一种考虑电磁波驱动效应的等离子碰撞频率分段计算方法

针对高速飞行器等离子鞘套碰撞频率的经验公式忽略电子-带电粒子碰撞以及电磁波对粒子碰撞的驱动效应对碰撞频率计算的影响问题,提出了一种考虑电磁波驱动效应的碰撞频率分段计算方法.该算法以等离子动力论为基础,综合考虑了电子-中性粒子碰撞、电子-带电粒子碰撞以及电磁波驱动效应对碰撞频率计算的影响,定义了一种新参数—–电离热运动比来判断两类碰撞对碰撞频率计算的影响程度,并根据这一参数值的大小分段计算碰撞频率.理论分析和仿真结果表明:所提出的算法在电离热运动比大于5时比经验公式更接近碰撞频率的真实情况,有助于高速飞行器等离子鞘套碰撞频率的计算和诊断以及电波传播特性的计算.     

非磁化等离子体中的电子碰撞频率

电子碰撞频率是非磁化等离子体的一个重要参数,它对等离子体与电磁波相互作用的性质具有较大影响。基于产生等离子体的气压条件不同,其电子碰撞频率具有较大变化范围。研究了它对非磁化等离子体吸波能力的影响,得出了当电子碰撞频率与等离子体频率和入射波频率相当时,等离子体对电磁波具有较大吸收的结论,给出了对应于最大吸收的最佳碰撞频率值。分析了通过选择放电气体来调整等离子体的电子碰撞频率。     

气体分子碰撞频率和平均自由程的推导

在讨论气体的输运现象时,必须考虑分子的碰撞,分子的碰撞频率Z和平均自由程λ是分析碰撞问题的两个重要概念.为了计算Z和λ,许多教科书都设想跟踪一个分子,并设其以平均相对速率u运动,这样就可以认为其它分子都静止不动[1].碰撞频率Z为 Z=σun=2nπd2v,(1)式中,σ:分子的碰撞截面面积; n:分子的数密度; d:分子的有效直径; υ:分子的平均速率.同时指出u=2　υ可以用麦克斯韦速度分布律给予证明.在上述假设下进行的推导,虽然比较简单,但u=2υ证明较繁.本文试企用麦克斯韦速率分布律从一个新的角度过气体分子碰撞频率和平均自由程公式进行推…     

优化封离型CO2激光工作气体的动力学机理研究

详细讨论了封离型CO2激光器中CO2,N2和He三混合气体含量被优化组合后的激光动力学机理.气体优化可以提高激光输出功率的主要机理是通过适当增加N2含量,使N2激发态与CO2激光上能级的碰撞频率增加,提高了激光能级粒子数密度和相对布居数.同时,适当减少CO2含量,使总的电子动量输运碰撞频率减小、放电电流增大,导致增加激光上转动能级的弛豫速率和减小能级寿命,从而提高了谐振腔内的激光饱和光强.     

磁场对直流辉光放电阴极鞘层中电子输运过程的影响

采用MonteCarlo模拟方法研究了磁场对直流辉光放电阴极鞘层中电子输运过程的影响.磁场垂直于阴极鞘层中电场的方问.模型中,电子与中性粒子的碰撞过程有三种(弹性碰撞;激发碰撞和电离碰撞).电子的自由飞行步长由电子与中性粒子的碰撞频率来决定.计算了电子的密度分布,电子与中性粒子的非弹性碰撞速率,以及电子能量和电子通量分布等.结果表明,横向磁场能在一定程度上改变直流放电中电子的输运过程.磁场中电子与中性粒于的非弹性碰撞速率被增强,这一结果与实验结果符合较好.     

Hall推力器内饱和鞘层下电子与壁面碰撞频率特性

利用二维粒子模拟方法研究Hall推力器内电子与壁面的碰撞频率.研究发现,饱和鞘层状态下的电子与壁面的碰撞频率较经典鞘层下大大增加,甚至高出经典鞘层状态下电子与壁面碰撞频率两个数量级,这样饱和鞘层状态下电子与壁面的碰撞频率对近壁电流的贡献将不容忽略.进一步分析造成饱和鞘层状态下电子与壁面碰撞频率增加的原因后认为,饱和鞘层状态下电子与壁面碰撞频率的增加是鞘层电势降过低和壁面发射的二次电子回流造成的. 关键词： 饱和 鞘层 碰撞 频率     

磁场对直流辉光放电阻极鞘层中电子输运过程的影响

采用Ｍｏｎｔ－Ｃａｒｌｏ模拟方法研究了磁场对直流辉放电阴极鞘层中电子输运过程的影响，磁场垂直于阴极鞘层中电场的方向，模型中，电子与中性粒的碰撞过程有三种。电子的自由飞行步长由电子与中性粒子的碰撞频率来决定，计算了电子的密度分布，电子与中性粒的非弹性碰撞速率，以及电子能量和电子通量分布等，结果表明，横向磁场能在一定程度上改变直流放电中电子的输运过程，磁场中电子与中性粒子的非性弹碰撞速率被增强，这一结     

