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基于数据驱动的大气压射频放电等离子体数值模拟研究 被引量：1
1
作者 王绪成 李文凯 +2 位作者 艾飞 刘志兵 张远涛 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期2900-2912,共13页
随着人工智能技术的进步,结合低温等离子体的物理特点,数据驱动技术由于其独特的优势在低温等离子体的研究中正逐渐兴起.本研究以深度神经网络(DNN)模型在大气压射频放电中的计算研究为例,讨论了数据驱动方法在低温等离子体模拟研究中... 随着人工智能技术的进步,结合低温等离子体的物理特点,数据驱动技术由于其独特的优势在低温等离子体的研究中正逐渐兴起.本研究以深度神经网络(DNN)模型在大气压射频放电中的计算研究为例,讨论了数据驱动方法在低温等离子体模拟研究中的应用.对于低温等离子体的研究而言,数据驱动研究所需要的数据可以来自于实验诊断和数值计算,根据等离子体物理特性的不同也可以选择不同的数据驱动模型.粒子模型与流体模型是低温等离子体研究中常用的两类计算模型,基于这两者的模拟数据组成的训练集,DNN可以实现对大气压射频放电的动理学特性等各种特性的实时预测.首先通过将流体模型与粒子模型计算结果与DNN模型的预测结果相比较,验证了DNN模型在给定精度下的有效性.然后基于流体模拟数据,利用DNN探究了α和γ模式下输入电流密度和放电间隙对大气压射频放电特性的影响,最后借助于粒子模拟数据构建的训练集,讨论了大气压射频微放电的频率效应,特别是电子能量分布函数(EEDF)的演化.预测结果表明,经过大约1 h的训练后,DNN只需要耗时0.01 s左右就能以极高的计算精度(与数值模拟之间的相对误差小于0.5%)获得电子密度、电场强度和EEDF等大气压射频放电的特定物理信息,而基于流体模拟或者粒子模拟中获得一组稳定的模拟结果分别需要大约半个小时和几十个小时.可以说,在相同的计算精度下,经过训练后DNN的预测效率较传统数值模拟效率提高了约10^(5)~10^(7)倍,可以近乎实时地给出计算结果.另一方面,基于有限的训练集,DNN可以快速产生大量的特定预测数据,这将极大丰富和强化原有的数值模拟效果,更好地体现射频等离子体的演化规律.本研究以DNN模型在大气压射频放电数值模拟中的应用为例,表明数据驱动技术的引入将有力地推动低温等离子体研究的发展. 展开更多
关键词 数据驱动 深度神经网络 流体模拟 粒子模拟 大气压射频放电
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大气压CO2/Ar混合气体射频放电光学特性研究 被引量：10
2
作者 张凯 张帅 +3 位作者 高远 孙昊 严萍 邵涛 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期3280-3288,共9页
脉冲调制射频具有调制频率、占空比、输入功率等多种可调参数,可以较大范围地调节放电等离子体参数,因此其放电特性与传统交流或直流放电相比具有独特的特点。该文研究在大气压条件下13.56MHz射频电源系统激励的CO2/Ar气体放电光学特性... 脉冲调制射频具有调制频率、占空比、输入功率等多种可调参数,可以较大范围地调节放电等离子体参数,因此其放电特性与传统交流或直流放电相比具有独特的特点。该文研究在大气压条件下13.56MHz射频电源系统激励的CO2/Ar气体放电光学特性,主要考察了不同调制参数以及气体组分对等离子体羽流、发射光谱强度以及电子激发温度的影响。研究结果表明,改变射频调制参数可以明显调控上述光学特性:增加输入功率、占空比,或者降低调制频率和CO2含量,可以增大等离子体羽流长度和电子激发温度;其光谱主要包含OH(A→X)、 N2(C→B)、 Ar(4p→4s)、 O(3p→3s)、C(1p-1s)、C2 swan谱带等,且均随着输入功率的增加和CO2含量的降低而明显增强。所做研究为射频放电等离子体技术提升CO2资源化利用效率提供更多的选择。 展开更多
关键词 大气压射频放电 调制频率 占空比 光谱强度 电子激发温度
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大气压脉冲调制射频激励CO_2/Ar放电的电学特性 被引量：5
3
作者 张凯 张帅 +3 位作者 高远 孙昊 严萍 邵涛 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1396-1403,共8页
