随着超/特高压输电的发展，长空气间隙和电晕放电特性和机理引起人们越来越多的关注，而流注作为该放电过程中的一个重要阶段由于其发展时间非常短且是一个多尺度多场耦合的非线性动力学过程，实验检测和理论分析都较为困难。尽管目前对流注放电的研究取得一定的进展，但这对流注放电的认识还是远不够的，如在流注放电过程中各类带电粒子随时间演化过程和电极对粒子分布的影响、电子平均能量分布以及气体压强、气体组分和初始电子密度等对流注放电过程中空间电荷密度、电场强度和电子平均能量的影响。研究流注放电过程中各类粒子随时间演化规律对从微观粒子运动规律角度揭示流注放电的微观物理机制具有一定的指导意义。根据局域场近似原理电荷密度的分布直接决定空间电场的分布，在气体密度一定的情况下电场的高低决定电子平均能量的高低，而电子是流注放电过程中主要的传递能量载体，电子从电场中获得能量并通过粒子间的碰撞过程把能量传递给其他粒子，电子平均能量的高低直接决定电子传递能量的快慢，放电过程中微观粒子间的能量传递的快慢在宏观表现为放电发展的快慢。因此，深入研究流注放电中各类粒子随时间演化规律、空间电荷密度、电场强度和电子平均能量等以及影响这些物理量变化的因素对揭示气体放电微观机理具有重要的物理意义。
本文首次在传统的流注放电流体力学模型的中添加了电子平均能量传输方程，分析流注放电过程中的电子平均能量分布规律以及影响因素，并采用低温非平衡等离子体化学粒子反应模型研究各类粒子随时间演化规律。由于Steinle、Nikonov、Morrow和Kang等人提供的传统流注放电简化电离参数不适用于本文采用的具体粒子反应方程式，故文中首先基于玻尔兹曼方程的两项近似方法求解大气压下空气中流注放电过程中电子的输运参数和电离系数。其次，为抑制电子连续性方程求解中出现负密度和提高求解电子连续性方程时的有限元网格分辨率，文中对电子的连续性方程进行指数化处理。最后，详细分析空气中0.5cm间隙流注放电放电过程中的电子平均能量分布规律、粒子随时间的演化规律，流注通道半径以及影响电子平均能量大小、电场强度大小和电荷密度大小的因素。本论文取得的主要研究成果有：
①研究发现电子平均能量在流注头部达到最大值，且流注头部是能量传递的主要区域。在流注通道电子平均能量近似为常数，且和流注头部前方远离流注头部区域的电子平均能量基本上相等；
②研究发现电子参与的碰撞电离反应、离子N2+参加的电荷转移或中和反应都主要发生在流注头部区域；研究还发现在所有的反应中电子和氮气分子碰撞电离速率R（电子和氮气分子碰撞电离）最大，但产生的离子N2+密度在所有的离子中并不是最大的，而密度仅为氮气四分之一的氧分子产生的离子O2+密度是最大；
③文中首次揭示电极表面附近电子和各类离子密度的分布规律，发现电子和各类离子密度在流注起始的针电极表面附近约0.01mm厚度内迅速降低，形成一个低密度薄层。由于离子在固体界面的分布规律是离子与界面碰撞衰变的结果，这对研究流注在沿面发展问题具有一定的参考价值；
④通过分析压强、初始电子密度和氮氧混合气体组分对流注放电的影响发现：随着气体压强增大电场强度逐渐增加、而电子平均能量和流注的发展速率逐渐减小。还发现随着初始电子密度和氮氧混合气体氮气含量的增加，轴向空间电荷密度、电场强度和电子平均能量逐渐减小。但流注发展速率随着初始电子密度增加和氮氧混合气体氮气含量的减小而增加。
