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基于改进的多项近似法解玻尔兹曼方程研究电子在交叉电磁场下的弛豫特性 被引量：1
1
作者 蔡新景 王新新 +2 位作者 邹晓兵 鲁志伟 孙宇 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期1526-1532,共7页
研究等离子体的电子弛豫过程对于等离子体反应器、等离子体光源和气体激光器等研究具有重要的意义。为了研究电子在交叉电磁场下弛豫特性,文中采用改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算电子输运和弛豫特性。首先对Reid非弹性碰撞模型进... 研究等离子体的电子弛豫过程对于等离子体反应器、等离子体光源和气体激光器等研究具有重要的意义。为了研究电子在交叉电磁场下弛豫特性,文中采用改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算电子输运和弛豫特性。首先对Reid非弹性碰撞模型进行电子输运系数计算,发现:当约化电场强度E/n0为12Td时,lmax增加到7所有输运系数可以达到4位数字精度;当增加约化磁场强度B/n0为500Hx而保持约化电场强度不变时,lmax增加到2所有输运系数就能达到4位数字精度,表明磁场能降低电子速度的各向异性。与Ness和White等人的计算结果进行比较,验证了采用改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算电子输运系数的有效性。接着计算了电子的弛豫特性,发现:瞬时施加磁场时,电子平均能量ε随着时间呈单调变化,而体漂移速度WBz、体漂移速度WBx和扩散系数n0Dii均随着时间呈衰减震荡变化;电子弛豫过程至少有3个典型弛豫时间:电子回旋时间γg、动量弛豫时间γm和能量弛豫时间γe,且满足γg<γm<γe;瞬时施加磁场后,体漂移速度WBx响应最快,体漂移速度WBz和扩散系数n0Dii响应次之,电子平均能量ε响应最慢;当约化磁场强度B/n0为500 Hx时,体漂移速度WBz在第一个震荡周期与E同方向,扩散系数n_0D_(xx)出现负扩散现象。 展开更多
关键词 多项近似 玻尔兹曼方程 电子输运系数 弛豫 交叉电磁场 电子回旋周期 负扩散
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基于玻尔兹曼方程的不同密度等离子体电子弛豫相似性研究 被引量：1
2
作者 蔡新景 王新新 +1 位作者 邹晓兵 鲁志伟 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第10期3109-3115,共7页
了解等离子体的弛豫过程是低温等离子体应用领域所面临的共性关键科学问题。为了研究不同密度等离子体在交叉电磁场下弛豫特性，该文采用改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算电子的弛豫特性。对不同气体密度Reid模型气体进行电子弛豫特... 了解等离子体的弛豫过程是低温等离子体应用领域所面临的共性关键科学问题。为了研究不同密度等离子体在交叉电磁场下弛豫特性，该文采用改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算电子的弛豫特性。对不同气体密度Reid模型气体进行电子弛豫特性计算，发现：1）x轴方向体漂移速度WBx、z轴方向体漂移速度坼k和扩散系数Dii均随着时间t呈衰减震荡变化，而电子平均能量s随着时间t呈单调变化；2）电子弛豫至少有三个典型的弛豫时间：电子回旋时间搔动量弛豫时间Ym和能量弛豫时间γe，且满足托〈γg〈γm〈γe）当施加的约化电场强度E／n0和约化磁感应强度B／n0相同时，不同密度气体的体漂移速度WBx和WBx、电子平均能量s、扩散系数Dii与气体密度的组合参量noDjj随无量纲时间n0t的弛豫过程完全相同。最后从无量纲化和物理意义两个方面对电子弛豫的相似性作了解释。从无量纲化上看，体漂移速度WBi、电子平均能量s、not、n0Dii均为不变量或组合不变量；从物理意义上看，碰撞频率v∞n0，n0t∞vt为无量纲时间，体漂移速度WBi∞E/n0，电子平均能量ε仅与约化电场和磁感应强度相关，扩散系数Dii∞1／n0。 展开更多
