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介质表面高功率微波击穿中释气现象的数值模拟研究

蔡利兵 王建国

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介质表面高功率微波击穿中释气现象的数值模拟研究

蔡利兵, 王建国

Numerical simulation of outgassing in the breakdown on dielectric surface irradiated by high power microwave

Cai Li-Bing, Wang Jian-Guo
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  • 建立了一个简单的高功率微波(HPM)介质表面击穿释气模型,并采用PIC(partiele-in-cell)-MCC(Monte Carlo collisions)方法,通过自行编写的介质表面击穿数值模拟程序对不同释气条件下的介质表面HPM击穿过程进行了数值模拟研究,得到了击穿过程中电子数量等的时间图像和不同释气速度下的击穿延迟时间.模拟结果表明,对于具有一定时间宽度的HPM脉冲,当介质表面气体脱附速度较小时,由于介质表面气体层形成太慢而不会发生击穿;只有当脱附速度大于一定值时,击穿才会发生且击穿延迟时间在一定范围内随着脱附速度的增加而缩短.最后,将数值模拟得到的介质表面HPM击穿数据,与单极性表面击穿的实验诊断图像进行了对比,两者的发展趋势符合很好.
    A simple outgassing model for dielectric surface breakdown due to the high power microwave (HPM) irradiation was establised. By using the PIC (particle-in-cell)-MCC(Monto Carlo collisions) method, the numerical simulation program of the dielectrics surface breakdown was developed, and the simulation of breakdown for different outgassing speeds was performed. The temporal evolution of the electron number and delay time of the process of breakdown in the case of different outgassing speeds were obtained. The numerical results show that when the speed of outgassing is small, the breakdown does not occur for an HPM pulse of a given duration, because the formation of the gas layer on the dielectric surface is slow. When the speed of outgassing is greater than a certain value, the breakdown occurs and the breakdown delay time shortens with the gas desorption rate increasing in a certain range. Finally, the numerical simulation results were compared with the experimental results of the direct current dielectric surface breakdown, and the trends of their development agree very well.
    [1]

    Shao H, Liu G Z 2001 Acta Phys. Sin. 50 2387 (in Chinese)[邵 浩、 刘国治 2001 物理学报 50 2387]

    [2]

    Gong Y B, Zhang Z, Wei Y Y, Meng F B, Fan Z K, Wang W X 2004 Acta Phys. Sin. 53 3990 (in Chinese) [宫玉彬、 张 章、 魏彦玉、 孟凡宝、 范植开、 王文祥 2004 物理学报 53 3990]

    [3]

    Hao J H, Ding W, Dong Z W 2006 Acta Phys. Sin. 55 4789 (in Chinese) [郝建红、 丁 武、 董志伟 2006 物理学报 55 4789]

    [4]

    Barker R J, Schamiloglu E (Translated by Zhou C M et al.) 2004 High-Power Microwave Sources and Technologies (Beijing: Tsinghua University Press) pp313—322, p350 (in Chinese) (in Chinese) [巴 克、 谢米洛格鲁著周传明等译2004 高功率微波源与技术(北京:清华大学出版社) 第313—322页,第350页]

    [5]

    Vaughan R M 1988 IEEE Trans. ElectronDev. 35 1172

    [6]

    Kishek R A, Lau Y Y 1998 Phys. Rev. Lett. 80 193

    [7]

    Cai L B, Wang J G 2010 Acta Phys. Sin. 59 1143(in Chinese) [蔡利兵、 王建国 2010 物理学报 59 1143]

    [8]

    Kim H C, Verboncoeur J P 2006 Phys. Plasmas 13 123506

    [9]

    Cai L B, Wang J G 2009 Acta Phys. Sin. 58 3268(in Chinese) [蔡利兵、 王建国 2009 物理学报 58 3268]

    [10]

    Anderson R A, Brainard J P 1980 J. Appl. Phys. 51 1414

    [11]

    Chang C, Liu G Z, Tang C X, Chen C H, Qiu S, Fang J Y, Hou Q 2008 Phys. Plasmas 15 093508

    [12]

    Wang Y Z, Chen X 2007 Vacuum Technologies (2nd ed.) (Beijing: Beijing University of Aeronautics & Astronautics Press) pp168—178 (in Chinese) [王欲知、 陈 旭 2007 真空技术 (第二版) (北京: 北京航空航天大学出版社) 第168—178页]

    [13]

    Fu Z F, Hu Y Q 1995 Numerical Simulation of Space Plasma (Hefei: Anhui Science and Technology Publishers) pp433—476 (in Chinese) [傅竹风、 胡友秋 1995空间等离子体数值模拟(合肥:安徽科学技术出版社)第433—476页]

    [14]

    Verboncoeur J P, Alves M V, Vahedi V, Birdsall C K 1993 J. Comput. Phys. 104 321

    [15]

    Birdsall C K 1991 IEEE Trans. Plasma Sci. 19 65

    [16]

    Li X Z, Wang J G, Tong C J, Zhang H 2008 Acta Phys. Sin. 57 4613 (in Chinese) [李小泽、 王建国、 童长江、 张 海 2008 物理学报 57 4613]

