Articles techniques et présentations

气体传感器在公共安全、环境监测等领域得到了广泛的应用。其中，电离气体传感器因其响应速度快、灵敏度高等优点而受到青睐。然而，电离气体传感器的应用面临着降低工作电压和减小器件尺寸等要求。因此，微纳尺度下的电离气体传感器的研究日益受到关注。本文利用COMSOL 的等离子体模块对大气压下微纳尺度针-板结构的负直流电晕放电的电学特性和放电等离子体特性进行了建模仿真。研究了电极结构、环境因素等对微纳尺度下负电晕放电发展过程和特性的影响。所得结论对微尺度电离气体传感器的优化设计具有一定的参考意义。 En savoir plus

绝缘子是高压直流输电系统中的关键组件，对电力安全输送具有至关重要的作用。为保障电力系统安全稳定运行、防止绝缘子劣化和闪络，本研究针对高湿度低盐环境及高灰密低盐密低污染环境下绝缘子表面颗粒的异常放电现象，通过COMSOL Multiphysics建立绝缘子运行和颗粒放电模型，采用流体-等离子体化学反应混合模型，对附着水膜的盐颗粒及下小雨时中性颗粒引起的微观放电进行了数值模拟，分析了颗粒间的电位差与放电时的电子运行特征。研究结果表明：绝缘子表面只存在中性颗粒而无导电污染颗粒时，输电线本身产生的离子流在水滴的作用下充当了绝缘子表面的导电层 ... En savoir plus

我们分别使用一个 2D 等离子体射流模型和一个 1D 放电模型来研究了脉冲等离子体射流中 OH 自由基的产生机理。对处于空气环境下的等离子体射流，我们发现产生 OH 自由基的反应主要有 H2O 的电子碰撞电离，H2O+ 的电子中和以及 H2O 被 O（1D）分解。其中 H2O 的电子碰撞电离所占比例最大。工作气体中额外的 N2，O2，空气和 H2O 使得管外的 OH 自由基密度有了少量提升，这也是由Penning电离产生的更多的电子引起的。另一方面，所增加的 O2 和 H2O 也大大增加了管内 OH 的密度，这分别是由于O（1D）浓度和 H2O 浓度的上升。在脉冲关闭时 ... En savoir plus

随着钛合金、镍基高温合金、金属间化合物等新材料的广泛应用，其本身高强高硬、高温性能优异等特点对传统切削加工带来了刀具寿命的挑战。为此，放电加工如电火花加工、电弧加工等非接触式加工得到了越来越广泛的应用。放电加工利用高温等离子体熔化甚至汽化工件，形成蚀坑达到材料去除的目的。为了评估放电加工对工件材料的影响，本模型以钛合金的电弧放电为例，利用COMSOL的传热模块和固体力学模块为基础，搭建了单次放电材料蚀除过程和残余应力预测模型，模型在传热模块中考虑了材料的物态变化。模型通过变形几何模块，用热量驱动边界移动，模拟等离子体加热熔化汽化材料的过程 ... En savoir plus

为了探究新型环保气体中流注的产生机理和发展过程，为局部放电的光学检测和可靠诊断提供理论基础，通过 COMSOL 仿真直流电压下 C4F7N/CO2 混合气体中针板模型一次流注到 二次流注的放电过程，将电子和离子的产生与运动通过连续性方程进行表示，获得流注发展过程中电场的变化规律和光通量的密度分布。仿真结果表明，当一次流注头部靠近阴极时，光通量将呈指数增长；随后空间电荷将迅速地重新分配，阴极处的电子将通过流注通道进入阳极，一次流注的等离子体鞘层被破坏，流注体内部的电场上升；随着通道的导电性降低，电荷重新分配结束，二次流注开始向阴极发展。二次流注与一次流注相比 ... En savoir plus

为抑制离子轰击靶材，提高亚稳态原子密度而提出了离子筛选 ICP（I-F ICP）设备，可以有效地抑制带电粒子到达靶材表面，亚稳态原子与电子/离子数量比值明显提高，有助于 CVD 工艺中靶材表面的活化。本文通过 COMSOL Multiphysics® 中耦合等离子体和流场接口对 I-F ICP 腔室建模仿真，腔室结构见图1，应用氩气放电仿真研究了离子筛网的过滤效果。首先对比有无耦合流场的结果，结果显示了耦合流场仿真的必要性。用等离子体场与流场耦合计算，等离子体场为流场提供流体的特性参数密度和动力学粘度系数，流场接口为等离子体接口提供速度场和决定压力等参数并提供进、出气口 ... En savoir plus

在过去的二三十年中，液体燃烧电弧被用来制造纳米碳结构。该方法利用电弧空间中存在的碳蒸气作为电极腐蚀的结果，在存在高温梯度的区域迅速冷却时形成碳纳米管和富勒烯。碳结构的形成速率和结构取决于等离子体环境和形成机制两个方面。目前的研究工作，等离子体环境的形成和从电极表面的碳蒸气的传输是用二维电弧模型计算研究的。利用流动气液界面的传热来确定水的蒸发速率，考虑到电弧辐射对水蒸发的贡献以及碳和水蒸气之间的化学反应。此项研究使用 COMSOL Multiphysics 等离子体模块及传热模块。 En savoir plus

基于磁流体动力学与Maxwell方程组，建立微束等离子弧焊电弧的二维轴对称模型，应用COMSOL软件进行求解计算，得到了微束等离子弧焊的电弧温度场、流场、电流密度、电弧所受洛伦兹力以及工件表面电弧压力分布情况，并通过实验所拍摄的电弧形态对模拟的温度场加以验证。结果表明微束等离子弧焊电弧温度、等离子体速度与电弧所受洛伦兹力具有相同的变化趋势，均从阴极到阳极先增大后减小，从电弧中心逐渐向四周降低，最大值出现在喷嘴内部中心区域；电弧电流密度在阴极下端面取得最大值，在工件上表面取得最小值，且从阴极到阳极减小速度呈一个先减小后增大再减小的趋势；电弧压力与等离子体流速径向变化相同 ... En savoir plus

线板电极结构是电晕放电装置中一种常见的结构，但是其电晕放电的发展过程却一直不清楚。本文利用comsol中的等离子化学模块，对大气压条件下空气介质中线板电极的负电晕放电发展过程进行了仿真研究。在仿真模型中，高压电极为线电极，板电极为地电极，模型包含了12中粒子之间的26种反应，其涵盖了典型的弹性碰撞，碰撞电离，电荷转移，复合反应，附和与解离反应。最终的仿真结果显示，在电晕放电发展初期存在一个脉动过程，等离子体以脉冲的形式向地电极扩展。当电晕处于稳态时，在高压电极处是以O4+为主的阳离子，在远离高压电极处的地方以O2-及O-等阴离子为主 ... En savoir plus

利用高压电容器对单匝线圈放电是产生脉冲强磁场的技术之一，其电路模型简单，可以等效成RLC串联电路，但过程复杂，涉及电磁学、力学、热学、等离子体科学等众多学科。本文分析了其具体过程，并利用 COMSOL Multiphysics® 仿真平台进行了模拟，建立了二维和三维单匝线圈模型，重点研究了线圈的动态特性对磁场分布的影响，并对比了其结果和模型准确性；然后，讨论了线圈的尺寸和所产生磁场的关系；最后通过实验验证了仿真模型的准确性，为今后的相关科学研究奠定了基础。 En savoir plus