覆蓋真 空紫外、紫外和可見等光譜區(qū)，且不產(chǎn)生輻射的自吸收，是-種高效率、高強(qiáng)度的單色光源。準(zhǔn)分子是一種很脆弱地結(jié)合起來的不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)分子，在納秒內(nèi)即口j衰變到基 態(tài)。當(dāng)它們從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)，激發(fā)能即以紫外和真空紫外輻射的方式釋放12'"】。當(dāng)氣壓較高時(shí)，激發(fā)能屮的絕大部分將集屮在單一的準(zhǔn)分子輻射峰值波長附近。所以可以利 用介質(zhì)阻擋放電制成更高效率、更高強(qiáng)度、更好均勻性的紫外輻射光，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)了快脈沖放 電和電子束激勵(lì)下產(chǎn)生的紫外輻射光。常見的準(zhǔn)分子為惰性氣體準(zhǔn)分子如he 2 n e 2 a r : '、k r 2 o、x e 2

19、惰性氣體和鹵索元索的雙原子或三原子準(zhǔn)分子如a r f k r f x e c i 準(zhǔn)分了的形成是一個(gè)三體碰撞過程，以x e為例”1 j :娩 + 8 0 x e e托,+ 2 x e寸皿：+船x e 2 *躍遷回基態(tài)的輻射過程為：施：專2娩+研射線(a = 1 7 2 n m)紫外準(zhǔn)分子輻射光子能量較高，可直接作用于化學(xué)鍵，導(dǎo)致各種化學(xué)反應(yīng)，在光 化學(xué)、光物理方面具有明顯實(shí)用價(jià)值，口前主要應(yīng)用于表面改性、薄膜淀積、化學(xué)合成 與分解等領(lǐng)域。其次在環(huán)境保護(hù)與污染控制等領(lǐng)域，它也引起了人們越來越多的興趣。紫外 準(zhǔn)分子光以其獨(dú)特的光譜特性、極高的能量密度以及簡易靈活的結(jié)構(gòu)。必將逐漸取代傳統(tǒng)的 光源，具

20、有十分廣闊的應(yīng)用前景。3 高功率c o :激光器的激勵(lì)介質(zhì)阻擋放電屮的電介質(zhì).冇效地限制了放電電流的無限增長，避免了在高氣壓 下形成電弧放電或火花敷電.起到了鎮(zhèn)流作用，從而提高了放電的穩(wěn)定性，提高了光束 輸出質(zhì)量，而且省去了鎮(zhèn)流電阻，降低了激光器能耗，提高了其運(yùn)行效率。同時(shí)電介質(zhì)也避 免了陰極濺射污染工作氣體，捉高了激光器的壽命1 6】。再者，dbd工作在高頻電源下, 可以通過調(diào)整高頻時(shí)控開關(guān)器件來調(diào)制激光囂功率，這樣使激光器裝置結(jié)構(gòu)更加緊湊，便于應(yīng) 用。由此口j見，dbd激勵(lì)大功率l' 0 2激光器遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的c如激光器，目前已形成 一種明顯的發(fā)展趨勢。早在19 8 1年s. y

21、a g i和n. t a b a t a就報(bào)導(dǎo)丁用無聲放電激勵(lì) 的c 0 2激光器i i “。4.環(huán)境保護(hù)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)是當(dāng)今國內(nèi)外極其關(guān)注的重大研究課題z-o在d b d產(chǎn)生的高 壓氣體的非平衡放電過程中，會產(chǎn)生大量的口由基和準(zhǔn)分子，如？ 0h, ? 0、？ t t o z等，它們的化學(xué)性質(zhì)非?；钴S，很容易和其它原子、分子或其它自由基發(fā)生反應(yīng)而形成穩(wěn)定的原子或 分了，因此東南大學(xué)碩士學(xué)位論文在環(huán)保方面有很重要的利用價(jià)值“1。利用介質(zhì)阻扌肖放電可以實(shí)現(xiàn)煙氣除硫，遠(yuǎn)遠(yuǎn) 優(yōu)于傳統(tǒng)的石灰除硫法，并可進(jìn)行污水處理、室內(nèi)空氣凈化等等。此外，臭氧及紫外輻射光 源已廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的消毒滅菌、發(fā)動機(jī)尾氣處

