亚纳秒气体开关雪崩过程计算机仿真

对气体开关击穿机制进行了理论分析,对放电过程的两个阶段进行分析,并对第一阶段放电过程进行模拟计算.针对目前气体开关仿真模型不能客观反映亚纳秒气体开关放电物理过程的问题,提出了一种电子雪崩过程仿真模型.并确定了影响仿真结果的一些关键参数.根据放电的实际物理过程,确定了仿真模型中电子碰撞电离系数、电子在气体中的迁移速度等关键仿真参数,从而使仿真模拟接近于气体开关实际放电过程.为深入开展放电仿真研究奠定了基础.     

射频和千赫兹驱动的毫米间隙放电的仿真研究

大气压短间隙放电是是产生冷等离子体的一种有效手段,常见的交流驱动电源方式有射频电源和kHz交流电源,而这两种不同频率电源所导致的气隙放电特性对比尚鲜有研究。本文以1 mm间隙的针-板电极这一极不均匀电场结构作为放电气隙,将之等效为球坐标系下的一维结构,建立基于迁移-扩散近似下的多组分、局部能量近似的经典等离子体流体模型,仿真研究了13.56 MHz射频（RF）电源或50 kHz交流（LF）电源所驱动的1 mm氦气（混合0.1%氮气）间隙的放电过程,关注了在1 mW和1 W这两种不同的沉积能量下的放电特性。结果表明：RF放电在1 mW时表现为电晕放电模式,此时间隙中的带电粒子密度低,且主要集中在功率电极附近;当沉积功率升高至1 W时,间隙放电则呈现出明显的辉光放电特征,电极附近出现鞘层,且气隙中间存在准电中性的等离子体区域;LF放电的起始电压幅值要高于RF,且LF放电随电压升高会较为平顺地从电晕放电模式过渡到辉光放电模式,而不存在明显的转换过程。对两种频率的放电而言,电晕放电模式下,潘宁电离是主要的电离路径;而辉光放电模式下,直接的电子碰撞电离成为主导的电离通道。此外,在相同的沉积功率下,LF放电的最大电子密度、电子温度和正离子温度都要要高于RF放电,但时间均匀性较差,呈现出明显的脉冲放电特性。     

等离子体振子天线输入阻抗的数值模拟

对使用等离子体代替金属用来构成最基本的天线振子的可行性进行了分析,参照传统金属天线积分方程的求解方法,代入等离子体特征参数对等离子体柱天线的输入阻抗进行了模拟,并分析了等离子体参数变化时对应输入阻抗的变化规律．数值模拟及XFDTD软件仿真的结果表明：等离子体天线阻抗会随着等离子体密度,碰撞频率等参数的变化而改变．利用该特性可建造动态配置的天线．     

GAT管击穿电压的数值分析

对ＧＡＴ结构晶体管中栅的引入和栅参数改变对击穿电压的影响进行了定量计算，报告了计算的结果，以及对结果的理论分析。计算采用数值分析方法，所用软件为ＰＩＳＣＥＳ．计算结果表明，栅的引入可以显著提高高速功率开关晶体管的击穿电压ＢＶＣＥＯ；栅区浓度越高，栅区结深越深，击穿电压越高；栅间距是提高击穿的关键因素，存在一个最佳值。本计算结果为高频高压功率晶体管的优化设计提供了有力的依据。     

大气感应耦合等离子体炬管的设计与仿真实验

为提高大气感应耦合等离子体射流加工装置的工作稳定性,设计一种依靠单一零件定位各层介质管的分体式炬管,并研究炬管内等离子体的传热与流动特性. 利用COMSOL Multiphysics仿真分析发现,等离子体的环形加热和流体淤塞回流现象是导致炬管在使用后出现热损伤和刻蚀损伤的主要原因,选用陶瓷材料作为内管和中层管并调整感应线圈的位置,可有效延长炬管的使用寿命. 使用CCD相机实时监控等离子体射流的形态,发现射频功率(P_w)、工作气流量(Q₂)、冷却气流量(Q₃)与射流的整体长度(L)和半高宽度(W)均呈线性递变关系,P_w、Q₂与Q₃的值过高或过低都会导致等离子体射流的形态波动增大. 实验结果表明:当P_w、Q₂ 与Q₃分别设置为900~1 000 W、650 mL·min^-1、16 L·min^-1时,该分体式炬管可产生稳定性较高的等离子体射流,其L值与W值的波动可分别控制在0.50 mm与0.25 mm内,适用于熔石英等光学表面的加工.     

