考虑等离子体粘性时的扰动磁场

从只考虑粘滞效应的非理想磁流体方程组出发,先应用半解析方法进行公式推导,然后数值计算了几种非均匀等离子体压强时,圆柱等离子体轴向扰动磁场随半径和粘度的演化规律。数值模拟结果表明:轴向扰动磁场在等离子体轴线位置处的值为零,而且这个值不受等离子体粘度,波数以及压强的影响。当等离子体压强一定时,轴向扰动磁场的极大值随着粘度的增加而增大。当粘度大到一定程度时,轴向扰动磁场在轴线和壁之间出现多个极大值和极小值,这表明了等离子体粘度对轴向扰动磁场的影响十分明显。     

粘性圆柱等离子体径向扰动磁场的数值研究

将半解析方法和差分方法相结合,数值模拟了不同等离子体压强和粘度时,粘性圆柱等离子体径向扰动磁场随半径的演化规律。数值模拟结果表明:径向扰动磁场随磁流体粘滞系数的增大而增大。短波模式对应的径向扰动磁场主要为负值,长波模式对应的径向扰动磁场主要为正值。当等离子体压强不同时,尽管波数k非常接近,但径向扰动磁场的差距仍然很大,这说明在计算扰动磁场时,等离子体压强应该予以考虑。     

几种不同波数时的角向扰动磁场

数值模拟了不同波数时,等离子体粘度的角向扰动磁场的演化规律,并与理想磁流体时的角向扰动磁场进行了比较,得到的主要结论是:等离子体压强较小时,大波数对应的角向扰动磁场为正值,小波数的角向扰动磁场为负值;等离子体压强较大时,大波数对应的角向扰动磁场也有负值出现。另外,当等离子体压强一定时,随着等离子体粘度的增加,角向扰动磁场的波动幅度越大。     

等离子体压强和粘度效应的线性化数值分析

从线性化理想磁流体方程组出发,应用半解析方法,数值求解了圆柱位型等离子体压强和粘度对轴向本征函数的影响,主要结论包括:无论等离子体粘度如何变化,轴向本征函数均随着等离子体压强的增大而减小。等离子体半径较小(约小于0.3)时的轴向本征函数均为负值,等离子体半径较大(约大于0.3)时的轴向本征函数均为正值。压强较低时,靠近圆柱中心和等离子体壁处的轴向本征函数受粘度影响较大。     

具有非均匀热压强磁流体速度的定量研究北大核心CSCD

应用数值模拟方法,研究了非均匀等离子体压强梯度对圆柱位型磁流体速度的影响,并与均匀等离子体压强时的结论进行了比较,得到的主要结论包括:压力梯度对径向速度几乎无影响。无论等离子体压强是否均匀,角向速度和轴向速度的演化规律相似,但轴向速度对压力梯度更敏感。当等离子体压强均匀时,角向速度和轴向速度均为负值;当等离子体压强非均匀时,角向速度和轴向速度均正负参半,这体现了等离子体压强梯度对磁流体不稳定性的驱动效应。由于等离子壁对流体的阻碍作用,所有速度在等离子体壁处均衰减为零。     

具有非均匀热压强磁流体速度的定量研究

应用数值模拟方法,研究了非均匀等离子体压强梯度对圆柱位型磁流体速度的影响,并与均匀等离子体压强时的结论进行了比较,得到的主要结论包括:压力梯度对径向速度几乎无影响。无论等离子体压强是否均匀,角向速度和轴向速度的演化规律相似,但轴向速度对压力梯度更敏感。当等离子体压强均匀时,角向速度和轴向速度均为负值;当等离子体压强非均匀时,角向速度和轴向速度均正负参半,这体现了等离子体压强梯度对磁流体不稳定性的驱动效应。由于等离子壁对流体的阻碍作用,所有速度在等离子体壁处均衰减为零。     

圆柱位型磁流体速度的数值计算

应用半解析方法,研究了具有圆柱位型的等离子体处于不同压强时,磁流体速度随半径的演化规律。数值计算结果表明:当等离子体压强不同时,径向速度的变化较小,角向速度和轴向速度的变化较大。轴向速度随半径的演化规律与角向速度的规律类似,但是,压强对轴向速度的影响比对角向速度的影响更加明显。等离子体压强对长波模式流体的速度影响较为明显。     

均匀热压强时径向本征函数的研究北大核心CSCD

应用半解析方法,数值计算了不同均匀热压强时,径向本征函数随圆柱等离子体半径和粘度的演化规律。数值模拟结果表明:当等离子体热压强均匀时,压强对长波模式磁流体系统的径向本征函数基本无影响;短波模式时,均匀等离子体热压强对径向本征函数的极值大小和极值所处的位置均有明显影响,说明径向本征函数对波长的变化比较敏感。     