22、理等方而，并己取得了很好的應(yīng)用效果, 它實(shí)際上是d b d技術(shù)的間接應(yīng)用。1.1.4 d b d技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀可以看出.近2 0年來放電物理、電介質(zhì)學(xué)、等離了體物理、等離了體化學(xué)以及 高氣壓氣體放電學(xué)等學(xué)科的快速發(fā)展并相互交叉融合，促進(jìn)了對d b d特性及應(yīng)用的研 究，并使其取得了飛速發(fā)展。正是由于d b d可以在大氣壓或高于大氣壓條件下實(shí)現(xiàn)犬體積宏 觀均勻而強(qiáng)烈的微放電，使d b d技術(shù)可廣泛應(yīng)用于臭氧合成、紫外光源、環(huán)境工程等眾多的 領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。盡管目前對dbd特性的研究取得了一些進(jìn)展，其應(yīng)用也非常廣泛，但由于人們 對d b d特性的研究時(shí)間不長并缺乏冇效的診斷與測量手段，再

23、加上d b d放電過程中既 有物理過程，又有化學(xué)過程，相互影響，非常復(fù)雜，從最終結(jié)果很難斷定屮間發(fā)生的具體過程, 因此對微放電的微觀成因機(jī)制，電了能量分布、濃度分布，動力學(xué)過程等微觀參量還缺乏 深入研究，對這些相關(guān)參量的作用機(jī)理、相互關(guān)系以及對d b d等離子體放電形式演化的影 響還缺乏了解，尤其是如何改變微放電的形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)等方面的研究更未見報(bào)導(dǎo)110 1； 還缺乏有效的d b d等離了體診斷方法：對電介質(zhì)材料因索，如電介質(zhì)材料的性質(zhì)、介電常數(shù)、 厚度、幾何形狀及放電間隙的距離，對供電電源因素，如電源的結(jié)構(gòu)、電壓、頻率、波形， 對外部因素，如工作氣體的成分、壓強(qiáng)、氣體的流速及d b d等離

24、子體發(fā)生器的工作溫度等對 d b d放電的影響述冇待在理論與實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方而進(jìn)行進(jìn)一步的研究。12臭氧技術(shù)、應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀臭氧的制各是口前介質(zhì)阻扌當(dāng)放電最重要的一種工業(yè)應(yīng)用。同時(shí)介質(zhì)阻扌當(dāng)強(qiáng)電離放 電也是產(chǎn)生高濃度臭氧的一種有效技術(shù)手段t。12. 1臭氧的起源與發(fā)展臭氧的稱謂同它的獨(dú)特的氣味最早記載于荷馬(home r)的長詩“伊里亞德和 奧德塞”(i 1 i a d a n dodyssey)里，他注意了伴隨雷電產(chǎn)生的這種氣味，并把他的卬象寫了進(jìn) 去” 3 1 o因此在圣經(jīng)第1 2章奧德塞第4 1 7節(jié)里。有丘比特(jupiter)用雷電 擊船，船內(nèi)“完全充滿了琉黃臭味"。1 7 8

25、5年，馮,馬魯姆(vanmature), 一位徳國物理學(xué)家，用他的大功率電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空氣流過一串火花時(shí)，就產(chǎn)生一種特殊氣味心1 8 0 1年，克魯伊克 仙克(cmi kshank)進(jìn)行水的電解時(shí)，在陽極獲得了相同氣味的氣體。1 8 4 0年，舒貝因(s c h o n b e i n)在向慕尼黑學(xué)院捉交的一項(xiàng)備忘錄中斷定，在電解和電火花放電試驗(yàn)過程中冇一種獨(dú)特氣 味，這種氣味是由一種新物質(zhì)產(chǎn)生的，因而宣告了臭氧的發(fā)現(xiàn)mj 4 1。他把它命名為“0 z one",取自希臘字“0 zein "一詞。1 8 4 5年，徳？拉？里韋(d el arive)和馬里亞斯(ma

26、 r i g n a c )通過用純氧同電火花作用獲得了臭氧【4】。1 8 4 8年亨特(hunt)根據(jù)當(dāng)吋所了解的臭氧的性 質(zhì)，預(yù)言臭氧為三原了氧。1 8 6 6年索雷特(sorer)對電解得到的臭氧和氧的捏合氣體試驗(yàn)，斷定臭氧的密度是氧的15倍。為驗(yàn)證此結(jié)論，索雷特根據(jù)擴(kuò)散速率估算出臭氧和二氧化碳的密度比存在著 與 0 3： c 0,=4 8 ： 4 4完全一致的關(guān)系。4第一章緒論1 8 5 7年一馮？西門子(von sieme ns)發(fā)明了介質(zhì)阻扌半放電產(chǎn)生臭 氧的臭氧發(fā)生管.從此開始應(yīng)用于工業(yè)上，這個(gè)發(fā)明一直沿用到今天。1.2.2臭氧的特性臭氧q是氧的同素異形體，三原子氧，這大概首先是

