流体—亚稳态原子传输混合模型模拟空心阴极放电特性

利用流体-亚稳态原子传输混合模型研究了氩气矩形空心阴极放电稳态时的参数.数值计算得到了压强为10Torr时的电势、电子、离子和亚稳态氩原子密度以及电子平均能量的分布.结果表明电子和离子密度峰值为4.7×1012cm-3,亚稳态原子密度峰值为2.1×1013cm-3.本文同时对流体-亚稳态原子传输混合模型和单一流体模型模拟得到的放电参数进行了比较.结果表明,分步电离是新电子产生的重要来源,亚稳态原子对空心阴极放电特性有重要影响.与单一流体模型相比,混合模型计算得到的电子密度升高,阴极鞘层宽度和电子平均能量降低.

槽型空心阴极放电特性的模拟

为进一步揭示槽型空心阴极放电的放电机理,利用流体-亚稳态原子传输模型模拟研究了槽型空心阴极放电等离子体参数的时空分布特性。模拟得到了不同时刻槽型空心阴极放电中电势、电子密度、电场场强和电离速率等的分布特性。结果表明槽型空心阴极放电在不同时刻处于不同的放电模式,即初始放电阶段为Townsend放电模式,此阶段以轴向放电为主;第2阶段为放电由槽外向槽内发展阶段,此阶段电场场强由轴向向径向转换;第3阶段为形成空心阴极效应放电模式阶段,此阶段逐渐形成稳定的阴极鞘层结构;第4阶段为稳定放电阶段,放电参数不随时间发生变化。研究结果为进一步分析空心阴极放电的时间发展特性提供了参考。

大气中短空气间隙流注放电过程数值仿真

介绍了气体放电过程的流体数值模型,并将有限元(finite element,FE)和通量校正传输(flux-corrected-transport,FCT)法结合求解该模型。针对求解时间过长的问题,引入网格自适应剖分法和并行计算方法,提高了计算精度和效率。采用所提出方法仿真了棒板间隙流注放电过程,与实验结果吻合较好。基于仿真方法研究了电压大小、电极形状对放电的影响。基于气体放电现象的物理本质,从微观上研究了气体放电过程,得到了流注过程中空间电荷、电场分布等难以直接测量的微观参量。

空心阴极放电中的电势垒和电场反转

利用流体-亚稳态原子模型对柱型空心阴极放电中电场反转和电势垒进行了研究。模拟得到了稳态放电时电势、电子密度、离子密度、电场和粒子流密度等的分布特性。220 V阳极电压和133 Pa氩气下,电子和离子密度峰值位于放电单元中心处,为2.4×1010cm-3;在阴极位降区,离子密度远高于电子密度。负辉区电势高于阳极电势,放电的轴向存在电场反转现象,放电单元的中心处形成一电势垒。电子扩散流密度和电子流密度之比对电场反转的形成有重要影响。文章同时研究了阳极电压对电场反转特性的影响。结果表明,电压升高时,电子扩散流密度升高,电场反转和电势垒现象增强。模拟结果同时表明空心阴极放电模式下有利于电场反转的形成。该研究对于分析空心阴极放电中电场反转的成因有重要的参考价值。