电子束空气等离子体电子数密度分布模型研究

基于Monte-Carlo模型计算出的电子束空气等离子体电子数密度分布,建立了不同工况下该等离子体的形态参数和电磁参数模型。利用该模型对有、无电子束空气等离子体时目标电磁散射的变化进行了仿真计算,获得了不同工况下遮挡等离子体后相对于遮挡前电磁散射强度平均相对衰减。将仿真结果与相应工况下的实验结果进行了比较,对比结果表明:基于Monte-Carlo模型计算出的电子束空气等离子体电子数密度分布具有较高的可靠性。因此,建立的形态参数与电磁参数模型为深入研究电子束空气等离子体特性奠定了基础。     

触发真空开关中初始等离子体的产生和扩展

简单介绍了触发真空开关(TVS)的基本结构和工作原理,对初始等离子体的产生和扩展所涉及的物理过程进行了详细地分析,说明了等离子体的扩展过程实际上是近阴极区等离子体鞘层的增长过程,给出了起动时延和导通时延与触发结构和触发特性参数间的关系。     

基于 CFDRC 的感应耦合等离子体离子数密度空间分布仿真

为研究感应耦合等离子体(ICP)沉积装置放电腔与线圈结构以及工艺参数对等离子体分布的影响,基于商业软件CFDRC中等离子体与电磁场模块建立了ICP沉积装置2维放电模型。在典型的ICP反应器中,等离子体反应主要由电子、重粒子间的碰撞来决定。利用不带电的流体模型求解分子、原子和基团等中性粒子的动量和质量守恒方程,而对离子带电粒子,考虑电场力的作用来求解动量方程;电子通量密度的计算是通过求解漂移扩散近似方程而获得的。通过此方法仿真研究了典型工艺条件下(气压0.25 Pa,功率90 W,体积流量120 L/s)等离子体离子数密度的空间分布,对比了不同功率(20、60、90、150 W)、不同抽气体积流量(60、100、140、160 L/s)条件下放电腔内ICP等离子体参数的变化规律。模拟结果表明:离子数密度随体积流量的增加而大幅度增加,随功率的增加而缓慢增加;空间离子数密度峰值出现在放电腔中心区域,随体积流量的增大而逐渐下移。     

大气压射频辉光放电电子数密度解析解及等离子体阻抗特性研究

为研究大气压射频辉光放电等离子体阻抗特性,基于射频放电的一维均匀假设模型,推导出了适用于α模式、高气压和小间隙条件下的电子数密度ne的解析解,从而可由实验测得的电压和电流幅值计算出ne;构建了描述整个放电区域的"电阻-电容混联"等效电路模型,模型参数可由ne计算得到。通过与他人数值模拟得到的ne对比,验证了该解析解的正确性。实验结果表明:放电电压和电子数密度随电流密度的增加而线性增加;鞘层厚度、准中性区的等效电容和鞘层的等效电容受电流密度变化影响不大;准中性区的等效电阻和放电间隙总等效阻抗随电流密度的增加而减小。实验结果还指出了前人工作中存在的一些问题:在小间隙时错误地忽略鞘层厚度,认为准中性区的长度就是电极间隙距离;不合理地将准中性区场强近似为0。未来工作希望进一步推导低气压或大间隙时电子数密度的解析解。     

触发真空开关初始离子体的产生和扩展

简单介绍了触发真空开关（ＴＶＳ）的基本结构和工作原理，对初始等离子体的产生和扩展所涉及的物理过程进行了详细地分析，说明了等离子体的扩展过程实际上是近阴极区等离子体鞘层的增长过程，给出了起动时延和导通过延与触发结构和触发特性参数间的关系。     

注入功率及耗能密度对离子输运率的影响

大气压非平衡等离子体的输运特性直接制约着工业电收尘和飞行器等离子体隐身的进一步发展,影响该输运特性的因素较多,包括放电区的压力、气体流速、电场强度、注入功率密度及其耗能密度等。为提高大气压非平衡等离子体输运效率,以线板形式电晕放电为手段进行电离流经放电区气体的实验,运用DLY-3型大气离子测量仪测量脱离电场约束的正负离子浓度,研究了注入功率密度及耗能密度对离子浓度输运率的影响。研究结果表明,在一定程度上随着注入功率密度、耗能密度的增加,离子浓度输运率越高.但当注入功率密度和耗能密度达到一定值时,离子输运率变化趋于平缓;同时,高风速比低风速的等离子体输运率要高出几个数量级。     

外部磁场对低气压氩气等离子体电子输运特性的影响

处于外部磁场驱动下等离子体由于改变了其电子加热机制和带电粒子输运特性而具有不同动力学特性。为了研究外部磁场对电子输运特性的影响,该文采用改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算了Ar气体的电子输运特性。首先计算了Ar气体在交叉电磁场下的电子输运系数,发现:随着电磁场间夹角增大,z方向体漂移速度、通量漂移速度、体扩散系数、通量扩散系数、电子平均能量和反应速度均减小。接着分析了电磁场夹角对电子速度分布的影响,结果表明:随着电磁场间夹角增大,电子沿E×B方向和(E×B)×B方向呈聚集趋势;当电磁场间夹角为π/2时,电子速度分布在能量为0.3~0.6e V区间出现"凹陷"现象。最后讨论了磁感应强度对电子速度分布的影响,发现:当约化磁感应强度增大时,电子朝E×B方向和(E×B)×B方向运动趋势也变大;当约化磁感应强度足够大时,低能电子反而较少。     

