双温度氦等离子体输运性质计算

获得覆盖较宽温度和压力范围内的等离子体输运性质是进行等离子体传热和流动过程数值模拟的必要条件.本文采用Saha方程计算等离子体组分, 采用基于将Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法, 计算获得了电子温度(T_e)不等于重粒子温度(T_h)的情形下, 在300 K到40000 K的温度范围内氦等离子体的黏性、热导率和电导率. 研究结果表明压力和热力学非平衡参数(θ =T_e/T_h)对氦等离子体的输运性质有较大的影响. 在局域热力学平衡条件下,计算获得的氦等离子体输运性质和文献报道的数据符合良好.     

双温度氩-氮等离子体热力学和输运性质计算

获得覆盖较宽温度和压力范围内的等离子体热力学和输运性质是开展等离子体传热和流动过程数值模拟的必要条件.本文通过联立Saha方程、道尔顿分压定律以及电荷准中性条件求解等离子体组分;采用理想气体动力学理论计算等离子体热力学性质;基于Chapman-Enskog方法求解等离子体输运性质.利用上述方法计算了压力为0.1, 1.0和10.0 atm (1 atm=101325 Pa),电子温度在300—30000 K范围内,非局域热力学平衡(电子温度不等于重粒子温度)条件下氩-氮等离子体的热力学和输运性质.结果表明压力和非平衡度会影响等离子体中各化学反应过程,从而对氩-氮等离子体的热力学及输运性质有较大的影响.在局域热力学平衡条件下,计算获得的氩-氮等离子体输运性质和文献报道的数据符合良好.     

氙等离子体输运性质计算

采用基于将Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法计算获得了温度范围在300—40000 K,不同压力条件下氙等离子体的黏性、热导率和电导率.热力学平衡条件下的计算结果与文献报道的实验和计算结果符合良好,验证了计算方法和结果的合理性与准确性.在此基础上,计算获得了电子温度(T e)不等于重粒子温度(T h)的热力学非平衡和化学平衡条件下氙等离子体的输运性质,并分析了输运性质随压力和热力学非平衡程度变化的原因.     

局域热力学平衡态空气电弧等离子体输运参数计算研究

空气电弧等离子体的物性参数为空气电弧放电过程的仿真提供了可靠的微观理论基础和参数输入. 假定体系处于局域热力学平衡态, 基于Chapman-Enskog理论, 采用Sonine多项式三级展开(对黏滞系数采用二级展开) 得到的输运参数表达式, 数值计算得到了不同气压条件下(0.1 atm-20 atm, 1 atm = 1.01325×10⁵ Pa)、 不同温度范围内(300-30000 K) 空气电弧等离子体的输运参数(扩散系数、黏滞系数、热导率、电导率). 与以往的理论研究相比, 最新的相互作用势和碰撞截面研究成果被应用到涉及粒子的碰撞积分计算中, 提高了输运参数计算结果的精度和可靠性.     

部分电离金属钛和银等离子体输运性质的计算

金属等离子体的组分为计算热力学、光学和辐射输运特性研究提供了基本的输入参数.为获得此参数,本文用部分电离等离子体模型,在考虑金属发生三次电离,以及电子与中性粒子的极化作用、离子与离子之间、电子与离子之间、电子与电子之间库仑相互作用下,计算得到了等离子体组分,进而用线性响应理论计算了金属钛和银的电导率.并与已有的实验数据进行了比较,验证了模型的可靠性.在此基础上进一步预测了密度在0.001—2.0 g/cm³、温度在1.5×10⁴—2.5×10^{4关键词： 等离子体 线性响应理论 电离度 输运系数}     

