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甲烷/空气混合气体在针板电极下的微间隙放电特性

         
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研究爆炸性环境下微间隙放电过程及特性对本质安全电路的研究具有指导性意义,但目前爆炸性环境下的微间隙放电特性尚不明晰,且大多从宏观角度进行研究,缺少微观层面的理论分析,该文根据程控微间隙放电实验装置的电极结构,基于流体动力学理论模拟研究了甲烷/空气混合气体在低电压微间隙放电动态过程。通过改变极距、甲烷/空气混合气体体积分数的变化来分析对电子密度、各种正离子数密度、电场强度和平均电子能量的影响,从微观层面分析了微间隙放电机理,并通过试验验证了仿真结果的真实性和可靠性。经研究发现:阴极板附近的正离子鞘层区使得阴极板场强发射发生畸变,畸变为原来的3~5倍,电场强度大于场致发射所需临界电场强度,放电过程中存在场致发射;甲烷体积分数在3.5%~13.5%范围变化时,体积分数每增加5%,CH_(4)^(+)数密度约增加2×10^(15)m^(-3);当针板距离小于10μm时,电场畸变较大,满足场致发射条件,汤森放电和场致发射共同存在,平均电子能量上升两次;大于或等于10μm时,电场强度畸变程度变弱,低于场致发射电场强度临界值,放电机制为汤森放电,平均电子能量只上升一次。

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