27、s e h o n b e i n在1 8 6 4年證明的。它可在地球的同溫層內(nèi)光化學(xué)臺成，但在地平面上僅以低濃度存在。戾氧是一種具冇刺激性特殊氣味的不穩(wěn)定氣奉。在常溫常壓下為渡藍(lán)色氣體， 密度為1 . 6 5 8。在一1 1 1 . 9 ” 0溫度下，臭氧凝結(jié)成容易爆炸的藍(lán)黑色液體， 比重為17 1 o在一 19 2 . 7 °c溫度下，臭氧固化為紫黑色晶體，熔點(diǎn)為.2 5 l°co臭氧在水里的溶解能力比 氧強(qiáng)。理論上，其溶解度隨溫度的升高而降低，它的溶解度在一個(gè)大氣壓下，溫度為0 ” 0時(shí)達(dá) 到 1 . o g g n，溫度為1 0 °c時(shí)達(dá)到0s 7 1 ,

28、比氧大1 3倍，比空氣大2 5倍，溶姆系數(shù)為 0 3 2,密度為2. 1439/mlij31 5 o臭氧的化學(xué)性質(zhì)主耍有兩個(gè)特點(diǎn)：不穩(wěn)定性和氧化性。在空氣中混合少量的臭氧 時(shí)，臭氧分解得相當(dāng)慢，但當(dāng)溫度升高時(shí)，它的分解就加速，當(dāng)溫度高于1 0 0 ” 0時(shí), 其分解就更快了，2 7 0 0 c時(shí)迅速分解為0：。臭氧具有強(qiáng)烈的氧化性，在常溫下，臭氧能 氧化大多數(shù)金屈.但金和 白金纟口除夕卜。臭氧的這種化學(xué)性質(zhì)源于它獨(dú)特的共振結(jié)構(gòu)。臭氧分子中的原子可能位于邊k為 1. 2 7 8 a.頂角為1 1 6。4曠的等腰三角形的頂角上【1 vi,如圖2所示。 臭氧只有一個(gè)中心氧原了以s p 2朵化態(tài)與其他

29、兩個(gè)配位氧原了相結(jié)合，形成三角形分子，鍵角為1 t 6. 8 6o這種共振結(jié)構(gòu)決定了臭氧極不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生還原反應(yīng)，具有極強(qiáng)的氧化能力，它的氧化還原電位為2 . 0 7 v,超過 c 1 2 ( 1 . 3 6 v )和 km n 0 4 ( 1 . 5 1 v),僅次于f2 ( 2 . 6 5 v) i 1“，居第二位，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他強(qiáng)氧化劑。12. 3臭氧的應(yīng)用圖2臭氧分子結(jié)構(gòu)圖早在臭氧的分子式被確定之前。而且也是早在馮？西門斯臭氧發(fā)生管采用之前， 臭氧在多種不同反應(yīng)當(dāng)中的強(qiáng)氧化作用就已被察覺，當(dāng)時(shí)它主耍被用于漂口、保鱗等方 而。目前臭氧已被廣泛地應(yīng)用到更多領(lǐng)域，如殺菌消毒、污水處理、空氣除

30、塵、水產(chǎn)養(yǎng)殖、 織物漂白脫色、材料表面改性、微電子工業(yè)、食品工業(yè)等等。與其他強(qiáng)氧化劑（如c 1 2, kmn 0 4等）相比，0 3無色無毒無惡臭無強(qiáng)腐蝕性，殺菌消毒、脫色脫臭效果顯著、速度快， 制備原料為空氣或氧氣，價(jià)廉易得，省卻了采購、運(yùn)輸?shù)嚷闊m于現(xiàn)制現(xiàn)用等許多優(yōu)點(diǎn)， 更重要的是0 3處理后不會類似c 1 2留卜嚴(yán)重的二次污染，剩余的0 3可在短時(shí)闔內(nèi)門行 分解為氧氣，增大有益的區(qū)域含氧量，是滿足環(huán)境時(shí)代理想的綠色環(huán)保強(qiáng)氧化劑，有巨大的潛在 市場，應(yīng)用前景十分廣闊0 81 9 1 o以下簡單介紹臭氧的應(yīng)用。1 .殺菌消毒臭氧殺菌消毒機(jī)理為：它能破壞或分解細(xì)菌的細(xì)胞壁，迅速地?cái)U(kuò)散透入到細(xì)

