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PIC-MCC法模拟圆柱形朗缪尔探针鞘层区等离子体

作　者: 赵颖
导　师: 巴德纯
学　校: 东北大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 等离子体朗缪尔探针等离子体鞘层 PIC-MCC模拟能量分布
分类号: O536
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 42次
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内容摘要

对于低压、稳定等离子体的诊断,应用最多的仍然是探针法,其中以朗缪尔探针最为人们所熟悉。朗缪尔探针作为20世纪20年代出现的一种等离子体诊断方法及工具,具有设备简单,使用方便的特点,而且它的诊断能力也比较强,诊断得到的信息也比较丰富,适用的范围除主要在低温低压等离子体领域外还在逐渐扩大。朗缪尔探针设备简单的优点也带来了弊端,就是抗干扰性较差,采集数据的过程中很容易受到干扰。计算机的出现在世界范围内引起了科技革命,利用计算机技术进行复杂的数据处理已经成为一种趋势,数值模拟在科学研究中的地位和实用性已经凸显出来,关于朗缪尔探针的计算机数值模拟也在不断发展。本文以圆柱形朗缪尔探针为模型基础。建立一个PIC-MCC模型,将探针浸入Ar等离子体中,不考虑等离子体与预鞘层之间的“过渡层”,并且为了验证模型,将所得的低压Ar等离子体的模拟结果与Sternovsky等人的理论结果和实验结果进行比较。关于假设电子与离子的热能(温度)的比值问题和波尔兹曼电子分布也有所讨论。以往的学者都是采作传统的流体动力学模型或蒙特卡罗模型,这样在模型的建立上,就人为地增加了计算误差。与以往的研究不同之处是,本文采用PIC-MCC模型,用PIC法进行数值计算,用蒙特卡罗截面法处理碰撞过程,可以减小一些人为的误差,所以我们的模拟结果比理论分析更接近于实验研究的结果。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-23
  1.1 等离子体基础知识  9-17
    1.1.1 等离子体的相关概念  9
    1.1.2 等离子体的产生机理  9-12
    1.1.3 等离子体的基本特点  12-13
    1.1.4 等离子体的分类  13-14
    1.1.5 等离子体的相关参数  14-16
    1.1.6 等离子体技术的应用  16-17
  1.2 等离子体诊断  17-18
    1.2.1 等离子体诊断的意义  17
    1.2.2 等离子体诊断的方法  17-18
  1.3 等离子体的数值模型  18-20
    1.3.1 流体动力学方法  19-20
    1.3.2 蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法  20
    1.3.3 PIC方法  20
  1.4 国内外的研究现状  20-22
  1.5 本文的主要内容及安排  22-23
第2章圆柱形朗缪尔探针等离子体鞘层的PIC—MCC模型  23-44
  2.1 预备知识  23-34
    2.1.1 探针的分类及简要说明  23-25
    2.1.2 朗缪尔探针的诊断原理  25-30
    2.1.3 PIC-MCC方法  30-34
  2.2 朗缪尔探针等离子体鞘层的PIC-MCC模型结构  34-37
  2.3 模型的数学物理方程  37-44
    2.3.1 动力学方程  37-41
    2.3.2 数值解法  41-44
第3章模拟结果及讨论  44-55
  3.1 探针半径为313μm的模拟结果  44-53
    3.1.1 离子的运动轨迹  44
    3.1.2 探针特性与浮动电位  44-47
    3.1.3 鞘层厚度的变化  47-48
    3.1.4 电荷密度分布  48-50
    3.1.5 电荷热能的分布  50-53
  3.2 探针半径为94μm的模拟结果  53-55
第4章结论与展望  55-57
参考文献  57-61
致谢  61

PIC-MCC法模拟圆柱形朗缪尔探针鞘层区等离子体

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