低温等离子体放电模拟软件VORPAL

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RFPA用户手册

本手册将RFPA’2D的基本理论概念、使用方法、实际问题的数值计算及系统技术支持结合在一起。它设计成从头到尾学习，但用户可以根据自己的实际情况，仅参考感兴趣的部分而跳过其它部分或通过联机获得帮助。
章节
第一章
内容 RFPA’2D的理论基础概述
对象
所有用户
第二章
安装RFPA 2D及软硬件要求所有用户
热键…………………………………1.1 RFPA方法要点
岩石（岩体）是地质、采矿、石油、水利等部门经常涉及的最基本的天然材料。天然的岩体是非连续、非均质、非弹性、各向异性的介质。它具有时效性、记忆性和对环境的依赖性。尽管经典力学推衍了诸多的理论公式，但面对复杂的工程岩体材料仍显得无能为力。在许多实际工程当中，依据理想化的模式计算出的诸如岩体变形、破坏和强度等与实际相差甚远。煤矿岩爆、瓦斯突出、采场顶板垮落、水坝开裂、岩土边坡失稳、地震等众多灾害性事故的发生，不仅给国家和人民财产造成了巨大损失，同时也表明，人类目前尚缺乏对岩石（岩体）材料的不规则性、复杂性和物理力学非线性本质的认识和解决这些问题的方法，致使许多岩石力学问题无法定量或定性地予以解释和分析。
第三章第四章技术支持
RFPA’2D的工作平台概述、
菜单、工具箱等功能、命令描述
对Windows环境需要进一步学习
和要掌握RFPA’2D的用户
结合具体算例，讲述使用 RFPA’2D的关键问题，列举具体算例
想运用RFPA’2D软件系统的用户
提供在使用RFPA’2D过程中所有用户
可能遇到的问题及解决办法
RFPA用户手册
(中文版)
东北大学岩石破裂与失稳研究中心 2003.10.1
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低温等离子体放电模拟软件VORPAL

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电磁模型和cutting-cell
• 当边界面是个曲面的时候，需要特别注意，直接用锯齿的矩形网格去逼近，对于电磁模型会带来很大的误差 • 处理这种情况的标准做法是局部细化网格或者在边界处采用梯形近似，后者如图：
• 在边界处用梯形或者三角形边界求和来代替标准的差分程序：
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Multifield和ComboField
• • • • 对于更复杂的问题，VORPAL提供MultiField和ComboField模式在模拟中可能需要自定义的外部电磁场（比如外加磁场等等）甚至可能需要和其他物理场耦合 MultiField允许用户自己写出独立的场定义和推进公式，修改标准的 FDTD算法或者加入别的物理场 • 最早的例子发展于托卡马克射频加热模拟：
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磁化射频腔的二次电子击穿
• 加有磁场的射频谐振腔内，电子被加速并且轰击壁面产生出二次电子，随着电子倍增，最终发生击穿：
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场致发射模型
• 对电极表面加高压，就可能有电子从电极表面逸出。VORPAL支持电子的CL模型和Richardson-Dushman模型，Fowler-Nordheim模型。
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粒子建模:网格加热和高阶粒子插值
• VORPAL允许使用5阶的插值函数对粒子的电荷电流进行插值。这种平滑化大大降低了网格自加热的速度，在几千个等离子体周期内仍然无需担心自加热。
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可变权重和粒子合并
• 当处理带有雪崩过程的放电行为时，粒子数会快速增加导致模拟失败 • 解决方法是使用可变权重的粒子，当粒子数太多的时候，就增大粒子的权重而控制粒子数 • 早期的解决方法是随机砍掉一半粒子并将粒子的权重加倍，这种方法会带来很严重的随机噪声和自加热问题 • Lapenta等提出了将同一网格内的粒子合并来控制粒子数的方法 • VORPAL目前同时支持三种权重控制的方法 – 1.随机丢弃小权重粒子 – 2.将两个粒子合并成一个，保持动量和电荷守恒 – 3.将四个粒子合并成两个，保持能量动量和电荷守恒

低温等离子体和稀薄气体模拟软件Pegasus应用领域

PEGASUSSoftware PEGASUS 专业低温等离子体和稀薄气体模拟软件PEGASUS软件特征PEGASUS专注于稀薄气体的直接蒙特卡洛模拟和低气压放电等离子体模拟，是真空技术、等离子体技术、薄膜技术、微电子技术、微细加工技术的专业数值模拟软件，能广泛应用于微电子中刻蚀、沉积和溅射设备，真空泵的优化设计，MEMS的工艺过程设计，再入飞行器等领域的研究，应用行业涵盖电子/半导体、新材料(纳米管、光纤)、新能源(燃料电池、太阳能光伏)、MEMS、光学、陶瓷、食品/饮料、汽车、航天、金属加工等领域。

PEGASUS是为真空技术领域的工程师设计的专业软件；PEGASUS可以模拟真空薄膜技术中多种基本物理和化学过程；PEGASUS能实现从大型设备气相过程模拟（米级）到微观区域的特征轮廓模拟（纳米级）；PEGASUS能实现基于PIC和流体混合模式的放电模拟；PEGASUS由多个不同功能的模块构成，通过模块组合，能够实现对实际工艺过程的有效模拟。

