大气压低温等离子体在材料处理、环境改善,特别是生物医学方面呈现出越来越重要的应用价值,而各种形式的大气压放电是产生大气压低温等离子体,特别是非平衡等离子体的主要手段。由于大气压放电不需要昂贵的真空装置,可以对样品进行流水线式的处理,从而在工业应用中受到较大的关注,大气压气体放电的研究也成为人们关注的热点课题。在大气压下,流注放电演化过程非常迅速,在纳秒量级,实验诊断存在一定的困难,而数值模拟可以提供放电演化过程中的更多细节。相对于其他数值模拟方法,粒子模拟方法,特别是三维的粒子模拟,并不限定等离子体必须满足一定的分布,也不用特定的函数去描述等离子体所处的状态,对物理过程所做的假设极少,可以对放电过程进行更为准确的描述,当然在大气压下粒子模拟的计算量也是极其巨大的。本文使用耦合蒙特卡罗碰撞的三维粒子模拟方法对大气压下流注放电的演化过程进行了研究。在电极结构为平行板电极,外施电场为均匀电场,不考虑光电离情形下的负极性流注放电过程中,放电通道的头部和尾部存在较高密度的净电荷,这些区域的空间电场达到了约20 MV/m的量级,可以看到空间电荷电场对背景电场(7MV/m)造成了强烈的畸变作用。放电通道内部为等离子体区,可以观察到电场极低的区域(0.7 MV/m),其数值明显低于外施电场(7 MV/m)。数值模拟研究表明,随着放电的发展,流注头部的运动速度有逐渐增大的趋势,流注头部的平均运动速度为75 cm/μs,放电通道半径约300μm,这与实验诊断相符。本文同时研究了背景电场强度对放电特性的影响以及流注放电的尺度效应。结果表明,在其他放电参数不变的情形下,随着电场强度从6.5 MV/m增大到7.5 MV/m,流注放电通道头部的最大电子密度的从5×1020/m3增大到11×1020/m3,最大空间电场强度从19.8 MV/m增大到26.3 MV/m,流注头部的运动速度从68.9 cm/μs增大到100 cm/μs。在保持电压不变的情形下,随着放电间隙从1.2 mm减小到0.5 mm,等离子体进入到微等离子体尺度,流注放电通道头部的最大电子密度从4.6×1019/m3增大到14×1020/m3,最大空间电场强度从10.9 MV/m增大到43.8MV/m,流注放电头部运动的平均速度从35 cm/μs增大到了166 cm/μs,均有了明显的提升。可以看到随着电场增大和放电间隙的减小,电子密度和空间电场呈现增大的趋势,同时流注放电通道的发展速度也被明显加快。在考虑光电离和背景电离时,均匀外施电场的平行板电极条件下,借助于三维粒子模拟,在放电空间可以同时观察到正极性流注和负极性流注的发展,即观察到了双头流注的传播现象。除此之外,对比不考虑光电离和背景电离的负极性流注的放电过程,在靠近主放电通道的附近,还可以明显观察到由于光电离和背景电离的非局域化电离作用产生的二次电子崩,放电空间可以观察到更广泛的空间电荷的存在。在较大的放电空间尺度下,对比研究了光电离和背景电离的电离尺度问题。可以看到相对于光电离背景电离的电离空间尺度更大,背景电离引起的二次电子崩可以出现在放电空间的任何位置,而光电离产生的二次电子崩通常出现在靠近主放电通道的位置。这些三维粒子模拟结果将有助于人们深化对流注放电的理解。