注入电功率密度、电离能密度及气体速度参量对离子输运率的影响

为提高大气压非平衡等离子体源的输运项,利用电离连续性方程及带电粒子运动方程分析了离子在电离电场中的受力及其运动规律。对电晕放电点的流光、辉光放电区域内注入电功率密度、电离能密度与气体速度对离子输运项的影响进行了理论研究,并在此基础上进行了实验。研究结果表明:在电晕放电点的流光、辉光放电区域内,注入功率密度、电离能密度等参量对离子输运项的影响程度仅在1个数量级内;当电离能密度为0.4 mJ/cm3时,提高气体速度从1.5 m/s提高到25 m/s,则离子输运项从5.4×108 cm-3·s-1增加到了8×1010 cm-3·s-1,气体速度比电离能密度对输运项的影响程度高出2个数量级左右。可见,提高气体运动速度是解决目前等离子体设备存在问题的一种可行、有效的方法。     

磁场位形对双级霍尔效应推力器离子输运的影响

离子输运是影响电势阱式双级霍尔效应推力器(DSHET)性能的一个重要物理过程,合理的磁场位形对离子输运有重要影响,为分析其影响机理,通过Langmuir探针诊断实验,分析了不同磁场位形环境下电离级电势阱和中间电极处电势垒等特征参数的变化,同时结合双面探针收集离子定向电流,得到了不同磁场位形下的空间电势分布和中间电极处电势垒大小对离子输运电流的影响关系。实验发现,磁场位形改变对空间电势分布的影响明显。以中间阳极附近的零磁点作为磁场特征参数,在不同磁场工况下,零磁点越接近通道的中心线,则电离级电势阱的分布越均匀,同时中间电极处电势垒也达到最小值(9V),这样的空间电势分布能有效抑制离子在金属壁面上的损失,减小离子输运的阻碍电势垒,可提高离子输运电流10%。研究结果表明双级霍尔效应推力器的离子输运过程主要受电离级电势阱分布均匀性和电势垒大小的影响,磁场位形在一定程度上决定了电势分布,零磁点径向位置应位于放电通道的径向中心位置,这样离子输运最畅通,电离级作用最大化。     

负极性雷击下地面物体上行先导稳定起始的初始流注动态临界长度判据

厘清雷击作用下地面物体上行先导的起始物理机制,是防雷系统分析设计以及提升防护性能的重要基础。在现有先导发展模型基础上,该文纳入雷电下行先导发展速度对上行先导起始的影响作用,给出单位长度上行先导发展所需电荷量与先导发展速度的关系,并改进稳定先导的起始条件,建立负极性雷击下的上行先导发展模型。通过模拟风电机组不同位置的上行先导起始情况,指出稳定上行先导起始时,其初始流注长度存在某个临界值。由此提出判别稳定先导起始的初始流注动态临界长度判据,即地面物体附近空间背景电势曲线和流注区域电势曲线的交点横坐标(初始流注长度)超过临界值时,稳定上行先导起始。长间隙放电与实际雷电观测结果验证了该判据的有效性和正确性。该判据显著简化了上行先导起始的判断过程,拓展了现有平均背景电场判据和临界长度判据的概念,并指出动态临界长度受雷电下行先导发展速度和雷电流峰值的共同影响。通过与已有上行先导起始判据的交互比较发现,所提判据能更好地模拟地面高大物体(如风电机组)的上行先导起始过程,可为雷击防护系统优化设计提供理论和方法依据。     

基于玻尔兹曼方程的不同密度等离子体电子弛豫相似性研究

了解等离子体的弛豫过程是低温等离子体应用领域所面临的共性关键科学问题。为了研究不同密度等离子体在交叉电磁场下弛豫特性,该文采用改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算电子的弛豫特性。对不同气体密度Reid模型气体进行电子弛豫特性计算,发现:1)x轴方向体漂移速度WBx、z轴方向体漂移速度WBz和扩散系数Dii均随着时间t呈衰减震荡变化,而电子平均能量ε随着时间t呈单调变化;2)电子弛豫至少有三个典型的弛豫时间:电子回旋时间γg、动量弛豫时间γm和能量弛豫时间γe,且满足γgγmγe;3)当施加的约化电场强度E/n_0和约化磁感应强度B/n0相同时,不同密度气体的体漂移速度WBx和WBz、电子平均能量ε、扩散系数Dii与气体密度的组合参量n0Dii随无量纲时间n0t的弛豫过程完全相同。最后从无量纲化和物理意义两个方面对电子弛豫的相似性作了解释。从无量纲化上看,体漂移速度WBi、电子平均能量ε、n_0t、n_0D_(ii)均为不变量或组合不变量;从物理意义上看,碰撞频率ν∞n0,n0t∞νt为无量纲时间,体漂移速度WBi∞E/n0,电子平均能量ε仅与约化电场和磁感应强度相关,扩散系数D_(ii)∞1/n_0。     