均匀热压强时径向本征函数的研究

应用半解析方法,数值计算了不同均匀热压强时,径向本征函数随圆柱等离子体半径和粘度的演化规律。数值模拟结果表明:当等离子体热压强均匀时,压强对长波模式磁流体系统的径向本征函数基本无影响;短波模式时,均匀等离子体热压强对径向本征函数的极值大小和极值所处的位置均有明显影响,说明径向本征函数对波长的变化比较敏感。     

磁场与密度对等离子体柱中螺旋波及能量沉积影响的数值研究

考察在高密度、强磁化径向非均匀等离子体柱中,在径向等离子体密度分布呈不同抛物线型轮廓及轴向静磁场不断增大的情况下,等离子体柱内右旋螺旋波与左旋螺旋波的传播性质及其径向、轴向能量沉积特性。采用数值方法求解基于Maxwell方程组的耦合波方程组,得到0.02~0.1 T磁场变化区间与n0=1.2×1013cm-3、α∈(0.36,0.83)径向等离子体密度分布条件下等离子体柱内m=±1角向模螺旋波场幅值及其径向、轴向能量分布情形.计算结果表明,α减小(0.83→0.36)、B0增大(0.02→0.1 T)时,m=+1模趋于r=0处附近传播,径向能量沉积变化极小,轴向能量沉积逐渐增强;m=-1模在一定B0范围内、α≈0.66时最大幅值传播,径向能量沉积趋向于等离子体柱表面附近,轴向能量沉积逐渐增强.其次,m=+1模较m=-1模场幅值与能量沉积均占主导地位;m=-1模能量沉积集中于天线电离区,m=+1模能量沉积远超于天线电离区。     

参数异变性对非线性轴向加速梁系统横向振动特性的影响EI北大核心CSCD

分析了多参数(轴向平均速度、速度扰动幅值、黏滞阻尼、速度扰动频率)变化对非线性轴向加速梁横向振动特性的影响。在速度扰动幅值-速度扰动频率的双参平面内,通过数值方法得到了非线性轴向加速梁系统的分岔图和Poincaré映射图。确定了系统出现周期振荡和混沌振荡的参数区域,分析了出现鞍结分岔、倍化分岔的转迁规律。在双参平面内找到了使得轴向加速梁系统保持单周期稳态运动的区域,为非线性轴向加速梁结构的设计和优化提供了一定的参考。     

PIII中工作气压和占空比优化关系的数值研究

等离子体浸没离子注入中的等离子体扩散过程和鞘层演化行为分别由低压非稳态扩散流体模型与鞘层碰撞流体模型来进行描述,数值模拟研究了工作气压与占空比对离子注入剂量和能量的影响。计算结果表明,工作气压不变时,随占空比变化,一定时间内的离子注入剂量有极大值,并且极大值对应的占空比会随着工作气压降低而减小。工作气压较高时,占空比越小离子碰撞能量越高;而工作气压较低时,占空比越大离子碰撞能量越高。相同工作气压下占空比对离子注入剂量的影响要比离子碰撞能量显著。     

轴向磁场下分离结晶熔体内热毛细对流的数值模拟

为研究轴向磁场对分离结晶Bridgman法生长CdZnTe晶体熔体热毛细对流的影响,采用有限差分法进行了三维数值模拟。结果表明轴向磁场能有效抑制熔体内的热毛细对流;轴向磁场对熔体内部温度分布也有较大的影响,能使等温线分布变得平缓;当磁场强度不变时,随着狭缝宽度的增大熔体内部的流动减弱。     

磁场下黏弹性基体中输流纳米管稳定性分析

基于非局部连续介质理论，应用哈密顿原理建立轴向磁场作用下黏弹性基体中固支输流单层碳纳米管（Single-walled Carbon Nanotube,SWCNT）系统振动微分方程，应用微分变换法(Differential Transformation Method,DTM)求解该振动方程，着重研究黏弹性基体、轴向磁场、小尺度效应耦合作用时该系统的振动稳定性问题。数值计算结果表明：输流碳纳米管无论是否嵌入黏弹性基体中，磁场的作用均能提高系统的稳定性，而小尺度系数的增加则降低系统稳定性。黏弹性基体的阻尼系数加大系统的振动耗能，当阻尼系数处于较大数值时，系统振动能量迅速耗散，在管内流体流速还处于较低数值时系统即产生发散失稳现象。进一步研究表明在考虑小尺度效应、轴向磁场与基体耦合作用时，较强的轴向磁场可以降低小尺度效应、基体阻尼系数对系统的影响；即使存在小尺度效应，对于弹性系数较大的基体，其阻尼系数对振动系统的影响程度仍大大降低。     