    [17]

    Vaughan R M 1993 IEEE Trans. Electron Dev. 40 830

    [18]

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

    [19]

    Krile J T, Neuber A A, Dickens J C, Krompholz H G 2005 IEEE Trans. Plasma Sci. 33 1149

    [20]

    Neuber A A, Butcher M, Krompholz H, Hatfield L L, Kristiansen M 2000 IEEE Trans. Plasma Sci. 28 1593

  • [1]

    Shao H, Liu G Z 2001 Acta Phys. Sin. 50 2387 (in Chinese)[邵 浩、 刘国治 2001 物理学报 50 2387]

    [2]

    Gong Y B, Zhang Z, Wei Y Y, Meng F B, Fan Z K, Wang W X 2004 Acta Phys. Sin. 53 3990 (in Chinese) [宫玉彬、 张 章、 魏彦玉、 孟凡宝、 范植开、 王文祥 2004 物理学报 53 3990]

    [3]

    Hao J H, Ding W, Dong Z W 2006 Acta Phys. Sin. 55 4789 (in Chinese) [郝建红、 丁 武、 董志伟 2006 物理学报 55 4789]

    [4]

    Barker R J, Schamiloglu E (Translated by Zhou C M et al.) 2004 High-Power Microwave Sources and Technologies (Beijing: Tsinghua University Press) pp313—322, p350 (in Chinese) (in Chinese) [巴 克、 谢米洛格鲁著周传明等译2004 高功率微波源与技术(北京:清华大学出版社) 第313—322页,第350页]

    [5]

    Vaughan R M 1988 IEEE Trans. ElectronDev. 35 1172

    [6]

    Kishek R A, Lau Y Y 1998 Phys. Rev. Lett. 80 193

    [7]

    Cai L B, Wang J G 2010 Acta Phys. Sin. 59 1143(in Chinese) [蔡利兵、 王建国 2010 物理学报 59 1143]

    [8]

    Kim H C, Verboncoeur J P 2006 Phys. Plasmas 13 123506

    [9]

    Cai L B, Wang J G 2009 Acta Phys. Sin. 58 3268(in Chinese) [蔡利兵、 王建国 2009 物理学报 58 3268]

    [10]

    Anderson R A, Brainard J P 1980 J. Appl. Phys. 51 1414

    [11]

    Chang C, Liu G Z, Tang C X, Chen C H, Qiu S, Fang J Y, Hou Q 2008 Phys. Plasmas 15 093508

    [12]

    Wang Y Z, Chen X 2007 Vacuum Technologies (2nd ed.) (Beijing: Beijing University of Aeronautics & Astronautics Press) pp168—178 (in Chinese) [王欲知、 陈 旭 2007 真空技术 (第二版) (北京: 北京航空航天大学出版社) 第168—178页]

    [13]

    Fu Z F, Hu Y Q 1995 Numerical Simulation of Space Plasma (Hefei: Anhui Science and Technology Publishers) pp433—476 (in Chinese) [傅竹风、 胡友秋 1995空间等离子体数值模拟(合肥:安徽科学技术出版社)第433—476页]

    [14]

    Verboncoeur J P, Alves M V, Vahedi V, Birdsall C K 1993 J. Comput. Phys. 104 321

    [15]

    Birdsall C K 1991 IEEE Trans. Plasma Sci. 19 65

    [16]

    Li X Z, Wang J G, Tong C J, Zhang H 2008 Acta Phys. Sin. 57 4613 (in Chinese) [李小泽、 王建国、 童长江、 张 海 2008 物理学报 57 4613]

    [17]

    Vaughan R M 1993 IEEE Trans. Electron Dev. 40 830

    [18]

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

    [19]

    Krile J T, Neuber A A, Dickens J C, Krompholz H G 2005 IEEE Trans. Plasma Sci. 33 1149

    [20]

    Neuber A A, Butcher M, Krompholz H, Hatfield L L, Kristiansen M 2000 IEEE Trans. Plasma Sci. 28 1593