31、胞里, 氧化破壞細(xì)胞內(nèi)酶.滅死病原體1 j q馴i。其應(yīng)用如醫(yī)療保健、飲用水處理、食品加 工等等。在飲用水的處理中，盡管氯氣有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢，臭氧處理飲水的應(yīng)用仍繼續(xù)增長, 全世界目前已有1 5 0 0個(gè)采用臭氧發(fā)生裝置的食用水處理工廠，歐洲主要城市基本 上普及了用臭氧消毒凈化自來水iii j o究其原因，主要是因?yàn)槁认竞髸a(chǎn)生氯仿、澳二氯甲 烷、四氯化東南大學(xué)碩士學(xué)位論文碳、三鹵甲烷等具有致癌性的有害氯化有機(jī)物.而臭氧處理中氧化作用不產(chǎn)生任 何二次污染化合物。而11臭氧殺菌速度比氯快6 0 0倍，藥劑量是氯的1 / 4 0 0 0 0 f "i o 臭氧在飲水處理中可以起到細(xì)菌消毒

32、、病毒滅活、可溶性鐵和猛的氧化、除色、除臭、除昧、除藻類、 有機(jī)物氧化等諸多作用。因此，無論從氧化殺菌效果、消毒副產(chǎn)物還是從制取過程來比較, 臭氧都具有明顯優(yōu)勢，因此臭氧是今后消毒劑的發(fā)展必然趨勢，應(yīng)用前景十分廣闊。2工業(yè)廢水和生活污水的處理"t臭氧在水中分解生成氧化力極強(qiáng)的活性oh自由基，其氧化述原電位為2 . 8 0 v,兒乎與氟相當(dāng)。oh氧化水屮污染物時(shí)無選擇性，引發(fā)鏈反應(yīng).將有害物質(zhì)氧化成二氧 化碳、水或礦物鹽等無害物質(zhì)，不存在二次污染，這種氧化處理在污水處理技術(shù)中占有非常 重要的作用，被視為綠色處理技術(shù)，并越來越受到重視。在城市污水處理方面，主要用臭氧消毒，分解有機(jī)氯化物（

33、pcb）,降低生化 需氧量（e o d）和化學(xué)需氧量（cod ）濃度、氨的氧化以及色、營養(yǎng)物質(zhì)和懸浮固體的去除， 去除亞硝酸鹽、酚、氤化物、硫氤化物、致癌物質(zhì)及其它污染物質(zhì)，達(dá)到去色、去臭、無毒的效 果。2 0世紀(jì)7 0年代以來，大多數(shù)污水臭氧消毒工作已開始采用。在工業(yè)廢水處理方面，臭氧已被開始用于電鍍廢水中氧化物的氧化。在日木，用 于紡織工業(yè)廢水中染料的脫色處理。在加拿大用于煉油廢水中酚類化合物的去除。在法 國、西班牙、希臘及其他國家用于貝類凈養(yǎng)用海水的消毒。在奧地利維也納用于照片洗印漂洗 廢氧化鐵液的回收與再利用；用于汽車沖洗廢水的回收與再利用等等。3 . 化學(xué)氧化臭氧的強(qiáng)氧化能力使烯坯、

34、塊坯類有機(jī)物的碳鏈結(jié)合鍵很容易斷裂，從而使其氧 化形成新的化合物。其應(yīng)用如香料合成.制藥工業(yè)中固醇類、黃體酮等激素類藥物的合 成、漂白劑等。4空氣凈化臭氧與細(xì)胞膜接觸時(shí)，破壞了存在膜上的酶的功能，使膜的選擇透過性變壞，進(jìn) 而使細(xì)胞膜受損傷促使其死廣，對氯產(chǎn)生抗藥性的過濾病原體及原生物等冇著廣譜性殺 菌作用，叉不會使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。因此臭氧可在短時(shí)間內(nèi)殺死空氣屮的各種細(xì)菌、病毒。 在公共場合使用適量濃度的臭氧，可以防止傳染病的傳播；在室內(nèi)使用臭氧，可以消毒、除 異味、保持空氣清新。5其他水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，臭氧可冇效去除水中對養(yǎng)殖生物冇害的病菌、病毒和微藻，降低 氨氮和cod含量，降低養(yǎng)殖成本，捉高養(yǎng)

35、殖生物成活率卩取。畜牧業(yè)屮，臭氧可消除惡臭、預(yù)防傳染病。蔬果農(nóng)產(chǎn)業(yè)中，臭氧可去除殘留農(nóng)藥、殺菌保鮮。有研究表明，臭氧可 使果蔬、飲料和其他食品的貯藏期延長31 0倍。臭氧并不是藥，但卻是一種能使人體恢 復(fù)健康的有效的治療手段，它可以增強(qiáng)人體的免疫系統(tǒng)。除此z外，臭氧在其他諸多方而都冇 著廣泛的應(yīng)用，在此不一一贅述。1. 2. 4臭氧技術(shù)豹發(fā)展現(xiàn)狀臭氧技術(shù)的發(fā)展已有上百年的歷史。作為一種不存在任何二次污染物的理想的綠 色強(qiáng)氧化劑，臭氧必將形成一個(gè)巨大的市場.因此國內(nèi)外不少科學(xué)家、工程技術(shù)專家致 力于臭氧產(chǎn)生理論及方法的研究，這些研究主要集中在電源、電介質(zhì)材料、氣源制各與控制 檢測諸方面6第一章緒