PEGASUS软件主要应用范围1. 真空设备与稀薄气体模拟多种真空设备中的稀薄气体动理学和粘性流模拟真空蒸镀设备中的气体流动和薄膜厚度演化模拟稀薄气体中的纳米粒子微尺度下的原子与分子行为2. 等离子体设备模拟等离子体刻蚀设备与等离子体增强化学气相沉积设备中等离子体特性ICP (金属/多晶硅/MEMS刻蚀、介质膜沉积)CCP (氧化物刻蚀/太阳能电池或微电子薄膜)磁控溅射设备中等离子体和溅射粒子特性3. 放电模拟磁控溅射/空心阴极/表面放电/介质阻挡放电电子束与离子束的产生与输运基于等离子体的离子注入等离子体表面改性微放电/微等离子体4. 特征轮廓模拟物理气相沉积化学气相沉积等离子体干法刻蚀PEGASUS软件主要模块和特征1. 基本模块GUIM (Graphical User Interface Module)图形界面模块提供全部其他模组的操作界面Atomic/Molecular database提供电子/离子/中性气体中的截面数据与输运系数TTBEQ (Two-term approximation Boltzmann equation)✧基于两项近似展开的波尔兹曼方程，求解电子输运系数；✧输出结果可以作为PHM模块的输入参数。

低温等离子体技术在VOCs和恶臭异味治理领域的应用.doc

低温等离子体技术在VOCs和恶臭异味治理领域的应用双介质阻挡放电低温等离子体在VOCs及恶臭异味治理领域的应用摘要DDBD技术采用双介质阻挡放电（Double Dielectric Barrier Discharge，简称DDBD）形式产生等离子体，所产生等离子体的密度是其他技术产生等离子体密度的1500倍，该技术是派力迪公司与复旦大学共同研发成功的。

自1994年由复旦大学开始研发，后来与派力迪合作研发，应用于工业恶臭、异味、有毒有害气体处理。

派力迪开创了DDBD技术大规模化工业应用的先河，该技术节能、环保，应用范围广，所有化工生产环节产生的恶臭异味几乎都可以处理，并对二恶英有良好的分解效果。

关键词VOCs处理；恶臭处理；DDBD低温等离子1.前言山东派力迪环保工程有限公司（简称派力迪公司）多年致力于双介质阻挡放电（DDBD）等离子体设备（简称DDBD设备）的研发及工程应用。

自1994年第一台等离子原理样机诞生以来，为了提高设备的运行稳定性、降低设备的制造成本、提高能量利用率、减少设备的运行费用、扩大设备的应用范围等，进行了无数次的改进，从2000年第一代工程应用产品到2014年的第五代产品，从套管式发展为排级式，目前DDBD设备单台处理能力达到了10万方/小时。

在DDBD设备工程应用方面，从2008年中石化齐鲁分公司腈纶厂废气治理工程开始，至今已经完成了120多个废气治理项目，涵盖了石油化工、农药行业、医药行业、皮革行业、造纸行业、食品行业等，治理的污染物质有酸类、醇类、醛类、硫化物、烯烃、烷烃、芳香烃、酚类、有机胺类、酮类、酯类、杂环类等挥发性有机物。

2.DDBD设备工作原理2.1 DDBD设备概念低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。

放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。

安世亚太仿真软件在低压电器行业中的解决方案

安世亚太仿真软件在低压电器行业中的解决方案
刘源
【期刊名称】《低压电器》
【年(卷),期】2008(000)017
【摘要】介绍了安世亚太仿真软件在低压电器行业中的各种应用.阐述了该仿真软件在低压电器及其部件的结构分析、电磁场分析、热分析、散热分析、EMC分析、疲劳寿命分析、优化设计和多体动力学分析,并提出了基于ANSYS的电器分析专
用模块的开发.安世亚太仿真软件为低压电器产品研发提供了强有力的工具和完整
的解决方案.
【总页数】4页(P56-59)
【作者】刘源
【作者单位】安世亚太科技,北京,有限公司上海分公司,上海,200120
【正文语种】中文
【中图分类】TP319
【相关文献】
1.帝斯曼喜获第三届艾唯奖“低压电器行业最佳供应商”为中国可持续发展做出贡献——专访帝斯曼工程塑料亚太区商务总监Matt Gray先生 [J], ;
2.帝斯曼喜获第三届艾唯奖"低压电器行业最佳供应商"为中国可持续发展做出贡献——专访帝斯曼工程塑料亚太区商务总监Matt Gray先生 [J],
3.协同之势造就平台之美——访安世亚太汽车研发技术解决方案业务总监徐劼勇博士 [J], 龚淑娟
4.“低压电器行业研发中的新方法、新技术”培训的讲师和内容已确定 [J],
5.安世亚太荣赝“2010中国软件影响力百强”称号 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

辉光放电光源磁场增强仿真研究

辉光放电光源磁场增强仿真研究摘要：为了研究磁场对辉光放电等离子体的影响，利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件，基于磁流体力学方程对耦合磁场的辉光放电等离子体进行仿真研究，得到磁场作用下的带电粒子运动轨迹、等离子体密度及放电腔内的化学反应速率。

