空心圆管内表面等离子体源离子注入鞘层的数值模拟

建立了一维无碰撞流体动力学模型，针对柱形容器，考察了无附加电极和在中心轴线处放置零电位附加电极两种情况下，空心圆管内部等离子体鞘层的演化过程。得出了各自情况下鞘层中电势分布、离子密度分布，空心圆管内表面离子束流密度分布和离子注入剂量分布．     

等离子体放电过程数值模拟

为了从机理上研究等离子体流动控制技术,必须研究等离子体的产生和发展过程。采用泊松方程和漂移-扩散方程对介质阻隔面放电进行数值模拟,得到了电子、离子以及电场分布随时间的变化。结果表明在暴露电极的2个方向都发生了放电,但电场力限制了电子向电极上方的运动,导致电极上方的等离子体密度很低;暴露电极上游没有植入电极,电子、离子无法在该区介质层上表面沉积,因此暴露电极上游的放电无法熄灭。植入电极上方大部分区域离子受到的平均电场力密度达到100.0 N/m^3,能够实现对气体流动的控制。     

等离子体鞘层内离子运动的蒙特卡罗模拟研究

本文利用蒙特卡罗方法模拟氩气直流辉光放电鞘层内离子的运动过程。模拟基于离子与中性原子的电荷转移和弹性散射两种主要的散射过程,考虑了碰撞截面与能量相关的情况。在弹性散射中采用了刚性球碰撞的模型。通过刚性球碰撞模型的模拟得到在不同入射初能量和不同的气体密度下离子入射阴极的能量分布和角度分布,并对刚性球碰撞模型的模拟结果进行了分析和讨论。     

圆筒形反应器粉体纯化动力学分析

对圆筒形纯化反应器的等离子体鞘层进行了动力学分析，得出了鞘区内离子速度的分布函数和不同位置上的离子平均动能。理论计算结果与实验数据吻合较好，对理论和实验工作方面都具有一定的指导意义。     

低温等离子体在生理盐水中放电的实验研究

以质量分数为0.9%的生理盐水为电解质溶液,进行溶液下放电产生低温等离子体的实验研究。通过分析实验过程的放电电压电流特性,研究外加电压幅值、电极间距、及电极相对面积等因素对低温等离子体特性及产生条件的影响。实验发现,外加电压幅值为175V左右时,耗散功率达到最大值;电极间距对等离子体产生基本无影响,这是因为盐水溶液属于强电解质;放电易在相对面积较小的电极产生,且相对面积比值越大越有利于其产生,导致局部场强畸变,更容易击穿蒸汽鞘层形成等离子体。     

等离子体源离子注入装置中平面靶鞘层时空演化的计算机模拟

等离子体源离子注入是用于材料表面改性的一种新的、廉价的、非视线技术．它将待注入的靶直接浸泡在等离子体源中，并在靶上施加一系列负高压脉冲，离子在等离子体同靶表面形成的等离子体鞘层中被加速，并注入到靶中．本文使用流体动力学模型．对平面靶的碰撞等离子体鞘层的时空演化进行了计算机模拟．分别得到了所加电势为矩形波和梯形波时鞘层边界演化、靶表面电势分布和离子速度时空演化等参量．得到了与解析结果一致的数值模拟结果．模拟结果还表明当中性气体气压≤0．1mTorr时．离子在鞘层中的碰撞效应可忽略不计．     

小型化高密度可调控电感耦合等离子体发生器性能研究

根据理论分析和磁场仿真结果设计并加工了一款用于黑障通信实验的电感耦合等离子体发生器,该装置能产生具有形状为半球形、厚度小于5 cm、等离子体密度为1×1018 m?3量级等黑障典型等离子体鞘层特征的等离子体薄层。采用等离子体发射光谱诊断的方法,研究了等离子体发生器产生等离子体的电子激发温度和电子数密度,并分析了线圈功率对等离子体特性的影响规律,对等离子体发生器乃至对电小天线辐射调控系统的进一步优化有参考作用。     