36、論的改進(jìn)或創(chuàng)新上。在電源方面，2 0世紀(jì)7 0年代后期，美國、法國、日本等研 制了中頻、高頻臭氧電源，把臭氧的產(chǎn)率從3 0 - 5 0 9 /m3提商到2 0 0咖3以上。在龜 介質(zhì)材料方而，采用精密陶瓷、搪瓷等材料，并采用金屬管外噴涂(燒結(jié))等特殊工藝，全面提高了 臭氧放電的技術(shù)指標(biāo)。在氣源方面，變壓吸附空氣分離技術(shù)(psa)提供了富氧氣體生產(chǎn)設(shè) 備，為獲得商濃度、大產(chǎn)量的臭氧發(fā)生器開辟了一條新的途徑。在控制檢測方而，目前臭氧發(fā) 生器的臭氧濃度，水屮與尾氣屮臭氧濃度都可在線撿測并閉路自動調(diào)節(jié)，水處理量、壓力與 臭氧空氣流量、壓力、溫度等幾十項(xiàng)參數(shù)都可在線通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)檢測并調(diào)節(jié)i 1&

37、quot;。 這些改進(jìn)與創(chuàng)新促使臭氧產(chǎn)生方法取得了突破性進(jìn)展，從而推動了高效率、高濃度、低運(yùn)行 成木的臭氧發(fā)生裝置的研制。根據(jù)目而的報(bào)導(dǎo)，臭氧發(fā)生器采用純氧與空氣作為氣湄的最大生產(chǎn)效率，在實(shí)驗(yàn) 屮己分別達(dá)到 2 5 0 9 / (kw la)、1 0 0 9 / ( k w_h) | 2 5 ,在商業(yè) 系統(tǒng)中則為 6 6 . 7一76. 9 9 / ( k w. h)、50 5 5 . 6 9 / ( k w. hl ,91 ,但這與理論值 12269 / ( k w. h ) i劃還相差甚遠(yuǎn)。國內(nèi)外臭氧發(fā)生器的研究學(xué)者們正為減小這種差距而努力，他們捉出了諸如強(qiáng)電場電離放電1 2 7 0 ”、

38、沿而放電12 9】、雙極性陡前沿窄脈沖d b d 30】、電極旋轉(zhuǎn)放電【31】等多指慕 槳福 蠱 涮寤 2.矢??？能耗更低。1 . 3論文的選題及主要工作大氣壓窄間隙介質(zhì)阻擋放電是實(shí)現(xiàn)向高氣壓大空間反應(yīng)體系持續(xù)傳遞足夠大能 量，以滿足其化學(xué)反應(yīng)過程中氣體分子化學(xué)鍵斷裂形成新物質(zhì)所需要的活化能的一種十分 有效的方法p j,目前已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。雖然介質(zhì)阻擋放電已有上百年的歷史。但 由于放電的多樣性和放電現(xiàn)彖的復(fù)朵性，對于該放電的了解基本上還處于半定量的研究階段， 不少現(xiàn)彖還有待深入研究。針對介質(zhì)阻擋放電。從微觀粒子間的相互作用著手，通過計(jì)算機(jī) 模擬了解微觀參量是非常必耍的。它可以幫助我們了解

39、放電空間帶電粒予能量分布、濃度分 布，了解總的空間電場分布。了解微放電的形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)，從而更好的解釋宏觀現(xiàn)象。對 于介質(zhì)阻擋放電，一旦在其理論、診斷及輔助設(shè)施上冇所突破，必將進(jìn)一步推動d b d等離 了體在工業(yè)領(lǐng)域及科學(xué)研究中的應(yīng)用，進(jìn)一步推動它所涉及的系列應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)和開發(fā)， 具有重大的理論意義、實(shí)用價(jià)值及科學(xué)研究價(jià)值。作為介質(zhì)阻擋放電最重要的工業(yè)應(yīng)用臭氧技術(shù)，從1 8 5 7年馮？西門子的第一 臺介質(zhì)阻擋放電臭氧發(fā)生裝置誕生距今已冇上百年的丿刃史了，其聞也取得了很大的發(fā)展， 但應(yīng)該看到口前臭氧的生產(chǎn)還依然存在著很多的問題，臭氧生產(chǎn)效率及臭氧濃度始終較低， 耗電量較大，運(yùn)行成本較高，經(jīng)濟(jì)