结果表明，磁场的引入使放电腔内带电粒子运动轨迹更加复杂，电子密度的最大值有所提高。

电子聚集区域向阴极表面靠近。

此外，还发现电子聚集区域的径向尺寸增大，轴向尺寸减小。

关键词：辉光放电；等离子体；磁场；增强；仿真1 引言辉光放电是一种低气压下的惰性气体放电现象。

在真空腔体中充入约0.1~10 Torr的惰性气体（如氩气），阴极施加负高压（一般为500 V~1500 V）、阳极接地，即可产生辉光放电现象。

辉光放电作为一种有效的离子化和原子化光源，产生的等离子体属于非热平衡状态低温冷等离子[1,2]。

受阴极样品材料溅射阈值、离化后的惰性气体离子能量、角度等因素的影响，辉光放电溅射速率较低。

阴极样品原子化后进入负辉区的激发率也极低，有文献称辉光放电等离子体内的样品原子（团）的激发率不足0.1%[3]。

磁场的作用下，等离子体中的电子绕阴极样品表面的磁力线做拉摩运动，电子运动路径变长，与氩原子的碰撞概率增加，产生更多的氩离子轰击样品表面，最终导致溅射速率的增加。

此外，磁场的引入降低了电子的迁移率和扩散率，将电子限制在阴极表面。

在上述理论基础的支撑下，提出通过在样品表面引入磁场的方式，对辉光放电光源进行增强研究。

2 仿真结果和分析通过COMSOL Multiphysics软件，比照课题组自行搭建的辉光放电光源的实际尺寸构建了直流辉光放电的简化几何模型，如图3-1所示。

图中圆柱体表示深度为8 mm、孔径为15 mm的阳极筒，即辉光放电发生域。

下方的长方体表示两块竖直排列的NdFeB永磁体。

相邻永磁体之间间隔为1.5 mm，与圆柱体底面之间的距离为3 mm。

低温等离子体放电模拟软件VORPAL.ppt

• 放电过程的模拟，原理上就是PIC-MCC。即用标准的PIC算法处理等离子体运动，用蒙特卡洛方法模拟粒子之间的碰撞。但相比于其他问题的 PIC模拟，放电问题存在一些特有的问题
– 1. Grid Heating问题更严重：在放电过程中存在电离碰撞，网格自加热主要的不会提高等离子体温度，而是增加电离率提高等离子体密度，提高的等离子体密度进一步加强了Grid Heating。
– 2.模拟时间很长，由于放电特征时间主要决定于电离截面和离子渡越时间，而这两者涉及到微秒甚至毫秒的时间间隔
– 3.常常是静电模型的，而静电场方程的全局特性使其高效并行十分困难，于是计算性能问题变得非常严重。
– 4.放电腔室和电极结构都可具有复杂的几何形状，因此必须具有对复杂几何外形建模的能力。此外，考虑到电磁波的反射，在曲线部分应该能够避免阶梯逼近
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静电模型和求解器
• 在低频放电过程中常常需要使用静电模型对于电磁场进行建模，静电模型在理论上很简单，就是求解Poisson方程
• 但实践中并行求解Poisson方程是相当复杂的事情，因为Poisson求解器总是全局的，从而很难写出一个高效率的并行程序
• 此外，对于复杂外形，构造有效的Poisson求解器也很困难 • VORPAL使用Trilinos库进行静电模型求解，这个求解器允许
• 此时，可以使用针对电磁场的隐格式时间步推进来处理电磁场建模
• VORPAL目前支持两种电磁场隐格式模拟：yeeImplicit模型和ADI模型，前者使用稀疏矩阵求解Maxwell方程；后者使用变形（针对DeyMittra网格以及PIC）的ADI方法。
• 尽管ADI-FDTD本身非常简单，但在PIC中使用的电磁场推进算法必须能够保持散度误差守恒，否则会出现虚假解：

低温等离子体技术的应用与改进

低温等离子体技术的应用与改进低温等离子体技术是一种新型的物理处理技术，它是在低于5000K的气体环境下产生的等离子体。

着眼于其独特的特性，低温等离子体技术应用已经广泛地应用在各种工业应用领域，包括纺织、食品加工、汽车制造、电子设备制造等，同时还有医疗用途，如皮肤病治疗。

在应用方面，低温等离子体技术有很大的改进空间，现将从其应用和改进方面分别进行探讨。

一、低温等离子体技术的应用1.纺织方面低温等离子体技术可以用于棉、纤维素、涤纶等纤维物质如表面修饰、染色、除污、抗菌等方面，其优点在于低温处理和对环境无毒污染的影响小。

棉纤维纹理柔软，易表面弯曲复杂，低温等离子体技术可以更好地处理这些过程。

在面料染色方面，低温等离子体技术具有湿法染色固色性好、颜色更鲜亮、较少染料浸渍量、少水、少处理过程等优势。

此外，还可以用于表面物质处理，例如持久除菌，如缓解气味问题。

2.福利食品类福利食品，如干辣椒、各种海鲜等，因为水分含量高，单位质量的脂肪、蛋白质等含量较多，当食物放置一段时间后，很容易变质。

目前已经有几家企业开始使用低温等离子体技术进行食品加工，因其可以杀灭细菌达到保鲜效果。

同时，该技术在食品加工中具有环保优势，使用过程中没有致癌的有害物质，对环境污染更少。

因此低温等离子体技术具有巨大的潜力开发成为福利食品的理想加工处理技术。

3.汽车制造类低温等离子体技术可以应用于汽车制造工业领域，例如制造复合材料、切割机械零件、支撑材料、车身表面涂层等等。

低温处理可以确保汽车制造的各种技术参数，如固定大小、强度信息和表面质量等。

另外，低温等离子体技术制造的复合材料采用不同的树脂基质和增强材料，适合不同的性能和特性，可以应用于汽车、机器、电子等复杂有机体系结绳的开发。

同时，低温等离子体技术应用于汽车制造还可以利用其环保性能为环境保护做出更多的贡献。

二、低温等离子体技术的改进1.提高技术稳定性低温等离子体技术因其体系中含有较高能量的带电粒子和电磁波而导致极容易发生反应的难以控制的情况，因此，未来的改进需要提高稳定性。

VSim电磁粒子仿真技术

VSim专业电磁粒子仿真美国Tech-X公司由John R. Cary博士创立，总部设在美国科罗拉多州博尔德市，是专业的等离子技术软件供应商。

Tech-X公司的产品主要包括电磁粒子仿真软件VSim和电磁流体仿真软件USim。

VSim软件提供的独特物理模型涵盖整个等离子体和射频领域的仿真问题，借助于VSim强大的并行算法，诸多应用领域问题得以求解，例如激光等离子相互作用、高功率微波器件、真空电子器件、脉冲功率、高压放电、加速器等。

VSim软件支持从笔记本、台式机到超级计算机，从单核到数万核并行的多操作系统平台。

USim软件是支持等离子体、高超声速流体、化学反应流体模拟的专业电磁流体仿真软件，是求解高超声速流体力学、高能密度物理、天体物理、电气工程等领域复杂问题的高端工具。