轰击阴极的重粒子能量分布

采用蒙特卡罗模拟对氮辉光放电等离子体中轰击极阴的重粒子（N2^ ,N^ ,Nf及N2f）能量分布随放电参数的变化规律进行了研究。结果表明：阴极臂前诸粒子的能量分布取决于粒子被加速的能量和碰撞频率,能量较低的快原子Nf的密度比高能粒子N^ 的密度最近两个量级。在活性氮粒子（N^ ,Nf）产率最高的放电条件下,适当降低放电气压,提高阴极位降和气体温度,有利于两种活性氮粒子（N^ ,Nf）达到阴极。     

气体分子碰撞的模型无关分析

本文纯粹基于统计平均的思想,模型无关分析导出了气体分子的碰壁数和平均碰撞频率.     

霍尔推进器中振荡鞘层对电子与壁面碰撞频率的影响研究

利用二维粒子模拟方法研究振荡鞘层对近壁电导的影响.研究结果表明,当二次电子发射系数大于1时,鞘层处于振荡状态.在振荡鞘层状态下,电子与壁面的碰撞通量沿平行与壁面方向剧烈的周期性振荡,振荡的波长为电子静电波波长量级,电子与壁面的碰撞频率高出经典鞘层状态下电子与壁面碰撞频率1—2个数量级,此时的碰撞频率对通道中电流的贡献不可忽略.振荡鞘层相对与经典鞘层增大了电子与壁面的碰撞频率,但是振荡鞘层的存在,仍然会使一部分慢电子无法穿越鞘层的势垒而打到壁面. 关键词： 霍尔推进器 振荡鞘层 二次电子     

A mechanical model of Brownian motion in half-space

We consider the motion of a heavy mass in an ideal gas in a semi-infinite system, with elastic collisions at the boundary. The motion is determined by elastic collisions. We prove in the Brownian motion limit the convergence of the position and velocity process of the heavy particle to a diffusion process in which velocity and position remain coupled.     

喷动床气固流动特性的三维CFD-DEM数值模拟

开展了柱锥形气固流动特性的CFD-DEM耦合三维数值模拟研究。气相场采用基于欧拉坐标体系的k-ε双方程湍流模型,固相场采用基于拉格朗日坐标体系的DEM直接数值模拟方法,跟踪离散颗粒场的每一个颗粒,考虑颗粒与颗粒(壁面)之间的碰撞力、曳力、重力、Magnus升力、saffman升力。颗粒之间的碰撞采用Hertz-Mindlin无滑移模型计算。模拟对象为柱锥形喷动床,其直径为0.152 m,喷口直径为0.019 m,模拟颗粒数22万,探讨了喷动床中射流随时间的发展,不同气速下床内气固流动结构,以及颗粒速度与颗粒浓度的分布,并与实验数据进行了对比。     

循环床内气固两相流中稠密颗粒间碰撞的数值模拟

循环床内部的流动属于复杂不均匀的稠密气固两相流，稠密颗粒间的相互作用是影响颗粒运动和浓度分布的不可忽视的重要因素。本文采用直接模拟Monte－Carlo算法（DSMC算法）来模拟颗粒间的相互碰撞过程，并与随机轨道模型结合起来综合考虑湍流和颗粒碰撞对颗粒运动和浓度分布的影响，模拟结果预报了床内分层流动结构和颗粒在稀相区的不均匀分布，计算结果与实验定性符合。     

环境气体种类对激光烧蚀粒子速度劈裂的影响

采用蒙特-卡罗(Monte Carlo)方法, 模拟了激光烧蚀粒子输运动力学过程, 在环境气体压强为100 Pa的情况下, 研究了环境气体种类(He, Ne, Ar和假想气体等)对烧蚀粒子速度劈裂的影响. 研究结果表明, 在四种环境气体中传输的烧蚀粒子均出现了速度劈裂现象, 形成速度劈裂所需时间按He, Ne, 假想气体和Ar的次序减小. 还研究了环境气体分子的质量和半径对烧蚀粒子速度劈裂的影响, 形成速度劈裂所需时间随环境气体分子半径(或质量)增大而减小. 在假想气体中, 两速度峰强度相等时的强度最小. 结合欠阻尼振荡模型和惯性流体模型, 对劈裂的形成时间进行了解释. 所得结论可为进一步定量研究纳米晶粒生长机理提供基础.     

