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基于PIC/MCC/DSMC方法霍尔推力器热分析 被引量:10
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作者 严立 王平阳 欧阳华 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期953-960,共8页
以提高霍尔推力器性能和使用寿命为目的对霍尔推力器进行了热分析。建立了等离子体在通道陶瓷壁面和阳极的能量沉积计算模型,并将模型耦合到PIC/MCC/DSMC流场计算程序中,计算加速通道壁面上的能量沉积分布。将计算得到的壁面能量沉积作... 以提高霍尔推力器性能和使用寿命为目的对霍尔推力器进行了热分析。建立了等离子体在通道陶瓷壁面和阳极的能量沉积计算模型,并将模型耦合到PIC/MCC/DSMC流场计算程序中,计算加速通道壁面上的能量沉积分布。将计算得到的壁面能量沉积作为霍尔推力器温度计算的热流边界条件,考虑结构间的热传导与热辐射,计算温度分布。为了考察壁面的热流分布方式不同对温度场的影响,在总热流相同的情况下,将通道热流假定为线性分布与平均分布,计算霍尔推力器的温度分布。结果表明,壁面能量沉积占总功率的20.4%,陶瓷壁面能量沉积沿轴向位置先增大后减小,最大值在电离区。阳极的能量沉积,沿径向在中间位置达到最大,两端靠近壁面处较小。三种热流边界条件下的温度结果表明,三者最高温度都为700K左右,但高温位置不同,PIC热流边界条件下,最高温在电离区,而线性与平均热流边界条件下,高温区分别在出口区与近阳极区。通过与实验结果比较表明,PIC计算热流边界条件下高温区温度与测量者吻合更好,误差小于0.8%。 展开更多
关键词 霍尔推力器 pic/mcc/DSMC 热分析
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PIC/MCC Simulation of Radio Frequency Hollow Cathode Discharge in Nitrogen 被引量:1
2
作者 韩卿 王敬 张连珠 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第1期72-78,共7页
A two-dimensional PIC/MCC model is developed to simulate the nitrogen radio frequency hollow cathode discharge(rf-HCD).It is found that both the sheath oscillation heating and the secondary electron heating together... A two-dimensional PIC/MCC model is developed to simulate the nitrogen radio frequency hollow cathode discharge(rf-HCD).It is found that both the sheath oscillation heating and the secondary electron heating together play a role to maintain the rf-HCD under the simulated conditions.The mean energy of ions(N+_2,N+)in the negative glow region is greater than the thermal kinetic energy of the molecular gas(N2),which is an important characteristic of rf-HCD.During the negative portion of the hollow electrode voltage cycle,electrons mainly follow pendulum movement and produce a large number of ionization collisions in the plasma region.During the positive voltage of the rf cycle,the axial electric field becomes stronger and its direction is pointing to the anode(substrate),therefore the ions move toward the anode(substrate)via the axial electric field acceleration.Compared with dc-HCD,rf-HCD is more suitable for serving as a plasma jet nozzle at low pressure. 展开更多
关键词 rf hollow cathode discharge pic/mcc simulation N_2 plasma
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直流氩气辉光放电的PIC/MCC模拟分析
3
作者 石峰 王昊 朱红伟 《真空与低温》 2018年第3期188-192,共5页