VSim软件发展VSim软件是一款灵活的包含电磁场、粒子和等离子体物理的软件，起源于2001年为美国政府部门应用所做的开发。

VSim早期版本称为VORPAL，主要用于解决联邦政府面临的种种难题，包括等离子体加速、加速器腔建模、磁约束核聚变的研究等。

2004年9月30日，Nature杂志封面展示了VORPAL软件对激光尾场加速的仿真结果，对相关实验的成功有重大的指导意义。

2012年11月，推出VSim 6.0。

VSim6.0全面更新了碰撞和蒙特卡洛模块，另有用于全电磁场模拟的新增功能，其便携性和易用性进一步改进。

VSim6.0软件能在日益增长的商业需求方面做的更好。

VSim软件功能模块VSim 专业电磁粒子仿真软件VSim 是包含全电磁模型的粒子仿真软件，是等离子体、微波与真空电子器件、脉冲功率与高电压、加速器、放电等离子体等领域的尖端仿真工具。

VSim 物理基础VSim 功能特征Particle-In-Cell 模型VSim 使用PIC 算法(Particle-in-Cell)来模拟等离子体的演化。

等离子体粒子之间以及和外界的相互作用通过电磁Maxwell 方程组或者静电Poisson 方程求解，等离子体粒子的运动利用宏粒子的相对论运动方程跟踪。

低温等离子体反应器去除挥发性有机化合物的能效分析_竹涛 - 副本 (2)

。实验条件是常温常压。
仪(美国 Quantachrome 公司)对制得的催化剂比表面积进行表征。选用 6890N 型气相色谱仪(美国 Agilent) 测定甲苯的质量浓度变化。使用 TRACE-MS 型气相色谱—质谱联用仪器(美国 Thermo Finnigan)检测反应尾气，利用碘量法测定臭氧质量浓度。实验评估参数计算式如下： 100% 0 0
[15] 4
。但是以上所
1—空气钢瓶；2—缓冲瓶；3—甲苯液瓶；4—恒温水浴；5—混合瓶； 6—等离子体反应器；7—质量流量计；8—电源；9—示波器； 10—气相色谱仪
有研究结果，都只考虑了输入反应器能量密度和降解率两个因素，而并没有综合考虑所有反应因素对反应能量效率的影响，尤其是污染气体流速及质量浓度等参数对反应器能量效率的影响。本研究采用介质阻挡放电的方法产生低温等离子体，基于自行研制优化的管线式等离子体反应装置，综合考察了不同介电材料、电场强度、输入反应器能量密度、污染气体流速及质量浓度等参数对反应器能量效率的影响。
[18]
(1) (2) (3)
3

式中：η 为甲苯降解率，%；ρ0 为甲苯入口质量浓度，mg/m ；ρ 为甲苯出口质量浓度，mg/ m ；P 为功率，W；v 为气体体积流量，L/min；为等离子体反应器输入能量密度， kJ/L ； ζ 为能量效率， g/(kW·h)。
3
。
2 结果及分析
图 1 低温等离子体系统降解甲苯流程图 Fig.1 Schematic diagram of NTP system for toluene removal
1 实验系统及方法
图 2 低温等离子体反应器
1.1 实验装置整个实验系统包括污染气体发生、反应和检测 3 部分，如图 1 所示

专业磁流体仿真软件Nautilus介绍

提供商。锦科科技致力于为国防军工、核工
业、能源电力、航空航天、铁道船舶、电机
电器、电气传动、可再生能源等高科技行业
提供产品设计分析、仿真模拟验证、系统解
决方案以及工程咨询服务的专业技术公司。
我们坚持以等离子体、磁流体、电磁场、温
度场、结构力场、流体力场等设计分析为核
心，以系统建模与仿真技术为手段，以员工
Nautilus 软件是专业的磁流体仿真软件包，求解含化学反应的等离子体流体模型。可以求解磁化惯性约束、磁流体等离子体射流、等离子体炬、多相流磁流体、等离子体推进等高端科研模型。
作为全球著名等离子体技术供应商，Tech-X 公司的客户和合作伙伴包括：
Advanced Energy Systems; Argonne National Laboratory; Brookhaven National Laboratory; Department of Defense; Department of Energy; ElectroMagnetic Applications; Euclid TechLabs; Fermi National Laboratory; General Atomics; ITT Visual Information Solutions; Jefferson National Laboratory; Lawrence Berkeley National Laboratory; Lawrence Livermore National Laboratory; Lockheed Martin; Lehigh University; Los Alamos National Laboratory; Mid-continent Research for Education and Learning; NASA Goddard Space Flight Center; National Aeronautics and Space Association; National Radio Astronomical Observatory; Oak Ridge National Laboratory; Princeton Plasma Physics Laboratory; Sandia National Laboratory; Science Applications International Corporation (SAIC); Stanford Linear Accelerator Center; Swiss Federal Institute of Technology (ETH) Zurich; Tokyo Electron America, Inc.; U.S. Naval Research Laboratory; University of California at Berkeley; University of California at Los Angeles; University of Central Florida; University of Colorado; University of Southern California; University of Texas。

USim电磁流体仿真

USim 专业电磁流体仿真USim 软件是专业的电磁流体仿真软件，求解含化学反应的等离子体流体模型。

可以仿真高能量密度等离子体、高超声速磁流体、天体物理、热等离子体与电气工程等领域中的高端科研模型。

非结构网格建模能力可以处理各种复杂的几何结构，能够研究相关商业和国防项目中的重要物理问题。

VSim 是包含全电磁模型的粒子仿真软件，是等离子体、微波与真空电子器件、脉冲功率与高电压、加速器、放电等离子体等领域的尖端仿真工具。

USim 功能模块USim 专业电磁流体仿真软件USim 是电磁场作用下气体流动问题仿真的专业软件，支持等离子体、高超声速流体、化学反应流体运动的模拟，可以用于高超声速流体力学、高能密度物理、天体物理、热等离子体与电气工程等领域高端物理模型的仿真。

