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。     

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。     

考虑等离子体粘性时的扰动磁场北大核心CSCD

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

基于波导耦合反应腔串联的线形微波等离子体源

通过将两个波导耦合反应腔串联,得到了具有线形结构的微波等离子体源。利用光纤光谱仪沿等离子体轴向测量不同位置的等离子体发射光谱,对等离子体中不同基团的发射光谱强度进行了比较分析,研究了反应腔结构对等离子体均匀性的影响。实验结果表明:通过将波导耦合反应腔串联可以在引导天线表面产生圆柱状的线形等离子体,等离子体沿轴向的均匀性与引导天线外径尺寸和两端的模式转换棒的位置有关,当引导天线外径为4 mm,模式匹配棒伸入量为10 mm时,等离子体的不均匀性小于10%。     

大面积平面表面波等离子体的研究

低温等离子体技术已被广泛应用于各高科技领域 ,并且应用范围仍然在迅速拓展 ,这对等离子体本身提出了更高的要求 ,平面大面积、高密度均匀等离子体源是目前最迫切的需求之一。作者主要介绍表面波激发等离子体的原理 ,并在自行研制的一套平面大面积表面波等离子体源上 ,利用静电双探针测量了其Ar气放电的角向、径向和轴向的电子密度和温度。发现角向电子密度和温度均匀性与耦合天线及气压密切相关而与入射功率无关 ;径向电子密度和温度均匀性则与入射微波功率及气压密切相关而与耦合天线无关。因此 ,通过优化耦合天线来获得径向参数的均匀性及微波耦合效率 ,并增大微波功率、选择适当的气压 ,可产生大面积平面高密度等离子体     

大面积应用的RF-PECVD技术研究

本文探讨采用小电极与大面积基片相对移动的方法来制造大面积薄膜的可行性,提出了采用小电极等离子体源在大面积基片上移动工作的新方法,可用于沉积(或刻蚀)均匀大面积薄膜或根据需求设计的大面积上非均匀膜厚分布的薄膜,从原理上避免大电极带来的不均匀性.介绍了这种方法中由两个电极构成的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统.分析了当电极移动时,电极与真空室壁相对位置发生变化时对等离子体参数的影响.我们发现当两个射频电极之间的相位差为定值时,等离子体的分布随电极与真空室壁的距离(极-地距)变化而变化.当极-地距小于80mm时,随极-地距的增加,等离子体的悬浮电位和基片的自偏压下降,离子密度变化不明显.当极-地距大于80mm时,等离子体的分布呈稳定状态,各参数变化不明显.采用PECVD方法镀制了大面积薄膜厚度呈均匀分布和非均匀分布的两种薄膜,提供了膜厚呈线性渐变和抛物线变化的两种薄膜样片,显示了该方法的灵活性和可行性.     

几何因素对微通道脉管制冷性能影响的分子动力学分析

运用分子动力学模拟方法,研究微通道脉管内部微观的制冷效应,讨论了微通道脉管几何因素对制冷性能的影响。建立了矩形截面微通道脉管模型,模拟微通道脉管内工质He气体的充放气过程,获得通道内部轴向压力、速度、温度的分布。分析了脉管固有尺寸对微通道脉管冷热端温度的影响。研究表明:模型1B-2L中随着过程进行,压力梯度逐步减小,最终达到平衡,同时会出现略微的逆向梯度现象;原子轴向速度在200 ps时最大为434 m/s,随后轴向速度峰值向管内移动并递减。维持模型宽度恒定增加长度或者维持模型长度恒定增加宽度,热端温度均有所上升,冷端温度有所下降。长度宽度的增加对微通道脉管性能都有一定促进作用;保持长径比,同比例放大模型,在一定程度上优化了脉管的工作性能,存在一个最优脉管容积。     

高温合金薄壁W截面密封环滚压成形壁厚变化研究

目的研究滚压成形过程中环件壁厚的变化规律。方法基于ABAQUS/Explicit平台建立了GH4169薄壁W截面密封环多道次滚压成形三维弹塑性有限元模型,分析了滚压成形过程中环件壁厚沿周向及轴向的变化情况以及工艺参数对环件壁厚变化的影响规律。在此基础上,进行与模拟条件一致的试验研究,并与模拟结果进行了对比分析。结果滚压成形过程,环件壁厚沿周向分布均匀而沿轴向分布不均匀;随着变形量增大,减薄带宽度增大;进给辊进给速度增大,环件壁厚不均匀性加剧;随着驱动辊转速、进给辊与环件间摩擦因数的增大,环件壁厚减薄呈减小趋势。结论环件滚压成形过程中,应合理分配各道次变形量,适宜的工艺参数为:驱动辊转速为2 rad/s,进给速度为0.2 mm/s,摩擦因数为0.1。     

基于质谱诊断的C4H8/H2等离子体状态在放电腔室的径向分布研究

利用质谱研究了不同工艺参数下C_4H_8/H_2等离子体的离子组分和能量的径向分布规律,并分析了CH片段的裂解与聚合过程。结果表明,当工作压强较低时(≤7Pa),小分子CH片段的相对密度随径向距离的增大而逐渐减小,大分子CH片段则逐渐增多;随着工作压强的增大,CH片段的相对密度达到极值所对应的径向距离逐渐增大。当射频功率一定时,小分子CH片段的相对密度随径向距离增大而减小,大分子CH片段则逐渐增多。此外,离子能量随径向距离的增大均呈现出逐渐减小的趋势。当工作压强为3Pa、射频功率为20 W时,C_4H_8/H_2等离子体中CH片段的径向分布最均匀,有利于提高辉光放电聚合物薄膜结构与组分的均匀性。     

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。     

内压对镁合金差温内压成形起皱行为的影响

针对镁合金管材热态内压成形存在的壁厚不均、膨胀率小等问题,本文提出利用温度差控制变形的差温内压成形新方法,沿管材轴向建立了具有不同温度梯度的温度场,开展非均匀温度场作用下的镁合金管材塑性失稳起皱行为研究,研究了内压对镁合金差温内压成形起皱参数的影响规律。当恒定内压8MPa时,成形后形成均匀的三个皱纹;采用线性增加的内压补料,成形后仅形成均匀的两个皱纹。恒定内压下轴向补料有助于形成更均匀的多点起皱,变内压轴向补料会改变起皱临界条件,提高了成形区材料的稳定性,抑制后续皱纹的形成。     

表面波等离子体天线的能量衰减系数研究

根据功率平衡原理,得到了表面波等离子体天线中等离子体柱长度、等离子体密度与馈入功率的关系,导出了表面波等离子体天线中能量衰减系数沿轴向分布.实验测得充气压强为0.5Pa,6Pa和40Pa时等离子体柱长度、馈入功率和等离子体密度,得到能量衰减系数的实验值.结果表明,等离子体柱上z点的能量衰减系数为该点到等离子体柱顶端距离的倒数,实验所测结果与理论符合得很好.该结论对研究表面波等离子体天线的激励和维持十分重要.     

磁流体径向本征函数的演化规律

应用傅里叶变换,将线性化的理想磁流体方程组转化为一个关于径向本征函数的二阶常微分方程。通过求解此方程,数值模拟了角向模数m=2时,圆柱磁流体径向本征函数在不同热压强时随波数和增长率的演化规律。数值模拟结果表明径向本征函数对波长的变化比较敏感,在短波模式有一定波动,长波时不受增长率的影响。此结果有利于加深对高角向模数不稳定性的理解,同时也验证了半解析方法解决磁流体问题的有效性和简洁性。