尘埃等离子体棘轮中颗粒分离的三维模拟

利用棘轮结构可以对随机运动的颗粒进行整流使其产生定向的输运.不同尺寸的颗粒对棘轮整流的响应不同,因此可以利用棘轮实现颗粒分离.基于前期气相等离子体中颗粒整流与分离实验,本文通过构建三维模型对双分散颗粒分离的物理机理进行研究.首先通过等离子体流体模拟及双正弦函数插值的方法,得到实验难以测得的不对称棘轮通道内等离子体参量分布,并对微米级尘埃颗粒在棘轮鞘层中的受力进行分析,进一步利用Langevin方程对尘埃等离子体棘轮中双分散颗粒定向输运过程进行数值模拟,重现了颗粒分离实验现象.结果分析表明,双分散的尘埃颗粒悬浮在鞘层中不同的高度,并受到相反取向的不对称势的作用,造成其向相反方向的输运.

尘埃等离子体棘轮中尘埃涡流研究

尘埃涡流是芯片刻蚀工艺和微重力及地面尘埃等离子体实验中普遍存在的一种现象,研究其形成机制具有重要意义.由于实验上很难诊断带电尘埃颗粒所处鞘层的等离子体参量,因此尘埃涡流的形成机制仍不清楚.本文在一个全新的尘埃等离子体棘轮实验中观察到了单个尘埃涡流的运动,并探讨了放电条件对其运动规律的影响.通过建立三维尘埃等离子体棘轮模型,数值模拟研究了棘轮通道内的等离子体参量分布特征,并利用Langevin模拟重现了实验现象.实验与模拟结果表明,尘埃颗粒所在的锯齿槽内的电势分布具有不对称性,进而造成锯齿槽内离子流的旋度不为零,非平衡离子拖拽力是驱动尘埃颗粒产生涡流运动的根本原因.