真空沿面闪络全局模型与数值仿真综述

数值模拟技术广泛应用于真空沿面闪络机理及其抑制的研究中。文章回顾总结了真空沿面闪络全局模型与数值仿真所涉及的物理过程、常用建模方法、技术难点以及相应解决手段,并对真空闪络数值仿真的后续发展进行了讨论。首先介绍了基于二次电子发射雪崩理论的真空闪络全局模型,详细分析阴极三结合点处电子发射、介质表面二次电子倍增、介质表面气体解吸附以及最终沿面等离子体形成所包含的各物理过程,并按照闪络起始、发展和击穿,分3阶段介绍了对应粒子仿真所采用的建模理论、算法细节与仿真研究所得结果,主要包括阴极三结合点场致电子发射、介质二次电子发射、解吸附气体输运、电子-中性粒子碰撞等物理过程。文章随后回顾了基于全局模型的真空闪络抑制方法,主要包括通过电场优化降低场致发射,构造阻碍二次电子崩发展的表面微结构,以及抑制介质气体解吸附,并讨论了数值仿真在闪络抑制手段验证、开发中的重要作用。最后针对性地对其它非粒子模拟的分阶段闪络建模方法及其后续发展进行了讨论,包括动理学模型、流体模型、混合仿真模型以及体内体表联合模型。     

气液混相水中脉冲放电过氧化氢生成规律的研究

水中脉冲放电技术可产生过氧化氢(H2O_2)等高氧化电位的活性物质,在工业废水处理、生物灭菌和医疗领域具有广阔的应用前景。为此采用介质涂覆的柱-筒电极结构,在气/液混相条件下,探究了通气种类(氧气和氩气)与气体流速对H2O_2生成速率和光-电特性的影响。实验结果表明通气时气泡内部的微放电有利于活性物质生成,不同气体流速会影响H2O_2的生成速率。过高的气体流速会导致液相扰动影响放电通道形成,降低H2O_2产率。不同通气种类对H2O_2生成也有较大影响,由于氧气电子亲和能较大,相比氩气更易吸附电子,导致氧气气流经过放电通道时出现通道"截断"现象。氧气发生放电反应生成氧化电位较高的自由氧原子与水剧烈反应生成羟基自由基(·OH)从而使H2O_2的产率提升较为明显。在该研究条件下氧气体积流量为0.6L/min时,H2O_2生成速率最大;通入氩气时,上升气流在液面处积聚大量的气泡,气泡内放电现象较为明显,但与通氧气相比,通氩气对放电过程中H2O_2生成速率提升较小,该研究条件下氩气体积流量为0.3 L/min时H2O_2生成速率最大。     

航天器表面材料二次电子发射特性研究

航天器在轨表面入射离子、电子产生的二次发射电子流随二次电子发射系数的变化而变化,通过建模仿真对二次电子发射系数对充电电流、充电电位的影响进行验证。通过对航天器用表面材料ITO(Indium tin oxide,氧化铟锡)膜二次发射电子系数测试,测试结果与标准参数基本一致;测试结果表明,二次电子发射系数与材料厚度相关,且随着材料厚度的增加二次电子发射系数减小,因此可以通过改变航天器表面材料厚度的方式影响表面材料的二次电子发射系数,从而控制航天器表面材料的带电状态。     

PIC-MCC Simulation for HPM Multipactor Discharge on Dielectric Surface in Vacuum

In order to understand the physical mechanism of multipactor discharge on dielectric window surface under high power microwave （HPM） excitation in vacuum, an el...     

表面粗糙度对有机玻璃材料真空沿面闪络特性的影响

目前国内外关于绝缘材料的表面粗糙度对其真空中沿面闪络特性的影响尚无定论。为此以有机玻璃材料为研究对象,采用不同目数的砂纸制备不同表面粗糙度的样品,并进行了真空沿面闪络实验研究。结果表明:随着表面粗糙度的增加,有机玻璃的闪络电压呈现U型变化规律,即先减小后增大的变化趋势。同时,研究了打磨方向对有机玻璃闪络特性的影响。在粗糙度较大的情况下,合适的打磨方向可以明显提高闪络电压,尤其是垂直于电极方向打磨时,材料表现出闪络电压高、分散性小的特点;但在粗糙度较小的范围内,闪络特性受打磨方向的影响不明显,甚至有略微下降的趋势。结合实验结果,基于二次电子发射雪崩理论,从宏观和微观2个角度讨论了粗糙度对于绝缘材料闪络特性的影响机理,提出了表面粗糙度对于闪络影响的博弈模型。     

聚酰亚胺表面纳米复合层构筑及其抑制强电磁场诱发真空沿面放电机理EI北大核心CSCD

航天器运行在恶劣的空间环境中容易引发充放电现象,而叠加电磁场会导致其在较低的充电电位下发生放电,严重威胁航天器的安全运行。为揭示强电磁场诱发真空沿面放电的机理并提出抑制方法,该文采用离子交换方法对聚酰亚胺(polyimide,PI)薄膜表面进行改性处理,并基于搭建的强电磁场诱发真空沿面放电平台,结合表面陷阱、二次电子发射系数(secondary electron emission yields,SEEY)等表征手段,系统分析表面改性对抑制强电磁场诱发PI薄膜沿面放电的机理。结果表明:改性后的PI表面引入大量浅陷阱,显著降低PI薄膜的表面电阻率和SEEY,并提升了材料表面电荷的积聚与消散速率。同时,浅陷阱的引入降低了PI薄膜的SEEY和直流场下的极化能,抑制气体的解吸附与电离及二次电子倍增过程,从而显著提升了PI薄膜在抑制强电磁场诱发真空沿面放电方面的能力。该研究有望为强电磁场诱发航天器表面沿面放电的防护设计提供参考。