不同气压下介质表面高功率微波击穿的数值模拟

介绍了用于模拟介质表面高功率微波击穿的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞方法,并采用该方法模拟研究了氩气环境不同气压下的介质表面高功率微波击穿过程,获得了该击穿过程中粒子数量和电子平均能量的时间变化图像,并得到了击穿延迟时间。数值模拟结果发现:在低气压下,次级电子倍增的作用比较明显,但电子数量在次级电子倍增饱和后的增速较低,击穿延迟时间较长;随着气压的升高,次级电子倍增的影响逐渐变小,气体电离逐渐占主导地位,击穿延迟时间逐渐变短;在高气压下,由于介质表面吸收沉积电子而呈负电性,次级电子倍增消失,击穿延迟时间由气体碰撞电离来决定。

背景压强对电推进羽流场影响的数值模拟

真空舱内背景压强是电推力器地面试验过程中影响工作性能评估和羽流场参数诊断的重要参数。针对LIPS-200型离子推力器羽流场参数的数值仿真中采用的背景压强建立方法进行了仿真分析。仿真中采用混合粒子网格(PIC)方法和直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法处理羽流场中等离子体运动和粒子间碰撞,分别采用虚拟粒子和计算粒子建立压强的方式,对电推进羽流场进行了数值模拟,并与绝对真空环境进行对比分析。结果表明:背景压强的存在导致中性粒子和电荷交换离子数密度较绝对真空环境高1个量级以上。虚拟粒子可大幅提高计算效率,获得的流场中电荷交换离子分布与计算粒子结果相近,但中性粒子分布相差较大,虚拟粒子无法表征壁面及真空泵的影响。

氮气开关流柱形成过程的理论研究

使用蒙特卡罗-粒子模拟方法对氮气开关中的流柱形成过程进行模拟,并结合计算结果对其进行理论分析.发现在流柱击穿发生前(即空间电荷场远小于本底电场),等离子体的电离频率、电子平均能量及其迁移速度等都近似为常数,因此可以解析求解电子数密度方程对等离子体的演化行为进行分析.在击穿发生后,随机碰撞过程会破坏初始等离子体区域分布的对称性,并出现分叉的等离子体区域结构.在放电过程中,随着等离子体密度增加,其内部基本保持电中性且电场不断减小,靠近阴阳极两端电荷分离产生的净电荷密度不断增加,场强也不断增加,且靠近阳极端的电荷密度(绝对值)和场强都大于阴极端.通过改变极板间电压发现,平均电子能量随极板间场强增加而增加,电子迁移速度随着场强近似线性增加,电离频率随场强的变化快慢介于E^4与E^5之间.

JAERI 10A离子源体积产生效率数值优化

阐述了拥有自主知识产权的粒子模拟-蒙特卡罗算法,采用该算法数值研究了JAERI 10A多峰离子源放电特性,并分析主要放电参数(气压、放电电极位置、过滤磁场大小、放电电压等)对体积产生率的影响.模拟结果显示:为了得到高体积负氢离子产量,过滤磁场不宜太大,放电电压不宜太小,而应该适当选取过滤磁场和放电电压,主要通过同时调节气压和放电位置来实现离子源优化.