USim 基本概念基本方程：守恒律方程，如Euler,磁流体方程,Maxwell 方程等等);,,,()(q t z y x S w F tq=⋅∇+∂∂ Euler 方程：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=E u u u q z y x ρρρρ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=g z y x P u u u w ρ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++++++=)()()()(P E u P E u P E u P u u u u u u u u P u u u u u u u u Pu u u u u w F z y x z z y z xz z y y y yy z x y x x x z y xρρρρρρρρρρρρ 0=s理想MHD 方程：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=z y x z y x B B B E m m m q ρ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-++--=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=z yx zy x zyx z y x g z y x B B B B u u u E m m m B B B P u u u w )22)(1(02222μγρρρρρ ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛++---=00000z z y y x x x y y x x z z z yz z y E J E J E J B J B J B J B J B J B J s⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--------⋅-++⋅-++⋅-+++-+---+-+---+-+=0)(0)(01)21(1)21(1)21(121111*********)(020********2000020200002020y z z y z x x z x y y x y z z y z x x z x y y x z z y y x x z z z y z y z x z x z zy z y y y y x y x y zy z x y x y x x x x z y x B u B u B u B u B u B u B u B u B u B u B u B u B B P E u B B P E u B B P E u B B P u u B B u u B B u u B B u u B B P u u B B u u B B u u B B u u B B P u u u u u w F u B u B u B μμμμμμμμρμρμρμρμμρμρμρμρμμρρρρMaxwell 方程：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=p p z y x z y x B E B B B E E E q⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------=z yx z yx p x y x pz y zpp xy x pz y zp B c B c Bc E E E B E E E B E E E B E B Bc B E B c B c B c E w F 222222222222)(γγγχχχγγγχχχχχ 0=s上述方程中修改源项即可形成N-S 方程、反应扩散方程等。

Global Model在大气压射频放电等离子体数值模拟中的应用

Conduction current JC = −eneue
Newton’s law jωmue =−eE − mν mue
Solve for ue and evaluate JC to obtain
= ε p
ε0= k p
High temperature processing in low temperature plasma For example:
εi >> εe surface
A. Electrons produce free radicals - chemistry
B. Electrons produce electron-ion pairs – ion bombardment
ue : electron flow velocity
electric field force
pe : electron pressure pe = nekTe
ν m : collision frequency of electrons with neutrals
E : electric field
Separation into bulk plasma and sheath occurs for ALL discharges 6
Thermal Equilibrium
Electrons generally near thermal equilibrium Ions generally not in thermal equilibrium
εe = 2Te
8
Forces on Particles
For a unit volume of electrons (or ions)
pressure gradient force

低温等离子体产生方法电弧放电和射频放电

低温等离子体产生方法电弧放电和射频放电下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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大气低温等离子体

大气低温等离子体大气低温等离子体（Atmospheric low-temperature plasma，ALTP）是指在大气压下、温度低于室温的情况下，由非热等离子体产生的一种复杂的物理体系。

它在医药、生物、材料科学、环境、能源等领域有着非常广泛的应用前景。

ALTP的产生需要通过一定的能量激励。

目前常用的激发方式主要有自然闪光、电弧放电、微波等。

这些激发方式能够激发气体中的原子和分子发生电离、激发、复合等过程，从而形成ALTP。

ALTP的主要特点是温度低、活性高、反应速率快、能量汇聚及作用距离短，因此具有很多的应用优势。

在生物医学领域，ALTP可以用于细菌、真菌、病毒的消毒以及肿瘤治疗等领域；在材料科学领域，ALTP可以用于表面改性、涂层制备、超疏水材料制备等领域；在环境领域，ALTP可以用于空气净化、水处理等领域；在能源领域，ALTP可以用于气体转化和能源转换等领域。