Effect of collisions on spectral lines in gases

Collisions between an emitter and the surrounding buffer gas particles influence the emission lines. A collision may perturb the emitter in its excited and ground states, cause direct transitions between the levels, and at the same time, change the velocity of the emitter. In this paper, we present a model which deals for the first time with all these effects when they occursimultaneously in each collision. The model assumes the emitter to be subject to random collisions by the surrounding gas particles which are taken to constitute a heat bath in thermal equilibrium. The collisions are assumed to be binary, instantaneous, and to occur with a probabiity given by the Poisson distribution. These assumptions are shown to be equivalent to the widely used impact approximation in the collision broadening theory. We discuss several special cases of the general result for the line shape obtained in the paper.     

聚合物充填过程中裹气现象的数值模拟

针对聚合物充填过程中的裹气现象,采用一种有限元（FEM）-间断有限元（DG）耦合算法对其进行数值模拟。对于自由运动界面,采用水平集（Level Set）方法进行捕捉;用XPP（eXtended Pom-Pom）本构模型来描述黏弹性流体的流变行为。采用有限元-间断有限元耦合算法求解统一的流场方程,并采用隐式间断有限元求解XPP本构方程、Level Set及其重新初始化方程。数值结果与文献中的实验结果及模拟结果吻合较好,验证了数值方法的稳定性及准确性。分析带有非规则嵌件型腔内,注射速度及浇口尺寸对裹气现象的影响,裹气容易出现在较高注射速度及较小浇口的情形。     

等直径微液滴碰撞过程的改进光滑粒子动力学模拟

运用一种改进光滑粒子动力学(SPH)方法模拟了相溶和不相溶两种情况下的等直径微液滴碰撞动力学过程. 为提高传统SPH方法的数值精度和稳定性, 采用一种不涉及核导数计算的核梯度改进形式; 为处理液滴界面张力采用修正的van der Waals表面张力模型. 通过模拟牛顿液滴碰撞聚并变形过程并与相关文献或试验结果进行对比, 验证了改进SPH 方法模拟微液滴碰撞过程的可靠性. 随后, 研究了基于van der Waals模型相溶聚合物微液滴碰撞聚并变形过程及不相溶微液滴碰撞后的反弹、分离过程, 讨论了碰撞过程中碰撞速度、碰撞角度、密度比等参数对碰撞变形过程的影响, 分析了流体桥、旋转角度等因素的变化情况. 关键词： 光滑粒子动力学 微液滴 聚合物液滴 碰撞     

一种补偿时间步长限制的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模型

 从碰撞次数的概率分布出发,推导出一种补偿蒙特卡罗碰撞模型,采用以正态分布计算得到的平均碰撞次数作为碰撞概率,来补偿传统方法中忽略的多次碰撞。通过模拟不同折合电场强度条件下He气放电产生电子的运动规律,验证了补偿蒙特卡罗碰撞模型的正确性。计算结果表明:补偿蒙特卡罗碰撞模型可以有效地提高计算效率,特别适用于高气压气体放电现象的粒子模拟。     

Cq+(q=1-4)与He,Ne,Ar碰撞的电子损失截面测量与研究

在中能区测量了C^q+(q=1-4)与He,Ne,Ar气体原子碰撞的电子损失截面,计算分析了入射离子损失两个电子与一个电子的总截面比 R₂₁. 单反应道分析无法完全解释所有实验结果,必须同时考虑入射离子的电子损失、电子俘获和靶原子电离各种出射道间的耦合作用. 对于不同靶原子的碰撞,入射离子损失一个电子和两个电子的速度阈值可以由屏蔽和反屏蔽理论解释. 然而,该理论不能完全解释截面比 R₂₁ 关键词： 离子-原子碰撞 截面 电子损失     

甲烷/氧气层流反扩散火焰形态及滞后特性研究

对空气气氛中甲烷/氧气反扩散火焰的形态和推举滞后特性进行了实验研究. 实验中通过改变气体流量考察了气速变化对火焰形态演变及滞后特性的影响, 并利用紫外相机系统研究了气速对不同形态火焰中OH^*分布的影响. 研究结果表明: 甲烷气速、氧气气速和火焰的历史状态是决定火焰形态的三个重要参数, 并以此对实验范围内的火焰形态进行了分区; 氧气气速对不同形态反扩散火焰轴线上的OH^*分布有相似的影响, 当氧气缺乏时, 反扩散反应区较短, 当氧气富余时, 反扩散反应区在轴向分布较广; 同轴甲烷的气速对反扩散火焰的滞后特性影响显著, 随着甲烷气速的增加, 反扩散火焰的推举速度和再附着速度呈线性减小, 部分预混火焰向反扩散火焰转变的速度呈线性增加.