论文摘要
气体放电生成的等离子体在各个领域得到了广泛的应用,而超临界流体作为气体和液体的中间态有特殊的物理化学性质,也受到了越来越多的关注。尤其在超临界点附近,气体的导热系数、密度和粘度等都有显著的变化。目前,超临界流体中生成的等离子体在材料领域也有着其特殊的应用,但是现在还没有一套理论能够很好的解释超临界流体的放电过程。本文通过对超临界二氧化碳流体进行直流放电进行研究,分析放电过程中的一些特殊性质,并从超临界二氧化碳的特殊物理和化学性质出发来研究超临界流体放电过程,具有十分重要的意义。处于超临界状态下二氧化碳的物理性质对气体放电有着很大的影响,特别是在超临界点附近二氧化碳气体的击穿电压是通常气体状态下的三分之一。基于超临界状态下的团簇现象是产生这种现象主要原因。本文提出了密度涨落原理和气体放电原理相结合的方法来解释这种现象,并推导出计算超临界点附近击穿电压的公式,具有很好的精确性。为了便于实验的实现,本文采用了200微米的针板型电极来进行超临界二氧化碳直流放电实验。通过对击穿电压的分析,发现在超临界区域内击穿电压的增长速率比在气相和液相中要低得多。本文提出了团簇引起分子局部密度不均匀性而产生的电子通道来解释超临界流体中击穿电压增长速率较低的现象,最后通过实验还验证了阴极放电过程。在负极性中,从电晕放电发展到气隙完全击穿要比正极性困难得多。由于超临界状态下的团簇对二氧化碳放电有着很大的影响,本文提出了局部密度的不均匀性生成的电子通道使得部分电子的平均自由程增加,在电场力的作用下更容易形成碰撞电离。本文利用分子动力学仿真来分析分子的3维分布,分析团簇现象对于气体击穿电压的影响。通过对比不同物质状态下的分子分布,证明了超临界状态下团簇的存在。同时通过对径向分布函数的分析可以看出在某些区域内二氧化碳的局部密度大于体相密度。