  • [1] 刘曰利, 赵思杰, 陈文, 周静. SiO2/PTFE复合介质材料热性能和介电性能的数值模拟. 物理学报, 2022, 0(0): . doi: 10.7498/aps.71.20220839
    [2] 牛越, 包为民, 李小平, 刘彦明, 刘东林. 大功率热平衡感应耦合等离子体数值模拟及实验研究. 物理学报, 2021, 70(9): 095204. doi: 10.7498/aps.70.20201610
    [3] 叶欣, 单彦广. 疏水表面振动液滴模态演化与流场结构的数值模拟. 物理学报, 2021, 70(14): 144701. doi: 10.7498/aps.70.20210161
    [4] 宋利伟, 石颖, 陈树民, 柯璇, 侯晓慧, 刘志奇. 地下黏弹性介质波动方程及波场数值模拟. 物理学报, 2021, 70(14): 149102. doi: 10.7498/aps.70.20210005
    [5] 左娟莉, 杨泓, 魏炳乾, 侯精明, 张凯. 气力提升系统气液两相流数值模拟分析. 物理学报, 2020, 69(6): 064705. doi: 10.7498/aps.69.20191755
    [6] 左春彦, 高飞, 戴忠玲, 王友年. 高功率微波输出窗内侧击穿动力学的PIC/MCC模拟研究. 物理学报, 2018, 67(22): 225201. doi: 10.7498/aps.67.20181260
    [7] 周前红, 董烨, 董志伟, 周海京. 介质表面附近微波大气击穿的理论研究. 物理学报, 2015, 64(8): 085201. doi: 10.7498/aps.64.085201
    [8] 唐涛. 高功率微波土壤击穿的数值验证研究. 物理学报, 2015, 64(4): 045203. doi: 10.7498/aps.64.045203
    [9] 蒋勇, 贺少勃, 袁晓东, 王海军, 廖威, 吕海兵, 刘春明, 向霞, 邱荣, 杨永佳, 郑万国, 祖小涛. CO2激光光栅式扫描修复熔石英表面缺陷的实验研究与数值模拟. 物理学报, 2014, 63(6): 068105. doi: 10.7498/aps.63.068105
    [10] 宋玮, 邵浩, 张治强, 黄惠军, 李佳伟, 王康懿, 景洪, 刘英君, 崔新红. 射频击穿等离子体对高功率微波传输特性的影响. 物理学报, 2014, 63(6): 064101. doi: 10.7498/aps.63.064101
    [11] 董烨, 董志伟, 周前红, 杨温渊, 周海京. 释气对介质沿面闪络击穿影响的粒子模拟. 物理学报, 2014, 63(2): 027901. doi: 10.7498/aps.63.027901
    [12] 黄培培, 刘大刚, 刘腊群, 王辉辉, 夏梦局, 陈颖. 单路脉冲功率真空装置的三维数值模拟研究. 物理学报, 2013, 62(19): 192901. doi: 10.7498/aps.62.192901
    [13] 周东方, 余道杰, 杨建宏, 侯德亭, 夏蔚, 胡涛, 林竞羽, 饶育萍, 魏进进, 张德伟, 王利萍. 基于混合大气传输模型的单脉冲高功率微波大气击穿理论与实验研究. 物理学报, 2013, 62(1): 014207. doi: 10.7498/aps.62.014207
    [14] 蔡利兵, 王建国, 朱湘琴, 王玥, 宣春, 夏洪富. 外磁场对介质表面次级电子倍增效应的影响. 物理学报, 2012, 61(7): 075101. doi: 10.7498/aps.61.075101
    [15] 蔡利兵, 王建国, 朱湘琴. 强直流场介质表面次级电子倍增效应的数值模拟研究. 物理学报, 2011, 60(8): 085101. doi: 10.7498/aps.60.085101
    [16] 花金荣, 祖小涛, 李莉, 向霞, 陈猛, 蒋晓东, 袁晓东, 郑万国. 熔石英亚表面三维Hertz锥形划痕附近光强分布的数值模拟. 物理学报, 2010, 59(4): 2519-2524. doi: 10.7498/aps.59.2519
    [17] 蔡利兵, 王建国. 微波磁场和斜入射对介质表面次级电子倍增的影响. 物理学报, 2010, 59(2): 1143-1147. doi: 10.7498/aps.59.1143
    [18] 蔡利兵, 王建国. 介质表面高功率微波击穿的数值模拟. 物理学报, 2009, 58(5): 3268-3273. doi: 10.7498/aps.58.3268
    [19] 张远涛, 王德真, 王艳辉. 大气压介质阻挡丝状放电时空演化数值模拟. 物理学报, 2005, 54(10): 4808-4815. doi: 10.7498/aps.54.4808
    [20] 王艳辉, 王德真. 介质阻挡均匀大气压辉光放电数值模拟研究. 物理学报, 2003, 52(7): 1694-1700. doi: 10.7498/aps.52.1694
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-12-24
  • 修回日期:  2010-04-27
  • 刊出日期:  2011-01-05

介质表面高功率微波击穿中释气现象的数值模拟研究

  • 1. (1)西北核技术研究所,西安 710024; (2)西北核技术研究所,西安 710024;西安交通大学电子与信息工程学院,西安 710049

摘要: 建立了一个简单的高功率微波(HPM)介质表面击穿释气模型,并采用PIC(partiele-in-cell)-MCC(Monte Carlo collisions)方法,通过自行编写的介质表面击穿数值模拟程序对不同释气条件下的介质表面HPM击穿过程进行了数值模拟研究,得到了击穿过程中电子数量等的时间图像和不同释气速度下的击穿延迟时间.模拟结果表明,对于具有一定时间宽度的HPM脉冲,当介质表面气体脱附速度较小时,由于介质表面气体层形成太慢而不会发生击穿;只有当脱附速度大于一定值时,击穿才会发生且击穿延迟时间在一定范围内随着脱附速度的增加而缩短.最后,将数值模拟得到的介质表面HPM击穿数据,与单极性表面击穿的实验诊断图像进行了对比,两者的发展趋势符合很好.

English Abstract

参考文献 (20)

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