氩-碳-硅等离子体热力学性质和输运系数计算

计算了广温度范围(300—30000 K)和广压力范围(0.1—10 atm, 1 atm=101.325 k Pa)下,不同混合物比例、碳和硅蒸气浓度的局域热力学平衡(LTE)和化学平衡(LCE)的氩-碳-硅等离子体组分、热力学性质和输运系数.等离子体气相平衡组分使用质量作用定律计算,同时凝聚相组分采用相平衡的方法计算.输运系数的计算包括黏度、电导率和热导率,使用拓展到高阶近似的Chapman-Enskog方法.采用文献中较新的数据得到了较为准确的碰撞积分,导出了Ar-C-Si等离子体的输运系数.结果表明,在相变温度以下,凝聚态物种的引入导致Ar-C-Si等离子体的热力学性质、输运系数与纯Ar等离子体接近,在相变温度点则会产生不连续点.压力、碳/硅蒸气浓度和比例对等离子体热力学性质和输运系数具有较大影响.最终计算值与文献数据对比符合良好,有望为氩-碳-硅等离子体传热流动数值模拟提供基础数据.     

惰性气体输运性质的理论计算

利用惰性气体原子间相互作用势,系统计算了5种惰性气体的输运系数,包括第二维里系数B、扩散系数D、热传导系数λ、黏滞系数η和热扩散因子αT的计算.从输运性质的计算证明了TangToennies势模型的准确性. 关键词： 惰性气体 TangToennies势模型 输运系数 计算     

等离子体欧姆加热能量输运问题的数值计算

本文在有限差分方法１－２的基础上，应用循环迭代方法，成功地求解一组非线性抛物型偏微分方程。解决了托卡马克等离子体欧姆加热能量输运的数值计算问题，所获得的结果与理论分析一致。     

大气压空气等离子体羽的振动温度研究

利用三电极介质阻挡放电装置,在大气压空气中产生了较大体积的等离子体羽。采用光学方法对该等离子体羽的特性进行了研究。发现随着外加电压峰值增加,每个外加电压周期的放电脉冲个数增加。通过采集等离子体羽的发射光谱,空间分辨地研究了放电等离子体羽的振动温度。结果表明等离子体羽的振动温度随着外加电压峰值的增加而减小;随着远离喷嘴的距离的增加,等离子体振动温度先增加后减小,当距离喷嘴5.4 mm时振动温度达到最高值。对上述现象进行了定性分析。研究结果对大气压空气等离子体羽在杀菌消毒等领域的应用具有重要意义。     

硅纳米结点电子输运性质的计算

运用第一性原理密度泛函理论结合非平衡格林函数方法,对3个Si原子构成的直线链耦合在Au(100)面形成的三明治结构的纳米结点的电子输运进行计算.结果得到结点电导随距离的变化,当d_z=1.584 nm时,结合能最小,结构最稳定,此时Si-Si键长为0.216 nm,Si-Au键长为0.227 nm,电导为0.729 G₀(G₀=2e²/h),其电子传输通道主要由Si原子的p_x、p_y轨道电子构成;随着外电压的增大,结点的电导减小,而其I-V曲线表现出线性特征.     

有机分子电子输运性质的计算与分析

从第一性原理出发,采用杂化的密度泛函理论和弹性散射格林函数法,计算有机分子4,4'-二巯基二苯醚分子的电子结构并研究其电子输运性质.计算结果表明,电场对分子系统电子结构有明显的影响,电流、电导表现为非线性变化,与不考虑电场作用时相比,更为接近实验结果.     

超越阿贝尔优势近似和色等离子体的输运系数计算

给出了一种超越阿贝尔优势近似求解夸克胶子等离子体输运方程的方法，并用它计算了夸克、反夸克等离子体的输运系数，讨论了输运系数的非阿贝尔修正．     

不同退火温度下晶化硅薄膜的电学输运性质

采用等离子体化学气相沉积技术制备氢化非晶硅薄膜,经过不同温度下的热退火处理,使薄膜由非晶结构向晶化结构转变,得到含有纳米晶粒的晶化硅薄膜.在晶化过程中,采用Raman技术对样品的结构进行表征.通过变温电导率的测试,对薄膜的电学输运性质进行了分析.研究结果表明：退火温度为700 ℃时,样品中开始有纳米晶形成,随着退火温度的增加,样品的晶化比增大,在1000 ℃时,薄膜的晶化比达到90%以上.在700 ℃退火时,薄膜中晶化成分较低,载流子的传输特性主要受到与硅悬挂键有关的缺陷态影响,表现为带尾定域态的跳跃电导 关键词： 氢化非晶硅 退火 纳米硅 电输运     