40、效益較差。這在一定程度上依然影響著臭氧的廣泛應(yīng)用。因 此長期以來，提高臭氧合成效率，降低臭氧發(fā)生裝置的運(yùn)行成本，并保證裝置能安全可靠地運(yùn) 行，一直是人們關(guān)注的課題p“。臭氧是殺菌、脫色、除味的綠色強(qiáng)氧化劑，不存在任何殘留物它是理想的綠色 強(qiáng)氧化劑，是環(huán)境時(shí)代支承技術(shù)之一【2“。臭氧技術(shù)豹發(fā)展及其產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用是保護(hù)環(huán) 境、緩解水資源短缺和改善人們生活質(zhì)量的重要手段之一，環(huán)境保護(hù)是我國的基本國策哪j o 但臭氧技術(shù)在我國僅僅才3 0年左右的丿刃史，國內(nèi)目前制造的工業(yè)型臭氧發(fā)生器效率低、電耗高、體積龐大、占地大，還沒有公斤級以上的中高頻臭氧發(fā)生器產(chǎn)品p”，只是國外發(fā)達(dá) 國家二十世紀(jì)七十年代中后期產(chǎn)品

41、技術(shù)水平，與國外的先進(jìn)技術(shù)差距還很大。臭氧。作為泛應(yīng)用前景、廣闊市場的理想的綠色環(huán)保強(qiáng)氧化劑目前尚未在我國得到普及。影響介質(zhì)阻扌當(dāng)放電制備臭氧的因素很多.如電極結(jié)構(gòu)、電介質(zhì)材料、冷卻系統(tǒng)、 氣源等等。研究各個(gè)因索對臭氧產(chǎn)量的影響對于掌握最佳工作條件、取得最人產(chǎn)額和最 大效率、改7東南大學(xué)碩士學(xué)位論文進(jìn)應(yīng)用技術(shù)非常有指導(dǎo)意義，具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和市場前景。本文對介質(zhì)阻擋放電的放電過程進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，同時(shí)實(shí)驗(yàn)研究了各個(gè)放電因 素對臭氧產(chǎn)率的影響，這將冇助于臭氧發(fā)生器制造工藝的改進(jìn)。本文的主要工作如下：1 ,第二章介紹了介質(zhì)阻擋放電制備臭氧的理論基礎(chǔ)，包括氣體放電基木概念、 放電物理模型、幾種常見

42、的放電物理過程與參量，介質(zhì)阻擋放電概念、原理與電介質(zhì)對 放電的影響，臭氧的兒種制各方法與檢測方法，并加以比較。2. 第三章介質(zhì)阻扌當(dāng)放電計(jì)算機(jī)模擬。具體介紹了木論文計(jì)算機(jī)模擬的物理模型, 然后介紹了程序中的各個(gè)功能模塊，列出了計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果并進(jìn)行了分析，最后簡單 分析了計(jì)算誤差原因。3. 第四章介質(zhì)阻擋放電制各臭氧的實(shí)驗(yàn)研究。介紹了實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)步驟，記 錄了放電電壓、氣體流量、放電時(shí)間、溫度、介質(zhì)材料和放電間隙寬度六個(gè)方面對臭氧 產(chǎn)量的影響，并對實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)加以討論分析，最后對實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及注意事項(xiàng)加以簡 單的說明。1 . 4本章小結(jié)本章對介質(zhì)阻擋放電技術(shù)與臭氧技術(shù)的起源、發(fā)展、應(yīng)用與

43、現(xiàn)狀作了簡要的介紹, 并說明了本文的選題以及主要工作。8第二章介質(zhì)阻擋放電制備臭氧理論基礎(chǔ)第二章介質(zhì)阻擋放電制備臭氧理論基礎(chǔ)21氣體放電211氣體放電基本知識通過某種機(jī)制使得或多或少的電子從氣體原予或分子中脫離出來而形成的氣體媒 質(zhì)稱為電離氣體。如果電離氣體由外電場產(chǎn)生井形成電流，這種現(xiàn)象就稱之為氣體放 電吼氣體放電的物理機(jī)制是非常復(fù)雜的。在氣體放電過程中，會發(fā)生激發(fā)、電離、傳荷、 復(fù)合等基本物理過程。在不同韻物理?xiàng)l件下，占主導(dǎo)地位的基木物理過程也將不同，這樣便 會產(chǎn)生各種不同形式的氣體放電現(xiàn)象。氣體放電的形式很多。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以冇多種分類。按照放電是否需要外致電離源，氣體放電可分成口