关键词 多项近似 玻尔兹曼方程 电子输运 电子弛豫 相似性 无量纲化参量 不变量 碰撞频率
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外部磁场对低气压氩气等离子体电子输运特性的影响 被引量：5
3
作者 蔡新景 李博 +2 位作者 王新新 邹晓兵 鲁志伟 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第22期6286-6293,共8页
处于外部磁场驱动下等离子体由于改变了其电子加热机制和带电粒子输运特性而具有不同动力学特性。为了研究外部磁场对电子输运特性的影响,该文采用改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算了Ar气体的电子输运特性。首先计算了Ar气体在交叉... 处于外部磁场驱动下等离子体由于改变了其电子加热机制和带电粒子输运特性而具有不同动力学特性。为了研究外部磁场对电子输运特性的影响,该文采用改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算了Ar气体的电子输运特性。首先计算了Ar气体在交叉电磁场下的电子输运系数,发现：随着电磁场间夹角增大,z方向体漂移速度、通量漂移速度、体扩散系数、通量扩散系数、电子平均能量和反应速度均减小。接着分析了电磁场夹角对电子速度分布的影响,结果表明：随着电磁场间夹角增大,电子沿E×B方向和（E×B）×B方向呈聚集趋势;当电磁场间夹角为π/2时,电子速度分布在能量为0.3~0.6e V区间出现＂凹陷＂现象。最后讨论了磁感应强度对电子速度分布的影响,发现：当约化磁感应强度增大时,电子朝E×B方向和（E×B）×B方向运动趋势也变大;当约化磁感应强度足够大时,低能电子反而较少。 展开更多
关键词 玻尔兹曼方程 多级近似 电子输运系数 外部磁场 碰撞算子 各向异性 电子速度分布
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吸附对电子输运特性的影响 被引量：4
4
作者 蔡新景 王新新 +1 位作者 邹晓兵 鲁志伟 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第11期3126-3132,共7页
电力工程上常见气体如SF6和空气等均是电负性气体,吸附是其流注放电过程中一个非常重要的碰撞过程。为了研究吸附对电子输运特性的影响,该文采用多项近似法解玻尔兹曼方程计算了模型电负性气体和真实电负性气体SF_6的电子输运特性。首... 电力工程上常见气体如SF6和空气等均是电负性气体,吸附是其流注放电过程中一个非常重要的碰撞过程。为了研究吸附对电子输运特性的影响,该文采用多项近似法解玻尔兹曼方程计算了模型电负性气体和真实电负性气体SF_6的电子输运特性。首先采用O_2简化模型分析了自由参数v_(max)、lmax和Tb对计算结果收敛性的影响,发现:当Tb取值为T_b(opt)时,电子速度分布函数展开所需的拉盖尔多项式阶数v_(max)最小;一般地,在l_(max)增加到3时,所有输运系数能达到4位数字精度。接着利用改进的Dujko电子吸附模型计算了不同吸附频率下的电子输运系数,结果表明:随着吸附截面的增大,吸附系数逐渐增大,体漂移速度、体扩散系数和平均能量逐渐减小;电子在低能区吸附频率越高,电子平均能量和体漂移速度越小。最后对真实气体SF_6的电子输运特性进行计算,得到了电子通量漂移速度、体漂移速度、电子平均能量、反应速度、通量扩散系数和体扩散系数,并与实验结果比较,验证了多项近似法解玻尔兹曼方程计算电负性气体输运系数的合理性,指出了在约化场强较小时实验测量电负性气体输运系数的不足。 展开更多
关键词 玻尔兹曼方程 多级近似 吸附 电离 碰撞算子 电负性 电子输运系数
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介质阻挡放电脱除NO_x反应器的评价方法及运行流量特性分析 被引量：12
5
作者 高旭东 孙保民 +4 位作者 肖海平 尹水娥 王磊 孙红华 周志培 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第11期27-32,共6页
