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沿面闪络流体模型电离参数粒子模拟确定方法

董烨 董志伟 周前红 杨温渊 周海京

沿面闪络流体模型电离参数粒子模拟确定方法

董烨, 董志伟, 周前红, 杨温渊, 周海京
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  • 介绍了粒子模拟确定高功率微波介质沿面闪络击穿流体模型相关电离参数的方法. 对粒子模拟方法(包括带电粒子动力学方程、次级电子发射以及蒙特卡罗碰撞模型)和流体整体模型方法(包括连续性方程和能量守恒方程)做了简介. 基于自编的1D3V粒子模拟-蒙特卡罗碰撞程序给出了在高(低)气压、不同气体种类以及不同微波场强和微波频率下流体模型电离参数的粒子模拟结果,包括电离频率、击穿时间、平均电子能量、电子能量分布函数类型. 研究结果表明:平均电子能量与电子能量分布函数类型关系不大;中低气压下,电子能量接近Maxwell分布,电子能量分布函数类型对电离参数几乎没有影响;中高气压下,电子能量分布函数类型对电离参数有重要影响,其依赖系数X趋于高阶形式. 不同气体的电子能量分布函数类型不同,需要利用粒子模拟对电子能量分布函数类型进行标定. 同时,电子能量分布函数依赖系数与微波场强和频率也有关系,其随微波场强增加而增大,随微波频率增加而减小. 在给定考察范围(微波场强在7 MV/m以下,微波频率在40 GHz以内),中低气压下,平均电子能量随微波场强增加而迅速增大,电离频率随微波场强增加先增大后降低,平均电子能量随微波频率增加而降低,电离频率随微波频率增加先增加后降低;高气压下,平均电子能量随微波场强增加而缓慢增大,电离频率随微波场强增加而增大,微波频率对平均电子能量和电离频率影响不大.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2013CB328904)、国家自然科学基金(批准号:11305015,11105018,11371067,61201113)和中国工程物理研究院科学技术发展基金(批准号:2012B0402064,2009B0402046)资助的课题.
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    Barker R J, Schamiloglu E 2001 High-Power Microwaves Sources and Technologies (New Jersey: IEEE Press) pp325–375

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    Neuber A A, Edmiston G F, Krile J T, Krompholz H, Dickens J C, Kristiansen M 2007 IEEE Trans. Magn. 43 496

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    Kim H C, Verboncoeur J P 2005 Phys. Plasmas 12 123504

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    Kim H C, Verboncoeur J P 2007 IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 14 766

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    Nam S K, Verboncoeur J P 2008 Appl. Phys. Lett. 93 151504

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-10-28
  • 修回日期:  2013-11-28
  • 刊出日期:  2014-03-20

沿面闪络流体模型电离参数粒子模拟确定方法

  • 1. 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2013CB328904)、国家自然科学基金(批准号:11305015,11105018,11371067,61201113)和中国工程物理研究院科学技术发展基金(批准号:2012B0402064,2009B0402046)资助的课题.

摘要: 介绍了粒子模拟确定高功率微波介质沿面闪络击穿流体模型相关电离参数的方法. 对粒子模拟方法(包括带电粒子动力学方程、次级电子发射以及蒙特卡罗碰撞模型)和流体整体模型方法(包括连续性方程和能量守恒方程)做了简介. 基于自编的1D3V粒子模拟-蒙特卡罗碰撞程序给出了在高(低)气压、不同气体种类以及不同微波场强和微波频率下流体模型电离参数的粒子模拟结果,包括电离频率、击穿时间、平均电子能量、电子能量分布函数类型. 研究结果表明:平均电子能量与电子能量分布函数类型关系不大;中低气压下,电子能量接近Maxwell分布,电子能量分布函数类型对电离参数几乎没有影响;中高气压下,电子能量分布函数类型对电离参数有重要影响,其依赖系数X趋于高阶形式. 不同气体的电子能量分布函数类型不同,需要利用粒子模拟对电子能量分布函数类型进行标定. 同时,电子能量分布函数依赖系数与微波场强和频率也有关系,其随微波场强增加而增大,随微波频率增加而减小. 在给定考察范围(微波场强在7 MV/m以下,微波频率在40 GHz以内),中低气压下,平均电子能量随微波场强增加而迅速增大,电离频率随微波场强增加先增大后降低,平均电子能量随微波频率增加而降低,电离频率随微波频率增加先增加后降低;高气压下,平均电子能量随微波场强增加而缓慢增大,电离频率随微波场强增加而增大,微波频率对平均电子能量和电离频率影响不大.

English Abstract

参考文献 (18)

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