44、持放電和非口持放電兩大類型。 所謂自持放電，是指在外電離源的作用下，當(dāng)放電管兩端的電壓増加到某一特定值時(shí), 管內(nèi)電流突然增大，而使氣體擊穿。這時(shí)若去掉外電離源，氣體仍處于導(dǎo)電狀態(tài)，繼續(xù)維 持穩(wěn)定的放電，這種狀態(tài)稱為自持放電ps所謂非自持放電，是指欲使電流通過氣體，必須 要有外致電離源，去掉外電離源后，放電不能得以維持而熄滅。由非門持放電轉(zhuǎn)變?yōu)殚T持 放電的過程稱為氣休擊穿過程或著火過程。按照放電參量是否隨時(shí)問變化，氣體放電可分成穩(wěn)態(tài)放電和非穩(wěn)態(tài)放電兩大類型。 所謂穩(wěn)態(tài)放電.是指一切參量在放電空間的每一給定點(diǎn)上都不隨時(shí)間而變。所有這些 量,諸如中性氣體的溫度和密度、電子和離子的濃度以及毎一種能態(tài)下

45、的受激原子的濃度和 放電電流的密度等等都不改變，通過管子兩電極間各橫截面的電流強(qiáng)度是一樣的。所謂非穩(wěn) 態(tài)放電.則是這些參量或多或少地隨時(shí)間而迅速變化。此外還有其他眾多的分類方法。如：按照陰極工作方式可將氣休放電分為冷陰極 放電和熱陰極放電；按照工作氣壓的高低口j將其分為低氣壓放電、高氣壓放電和超高氣 壓放電：按照電子能量與分子朵亂運(yùn)動能量的關(guān)系可將其分為平衡態(tài)和非平衡態(tài)放電；還可 以根據(jù)工作氣體的種類來分類。2.1.2氣體放電基本物理模型任何氣體放電理論的任務(wù)，都是要定性地和定量地把直接觀察到的宏觀放電現(xiàn)象 和表征它的宏觀參量同放電中發(fā)生的基本過程和表征這些過程的微觀參量聯(lián)系起來。氣 體導(dǎo)電的

46、物理機(jī)制是很復(fù)雜的，在不同的條件下會山現(xiàn)各種不同形式的導(dǎo)電現(xiàn)象。每一種現(xiàn) 代放電理論或多或少能夠反映定放電形式和一定放電區(qū)域中的實(shí)際情況。卜面介紹被人們 公認(rèn)的兩種典型的氣體擊穿理論：湯生電子雪崩理論與流光理論。2 . 1 . 2 . 1湯生電子雪崩理論湯生電子雪崩理論是最早的氣體放電定量的理論。這個(gè)理論只能應(yīng)用于非自持放 電和從非自持放電轉(zhuǎn)變到自持放電的過渡現(xiàn)象上1，? 1 o假設(shè)氣休空間兩電極是平板形。當(dāng)電極上加上一定的電壓后，空間有均勻的電場 分布。陰極發(fā)射的初始電子在電場作用下向陽極方向運(yùn)動，在其路程中不斷與氣體粒子 碰撞。如果9東南大學(xué)碩士學(xué)位論文電場強(qiáng)度足夠大，那么它在運(yùn)行路徑上將

47、引起碰撞電離。若一個(gè)電子，經(jīng)一次碰 撞電離就多出一個(gè)電了，這樣一個(gè)電了就變成了兩個(gè)電了：當(dāng)這兩個(gè)電了繼續(xù)向陽極運(yùn)動時(shí), 若能發(fā)生第二次碰撞電離，那么這兩個(gè)電子就變成了四個(gè)電子；若這四個(gè)電子在到達(dá)陽極 前還能發(fā)生碰撞電離，那么就會變成了八個(gè)電子可見，如此繼續(xù)下去，電子數(shù)不斷增多。 由此可知，從陰極岀發(fā)的一個(gè)電子，它在向陽極運(yùn)動的過程中，若不斷發(fā)生碰撞電離，其新 產(chǎn)生的電子數(shù)將迅速猛增，這種現(xiàn)象稱為電子雪崩或電子繁流。湯生電子雪崩理論的擊穿過程是：從陰極發(fā)射出電子，在氣體空間漂移并發(fā)生電 了雪崩，產(chǎn)生的大量離子打上陰極引起二次電子發(fā)射。發(fā)射岀的電子又產(chǎn)生電子雪崩和二 次電子發(fā)射，如此往反，經(jīng)過很多