脉冲调制射频具有调制频率、占空比、输入功率等多种可调参数,可以较大范围地调节放电等离子体参数,因此其放电特性与传统交流或直流放电相比具有独特的特点。为此研究了在大气压条件下13.56 MHz射频电源系统激励的CO_2/Ar气体放电电学... 脉冲调制射频具有调制频率、占空比、输入功率等多种可调参数,可以较大范围地调节放电等离子体参数,因此其放电特性与传统交流或直流放电相比具有独特的特点。为此研究了在大气压条件下13.56 MHz射频电源系统激励的CO_2/Ar气体放电电学特性,主要考察了不同调制参数以及气体组分对初始放电电压、α–γ模式转变电压以及伏安特性的影响。实验结果表明,改变调制参数和气体组分能够很大程度上影响射频放电的击穿特性和伏安特性。其中降低占空比可以提升击穿、模式转变电压和α模式工作范围;降低CO_2含量会降低击穿、模式转变电压和α模式工作范围;调制频率对上述特性的影响不呈现单调变化规律。该研究为射频放电等离子体技术提升CO_2资源化利用效率提供更多的选择。 展开更多
关键词 大气压射频放电 调制频率 占空比 模式转变电压 伏安特性
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大气压脉冲调制射频氦气放电特性的数值模拟 被引量：3
4
作者 何金 刘宝成 +3 位作者 吴明雷 唐庆华 张黎明 宋晓博 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期3105-3111,共7页
采用脉冲调制可以有效优化大气压射频放电行为。为此利用1维流体模型,考虑了氦等离子体放电过程中主要的13个反应及6种粒子,研究了大气压脉冲调制射频氦气放电特性,并分析了调制频率、占空比对放电特性的影响以及输入电压对达到最大电... 采用脉冲调制可以有效优化大气压射频放电行为。为此利用1维流体模型,考虑了氦等离子体放电过程中主要的13个反应及6种粒子,研究了大气压脉冲调制射频氦气放电特性,并分析了调制频率、占空比对放电特性的影响以及输入电压对达到最大电子数密度所需时间的影响。结果表明:脉冲调制之后,固定调制频率时,随着占空比的减小,氦气放电的击穿电压增大;固定输入电压时,最大电子数密度所需时间与剩余电子数密度成反比。利用功率输入时间及最大电子数密度所需时间的关系,合理选择占空比及调制频率可以在满足实际应用的同时,最大地节约功率损耗;固定占空比及调制频率时存在着最优输入电压,使得最大电子数密度所需时间最短。 展开更多
关键词 脉冲调制 大气压射频放电 气体放电 等离子体 调制频率 占空比
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大气压He-Ar射频容性放电Ar亚稳态粒子数密度 被引量：4
5
作者 何永乐 高俊 +1 位作者 左都罗 王新兵 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期6-10,共5页
利用发射光谱法测量大气压He-Ar混合气体射频容性放电中的Ar亚稳态1s5(3s23p54s[3/2]2)粒子数密度。在不同的放电功率和气体组分下测量放电等离子体中的重要参数:气体转动温度、电子激发温度和Ar亚稳态1s5粒子数密度。结果表明:气体温... 利用发射光谱法测量大气压He-Ar混合气体射频容性放电中的Ar亚稳态1s5(3s23p54s[3/2]2)粒子数密度。在不同的放电功率和气体组分下测量放电等离子体中的重要参数:气体转动温度、电子激发温度和Ar亚稳态1s5粒子数密度。结果表明:气体温度在不同放电功率及Ar气压在5×10~3 Pa以内时变化不大,范围为300~350K;电子激发温度随着放电功率的增加而增加,并且在Ar气压为4×103 Pa时最大,在放电功率为70 W时达到0.58eV;1s5粒子数密度随着放电功率以及电子激发温度的增加而增加,在放电功率为70 W、Ar气压为4×10~3 Pa时达到1.53×10~9 cm^(-3)。 展开更多
关键词 光泵惰性气体亚稳态激光器 大气压He-Ar射频放电 氩亚稳态1s5粒子数密度
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大气压射频辉光放电电子数密度解析解及等离子体阻抗特性研究 被引量：4
6
作者 焦俊凯 周全 +2 位作者 王豪 罗海云 王新新 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1458-1464,共7页