电磁波在等离子体层中衰减的数值分析

采用分层介质方法处理非均匀等离子体层,研究了电磁波射向覆盖磁化等离子体层的金属平板时电磁波的衰减特性。着重讨论Epstein密度分布的等离子体层,分析了等离子体电子密度、电子碰撞频率、外加磁场和入射角度等因素对电磁波衰减的影响,得出在一定等离子体密度和电子碰撞频率下,等离子体对电磁波的吸收特性。     

圆管流转捩过程中速度分布规律及实验研究

利用普朗特的混合长度理论及由此导出的圆管紊流速度分布公式，再利用圆管层流速度分布公式及由本文实验数据拟合的交替系数公式，推出了圆管流转捩过程中速度分市公式。然后，利用实验数据检验了该公式，其吻合程度满足工程要求。     

射频和千赫兹驱动的毫米间隙放电的仿真研究

大气压短间隙放电是是产生冷等离子体的一种有效手段,常见的交流驱动电源方式有射频电源和kHz交流电源,而这两种不同频率电源所导致的气隙放电特性对比尚鲜有研究。本文以1 mm间隙的针-板电极这一极不均匀电场结构作为放电气隙,将之等效为球坐标系下的一维结构,建立基于迁移-扩散近似下的多组分、局部能量近似的经典等离子体流体模型,仿真研究了13.56 MHz射频（RF）电源或50 kHz交流（LF）电源所驱动的1 mm氦气（混合0.1%氮气）间隙的放电过程,关注了在1 mW和1 W这两种不同的沉积能量下的放电特性。结果表明：RF放电在1 mW时表现为电晕放电模式,此时间隙中的带电粒子密度低,且主要集中在功率电极附近;当沉积功率升高至1 W时,间隙放电则呈现出明显的辉光放电特征,电极附近出现鞘层,且气隙中间存在准电中性的等离子体区域;LF放电的起始电压幅值要高于RF,且LF放电随电压升高会较为平顺地从电晕放电模式过渡到辉光放电模式,而不存在明显的转换过程。对两种频率的放电而言,电晕放电模式下,潘宁电离是主要的电离路径;而辉光放电模式下,直接的电子碰撞电离成为主导的电离通道。此外,在相同的沉积功率下,LF放电的最大电子密度、电子温度和正离子温度都要要高于RF放电,但时间均匀性较差,呈现出明显的脉冲放电特性。     

内表面等离子体浸没离子注入过程的数值模拟

采用流体模型对圆筒内表面PIII过程进行了二维数值模拟,研究了筒内鞘层扩展和交叉重叠对内表面注入的注入能量和注入剂量的影响.通过模拟发现,内表面注入过程存在注入能量和注入剂量偏低的问题,但前者并不十分严重,而后者则比较严重.在鞘层发生交叉重叠后筒内出现的高能离子流对注入能量和注入剂量偏低的问题有改善作用.     

等离子枪体喷嘴结构和尺寸对电弧能量的影响

为了研究等离子枪体喷嘴结构和尺寸对电弧能量特征的影响,建立了等离子电弧的数学模型,并采用计算流体动力学（CFD）软件求解了等离子流体质量、动量及能量守恒方程和麦克斯韦方程组.通过对等离子枪体的电弧模型进行求解,得到了等离子电弧沿轴向的温度和速度分布.在此基础上研究了喷嘴通道长度、喷嘴直径和喷嘴压缩角对等离子枪体电弧的影响.结果表明：喷嘴通道长度的增加对等离子电弧的压缩效果影响较小;喷嘴孔径的减小对电弧的压缩效果则很明显.当通道比为1~1.2时,电弧温度和流动速度比较稳定,对阳极表面压力较小,对焊接成形有利.     