强磁场中量子等离子体的动力学方程

本文从 Wigner 分布函数的 BBKGY 方程链出发,考虑强磁场对粒子碰撞的影响,在 Bogoliubov 方法基础上推导了磁强场中量子等离子体的动力学方程,方程既考虑了磁场对粒子碰撞的影响,又考虑了量子效应与多体效应,可用于在强磁场中各种动力学问题的研究.     

不可逆电击穿肿瘤细胞的仿真研究

当作用于细胞膜的电压峰值达到某种阈值时,作用于细胞的脉冲电场会将细胞膜击穿,最终导致恶性肿瘤细胞死亡。为寻求不可逆电击穿技术最大程度杀伤肿瘤细胞以及对周围正常细胞影响程度最小的作用参数,基于COMSOL软件中有限元的仿真方法搭建了不同的模型,可以直观地观察任意时刻、不同参数脉冲电场作用下肿瘤细胞的击穿过程和损伤情况,为寻求最佳治疗效果提供了相关参考。此外,通过观察肿瘤细胞与正常细胞在相同作用条件下的损伤程度,实现了肿瘤细胞的定位,为电脉冲的作用位置选择提供了定量参考。     

红外激光作用下SiH_4击穿过程的研究

测量了在脉冲ＴＥＡＣＯ２激光作用下ＳｉＨ４／Ａｒ气体的击穿阈值与激光能量、激光频率的关系。通过研究ＳｉＨ４／Ａｒ气体的击穿过程，建立了击穿过程的物理模型，结果表明在强ＴＥＡＣＯ２红外激光作用下ＳｉＨ４／Ａｒ气体的击穿过程为有共振吸收的光学击穿过程。     

先导通道粒子温度和击穿机理的分析与计算

本文从理论和电算两个方面分析了气体放电先导阶段中各种粒子的能量温度随时间和空间的变化规律和击穿机理;提出了适用于计算机分析用的气体放电击穿的微观判据;与已有实验结果进行比较,证明本文提出的方法是可行的,结果是正确可信的;提出了解释先导发展的“电子热游离”过程。本文是用电子计算机分析气体放电过程的又一尝试。     

基于FDTD的三角形银纳米颗粒阵列等离子共振吸收特性的模拟

利用时域有限差分法,数值模拟了银纳米三角阵列的等离子共振吸收特性,仿真计算了银纳米颗粒尺寸大小对阵列等离子体共振的影响.数值计算结果表明,三角形银纳米颗粒阵列的等离子共振吸收峰随颗粒尺寸的增大而红移,可通过改变颗粒大小调节共振吸收波长数值以用于不同的应用研究.基于FDTD理论模拟的计算结果与实验规律基本相符,并较好地阐释了银纳米三角有序阵列表面等离子共振吸收峰的频移与其纳米粒子长径比之间的一些依赖关系,此结论将有利于纳米光传感器应用的进一步探索研究.     

Numerical Simulation of Basic Parameters in Plasma Spray

On the basis of energy balance in the plasma gas, a new, simplified but effective mathematical model is developed to predict the temperature, velocity and ionization degrees of different species at the torch exit, which can be directly calculated just by inputting the general spraying parameters, such as current, voltage, flow rates of gases, etc. Based on this method, the effects of plasma current and the flow rate of Ar on the basic parameters at the torch exit are discussed. The results show that the temperature, velocity and ionization degrees of gas species will increase with increasing the plasma current; while increasing Ar flow rate can increase the velocity at the exit but decrease the temperature and ionization degrees of plasma species. The method would be helpful to predict the temperature and velocity fields in a plasma jet in future, and direct the practical plasma spray operations.     

