Ar/CF4,Ar/CF4/CF3I,Ar/湿空气混合气体电子群参数的Monte Carlo方法理论计算

论文摘要

近年来,大气压低温等离子体已广泛应用于生物医学,材料表面处理,环境保护等领域,因此,低温等离子体以及它在相关领域的应用已成为研究热点。数值模拟是研究放电等离子体的有效方法。其中,流体模型由于它的计算方便有效的特点在放电等离子体的数值研究中得到广泛应用。气体放电过程中的电子群参数,是流体模型的基础的输入数据,它包括平均电子能量,电子漂移速度,电子纵向扩散系数和有效电离反应速率系数。可靠的电子群参数是进行放电等离子体严格和可靠模拟的基本要求。实验测定电子群参数十分困难,这样,理论估计就成为获得电子群参数的重要途径。在放电等离子体的应用中,混合气体作为工作气体使用较多。氩(Ar)作为一种重要的工作气体,广泛应用于大气压低温介质阻挡放电和等离子体射流,它和其他气体混合,如Ar/CF4,Ar/CF4/CF3I和Ar/湿空气等,由于良好的放电特性和广泛的应用空间引起了人们的极大兴趣,因此,计算这些混合气体中电子群参数十分重要。本文使用蒙特卡罗方法对三种混合气体Ar/CF4,Ar/CF4/CF3I和Ar/湿空气中的电子群参数进行了系统计算,为这三种混合气体作为工作气体的放电等离子体的模拟研究提供了可用数据。此外,本文还分析了混合气体的不同浓度比对电子群参数的影响。本文工作,主要包含以下方面的内容和结果。1.对于Ar的散射截面,基于对三个不同数据库中Ar的弹性碰撞,激发和电离碰撞截面的系统分析,选择了较为准确的一组散射截面数据,并使用该组数据计算了常温大气压下纯Ar中电子的漂移速度和扩散系数,结果表明,使用建议的截面数据,计算得到的结果与实验结果更加符合。2.计算了 Ar/CF4,Ar/CF4/CF3I和Ar/湿空气三种混合气体的电子群参数,分析了不同浓度组合对电子群参数的影响,结果表明:对于Ar/CF4混合气体,CF4浓度对电子群参数的影响主要发生在低约化场下;对于Ar/CF4/CF3I混合气体,电子群参数随着CF3I浓度的增加而减小,并且这种特性在高约化场下变得更加明显;对于Ar/湿空气混合气体,电子漂移速度和电子纵向扩散系数随着湿空气浓度的增加而降低,此外,湿空气浓度对有效电离反应速率系数的影响仅在较小的约化电场范围内才更加显著。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 等离子体概述
•     1.1.1 等离子体的概念和特征
•     1.1.2 等离子体的应用
•     1.1.3 等离子体的产生方法
•   1.2 气体放电
•     1.2.1 气体放电类型
•     1.2.2 放电工作气体介绍
•   1.3 国内外研究现状
•   1.4 论文主要工作与结构
• 第二章 蒙特卡罗方法计算步骤
•   2.1 蒙特卡罗方法概述
•     2.1.1 蒙特卡罗方法简介
•     2.1.2 蒙特卡罗方法的特点
•   2.2 蒙特卡罗方法的主要计算步骤
•     2.2.1 电子在工作气体中的散射类型
•     2.2.2 电子的运动方程
•     2.2.3 空碰撞技术
•     2.2.4 散射电子的空间坐标和电子群参数的确定
•   2.3 本章小结
• 第三章 散射截面的选择
•   3.1 散射截面简介
•   3.2 Ar的散射截面
•     3.2.1 不同数据库截面的分析
•     3.2.2 Ar的不同截面数据下电子群参数的理论计算
•   3.3 其他气体截面数据的选择
•   3.4 本章小结
• 第四章 混合气体电子群参数的计算
• 4混合气体的电子群参数'>  4.1 Ar/CF₄混合气体的电子群参数
• 4/CF₃I混合气体的电子群参数'>  4.2 Ar/CF₄/CF₃I混合气体的电子群参数
•   4.3 Ar/湿空气混合气体的电子群参数
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 主要成果与总结
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张爱平

导师: 谭震宇

关键词: 电子群参数,气体混合物,放电等离子体,流体模型,蒙特卡罗方法

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 山东大学

分类号: O53

总页数: 65

文件大小: 3461K

下载量: 45