1、近年來(lái)，大氣壓介質(zhì)阻擋放電(DBDs)受到了廣泛關(guān)注，其不需要真空設(shè)備、低溫、放電溫和、活性粒子密度高等特點(diǎn)使得大氣壓介質(zhì)阻擋放電在生物、醫(yī)學(xué)、工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。作為空間擴(kuò)展的耗散型動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，大氣壓介質(zhì)阻擋放電中存在復(fù)雜多變的時(shí)空非線(xiàn)性行為。在時(shí)間上，隨著放電條件的變化可表現(xiàn)為倍周期分岔、準(zhǔn)周期放電、混沌等;在空間上，可表現(xiàn)為絲狀放電、自組織斑圖、空間混沌等。研究非線(xiàn)性行為不僅可以控制大氣壓DBD的穩(wěn)定性和均勻性，而且有

2、利于發(fā)現(xiàn)和利用非線(xiàn)性行為的潛在應(yīng)用價(jià)值（如:材料局域生長(zhǎng)、高級(jí)信息處理等方面）。目前，雖然大氣壓DBD的相關(guān)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究發(fā)展較快，但對(duì)于其中復(fù)雜的時(shí)空非線(xiàn)性行為及形成機(jī)制，人們還知之尚少。本文采用一維或二維流體模型對(duì)幾種大氣壓介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)中的復(fù)雜時(shí)空非線(xiàn)性行為進(jìn)行了深入的模擬研究。
　　射頻電壓驅(qū)動(dòng)的大氣壓放電具有擊穿電壓低且產(chǎn)生的帶電粒子密度高的特點(diǎn)，因此在應(yīng)用中更具優(yōu)勢(shì)。本文第二章采用一維流體模型對(duì)射頻大氣壓DBD中

3、的非線(xiàn)性行為進(jìn)行了模擬研究。結(jié)果表明，當(dāng)射頻放電系統(tǒng)處在具有較大微分負(fù)阻的γ模式時(shí)，放電行為變得非常復(fù)雜，可以觀察到倍周期分岔道路中的各種周期態(tài)以及混沌放電。射頻大氣壓γ模式放電的電離主要發(fā)生在陰極鞘層區(qū)附近，因此鞘層會(huì)對(duì)非線(xiàn)性行為產(chǎn)生重要影響。模擬結(jié)果顯示，放電參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致鞘層電場(chǎng)分岔，從而引起了鞘層厚度規(guī)律（周期態(tài)）或者不規(guī)律（混沌）的震蕩，最終導(dǎo)致了電流的倍周期分岔和混沌行為。與千赫茲頻率正弦電壓驅(qū)動(dòng)的DBD相比，射頻大氣壓D

4、BD中的這些復(fù)雜非線(xiàn)性放電行為的分岔電流的起伏較小。
　　與正弦DBD相比，脈沖電壓驅(qū)動(dòng)下DBD不僅容易形成穩(wěn)定均勻的等離子體，而且能量傳輸效率高。本文第三章采用一維流體模型，在模擬研究脈沖DBD中單周期放電特性的基礎(chǔ)上對(duì)其復(fù)雜的時(shí)間非線(xiàn)性行為進(jìn)行了研究。研究表明，脈沖電壓的頻率、脈寬、上升沿和下降時(shí)間等參數(shù)會(huì)通過(guò)改變介質(zhì)表面積累電荷密度對(duì)放電行為產(chǎn)生影響。在一定參數(shù)條件下，增加脈沖電壓的下降沿時(shí)間或脈沖電壓的頻率，脈沖DBD系統(tǒng)

5、都可以通過(guò)一個(gè)清晰的倍周期分岔級(jí)聯(lián)進(jìn)入到混沌態(tài)，也可以由混沌態(tài)回歸到周期態(tài)。當(dāng)保持其他參數(shù)不變，改變外加電壓脈寬時(shí)，放電都處在周期2態(tài)，但是不同脈寬下的周期2放電電流波形不相同，隨著占空比的增加，周期2放電的負(fù)放電逐漸增強(qiáng)，正放電逐漸減弱。
　　為了深入研究大氣壓DBD中的復(fù)雜非線(xiàn)性行為，本文第四章采用二維流體模型對(duì)正弦電壓驅(qū)動(dòng)的大氣壓DBD中的倍周期分岔、混沌及逆分岔過(guò)程發(fā)生時(shí)的徑向空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬研究。模擬結(jié)果顯示，這些非線(xiàn)