有约束边界的微波等离子体喷流电子数密度分布规律实验研究

对等离子体进行电子数密度诊断是开展等离子体飞行器隐身研究的基础。利用发射探针诊断真空中有约束边界微波等离子体喷流中的电子数密度。诊断实验表明:在有约束边界条件下,当真空环境压强为2~6 Pa、微波等离子体发生器(MPT)以60 W以下的微波功率击穿流量范围是21~105 mg/s的氩气时,所产生的喷流中电子数密度分布在1015~8×1016m-3范围内。     

丙三醇溶液液滴形成过程的数值模拟

为了更为精确地研究液滴的形成和下落过程,对不同质量分数丙三醇溶液液滴的形成进行了数值模拟,得到的水滴形成过程与实验结果非常吻合、对不同的溶液液滴的长度、形成时间以及体积进行模拟和比较发现,质量分数对液滴形成有明显影响.结果表明,数值模拟在研究液滴形成和下落问题上具有很好的适用性.     

THz波在非均匀等离子体层中传播的FDTD分析

为了有效对抗等离子体隐身目标,采用Z变换时域有限差分法,结合实际情况,选取等离子体中电子密度分布为双曲函数分布,对不同太赫兹频率、不同电子碰撞频率下太赫兹波在非均匀等离子体中的传播情况进行了数值研究．数值计算结果表明,等离子体对太赫兹波没有吸收效应,说明太赫兹波能有效穿透等离子体层．     

等离子体弧流数值模拟的研究进展

等离子体弧流的数值模拟研究对其在工业中的应用有重要的意义。详细阐述了等离子体弧流数值模拟研究的发展过程,主要包括自由等离子体弧流和约束等离子体弧流2方面的研究进展,对应用ANSYS等数值分析软件建立等离子体弧流数学模型求解流体的温度场和速度场的方法进行了描述,综合考虑等离子体弧流的流动状态和三维约束等离子体弧流的数值模拟可能是未来的重要研究方向。     

大功率MIP中激发温度和电子密度的测定

在假设局部热力学平衡的前提下,分别采用Boltzmann作图法和Saha-Eggert解离平衡计算法测定了大功率微波诱导氮等离子体的激发温度和电子密度。实验结果表明,当选择的元素和光谱线不同、引用的跃迁几率等文献参数不同时,会导致激发温度和电子密度的测定结果显著不同。     

钢在离子渗金属过程中碳迁移的数值模拟

为了探讨离子渗金属过程中碳迁移的定量规律,通过对离子渗金属过程中扩散过程的分析,给出了合金渗层和脱碳层深度以及合金元素和碳元素分布的有限差分解法,并根据一组实验参数进行了数值计算和实验验证.结果表明,渗层深度和合金元素分布以及脱碳层深度和碳元素分布的计算值与实验结果吻合较好,渗层深度的误差在5%以内,总脱碳层深度的误差在10%以内.     

直流电弧等离子炬温度场-电场分布特性数值模拟

直流电弧等离子体是近年来放射性固废处理领域的重点开发技术。本文以直流非转移弧等离子炬为对象,基于Fluent软件UDF与UDS的二次开发功能,将数值模拟过程与工质气的物性参数、控制方程组源项变化以及电极电流分布进行动态链接,建立了二维轴对称的磁流体动力学(MHD)计算模型;通过求解流体力学控制方程组与麦克斯韦方程组,并采用合理的边界条件,得到了等离子炬内的温度场、速度场以及电流电势分布规律。结果显示,阴极附近电位降显著,电流密度分布集中;层流条件下弧柱区温度分布均匀,中心温度为全流域最高,区域边缘温度梯度较大;阳极附近存在电流密集分布区域,可作为弧根位置预测依据。研究工作同时为等离子炬电极寿命-射流热效率的耦合分析计算奠定了方法基础。