ALTP在医疗领域中的应用非常广泛。

它可以用于肿瘤治疗、皮肤疾病治疗、牙科治疗等方面。

ALTP治疗肿瘤的机理主要是通过氧化应激和DNA脱甲基化等作用诱导肿瘤细胞凋亡和坏死，从而达到治疗的目的。

在皮肤疾病治疗方面，ALTP可以用于疣、湿疹、瘙痒等疾病的治疗。

在牙科治疗方面，ALTP可以用于杀灭口腔细菌、清除口腔病菌、治疗口腔溃疡等。

ALTP在材料科学领域中的应用也很广泛。

它可以用于表面处理、薄膜制备、胶粘剂改性等方面。

ALTP可以使材料表面发生化学反应、物理变化，从而改变其化学、物理性质。

这使得ALTP在制备超疏水材料、防腐涂层、生物芯片等领域有很大的应用前景。

在环境领域中，ALTP可以用于气体净化、水处理等方面。

ALTP可以利用氧化还原反应、活性氧等作用来清除空气中的有害物质、处理水中的污染物。

ALTP在空气净化方面的应用已经得到了广泛的关注和应用，特别是在室内空气净化、汽车尾气净化等方面。

ALTP在能源领域中的应用也备受关注。

ALTP可以用于气体转化和能源转换等方面。

大气压氦气射流等离子体放电特性的研究

大气压氦气射流等离子体放电特性的研究柳晶晶;陈东;杜光镇【摘要】为进一步了解大气压射流等离子体放电机理,通过对大气压氦气射流等离子体电压电流测量及发射光谱和放电现象的记录,研究氦气射流等离子体的电气特性以及空间分辨的光谱特性和演变规律.探索放电平均功率、气体转动温度和振动温度随外加电压增加的变化趋势.结果表明,放电平均功率随外加电压的增大而增大,主要活性粒子的发射光谱强度也随着外加电压的增大而增强,但是各活性粒子发射光谱的强度在射流注上的空间分布情况不同.氦气射流等离子体放电为典型的辉光放电,气体温度维持在400 K左右,可以广泛地应用于生物材料的表面改性.【期刊名称】《广州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(017)004【总页数】7页(P81-87)【关键词】大气压射流等离子体;放电特性;空间分辨;发射光谱【作者】柳晶晶;陈东;杜光镇【作者单位】广州大学机械与电气工程学院,广东广州510006;广州大学机械与电气工程学院,广东广州510006;广州大学机械与电气工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】O461近年来，大气压射流等离子体(Atmospheric Pressure Plasma Jet, APPJ)在不同的技术领域扮演着越来越重要的角色，其拥有较高的电子温度，接近室温的气体温度等特性成为材料表面处理的热门技术之一[1-4].APPJ易在惰性气体中产生，国内外研究者已经在多种惰性气体中产生APPJ，并在射流特性和材料表面处理等方面取得了一系列研究成果[5-8].在射流等离子体应用时，需要结合相应的应用来选择合适的工作条件，这就需要研究不同环境下，不同电极结构放电参数对射流等离子体的放电特性的影响规律，从而得到最佳的放电条件,在不同领域发挥重要作用[9-13].为进一步了解大气压射流等离子体放电机理，通过对大气压He射流等离子体的在不同电压和不同空间位置等工作条件下，电气特性的测量及发射光谱和发光图像等光学特性诊断，探讨氦气射流等离子体放电的放电特性和演变规律[14-15]. 本文通过记录放电的电压电流波形、放电图像和发射光谱，研究了氦气射流等离子体的放电特性，采用电压电流波形，发射光谱测量，得出了放电功率、等离子体气体温度和振动温度在不同电压下的空间分布特性.1 实验装置及测量本文实验所采用射流实验装置见图1.图1 实验装置示意图Fig.1 Experimental device schematic本实验装置射流反应器为带有进气管口的圆柱形石英玻璃管，玻璃管外径为4 mm，内径为2.4 mm，长度为45 mm；内部放电针电极是1个直径为1.8 mm，长度为37 mm的不锈钢针；环形电极的宽度为3 mm的铜皮，距玻璃管末端3 mm；接地电极是1个直径为4 mm、厚度为60 mm的圆形不锈钢板，电压源为电压幅值0～40 kV可调的CTP-2 000 k等离子体电源，电压波形通过Tektronix P6015A无源高压探头和Rigol DS1102E 双踪示波器记录，电流波形通过测量串联在放电回路中的100 Ω电阻上的电压获得.空间分辨的发射光谱通过Ocean Optics USB2000+ 光谱仪来记录和Daheng Optics GCD-0401M 电动台控制器来记录.2 不同电压下放电特性2.1 电压电流特性图2给出了接地电极距玻璃管口10 mm时，相同实验条件下测量得到的Up-p=5.52 kV放电阶段大气压氦气射流等离子体的电压电流波形.由图2可见，当电压逐渐增大时，针电极处的电场远大于外电极，放电首先发生在针尖处.该实验与图3实验现象相对应，固定电源频率为20 kHz，电压幅值(峰-峰值)依次为1.56 kV、2.24 kV、2.80 kV、3.48 kV、4.56 kV、5.52 kV、6.36 kV、7.64 kV和8.48 kV,氦气体积流量为3 L·min-1，电阻阻值为100 Ω，从图2、图3可以得到：图2 电压电流波形Fig.2 Voltage and current waveforms(1)当Up-p=1.56 kV时，放电电流很小，大概只有0.4～0.6 mA.随着电压的增大，等离子体逐渐从针尖处向接地电极发展，针-板间的电流越来越大，当发生强烈的电弧放电时(Up-p=11.8 kV)，最大电流可达6 mA.(2)当电压较小的时候，放电并不稳定，电压波形出现较大的抖动；当电压高达11.8 kV时，即电弧产生剧烈时，电压和电流出现剧烈的抖动，产生电压电流波形较为稳定的电压范围约在5.52～9.56 kV之间.图3 不同电压下等离子体放电现象Fig.3 Plasma discharge phenomenon under different voltages2.2 放电现象实验时，固定电源频率为20 kHz,气体体积流量为3 L·min-1，接电电极距石英玻璃管口10 mm处，环形电极距离石英玻璃管口距离3 mm处，在电极2端电压(峰-峰值)在0～12 kV下改变电压幅值，得到He射流等离子体放电现象随外加电压幅值Up-p变化的情况.图3给出了不同电压下He射流等离子体放电现象随外加电压幅值(峰-峰值) Up-p变化的情况.图3可见，等离子体的长度和发光强度都是随着电压幅值的增加而增加的.但是，在不同电压幅值的条件下，起始放电现象和放电演变规律不同.随外加电压增加，放电在玻璃管内扩展，当外加电压增加到一定值时，放电喷出管外形成射流，因此，这种情况下放电可认为由DBD引发，最后发展成等离子体射流.当电压低于11 kV 时，放电有明显的辉光放电特点，高于11 kV时，开始出现电弧放电的特点.2.3 射流放电参数放电功率是描述放电强弱的重要参量，而传输电荷量对等离子体的化学反应效率和应用效果有着重要影响.放电功率可用式(1)来计算：(1)式中，P为放电功率,单位W ；u(t)为电极2端电压，i(t)为流经电极的电流；T为1个放电周期.图4给出了不同电压幅值下计算得到的He射流等离子体平均功率随电压幅值变化曲线.图4 不同电压下的平均功率Fig.4 Average power at different voltages图4可见,放电平均功率随外加电压幅值的增加而增加.当电压幅值由 1.56 kV增加到11.8 kV时，射流等离子体放电功率由0.30 W增加到67.33 W.但在M点位置功率略有下降，说明此时He射流等离子体放电跳跃到另一个不稳定的模式，这和图3的放电现象相吻合.2.4 光谱特性通过光谱特性可以得到 He射流等离子体中主要活性粒子信息，将光纤探头放置在距石英玻璃管口末端 10 mm(射流等离子体与接地电极接触点处) 的位置进行测量.保持电源频率为 20 kHz, He气体积流量为3 L·min-1，对不同外加电压条件下氦气射流等离子体的发射光谱进行测量和分析.图5给出了在不同电压下He射流等离子体中主要活性粒子随外加电压U的变化情况.从图5可看出，各活性粒子发射光谱的强度基本上都随着外加电压的增大而增大.图5 不同电压下活性粒子发射光谱的强度变化情况Fig.5 The intensity change of emission spectra of active particles under different voltages2.5 转动温度和振动温度在实际应用中，射流等离子体的温度是表征射流状态的一个重要参量，通常可采用OH或谱线进行拟合得到，本文采用Specair软件对谱线进行拟合，见图6.