48、周期，直到陰極發(fā)射的電子數(shù)達(dá)到與前周期發(fā)射的電子 數(shù)相等，氣體擊穿。湯生擊穿是在較大的放電空間內(nèi)發(fā)展的。按照湯生電子雪崩理論，當(dāng)氣體由非自持放電傳變?yōu)樽猿址烹姇r(shí)，放電電流將為 無窮大。而這是不現(xiàn)實(shí)的。羅果夫斯基在湯生理論的基礎(chǔ)上加以補(bǔ)充，考慮了放電空間電 荷對放電的影響.定性地描述了氣體擊穿現(xiàn)象由不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變的發(fā)展過程.以 及擊穿后的穩(wěn)定狀態(tài)。湯生一羅果夫斯基理論適用于非自持的湯生放電、輝光放電中的陰極 區(qū)和電暈放電中的起暈層"。當(dāng)在放電管的兩電極間加上一定的電壓時(shí)，放電空問形成電子崩。由于電子和離 了都是成對產(chǎn)生的，而離子的漂移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電子漂移率，因此整個(gè)放電空間是離

49、子空 冋電荷占優(yōu)勢。它使管內(nèi)的均勻電場產(chǎn)生了畸變，放電管兩電極間的電壓降絕大部分集屮在 陰極附近，陰極表面附近電場強(qiáng)度大大增強(qiáng)。2 . 1 . 2 . 2流光理論流光理論主要以湯生電子雪崩理論為基礎(chǔ)，考慮了空問電荷使電場畸變對電子碰 撞原了電離的影響。在考慮空間電荷的影響時(shí)，它放棄了湯生一羅果夫斯基理論中在放 電管同一橫截而上各點(diǎn)具冇相同縱向分量的均勻場這假定。同時(shí)流光理論述考慮了集中在 每個(gè)先導(dǎo)雪崩中和各個(gè)流光中的電荷對電場的歪曲p"。流光理論的擊穿是從一個(gè)電子雪崩直接發(fā)展起來的，它是在非常短的時(shí)間內(nèi)完成 的。電子雪崩使空間電荷積累到足夠嗾創(chuàng)銅僥騁渙俳韁凳保 竊誑占測 愎淮嬉 牡緋

50、 f?值與外加電場可比擬一使空間產(chǎn)生強(qiáng)電離與強(qiáng)的光輻射，電子崩向流光 轉(zhuǎn)變.大量的光電子產(chǎn)生的次電子崩不斷匯合，流光不斷擴(kuò)展，從而使氣體擊穿。同湯生擊穿不同， 光致電離在流光發(fā)展過程屮起著重要的作用。流光的發(fā)展是在曲折的分支通道屮進(jìn)行的。213氣休放電中的基本物理過程氣體放電屮，任何一個(gè)粒子會通過碰撞過程與其他各種粒子產(chǎn)生相互作用。粒子 之間通過碰撞交換動量、動能、位能和電荷，使粒了發(fā)生電離、復(fù)合、光了發(fā)射和吸收 等物理過程。粒子問相互作用的過程相當(dāng)復(fù)雜，這里僅簡單介紹在本論文后續(xù)章節(jié)計(jì)算機(jī)模擬 過程屮所考慮的幾種氣體放電基本過程。2 1 , 3 . 1粒了碰撞氣體放電的現(xiàn)彖是帶電粒子、光子和

51、氣體原予等基本粒子z間，及它們與電極z 間相互碰撞的結(jié)果。其屮最普遍、最基木的是電子與氣體原子的碰撞。園此.在研究氣 體放電的基本物理過程z前，首先必須了解碰撞的性質(zhì)及其規(guī)律。碰撞分為彈性碰撞和井彈性碰撞兩種。發(fā)生彈性碰撞時(shí)，碰撞的粒子間只冇動量和動能的交換而無內(nèi)能的變化，遵守動量和動能守恒定律。發(fā)生非彈性碰撞時(shí)，碰撞的 粒子間也遵1 0第二章介質(zhì)阻擋放電制備臭氧理論基礎(chǔ)守動量和動能的守恒，但它們既交換動能也交換內(nèi)能，即碰撞前后.粒子的結(jié)構(gòu) 或量子態(tài)發(fā)生變化。下面應(yīng)用能量守恒和動量守恒原理，來分析這兩種碰撞前后能量交換的情況。假定第二個(gè)粒了初始狀態(tài)為靜止的，根據(jù)能量守恒和動量守恒，可得：三坡。v?=扣“？ + j 1 掣：2 +瑚 lvi=ml t'loos為+ m2h2cos為0=肌 l%s i n 廬 + m2”2 s i n q '其中w為碰撞后轉(zhuǎn)化為m2的內(nèi)能，v1為第一個(gè)粒子的初始速度，ul、 tl2分別為兩粒了碰撞后的速度，三、譯為u 1、u 2與7