6、性行為都具有不均勻的徑向結(jié)構(gòu)。在同一種倍周期放電中，一個(gè)周期內(nèi)的幾次放電的徑向結(jié)構(gòu)也不相同。在混沌放電中，不同的徑向結(jié)構(gòu)的放電隨機(jī)出現(xiàn)。由正分岔和逆分岔形成的同種周期態(tài)放電也具有不同空間演化特性。通過(guò)對(duì)放電的電壓電流特性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，這種不均勻的徑向結(jié)構(gòu)與各徑向位置的等離子體電阻密切相關(guān)。
　　對(duì)于空間擴(kuò)展的耗散型動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，除了可以通過(guò)常見(jiàn)的倍周期分岔道路進(jìn)入到混沌外，它還可通過(guò)其他路徑進(jìn)入混沌。第五章模擬研究了大氣壓DBD中另

7、一條通向混沌的道路，即準(zhǔn)周期道路。通過(guò)研究放電系統(tǒng)在相空間軌跡可以發(fā)現(xiàn):隨著電壓驅(qū)動(dòng)頻率的增加，放電首先從單周期態(tài)分岔進(jìn)入準(zhǔn)周期態(tài)，然后準(zhǔn)周期態(tài)和各種周期態(tài)交替出現(xiàn)，當(dāng)頻率增加到一定程度時(shí)，放電會(huì)經(jīng)過(guò)奇異非混沌吸引子，緩慢地進(jìn)入到混沌。繼續(xù)增加頻率，放電系統(tǒng)的最大Lyapunov指數(shù)緩慢增加，混沌行為逐漸加劇。并且當(dāng)繼續(xù)保持頻率增加時(shí)，各種周期窗口、倍周期分岔以及逆倍周期分岔到混沌過(guò)程也出現(xiàn)在放電系統(tǒng)中。
　　自組織斑圖是大氣壓D

8、BD中一種重要的空間非線(xiàn)性現(xiàn)象，其自身的復(fù)雜多變及其宏觀上表現(xiàn)出的對(duì)稱(chēng)性和規(guī)律性，一直吸引人們?nèi)ヌ剿骱脱芯?。本文第六章?duì)大氣壓DBD中的一維自組織斑圖的形成及演化過(guò)程進(jìn)行了模擬研究。模擬發(fā)現(xiàn)在不同電壓幅值下，放電呈現(xiàn)出不同的斑圖結(jié)構(gòu)，如:5通道斑圖、3通道斑圖、4通道斑圖、和3條寬放電通道的斑圖。這些斑圖不僅結(jié)構(gòu)不同，而且放電通道內(nèi)的放電模式也會(huì)不同。即使是同一種斑圖，正負(fù)半周期的放電演化過(guò)程也可能不相同。當(dāng)電壓峰值超過(guò)一定值后，斑圖放

9、電可以演化到空間混沌。當(dāng)混沌發(fā)生時(shí)，放電空間會(huì)隨機(jī)地在某處出現(xiàn)放電通道。
　　第七章采用二維流體模型對(duì)單介質(zhì)電極下混合氣體放電的空間非線(xiàn)性行為進(jìn)行了模擬研究。研究表明在模擬條件下，放電空間中出現(xiàn)了一條或者多條放電通道，經(jīng)過(guò)時(shí)間平均后，放電通道總體表現(xiàn)為在裸電極一側(cè)向內(nèi)收縮，在有介質(zhì)一側(cè)向周?chē)鷶U(kuò)展。并且在放電過(guò)程中單介質(zhì)DBD的正負(fù)放電具有不對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)在電離波的時(shí)空演化過(guò)程上。通過(guò)研究相應(yīng)參數(shù)對(duì)放電通道的影響可以發(fā)現(xiàn):隨著電壓