有限元法在表面波等离子体中的数值模拟应用

工业用平板型表面波等离子体（SWP）源具有大面积、高密度、高活性等优良性能,其建造之前必须进行结构优化,而对表面电磁波的数值模拟,可以辅助其优化设计。基于有限元法（FEM）,采用AnsoftHFSS模拟软件,数值仿真了大面积矩形SWP源的电磁场空间分布。研究了开槽天线激发表面波场的特性,得出了表面波场的空间分布,与理论分析和实验结果进行了对比,解释了表面波放电的实验现象。研究结果表明在石英-等离子体界面有表面电磁波存在,且分布均匀。研究成果为大面积高效等离子体工艺的产业应用提供建议,也为下一代超大面积SWP源的成功建造提供了有益借鉴。     

电磁铸造实验和数值模拟

通过实验室小型电磁铸造铝及其合金的冷、热态的实验和数值模拟并经工业装置的验证,研究了电磁结晶器内的磁场分布,液体金属柱成型特性.电磁结晶器及屏蔽罩结构的优化,铸造过程中金属液的温度场与流场并进行数值模拟.研究表明:为了稳定进行铸造,液柱的成型特性(液柱高度、形状和稳定性)必须达到一定要求.为了保证电磁铸造时金属液顺利成型,选择适当的功率,确保合适的磁场强度形成一定的推力是必要的.温度场的研究可以看出电磁铸造具有一系列特点,如强烈水冷、电磁搅拌、感应加热,使得电磁铸造中的凝固过程大大不同于普通的直接铸造法的凝固过程.流动场的分析说明,电磁铸造条件下应控制搅拌强度,以便获得良好的铸坯内部组织.     

井筒电磁勘探技术及其数值模拟现状

将与井套管有关的电磁法探测技术统称为井筒电磁探测技术.系统介绍井筒电磁技术及其数值模拟和反演研究现状.数值模拟方面介绍金属套管处理方法,并讨论分析积分方程法、有限差分法和有限元法在井筒电磁数值模拟中的应用情况和适用范围;反演方面主要讨论当前井筒电磁应用较多的近似迭代法、完全解法反演和非线性反演及混合反演算法.最后给出井...     

内表面等离子体浸没离子注入过程的数值模拟

采用流体模型对圆筒内表面PIII过程进行了二维数值模拟,研究了筒内鞘层扩展和交叉重叠对内表面注入的注入能量和注入剂量的影响.通过模拟发现,内表面注入过程存在注入能量和注入剂量偏低的问题,但前者并不十分严重,而后者则比较严重.在鞘层发生交叉重叠后筒内出现的高能离子流对注入能量和注入剂量偏低的问题有改善作用.     

同轴线管介质阻挡放电的数值模拟

为了研究同轴线管介质阻挡放电的特性,以一维流体力学模型为基础,利用三对角矩阵追赶法的Fortran编程,分别对一维电子、离子连续性方程、动量方程和电流连续性方程进行数值求解;不但得出放电电流和气体电压随时间的演化规律,还得到了电子、离子、亚稳态原子密度以及电场在放电空间的时空分布;并分析讨论所加电压频率、幅值以及介质材料等参数对同轴线管介质阻挡放电的影响．     

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。     

中频电磁封流的有限元数值模拟

采用ANSYS有限元模拟软件模拟板带热镀锌过程中的中频交流电磁封流,得到了电流强度和频率加载条件及线圈位置、锌液高度、线圈与锌液间的间隙等几何因素对锌液所受电磁力的影响.通过模拟计算,得到了中频磁场下锌液内形成的漩涡状电流密度分布,获得了三维磁场力.为寻找合适的磁封参数提供了理论依据.     