液态金属磁流体发电机空载电压

为了探究影响液态金属磁流体发电机空载电压的因素,建立发电通道三维流动模型. 采用计算流体力学（CFD）技术,研究发电通道入口速度、磁感应强度、通道宽度、通道高度、液态金属类别对空载电压的影响. 考虑哈特曼层电流回流现象,通过添加绝缘块,对发电通道装置进行结构改进. 从改进后的磁流体速度分布和电流密度变化两方面,分析空载电压优化机理. 结果表明：空载电压与入口速度、磁感应强度、通道宽度成正比,与通道高度无明显关系,但是通道宽度越大,空载电压相对误差越高;高密度、低电导率的液态金属会降低空载电压. 发电通道改进前,空载电压的相对误差为12.3%;改进后的发电通道,空载电压比改进前提高13.3%,相对误差降至0.6%.     

一维柱状大气等离子体演化过程模拟

用数值模拟的方法,对等离子体发生器脉冲结束后,一维柱状等离子体化学反应扩散过程的时空演化规律进行了研究。对比了不同发生器半径下,电子的衰减过程,并推出了相应的等效电子寿命。发现在地面附近,发生器半径对于电子寿命的影响很小。并对不同位置的总的负离子反应扩散过程进行了研究,印证了在10~(-6)s以后,等离子体为典型的负电等离子体。给出了几种主要的负离子的反应扩散曲线,分析了负电荷的转移过程。其结果对于负离子发生器,介质阻挡放电的理论研究和实际应用都有重要意义。     

Analysis of current waveform in plasma based ion implantation processes

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N2负流柱放电过程仿真（英文）

采用粒子连续性方程耦合泊松方程构建氮气放电流体模型,使用有限元法对该模型求解,获得窄间隙（5 mm）氮气放电过程粒子动力学特性。由仿真结果可知：在均匀电场中,流柱头部粒子密度随放电过程的发展不断增大;流柱头部电子密度及电场强度随初始电子密度的增加而逐渐增大;初始电荷分布直径大小直接影响流柱的发展速度;另外,对于负流柱放电,粒子密度梯度及电场分布随外电场增大而增大。     

等离子体中平面电磁波吸收衰减的数值模拟

推导了电磁波在等离子体中吸收衰减的理论公式,建立了非均匀等离子体分层离散的物理模型,利用数值模拟的方法研究了平面电磁波斜入射覆有磁化非均匀等离子体层的金属衬底时的吸收衰减特性,讨论了等离子体层密度为线性分布且磁场强度一定时,电子碰撞频率对电磁波吸收衰减的影响,得出在一定等离子体密度和磁场强度条件下,等离子体对平面电磁波的吸收衰减特性.     

水中稳态等离子推进器的设计与实验

为了提高船舶运行速度,降低船舶运行噪声,研究了基于水中放电技术的机理,并研制成一种新式船舶推进器——水射流等离子弧推进器.该推进器采用同轴式环〖CDF*3〗棒电极结构,利用两电极间介质击穿过程中产生的等离子体汽泡的压力来推进航模,摒弃了螺旋桨及其他机械部件,降低了船舶运行噪声,由于采用了直线推进技术,大大增加了船舶的航行速度.在参考传统的水中脉冲放电基础上,提出水中稳态放电的设计思想,建立起模型速度测量系统,进行了船模推进器的水上实验,得到了有关水射流等离子弧的推进速度与电极结构、推进器供水量以及外施电压之间的关系.实验及理论分析证明,放电电极间电压及供水量对等离子弧的推进作用有重要影响.     

纳米结构中浸入特性的非平衡分子动力学模拟

为明晰复杂纳米通道内流体流动规律,采用分子动力学方法研究压力驱动作用下不同润湿性纳米通道的液态水浸入特性。建立液态水/不同润湿性纳米通道的非平衡态分子动力学模型,研究驱动压大小、壁面润湿性及纳米粗糙元结构对液态水浸入特性的影响规律。模拟结果表明:相同驱动压条件下,液态水易于浸入亲水性纳米结构通道内,相比于光滑纳米通道,纳米粗糙元结构凸显液态水的表面张力作用,提高液态水持续浸入纳米通道的驱动压;纳米粗糙元结构对液态水浸入速度以及密度分布均有影响,纳米粗糙元距离入口处越近,浸入过程的阻力越大,即液态水浸入纳米通道内的体积通量越小,研究结果为明晰复杂纳米通道内液态水输运的微观机理提供理论基础。