磁场对聚酯圆筒内表面C2H2等离子体处理的影响研究

研究了不同磁场约束条件下C2H2射频放电对PET圆筒内表面性能的影响规律。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对不同等离子体条件下处理的聚酯样品表面进行了分析。并且通过接触角测试仪对沿聚酯圆筒轴线方向上不同区域的含氢碳薄膜表面的润湿行为进行了分析。结果表明,有外部磁场约束时乙炔等离子体处理后样品表面膜层中氢含量较高,且碳原子主要以sp3组态互相键合。反应气压较高时,改性后的表面润湿性分布均匀。在反应气压较低时,改性后内表面的润湿性在轴向方向上分布不均匀,磁场的加入可以有效提高表面处理的均匀性。同时外部磁场的引入也增加了改性后膜层性能的稳定性。     

直流电弧等离子体炬的数值模拟研究

本文建立了直流电弧热等离子体炬的三维模型,利用流体动力学软件FLUENT对氮气热等离子体温度及速度的空间分布进行了数值模拟,并在此基础上研究了工作气体流量的变化对炬内热等离子体传热与流动特性的影响效应。研究结果表明:等离子体温度的最高值出现在阴极附近,并随着轴向距离的增加而减小;等离子体速度则随着轴向距离的增加而增加,在炬出口处达到其速度的极大值;工作气流量的增加对炬内的温度分布影响不大,但等离子体温度呈现出随工作气流量的增加而减小的趋势。     

不同流速对LTE态下氢等离子体特性的研究

采用二维流体力学模型研究了多级直流弧放电装置中流速对处于局部热平衡状态下氢等离子体特性的影响.分析了氢等离子体中心轴线处电场和压强的分布情况;各粒子密度在通道中的分布状态;通道出口处等离子体温度以及电导率的分布情况.模拟结果表明,随着流速的增大,中心轴线处电场和压强均增大;通道中氢等离子体的各粒子密度变化很小;通道出口处等离子体温度以及电导率在出口处沿径向的分布影响不大.     

射频容性耦合等离子体阻抗影响因素研究

为了进一步探索射频容性耦合放电等离子体,本文建立了以容性耦合等离子体(CCP)为基础的板-板电极一维轴线简化仿真模型。仿真采用氦气为工作气体,使用约化电子传递属性并忽略重粒子对流,利用有限元算法,综合讨论了一定范围内放电参数(气体压强、输入功率、电极直径以及间隙长度)变化时,放电等离子体阻抗的变动情况,并根据仿真所得数据进行理论分析。结果表明:四种仿真条件下的等离子体均呈现容抗特性;当气压升高、放电间隙长度变大时,初期均有利于碰撞电离的发生,而后将成为限制因素,使得等离子体阻抗呈现先减小后升高的变化趋势;当电极直径增大、输入功率增加时,初期等离子体阻抗均呈下降趋势,但后续变化趋于平稳。     

不同非平衡度磁场环境中溅射等离子体的诊断与分析

采用Langmuir探针对两种不同非平衡度磁场环境中(K值分别为2.78和6.41)的溅射等离子体进行诊断,并使用高斯仪测量靶材表面的磁感应强度,结合靶材表面磁场分布的Ansys软件模拟,分析了等离子体在非平衡磁场环境中的运动规律。结果表明:磁控阴极内侧(靶材表面中部)的溅射等离子体主要参数(离子密度、电子密度及电子温度)在两种不同非平衡度磁场中都具有随靶基距增大而逐渐减小的趋势,大量带电粒子从磁控阴极外端向远离靶材表面的区域运动;K为2.78时的等离子体参数在靶材表面的刻蚀环正上方60 mm范围内明显高于K为6.41时,前者靶材表面的磁感应强度大于后者;向外发散的磁力线数量随K值的增大而增多。     

不同压强时等离子体宏观不稳定性的数值模拟

为了数值模拟不同等离子体压强和不同角向模数时,磁流体不稳定性的演化规律,本文通过傅里叶变换,将理想磁流体方程组转化为两个一阶微分方程.通过求解这两个微分方程,可以求解不稳定性的增长率.数值模拟结果表明:等离子体压强均匀时,不稳定性的增长率随角向模数的增大而减小;等离子体压强是半径的函数时,不稳定性的增长率随角向模数的增大而增大,这种差异是由等离子体压强梯度引起的.所得到的数值模拟结果可用于分析直圆柱托卡马克或等离子体天线中磁流体的宏观不稳定性.