将气体放电生成非热平衡等离子体过程从撞击时刻起分为前后2阶段,指出放电反应器的性能优劣主要与撞击前的阶段相关。原因是撞击前是等离子反应器产生高能电子的阶段,而撞击后是非热平衡等离子体发生化学反应的阶段。对NO和N2体系的气... 将气体放电生成非热平衡等离子体过程从撞击时刻起分为前后2阶段,指出放电反应器的性能优劣主要与撞击前的阶段相关。原因是撞击前是等离子反应器产生高能电子的阶段,而撞击后是非热平衡等离子体发生化学反应的阶段。对NO和N2体系的气体放电过程进行化学反应动力学和电子碰撞动力学分析,指出利用该体系可以得到放电反应器产生高能电子的平均动能,实现反应器性能优劣的评价。进行不同气体流量下,同轴介质阻挡放电脱除氮氧化物的实验研究。研究结果表明,在注入能量密度基本相同的情况下,气体流量的变化对NO的脱除效果影响甚微。对实验中采用的反应器进行了评价计算,结果表明,反应器出口NO浓度为150～250mL/m3的所有试验点的高能电子平均动能均为3～3.5eV。 展开更多
关键词 氮氧化物 等离子体 介质阻挡放电 评价方法 流量 玻尔兹曼输运方程 反应动力学
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声子BTE应用的并行和优化研究 被引量：1
6
作者 文敏华 刘永志 +4 位作者 鲍华 胡跃 沈泳星 韦建文 林新华 《计算机科学与探索》 CSCD 北大核心 2020年第8期1288-1297,共10页
声子玻尔兹曼输运方程(BTE)可以有效地模拟介观尺度下的导热问题,相比于随机性方法,以有限体积法为代表的确定性方法求解声子BTE方程被认为更有希望解决工程实际问题。但是有限体积法求解BTE具有迭代步数多,迭代时间长的问题。为此提出... 声子玻尔兹曼输运方程(BTE)可以有效地模拟介观尺度下的导热问题,相比于随机性方法,以有限体积法为代表的确定性方法求解声子BTE方程被认为更有希望解决工程实际问题。但是有限体积法求解BTE具有迭代步数多,迭代时间长的问题。为此提出了声子BTE方程迭代求解部分在GPU上的并行加速方案,并设计适当的线程分配方式及数据存储格式,采用循环展开和内核融合等优化手段对迭代过程进行并行加速。此外,采用基于角方向的并行策略,使用MPI+CUDA、CUDA-Aware MPI和NCCL函数的方式实现了声子BTE求解多GPU并行版本。实验结果表明,相较于Intel Xeon Gold 6248上的串行版本,在单块V100 GPU上获得了最大31.5倍的加速。同时使用NCCL函数的GPU并行版本在8台DGX-2节点共计128块V100 GPU上最高达到了83%的并行效率,比MPI+CUDA版本提升57%。 展开更多
关键词 并行加速 玻尔兹曼输运方程(bte) DGX-2 统一计算设备架构(CUDA)
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频率对介质阻挡放电脱除NO_x能耗的影响 被引量：5
7
作者 孙保民 高旭东 +3 位作者 肖海平 杜旭 段二朋 曾菊瑛 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期47-51,共5页
为了探讨电源频率对介质阻挡放电（DBD）脱除NOx能耗的影响,利用适用于混合气体、时变电场的玻尔兹曼输运方程计算了DBD放电时的电子动能概率密度、电子平均动能与电源频率的关系,并进行了不同频率的同轴双阻挡介质DBD脱除NOx试验研究.... 为了探讨电源频率对介质阻挡放电（DBD）脱除NOx能耗的影响,利用适用于混合气体、时变电场的玻尔兹曼输运方程计算了DBD放电时的电子动能概率密度、电子平均动能与电源频率的关系,并进行了不同频率的同轴双阻挡介质DBD脱除NOx试验研究.结果表明：在频率小于1GHz时,改变频率基本不影响电子动能概率密度和电子平均动能;频率大于1 GHz时,随着频率的升高,电子平均动能下降;在试验范围内（10~20 kHz）,频率基本不影响脱除NOx的能耗;在进行电源设备频率选取时,可着重从频率对电源设备的初投资、功率输出及体积大小方面的影响考虑. 展开更多
关键词 介质阻挡放电 氮氧化物 玻尔兹曼输运方程 频率 电子动能概率密度 电子平均动能
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间隙距离对DBD脱除NO_x的影响及机理分析 被引量：3