GaxIn1-xN输运性质的温度特性的数值模拟

利用多粒子Monte Carlo方法对含位错GaxIn1-x材料的输运性质进行了研究,计算表明材料的漂移速度随温度升高而降低,InN的漂移速度的温度特性优于GaN.GaN和InN的迁移率在相同温度范围内随温度的变化趋势不同,同时位错密度对材料迁移率的温度特性影响较大.     

Au-Si-Au结点电子输运性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法对Au(100)-Si-Au(100) 系统左侧对顶位、右侧对空位的纳米结点的电子输运性质进行了理论模拟计算, 结果得到纳米结点的电导随电极距离(d_z)增大而减小. 在d_z =9.72 Å时, 结点的结合能最低, 结构最稳定, 此时电导为1.227G₀ (G₀=2e²/h), 其电子输运通道主要是Si原子的p_x, p_y和 p_z轨道电子形成的最高占居轨道共振峰; 在外偏压下, 电流-电压曲线表现出线性特征; 随着外加正负电压的增大, 电导略有减小, 且表现出不对称性的变化. 关键词： 硅原子 电子输运 密度泛函理论 非平衡格林函数     

流注放电低温等离子体中电子输运系数计算的蒙特卡罗模型

流体或者粒子-流体混合数值仿真是研究流注放电基本物理机制的常用手段,而精确的电子输运系数是保证其仿真正确性的必要前提.鉴于现有电子输运系数求解工具存在一定缺陷,本文开发了采用蒙特卡罗方法求解低温等离子体中电子输运系数的仿真工具,测试表明其准确性和精确度均较高.研究了氮氧气体混合比及大气压下三体碰撞吸附对电子输运系数的影响.氮气中流注放电仿真表明,流体仿真中采用本模型改进后的电子输运系数可显著改善流注通道内部的等离子体参数分布.     

非平衡态Ti-H等离子体发射光谱的双温度诊断研究

单次脉冲工作的真空弧离子源,采用金属钛吸附氢形成的Ti-H固溶体作阴极,生成的等离子体同时包含金属钛和氢的成分,且在径向、横向以及时间尺度上都存在梯度,整个体系处于非平衡状态,不能用一个统一的温度来描述。假设由电子组成的子系统和由其他重粒子组成的子系统分别达到平衡,即Ti-H等离子体由电子温度和重粒子温度两个温度来描述,为双温度等离子体。采用Culdberg-Waage解离方程和Saha电离方程分别对系统中的分子解离和原子电离过程进行描述,结合等离子体电荷准中性条件,同时引入原子发射光谱这一无干扰的等离子体诊断方法,对Ti-H等离子体的温度和粒子数密度进行诊断。在MATLAB环境下,同时考虑金属Ti原子和一价Ti离子的电离,计算结果显示：根据谱线的斯塔克展宽确定的电子密度进行计算,除重粒子温度和氢气分子的数密度之外,其他的参数均可得到较准确的诊断结果;电子密度数值的准确性对计算结果有很大的影响;如果能够在计算之前确定重粒子温度,则可对Ti-H等离子体的温度和粒子数密度进行准确的定量分析。     

双温度通道电弧等离子体二维数值模拟

本文对圆形通道内双温度等离子体的传热与流动特性进行了二维数值模拟,研究中假定体系处于局域化学平衡态,但电子温度不等于重粒子温度,需分别用各自的守恒方程求解．采用数值实验的方法对电子-重粒子非弹性碰撞过程进行了研究,计算结果表明,数值模拟中对非弹性碰撞过程不同的处理方法(α的不同取值)会影响计算预测的等离子体特性．α的合适数值,需要在今后的研究工作中进一步将计算结果与实验测量结果比较来加以确定。