图6 温度拟合曲线Fig.6 Temperature fitting curve等离子体转动温度和振动温度随外加电压的变化情况见图7，图7可见，转动温度随着外加电压的增大缓慢增大，而振动温度随外加电压的变化不明显.图7 不同电压下温度变化情况Fig.7 Temperature changes under different voltages3 脉冲模式下的放电特性3.1 电压较小时活性粒子分布情况图8给出了电压幅值分别为Up-p=5.52 kV和Up-p=6.64 kV时，活性粒子发射强度的空间分布图.图8 电压较小时活性粒子发射光谱的强度随离管口距离的变化情况Fig.8 The intensity of the emission spectrum of particles changes with the distance from the nozzle at lower voltage随着离管口的距离的增加，各种粒子发射光谱的强度呈现下降的趋势，在大概6 mm处，粒子发射光谱的强度又有略微上升的趋势，到10 mm处，即在接地电极表面上，粒子发射光谱的强度在后来的上升阶段达到了顶峰.随着离管口距离的增大，活性粒子发射光谱的强度减弱，是高电压对气体电离强度的减弱以及部分粒子散发到空气中所导致的，而后来粒子发射光谱的强度出现了上升，原因是受到接地电极的阻隔，粒子打到接地电极后出现反射，因此，粒子发射光谱的强度略微上升，到达接地电极面上的上升时粒子发射光谱的强度较大，但比管口处的浓度小得多.3.2 电压较大时活性粒子分布情况图9给出了在电压幅值分别为Up-p=7.76 kV和Up-p=8.88 kV时，活性粒子发射光谱的强度的空间分布图.图9 电压较大时粒子发射光谱的强度随离管口距离的变化情况Fig.9 The intensity of the emission spectrum of particles changes with the distance from the nozzle at larger voltage图9可见，各种活性粒子随着距管口的距离增大，活性粒子发射光谱的强度都有了一定程度的下降，其中，和He(706 nm)的发射光谱的强度随距离的变化呈现先增后减再增的趋势，这是因为在射流刚喷出管口的时候，和周围的N2发生了强烈的彭宁效应，使2种粒子发射光谱的强度增大，然后随着喷出距离的增大，发生电子碰撞、吸附和逃逸，使得活性粒子发射光谱的强度减弱，在射流等离子体和接地金属电极接触点处，由于发生了碰撞电离，2种粒子发射光谱的强度略有增强.而O(845 nm)随距离的变化发射光谱的强度基本保持不变.图10分别给出了在Up-p=5.52 kV、7.12 kV和9.36 kV时，离管口不同距离时等离子体的转动温度和振动温度变化情况.图10 不同电压时离管口的不同距离处温度变化情况Fig.10 Temperature change at different distance from the pipe under different voltages由图中数据可见，等离子体温度在空间上基本是均匀分布的，外加电压的升高，会促使振动温度的少许升高，但是转动温度(Trot)基本维持在400 K左右.同时，根据等离子体的气体温度分类可以确认其为典型的低温等离子体.4 结论通过对大气压下氦气射流等离子体的放电现象以及所测得的数据分析，得出以下结论：(1)随着外加电压的增大，等离子体放电功率增大.当电压增大到一定值时，将在M 点进入不稳定放电模式.(2)大气压氦气射流等离子体产生的粒子主要有和少量的H.在各个不同电压下的气体温度都维持在400 K左右，为典型的低温等离子体.(3)在电压较小的时候，随着离管口距离的增大，氦气射流等离子体主要活性粒子发射光谱的强度呈现先减后增的变化趋势；在电压较大时，随着离管口距离的增大，活性粒子发射光谱的强度都有了一定程度的下降，其中，和He(706 nm)的发射光谱的强度随距离的变化呈现先增后减再增的趋势.(4)等离子体温度在空间上基本是均匀分布的，外加电压的升高，会促使振动温度的少许升高，但是转动温度(Trot)基本维持在400 K左右.参考文献：【相关文献】[1] FANG Z, DING Z F, SHAO T, et al. Hydrophobic surface modification of epoxy resin using an atmospheric pressure plasma Jet array[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,2016, 23(4):2288-2293.[2] WU S Q,GOU J M, LU X P, et al. A 3.4-μm-sized atmospheric-pressure nonequilibrium microplasma aaary with high aspect ratio and high electron density[J]. IEEE Transactionson Plasma Science,2016, 44(11):2632-2637.[3] LIU J J, KONG M G.Sub-60℃ atmospheric helium-water plasma jets:modes,electron heating and downstream reactions chemistry[J]. Journal of Physics D,Applied Physics,2011, 44(34):345203.[4] LI D, LIU D X, CHEN Z Y, et al.A new plasma jet array source:Discharge characteristics and mechanism[J]. IEEE Transactions on Plasma Science,2016, 44(11):2648-2652.[5] 卢新培.等离子体射流及其医学应用[J]. 高电压技术, 2011, 37(6):1416-1425.[6] 柳晶晶，郭磊. Ar/ H2O等离子体射流作用下生理盐水中H2O2的生成[J]. 高电压技术, 2014,40(12):3780-3785.[7] CHEN B Y, GAN Y L, ZHU C P, et al. Oxides yield comparison between DBD and APPJ in water-gas mixture[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2016, 44(12):3369-3377.[8] LI D, NIKIFOROV A, BRITUN N, et al. OH radical production in an atmospheric pressure surface micro-discharge array [J]. Journal of Physics D: AppliedPhysics.2016.49(2016):455202.[9] 丁正方,方志,许靖.四氟化碳含量对大气压Ar等离子体射流放电特性的影响[J].电工技术报,2016,31(7):159-165.[10] 方志,张波,周若瑜,等.HMDSO添加对大气压Ar等离子体射流阵列放电特性的影响[J].高电压技术, 2017,43(6):1775-1783.[11] 柳晶晶. AC激励下的针-水电极等离子体特性[J]. 高电压技术, 2013, 39(4):883-889.[12] 刘建峰,方志,周耀东.内电极直径对大气压氩等离子体射流放电特性的影响[J]. 高电压技术,2014,40(4): 1214-1221.[13] 方志,刘源,蔡玲玲.大气压氩等离子体射流的放电特性[J].高电压技术,2012,38(7):1613-1622.[14] 方志，靳君，张荐，等.大气压Ar/H2O 等离子体射流的放电特性[J].高电压技术,2014,40(7)：2049-2056.[15] 周亦骁，方志，邵涛.Ar/O2和Ar/H2O中大气压等离子体射流放电特性的比较[J]. 电工技术学报, 2014, 29(11):230-238.。

