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重庆大学硕士学位论文１绪论以及气体在反应装置中的停留时问对净化效果的影响；⑥实验环境条件，诸如温度、压力、湿度、添加剂对净化效率的影响等方面。

１．４本论文研究的主要内容

本论文主要通过实验研究高压脉冲电晕等离子体对汽油机尾气的净化机理、放电参数对净化效率的影响、发动机不同工况对净化效率的影响等。其主要内容包括以下两部分：

①高压脉冲电晕等离子体技术的原理及其净化汽油机尾气中主要有害气体的反应机理：净化器及电源的设计；通过实验分析高压脉冲放电在线筒形反应器中电场强度和脉冲频率变化与ＣＯ、ＮＯｘ和ＨＣ的净化率之间的关系。

②高压脉冲电晕等离子体净化汽油机尾气中ＣＯ、ＮＯｘ和ＨＣ的实验研究及其结果分析，高压脉冲电晕等离子体净化汽油机尾气的效率随工况的变化规律。６

重庆大学硕士学位论文２等离子体净化发动机尾气的机理研究

２等离子体净化发动机尾气的机理研究

２．１高压脉冲放电基本理论

２．１．１气体放电各阶段

气体放电的形式多种多样，气体、回路、气压等对放电都会产生影响。图２．１是充Ｎｅ气的放电管的电流．电压曲线。

图２．Ｉ气体放电个阶段

Ｆｉｇ２．１１＂ｈｅＳｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｇａｓｅｏｕｓｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ

开始电流脉冲大约１ｏ－１呱，电流Ｉ随电压ｖ的升高而升高，一直升高到饱和电流，这时阴极发出的所有电子与气体中的所有电子都被吸引到阳极，电流不再随电压而升高。但当电压继续升高，达到汤生放电阶段，电流又迅速上升。原因是电子在电场中加速，与气体分子碰撞发生电离，产生了新的自由电子，使自由电子的数日迅速增加。

当电压继续上升，将引起电流以超指数函数的形式增长，间隙上电压突然下降，这个阶段是自持放电。７

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减少电路中的电阻以增强放电电流时，间隙电压会稍稍下降，这个阶段是辉光放电阶段。

若再提高电流，间隙电压回升，则是反常辉光阶段。

如果继续加强电流，转为电弧放电，此时电压降得很低。

２．１．２汤生放电理论

上个世纪初，汤生建立了气体击穿理论，至今一直被公认为气体导电的基本基础理论之一。

①汤生电离系数

为描述气体放电中的电离现象，汤生提出了三种电离过程，并引入三个对应的电离系数：

１）体积电离系数ａ表示一个电子在沿阴极到阳极的方向上运动时，每经过一厘米与气体粒子碰撞所形成的自由电子数目；

２）正离子电离系数ｐ表示一个正离子在电场方向上每经过一厘米路程所产生的电子数目；

３）正离子轰击表面的二次电子发射系数１，表示轰击阴极表面的每一个正离子使阴极发射的电子数目。

②电子雪崩

假设两电极是平板形，如图２．２所示，当电极上加上一定的电压时，空间有均匀电场分布．初始电子由阴极表面发射，在电场作用下向阳极运动，在其路程中不断与气体分子碰撞。当电场强度足够大，电子速度加到足够大的时候，它在运行路程上的碰撞将引起电离。若一次碰撞电离多出一个电子，当这两个电子继续向阳极运动时若能发生第二次碰撞，那么这两个电子就变成了四个，如此发展下去，电子的数目不断猛增，这种现象称为电子雪崩。

广

一．＼／一、、●●

Ｆｉ９２．２．／一・＼一Ｌ图２．２电子雪崩示意图Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ－ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎａｖａｌａｎｃｈｅ

汤生放电理论认为，由于电子雪崩的倍增作用，初始电流ｉｏ在经过距离阴极ｘ处的时候增加到ｉ：

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ｉ＝秘“＝ｉｏｅ’…

式中：Ｔ１表示一个电子经过ｌ伏电位差所产生的电子数目；

ｖ表示电位差。（２．１）

理论分析表明，非自持放电电流密度公式可以表示为：

．ｅ甜

’２＾ｔ－而＂－ｔ）’

式中：ｄ表示电极间距；

ｊ０表示初始电流密度。（２・２）

由式２．２可知，当等号右边分母为零时，ｊ为无穷大，即如果初始电流为零，放电电流也不为零，说明此时放电可以自持了。得到放电自持条件：

３，（ｅ“ａ－１）＝ｌ（２．３）

该式的物理意义是：如果从阴极发射一个初始电子，在电子雪崩作用下，产生（ｄ吐１）个新的电子，同时产生同样的正离子。这些正离子在轰击阴极时。在阴极产生二次电子。只有从阴极上发射碱ｅ面．１＞＝１个新电子来代替己在阳极上消失的那个原始电子时，放电才能自持。

③帕邢（Ｐａｓｃｈｅｎ）定律

自持放电条件可以改写为：

ｎｄ＝Ｉｎ（１＋１／Ｔ）（２．４）

将式２．１代入上式，考虑到Ｅ文，／ｄ，有：

咿遴叫ｔ，ｄ，Ｉｎ旦兰

Ｔ泣，，

这就是帕邢定律，它具有重要的使用价值：

１）常数Ｃ－、Ｃ２对某种气体保持恒定，对同种气体混入其它杂质气体，其值也不同。这种现象称为潘宁效应（Ｐｅｎｎｉｎｇｅｆｆｅｃｔ）。

２）着火电压ｕｆ随１ｒ的增加而下降，这种现象称为＾ｒ效应。

２．１．３流柱理论

汤生放电理论是建立在稳定放电基础上的，不能用来解释火花放电这种不稳定放电现象。Ｍｅｅｋ和Ｌｏｏｂ于１９４０年提出了流柱理论（也称流光理论），用来解释火花放电现象。目前，这种理论不仅可以解释火花放电现象，还可以解释电晕放电以及高压电器的空气击穿问题。流柱理论涉及复杂的数学推导，这里只做定性说明。

火花放电最初是在云雾室中开始研究的，实验发现，在气体击穿形成过程中，９

重庆大学硕士学位论文２等离子体净化发动机尾气的机理研究空间带电粒子的产生除了电子雪崩外，还有其它形式的电离过程，使空间电离度大大增强，并伴随很强的光辐射，这就是流柱。由阳极向阴极扩展的流柱称正流柱，由阴极向阳极扩展的流柱称为负流柱。

Ⅳ

图２．３负流柱形成的示意

Ｆｉｇ２．３ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅＳｔｒｅａｍｅｒｓｆｏｒｍｉｎｇ

图２３描述了负流柱的形成过程，从阴极发射出的初始电子形成主电子雪崩Ｉ；在电子雪崩过程中形成的激发态原子辐射出大量光子，波纹线表示光子的辐射路线，在空间使气体原子电离而产生光电子，由光电子形成大量的次级电子雪崩ＩＩ、Ⅲ、Ⅳ等。当雪崩汇合时便形成流柱，即当大量次级电子相互汇合时就形成迅速向阳极扩展的负流柱。

若放电空间初始电子出现在任意点，如阳极附近，则在阳极空间首先形成主电子雪崩，同时辐射出大量光电子，当主电子雪崩头部的电子接触阳极时，由于离子运动速度较慢，在它还来不及离开原来的空间时，阳极前就积累了大量正离子电