气体电弧在不同气体介质中电子数密度的汤逊散射诊断研究

随着“双碳”政策的提出,对于环保型SF₆替代气体的探索受到了越来越广泛的关注,各类气体的绝缘特性是我们关注的一个重要参数。但是由于电弧的不稳定性,断路器中电弧放电的电子数密度很难被测量,且电弧电子数密度又是确定断路器开断成功与否的重要参数。汤逊散射作为一种等离子体的光学诊断方法,具有无需基于平衡态假设且精度较高的优点。文中利用汤逊散射的方法成功测量了,在250 A、200 V的条件下通过拉弧形成的电弧,在空气、N₂、CO₂、SF₆四种不同气体中的径向电子数密度的分布。发现在燃弧阶段,4种气体介质中电弧的径向电子数密度分布差别不大,电弧中心的电子数密度在1×10²³m^-3左右,电弧边界的电子数密度约为6.0×10²²m^-3;整体而言,SF₆的径向电子数密度要小于空气的,这与SF₆的强电负性有关。     

空气放电中电子输运参数的计算与分析

为了求解空气放电中电子的各种输运参数,详细介绍了通过Boltzmann方程计算气体放电参数的数值算法。进而分析了约化电场(E/nair)对电子能量分布函数的影响,电子扩散系数、迁移率与约化电场的关系,电离反应系数与电子平均能量的关系。仿真结果表明,随着约化电场强度不断增加,电子能量分布函数中最大比例电子数向能量增加的方向移动;电子的扩散系数和迁移率与其他研究者的实验数据基本一致,误差<10%;电子平均能量>2eV时,电离反应系数与Maxwellian分布函数的电离反应系数基本保持一致,证明该计算模型的合理性,为建立可靠的等离子体流体模型奠定良好基础。     

考虑载流子密度扰动的植物绝缘油中初始流注放电仿真

在现有泊松方程及电流连续性方程的放电模型基础上,通过引入载流子密度波动源建立具有多分支流注形貌的放电改进模型;通过COMSOL软件仿真分析了雷电冲击电压为120kV、160kV和200kV时的放电结果。结果表明:改进模型的流注分支形貌比原模型更接近试验结果;最大场强主要分布在流注头部,且均超过2×108 V/m,其中200kV时由二次流注引起的场强和电荷变化最为明显。此外,3种电压下的z轴流注发展长度和速度还表明流注分支间电荷的相互排斥对流注有抑制作用。而对比电压上升沿时间分别为5ns、10ns、50ns和120ns时的流注形貌还发现:电压上升沿时间越短,流注半径越大,分支越多。该文的研究成果有助于分析放电过程中载流子密度波动对流注分支的影响机理。     

无序系统中电子激发态的色散能量输运(Ⅱ)

从EESET的主方程的格林函数解入手 ,采用合理的位形退耦近似 ,第一次给出了适合于短时低浓度区域的平均平方位移与扩散系数的含时闭合的解析形式 ,与现有的其它理论所给出的渐近级数展开结果一致 ,与实验结果一致     

第二讲 电子数字计算机中数的表示

一、计数制在我们日常生活中,数一般是采用十进制表示的。但是,在电子数字计算机中,数却是采用二进制表示。因此,在介绍计算机如何工作之前,需要对二进制有所了解,并     

CO2-O2混合气体临界电子温度与电击穿特性的计算研究

CO2气体作为潜在的SF6替代气体,近年来受到了业界的广泛关注,电击穿特性是评估其性能的关键指标.文中基于气体流注放电判据,推导出了计算击穿电压和临界电子温度的数学表达式,建立了描述CO2与O2混合气体电击穿的宏观变量(击穿电压、击穿电场与压力比)与基本微观变量(临界电子温度)之间的关系,从微观层面研究了混合气体在不同...     

强迫风冷大电流封闭母线中离子密度的测试

设计了强迫风冷封闭母线模型段、电晕离子源以及平板式和圆筒式两种离子计数器。在不同电晕电压下,施加不同偏压,用两种计数器测量了距离子源不同距离处的离子密度,并分析了测试结果。     

初始电子浓度对空气中针板间隙正极性流注放电的影响

为揭示环境中初始电子浓度对气体放电过程的影响,利用等离子体流体力学模型研究了大气压下5mm针-板空气间隙的流注放电过程。采用的等离子体流体力学模型包括了电子、正负离子连续性方程和电场的泊松方程。研究发现:5mm针板空气间隙下流注放电的通道半径约为0.1～0.3mm;随着间隙中初始电子浓度的增加,流注头部电场强度逐渐减小,流注发展的平均速率逐渐增大,流注贯穿间隙的时间逐渐减小;初始电子浓度对板电极表面电场强度、流注通道内电场强度和流注通道半径的影响可以忽略。