本期速读一篇近期关于纳秒脉冲表面介质阻挡放电（Nanosecond Surface Dielectric Barrier Discharge, nSDBD）的实验+模拟研究。
本期速读一篇近期关于纳秒脉冲表面介质阻挡放电（Nanosecond Surface Dielectric Barrier Discharge, nSDBD）的实验+模拟研究： Y Zhu, S Shcherbanev, B Baron & S Starikovskaia (2017). Nanosecond surface dielectric barrier discharge in atmospheric pressure air: I. measurements and 2D modeling of morphology, propagation and hydrodynamic perturbations. Plasma Sources Science and Technology, 26, 125004. 文章的研究对象是nSDBD放电传播、放电形态和流体响应，研究方法是实验+模拟，研究目的是揭示空气nSDBD机理，并为nSDBD研究提供一个经过实验、模拟双重验证的基准。 实验设置 如下图(a)，在0.3mmPVC板两侧错开设置两电极，一端接地，另一端施加电压（正/负24kV电压，2ns上升沿，图(b)），等离子体将在介质和高压电极交界处产生并沿着接地电极向下游（右侧 ）传播。
通过下图所示的透镜+高分辨率ICCD组合，从侧面和顶端分别测量nSDBD放电形态和流注传播规律；通过往期推送中介绍的回流分流器BCS（实验vs模拟（四）：“优雅”的回流分流诊断法）触发ICCD和示波器，并同步测量电压与电流。
流注传播（模拟+实验） 对流注的传播距离和速度分别进行了模拟计算和实验测量。在50mm电极展宽下，二维模拟结果与实验结果吻合良好。当电极展宽缩小时，电极角区、边缘放电影响将会使实验测量流注传播速度加快、距离增加（三维效应）。
电流密度（模拟+实验） 实验中，通过BCS测量电缆中的电流；模拟中，通过对高压极表面电荷通量积分计算电流。高压电极表面电流为离子流时，由于离子迁移率不准确，模拟电流与实验电流并不一致；表面电流为电子流时，计算电流与实验电流吻合良好。实验电流中10ns处存在第二个峰，经检验为实验误差（位移电流）。
电子密度（模拟） 低温等离子体放电中，电子密度难以直接测量，间接测量方法和结果可在该文章后续文章中找到。本文仅展示模拟结果，结果显示正、负电压下放电形态差别巨大，负电压下放电呈弥散型且电极附近电子密度较大，正电压下放电流注中电子密度分布均匀且密度大于负电压流注。
辐射强度（模拟+实验） 大气压下，最容易测量的辐射强度是由N2C--->N2B退激产生的光辐射(337.1nm)。该辐射强度的空间分布可以表征N2C激发态密度的空间分布。文章通过计算和实验，分别对比了正、负24kV电压下光辐射形态。 结果显示，负流注中光辐射形态与电子密度分布形态较一致，呈现弥散状，密度从电极方向向下游递减。
而正流注中光辐射形态呈现尾部和头部强中部弱的形态，与电子密度分布差别很大——这意味着，对于正电压下nSDBD，通过光辐射强度分布来假定等离子体电子/离子分布是不合理的。
流体响应 （模拟+实验） 文章研究了纳秒脉冲放电特有的快速气体加热特性对流体的影响。实验中通过回流分流器BCS触发高精度ICCD得到电极附近微秒/纳秒级别的流体动力学响应，模拟中通过直接耦合考虑热源和热传导的欧拉方程与等离子体动力学方程，在等离子体网格上计算流体响应。
实验与模拟结果均显示，正、负电压nSDBD均会由于快速气体加热引起压缩波从介质向外传播，并且负电压极性下，电极上方会出现一道新的压缩波，这与模拟中负电压nSDBD等离子体密度主要集中在电极附近的结果也是一致的。 模型预测（模拟） 在实验与模拟结果一致的情况下，文章单独通过模拟初步预测了介质介电常数对放电传播和形态的影响。
结果显示，介电常数增加会减慢流注传播速度和传播距离，当介电常数极大时，正、负极性nSDBD放电形态甚至会趋于一致。 至此，完成了nSDBD的实验+模拟研究。该文章的独特之处在于罕见的使用实验和模拟两种手段同时研究nSDBD放电和流场特性，并客观的展示了实验与模拟的异同，确保了结果的真实性和作为实验/模拟基准的品质。 对于以nSDBD为工具从事等离子体流动控制和点火助燃的团队，文中的实验方法和模拟工具所提供的放电物理特征，为选取实验参数（电极形状、尺寸、介电常数、分辨率……）和提升激励器性能（确定快速气体加热，确定组分密度……）提供了重要的参考。
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