大气压低温等离子体在棉织物退浆中的应用

为了解决棉织物传统碱煮退浆工艺存在的高耗能、高污染问题,运用大气压低温等离子体处理含浆纯棉织物.通过单因素试验确定最佳处理工艺并探讨退浆机理,分析其服用性能.采用SEM、FT-IR、XRD研究了棉织物的化学组成及结构变化.最佳工艺条件为等离子体处理功率400 W,处理时间15 min,放电电极与坯布间距1 mm,碱煮质...     

三维电磁响应积分方程法数值模拟

从电磁基本理论出发,深入研究了均匀导电半空间频域三维电磁散射问题,由张量格林函数求解Ｆｒｅｄｈｏｌｍ方程,将异常体划分为一系列立方单元,并将该积分方程转化为矩阵方程,从而计算出空间任意点的电场和磁场;此外,还给出了计算实例,并与国外结果进行分析对比,证明作者运用的计算方法结果正确,算法快速。     

方锭电磁铸造过程中磁场三维分布的数值模拟研究

利用互感耦合电路模型，对方锭电磁铸造过程中磁场三维分布进行了数值模拟研究，为指铸造工艺的改进和结晶器优化设计提供参考。     

常压DBD等离子体法气相苯加氢反应的研究

采用CTP-2000 K等离子体电源,对常压介质阻挡放电等离子体下气相苯催化加氢反应进行了研究.在无催化剂条件下,考察了放电电压,停留时间,气体物料配比对苯加氢反应的影响,并优化出等离子体法的反应条件:气体停留时间12 s,物料配比VH2/VAr+Ben=2:1,放电电压14 kV.在此条件下,对催化剂用于等离子体苯加氢反应的催化活性进行了考察,实验结果表明用浸渍法制备的金属催化剂可使苯的转化率从无催化剂时的78%提高到90%以上,目标产物环己烷和环己烯的总收率可达到70%以上.运用BHJ和EMS技术对自制催化剂的结构性能进行了表征,结果表明在常压常温用等离子体进行还原处理的催化剂,其比表面积从13.72 m2/g提高到19.08 m2/g,孔体积由76.81×10-3cm3/g提高到107.7×10-3cm3/g.用扫描电镜分析了所制备催化剂的表面特征,催化剂活性组分在载体表面分布均匀,表面颗粒粒度为8 nm左右,Ni元素在外表面的质量分数达到32%.     

电容耦合等离子体化学气相沉积系统二维射频放电及薄膜制备工艺的研究

通过建立二维自适应模型,对等离子体化学气相沉积系统反应室中SiH4/H2在射频辉光放电条件下的多物理场进行仿真模拟,模拟结果显示：当射频功率和硅烷体积分数增大时,极板间电子密度增大,薄膜沉积速率也随之加快,但沉积的均匀性变差。结合利用该PECVD设备制备的薄膜微结构和沉积速率测试结果,得出射频功率为80W,SiH4体积分数为1%时,薄膜的平均晶粒大小和晶化率最大,薄膜沉积速率较快且均匀性较好。     

用常压中频低温氩等离子体改善合纤织物的抗静电性能

为了能高效、无污染地改善合纤织物的抗静电性能,使用自制的中频常压介质阻挡放电等离子体改性纺织材料装置,在常压氩气等离子体条件下,仅用45 W功率对芳纶、涤纶、丙纶织物分别进行表面改性. 检测发现:经过常压低温氩等离子体改性后,织物的静电半衰时间明显缩短,芳纶、涤纶、丙纶织物抗静电性能得到有效提高. 断裂强力测定显示:等离子体处理的织物,其断裂强力只是略有变化,这种改变基本不影响材料本身的使用性能,说明常压中频等离子体表面改性技术在绿色纺织工艺上的应用具有可行性.     

常压室温等离子体技术快速选育多拉菌素高产菌

研究了常压室温等离子体(Atmospheric and Room Temperature Plasma,ARTP)诱变技术选育多拉菌素高产菌.建立了利用24孔板进行批量发酵培养和酶标仪快速检测筛选方法,获得了高产菌株的形态变化特性,筛选到了多拉菌素发酵高产菌S.avermitilis 3D5.在5 L罐上实验结果显示:...     