8
作者 高旭东 孙保民 +3 位作者 肖海平 尹水娥 柳赟 白培烁 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期2035-2040,共6页
为了探讨气体间隙对介质阻挡放电(DBD)脱除氮氧化物(NOx)的影响,运用气体放电理论和波尔兹曼输运方程计算了流注通道内空间电荷屏蔽作用下间隙距离与折合场强、折合场强与电子平均动能的关系。计算显示当间隙距离≥3mm时,间隙距离的改... 为了探讨气体间隙对介质阻挡放电(DBD)脱除氮氧化物(NOx)的影响,运用气体放电理论和波尔兹曼输运方程计算了流注通道内空间电荷屏蔽作用下间隙距离与折合场强、折合场强与电子平均动能的关系。计算显示当间隙距离≥3mm时,间隙距离的改变对折合场强和电子平均动能的影响不明显。进行了不同间隙距离DBD脱除NOx的实验研究,结果表明:在实验范围内(5～7.5mm),改变间隙距离基本不影响脱除NOx的能耗。鉴于提高间隙距离有助于提高设备的处理能力、降低初投资,在利用DBD脱除烟气中的NOx时,可适当提高间隙距离,原因是在可能得到工业应用的间隙距离范围内(1～5cm),间隙距离的改变对电子平均动能的影响微弱。 展开更多
关键词 介质阻挡放电(DBD) 氮氧化物(NOx) 玻尔兹曼输运方程 等离子体 间隙 折合场强 电子平均动能 实验
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Mo_(2)C二维材料晶格热导率的第一性原理研究 被引量：2
9
作者 丁迎春 袁欢 徐明 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2022年第1期151-156,共6页
MO_(2)C是构建Mxene基器件的重要材料之一,对MO_(2)C二维材料声子输运的理解非常必要.文章结合第一性原理方法和声子玻尔兹曼输运方程,研究了二维MO_(2)C材料的晶格热导率.研究表明,室温下二维MO_(2)C导热系数非常低,其锯齿方向和扶手... MO_(2)C是构建Mxene基器件的重要材料之一,对MO_(2)C二维材料声子输运的理解非常必要.文章结合第一性原理方法和声子玻尔兹曼输运方程,研究了二维MO_(2)C材料的晶格热导率.研究表明,室温下二维MO_(2)C导热系数非常低,其锯齿方向和扶手椅方向的晶格热导率分别为7.20和5.04 W/mK.计算了声学振动和光学振动模式对晶格热导率的贡献,揭示总热导率主要由面内声学横波的振动模式所贡献.还进一步计算了声子群速度、声子弛豫时间、三声子散射空间和模式格林艾森参数,发现二维MO_(2)C中的声子群速度和声子弛豫时间对晶格传输有重要的影响. 展开更多
关键词 2D材料 声子谱 热导率 玻尔兹曼输运方程
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声子散射通道对CaO和CaS异常热导率的影响 被引量：1
10
作者 孟晋 李楠 +2 位作者 董鹏 马龙宣 杨昊京宸 《沈阳工业大学学报》 CAS 北大核心 2022年第5期525-529,共5页
为了揭示室温下氧化钙的导热系数低于硫化钙这一反常现象的物理机制,利用结合声子玻尔兹曼输运方程和第一原理计算方法系统研究了CaM的热导率.结果表明:CaM中热导率顺序为CaS>CaO>CaSe>CaTe,CaS热导率在声子频率高于2 THz后显... 为了揭示室温下氧化钙的导热系数低于硫化钙这一反常现象的物理机制,利用结合声子玻尔兹曼输运方程和第一原理计算方法系统研究了CaM的热导率.结果表明:CaM中热导率顺序为CaS>CaO>CaSe>CaTe,CaS热导率在声子频率高于2 THz后显著增加,最终成为4种化合物中热导率最高的材料;声子寿命是CaM热导率变化的主控因素,三声子散射相空间的变化趋势与声子寿命一致,这与声子的纵向光学支与横向光学支劈裂直接相关.因此,声子散射通道的数量决定了CaM的声子寿命,也是CaO热导率低于CaS这一反常现象的物理本质. 展开更多
关键词 晶格热导率 第一性原理 玻尔兹曼传输方程 声子寿命 声子散射通道 热输运 氧化钙 硫化钙
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