【摘要】近年来，由于气体放电在生物医学、材料加工、热核聚变、环境净化、微波传输和等离子助推器等各个前沿科学领域的突出性能和潜力，得到了广泛的认可。来自世界各地的学者。广泛关注。为了更准确地预测和控制气体放电的特性，必须对其动力学特性进行深入讨论。 -In-Cell/Monte Carlo (PIC/MCC) 方法直接跟踪大粒子，自然具有以自洽和准确的方式反映各种粒子群的动力学特性的能力。特别是在气体放电领域，由于带电粒子群通常偏离热平衡状态，其速度分布函数呈现出非麦克斯韦分布的特点。这时，如果继续使用传统的流体法，就会带来较大的误差，而PIC/MCC法在这里就显示出其独特的优越性。虽然PIC/MCC方法的计算效率相对较低，但随着计算机性能的提高，近年来PIC/MCC方法越来越多地用于基础研究和实际应用仿真。本文在深入研究物理性质的基础上pic数值模拟方法，对传统的PIC/MCC方法进行了一些改进。结合相关动力学理论，通过粒子模拟和理论探索，对气体放电的物理性质，特别是电子和离子的非热平衡动力学性质进行了深入研究，并对一些实际应用进行了数值模拟。 研究。本论文的研究工作主要包括以下几个方面：1.结合蒙特卡罗粒子模拟方法和相关动力学理论，研究了空间均匀微波放电中电子的非热平衡特性。
以电子为研究对象，对蒙特卡罗粒子模拟方法进行了初步研究。同时，利用波尔斯曼方程理论求解了微波放电中的电子能量分布函数pic数值模拟方法，与粒子模拟结果相互验证，为本文的下一步工作奠定了坚实的基础。对存在外磁场时的电子能量分布函数和微波放电中的电子能量振荡特性进行了理论和粒子模拟研究。同时，也进行了电子能量分布函数的近似解析解。 2.针对离子-原子散射碰撞，在国际上首次提出了一种与实际微分碰撞截面一致、具有可操作性的蒙特卡罗碰撞方法，其离子非热平衡特性在气体放电中使用。进行了研究。传统上，离子-原子碰撞通常忽略极化势，只考虑理想的电荷交换碰撞，在计算离子横向分布时存在较大误差。本文提出了一种更精确的离子-原子碰撞模拟方法，采用更逼真的散射微分碰撞截面，大大提高了横向分布的精度。通过离子迁移和横向扩散特性的理论和实验结果验证了该方法。该方法用于模拟离子的横向速度分布函数、纵向速度分布函数、关节速度分布函数以及能量和角度分布函数，并与实验结果进行比较。 3.对微波气体击穿的物理性质进行了PIC/MCC数值模拟及相关理论研究。从方程出发，从理论上计算了气体击穿的电离率和电场阈值等击穿特性。
根据击穿特性，设计了一种易于操作的宏观粒子合并算法，并进行了气体击穿的PIC/MCC数值模拟，并用理论和实验结果进行了验证。此外，基于外部磁场对电场功率的影响，研究了存在磁场时的电离率。最后，还进行了气体中微波击穿传播的理论和PIC/MCC数值研究。 4.采用PIC/MCC方法对灯丝放电负氢离子源的电子能量分布函数进行了数值模拟研究。以氢负离子源为对象，在全三维PIC/MCC代码平台上，对Nanbu模型和Ta模型的库仑碰撞算法进行了数值比较，分析了库仑碰撞对模型的影响。讨论了电子能量分布函数。比较。然后从理论上分析了气体密度对离子源内电子能量分布函数的影响，并通过PIC/MCC模拟进行了数值验证。
暂无评论内容