VORPAL专业等离子体模拟软件

VORPAL 专业等离子体模拟专家上海锦科信息科技有限公司2011年6月1. Tech-X公司介绍美国Tech-X公司开发的专业等离子体仿真软件VORPAL具有16年的工业应用历史，自锦科科技( )将VORPAL软件引进国内以来，众多核聚变、等离子体推进、等离子体工业应用(脉冲功率器件、高功率微波波导、表面处理、半导体加工等)等领域的客户对VORPAL软件表达了很高的兴趣并取得成功应用。

美国Tech-X公司( )于1994年由John R. Cary博士创立，总部设在美国科罗拉多州博尔德市，是专业的等离子技术软件供应商。

Tech-X公司致力于在科学和技术领域取得突破，努力提高用户对物理现象的理解，加速客户产品的研发与创新。

VORPAL软件提供的独特物理模型涵盖整个等离子体和射频领域的仿真问题，借助于VORPAL强大的并行算法，诸多应用领域问题得以求解，例如激光等离子相互作用、等离子体工艺处理、等离子体推进器、粒子加速器和高功率微波波导等； VORPAL软件支持从笔记本、台式机到超级计算机，从单核到数万核并行的多操作系统平台。

VORPAL软件被美国能源部多个实验室所采用。

Tech-X系列软件的强大功能包括：1) VORPAL--2D/3D提供的独特物理模型涵盖整个等离子体和射频领域的仿真问题，借助于VORPAL强大的并行算法，诸多应用领域问题得以求解，例如激光等离子加速、等离子体工艺处理、等离子体推进、粒子加速器和等离子体填充高功率微波器件等。

2) VORPAL--支持从笔记本、台式机到超级计算机，从单核到数万核并行的多操作系统平台。

3) VORPAL--基于PIC算法，仿真粒子动力学、磁流体、电磁场现象。

4) 专业磁流体软件包Nautilus即将发布。

2. VORPAL等离子体模拟软件简介VORPAL 提供包括粒子在内的电磁场和静电场分析计算，是研究射频和等离子模型的尖端仿真工具。

2.1 VORPAL基本特征VORPAL软件为解决所有等离子体模拟问题提供了一系列的物理模型，比如等离子体处理室、等离子推进器、粒子加速器、高功率波导管等，这些只是VORPAL软件系统的众多应用中的几个。

用于电离层环境模拟器的ECR等离子体源

用于电离层环境模拟器的ECR等离子体源
吕庆敖;任兆杏;梁荣庆;程绍玉
【期刊名称】《真空科学与技术》
【年(卷),期】2001(21)3
【摘要】为了经济地考验空间电离层等离子体对处于其中的飞行器表面的作用 ,需要在地面建立等离子体环境模拟器。

本文就是为空间电离层环境模拟器研制的扩散型极低气压、低电子温度和极低密度的紧凑型电子回旋共振等离子体源的研制。

结果显示 :在等离子体源下游 5 0cm处 ,在 10 -2 ～ 10 -3 Pa范围内获得了电子温度低于 5eV ,密度在 10 4 ～ 10 6cm-3 范围内的较为均匀的等离子体束流。

【总页数】3页(P226-228)
【关键词】电子回旋共振;等离子体源;空间电离层;飞行器;环境模拟器;空间环境;模拟实验
【作者】吕庆敖;任兆杏;梁荣庆;程绍玉
【作者单位】中国科学院等离子体物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V524.3;O53
【相关文献】
1.微波ECR等离子体源增强非平衡磁控溅射DLC膜的制备与表征 [J], 李新;唐祯安;邓新绿;徐军;张虹霞;杨梅
2.用于涂镀金属管内表面的同轴ECR等离子体源 [J], 朱笑非
3.关于强流ECR质子源氢等离子体发射光谱的诊断研究 [J], 冯哲;张小章;刘占稳;赵红卫
4.探针校准用ECR等离子体源特性试验研究 [J], 邓星亮;郎昊;刘展;张书锋;贾军伟;柴昊;王斌;高婷;李鹏;崔爽;李峥
5.ECR-RF双功率源等离子体化学气相沉积制备类金刚石薄膜的研究 [J], 桑利军;陈强
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