常压下电弧法合成无定型纳米碳管和纳米碳纤维

以镍为催化剂,在常压条件下,乙炔和氦气气氛中,利用电弧法合成无定型纳米碳管（ACNT）和纳米碳纤维（ACNF）。采用透射电镜（TEM）和拉曼光谱（Raman）对产物进行表征,并采用发射光谱（OES）对等离子体的形成过程进行在线诊断。TEM电镜观察结果表,ACNT和ACNF的直径在60～100 nm之间,而且ACNF可能转化成ACNT。Raman分析结果表明,阴极上形成的ACNT的石墨化程度要高于阳极上形成的ACNT或ACNF。OES结果表明,等离子体中有C2和CH活性物种生成,它们可能是形成ACNT和ACNF的前驱体。     

电磁波在等离子体层中衰减的数值分析

采用分层介质方法处理非均匀等离子体层,研究了电磁波射向覆盖磁化等离子体层的金属平板时电磁波的衰减特性。着重讨论Epstein密度分布的等离子体层,分析了等离子体电子密度、电子碰撞频率、外加磁场和入射角度等因素对电磁波衰减的影响,得出在一定等离子体密度和电子碰撞频率下,等离子体对电磁波的吸收特性。     

大气电弧等离子体技术在熔石英表面加工中的应用

为了快速获得无亚表面损伤光学表面,提出了一种新型的大气电弧射流等离子体加工方法,该方法的装置采用转移弧电弧放电原理产生大气射流等离子体,通过调节改变喷枪的气压及几何结构,对束斑的尺寸及能量密度进行调节,同时基于其束斑高能离子的物理效应,研究了大气条件下熔石英表面材料的加工工艺.实验结果表明:当采用等离子体喷枪嘴孔径2.5mm,作用距离为2.0mm时,对熔石英的峰值去除速率可达到82.9μm·min-1,单次抛光后,元件表面粗糙度Ra值由237nm下降到103nm.     

低压大气式燃烧器中引射器的数值模拟

随着计算机技术和计算流体力学(CFD) 的发展, 利用CFD 来研究燃烧器内部湍流,化学反应等复杂流动现象, 为设计定型提供了有力的参考依据, 尤其在燃烧器技术方案论证及优化设计中起着越来越重要的作用. 通过建立燃烧器的流体动力学模型,并利用计算FLUENT软件,对低压大气式燃烧器引射器内部的流场、温度场与浓度场进行模拟分析,为初步设计燃烧器提供了各项技术参数,有助于燃烧器设计的改进,减少实验的工作量.     

Study on the Key Influencing Factors in Atmospheric Pressure Plasma Processing of Fused Silica

In order to get ultra-smooth fused silica surface without subsurface damage efficiently, the atmospheric pressure plasma processing （APPP） method has been developed. It is based on chemical reaction between active radicals excited by plasma and workpiece surface atoms, so the subsurface damage caused by contact stress can be avoided and atomic-level precision can be ensured. In this paper, based on the spectral quantitative analysis theory, the influence laws on material removal rate by the key factors of APPP including the flow rate of reaction gases, the input power, the processing distance and time are discussed. In addition, the results that APPP can remove the damaged surface layer and do not introduce secondary damage are proved via the nanoindentation technology＇.     

中性大气流动的CFD缩尺模拟方法

CFD（Computational Fluid Dynamic）缩尺模拟可以有效地降低对计算硬件的依赖性,并提高计算效率.本文利用相似理论推导了中性大气流动的相似流动要求以及对应的边界条件,建立了虚拟流动介质为基础的缩尺方法.通过对一典型住宅小区的CFD足尺模拟和缩尺模拟比较分析,证明所建立的CFD缩尺模拟方法可以真实再现足尺模型的流动形态及具有较好的模拟精度,并可以有效地达到减少计算开销的目的.