为研究大气压射频辉光放电等离子体阻抗特性,基于射频放电的一维均匀假设模型,推导出了适用于α模式、高气压和小间隙条件下的电子数密度ne的解析解,从而可由实验测得的电压和电流幅值计算出ne;构建了描述整个放电区域的"电阻-电... 为研究大气压射频辉光放电等离子体阻抗特性,基于射频放电的一维均匀假设模型,推导出了适用于α模式、高气压和小间隙条件下的电子数密度ne的解析解,从而可由实验测得的电压和电流幅值计算出ne;构建了描述整个放电区域的"电阻-电容混联"等效电路模型,模型参数可由ne计算得到。通过与他人数值模拟得到的ne对比,验证了该解析解的正确性。实验结果表明:放电电压和电子数密度随电流密度的增加而线性增加;鞘层厚度、准中性区的等效电容和鞘层的等效电容受电流密度变化影响不大;准中性区的等效电阻和放电间隙总等效阻抗随电流密度的增加而减小。实验结果还指出了前人工作中存在的一些问题:在小间隙时错误地忽略鞘层厚度,认为准中性区的长度就是电极间隙距离;不合理地将准中性区场强近似为0。未来工作希望进一步推导低气压或大间隙时电子数密度的解析解。 展开更多
关键词 射频大气压辉光放电 电子数密度 鞘层 等效电路模型 等离子体阻抗
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常压氩/氮射频容性放电冷等离子体的发射光谱诊断 被引量：2
7
作者 李寿哲 武启 +2 位作者 徐茂春 李宏 王永兴 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期2891-2895,共5页
实验中在大气压下在射频(13.56MHz)容性耦合的平板形金属电极的构型中实现了氩/氮射频α模式的辉光放电。首先,采用发射光谱的方法测量了氮分子(C3Πu)谱线随氮气含量的变化;其次,使用玻耳兹曼斜率法估算了OH谱带(A2Σ+→X 2Π)的转动温... 实验中在大气压下在射频(13.56MHz)容性耦合的平板形金属电极的构型中实现了氩/氮射频α模式的辉光放电。首先,采用发射光谱的方法测量了氮分子(C3Πu)谱线随氮气含量的变化;其次,使用玻耳兹曼斜率法估算了OH谱带(A2Σ+→X 2Π)的转动温度,并得到等离子体温度随输入功率的变化规律。最后,选取氮的第二正带(C3Πu→B3Πg)的三组顺序带组对分子的振动温度进行了研究。实验结果表明:随着氮气流量的增加,氮分子谱线强度值先增加后减小,并在氮气流量为80mL.min-1附近达到极大值;气体温度随着输入功率的增加而增加,当输入功率从30W增加到210W时,对应的气体温度从342K增加到523K;随着掺入氮气的流量从30mL.min-1增加到140mL.min-1时,振动温度保持在1 800K值附近基本上不受影响。 展开更多
关键词 大气压射频辉光放电 玻耳兹曼斜率法 转动温度 振动温度
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常压室温等离子体生物诱变育种及其应用研究进展 被引量：107
8
作者 张雪 张晓菲 +5 位作者 王立言 张翀 陈韵亿 常海波 李和平 邢新会 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期2676-2684,共9页
大气压射频辉光放电(RF APGD)等离子体具有大气压下操作不需要真空系统、气体温度低、活性粒子浓度高、放电均匀性好、可控性强等特点,能够与各类生物分子发生作用,在生物技术中的应用受到广泛的关注。本研究团队将RF APGD等离子体射流... 大气压射频辉光放电(RF APGD)等离子体具有大气压下操作不需要真空系统、气体温度低、活性粒子浓度高、放电均匀性好、可控性强等特点,能够与各类生物分子发生作用,在生物技术中的应用受到广泛的关注。本研究团队将RF APGD等离子体射流引入生物诱变育种领域,对其物理特性及其与生物大分子和整细胞的作用机制进行了系统研究,并将其开发成新一代高效诱变育种仪,命名为常压室温等离子体(ARTP)诱变育种仪。实践证明,ARTP诱变育种仪具有对操作者安全、环境友好、操作简便、突变快速、突变率高、获得的突变体性状稳定等特点,目前已成功应用于包括细菌、放线菌、真菌、酵母、微藻等在内的四十余种微生物的诱变育种。本文将对ARTP生物育种技术的最新研究进展进行综述,以期ARTP快速生物突变技术在生物进化研究及工业生物菌种改造上发挥重要作用。 展开更多
关键词 大气压射频辉光放电 常压室温等离子体 诱变 生物育种
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