辉光放电在微电子工业中的应用越来越广泛。为了研究直流辉光放电稳态等离子体的特性,采用粒子网格方法(PIC法)与Monte Carlo碰撞模型(MCC方法)相结合的方法(PIC/MCC方法)跟踪了带电粒子的运动过程,同时充分考虑了电子与中性粒子的弹性... 辉光放电在微电子工业中的应用越来越广泛。为了研究直流辉光放电稳态等离子体的特性,采用粒子网格方法(PIC法)与Monte Carlo碰撞模型(MCC方法)相结合的方法(PIC/MCC方法)跟踪了带电粒子的运动过程,同时充分考虑了电子与中性粒子的弹性、电离碰撞,离子与中性粒子的弹性和电荷交换碰撞,模拟结果得到了直流辉光电离过程达到稳态后的电子离子的相空间分布,得到了放电过程中带电粒子的速度、能量的空间变化,同时对粒子进行统计平均,得到了空间中的电势和电场强度分布,模拟结果与实验和理论相符,对实验有一定的指导意义。 展开更多
关键词 粒子网格法 mcc碰撞模型 pic/mcc 直流辉光放电
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PIC/MCC Simulation of Glow Discharge Plasma in Four-Anode Device
4
作者 袁忠才 时家明 许波 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2007年第1期62-66,共5页
Numerical simulations by the code of Object-Oriented PIC (Particle-in-Cell) and the Monte Carlo Collision (MCC) method were carried out in order to obtain an insight into the characteristics of plasmas generated b... Numerical simulations by the code of Object-Oriented PIC (Particle-in-Cell) and the Monte Carlo Collision (MCC) method were carried out in order to obtain an insight into the characteristics of plasmas generated by glow discharges in low pressure helium in a four-anode DC glow discharge device. The results show that, the pressure, the external mirror magnetic field, and the virtual breadth of the annular electrode affect the radial distribution of the plasma density and temperature. The simulations are instructive for further experiments. 展开更多
关键词 numerical simulation four-anode device pic mcc
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金属目标表面气体放电单元放电过程的PIC-MCC模拟 被引量:2
5
作者 屈马林 王甲富 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第12期2087-2090,共4页
对目标表面的浮地导体边界的存在及其对单元气体放电过程所产生的影响进行了研究,针对导体边界条件,应用高斯定理和电荷守恒定律推导出这种边界条件的数值处理方法,得到了有界等离子体空间电势的数值分布。电场的数值计算表明,浮地导体... 对目标表面的浮地导体边界的存在及其对单元气体放电过程所产生的影响进行了研究,针对导体边界条件,应用高斯定理和电荷守恒定律推导出这种边界条件的数值处理方法,得到了有界等离子体空间电势的数值分布。电场的数值计算表明,浮地导体的电势随着内部场的变化而变化,其大小介于两个电极的电势之间,对放电区域的电场分布产生较大的影响。对金属目标表面放电单元的放电过程的PIC-MCC模拟结果表明,浮地导体的存在能够改变放电空间的电场结构,形成不均匀场,有利于气体的电离和等离子体区域的形成,同时将使虚阳极所形成的电势平台在边界附近下陷,导致等离子体壳层的厚度变小。 展开更多
关键词 浮地导体边界 pic-mcc模拟 气体放电 金属目标表面 等离子体
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碘工质微直流离子推力器放电过程粒子模拟研究
6
作者 黄子霖 耿金越 +2 位作者 胡远 杨超 孙泉华 《推进技术》 北大核心 2025年第3期261-273,共13页
碘工质是电推进领域最重要的工质之一。为掌握碘工质在微直流离子推力器中的放电特性,并评估其在微型直流离子推力器中替代氙气工质的可行性,本文建立了二维几何、三维速度(2D3V)的PIC-MCC-DSMC紧耦合全粒子计算模型,对碘工质在MiXI构... 碘工质是电推进领域最重要的工质之一。为掌握碘工质在微直流离子推力器中的放电特性,并评估其在微型直流离子推力器中替代氙气工质的可行性,本文建立了二维几何、三维速度(2D3V)的PIC-MCC-DSMC紧耦合全粒子计算模型,对碘工质在MiXI构型微直流离子推力器内的放电过程开展了数值模拟。模拟结果显示碘分子在注入放电室后迅速被离解,放电室中主要中性粒子为碘原子I,碘原子电离产生的I^(+)为主要离子组分,密度约比I_(2)^(+)高一个数量级。在本文的基准工况下,输出的离子束流中82%由I^(+)贡献,I_(2)^(+)贡献了余下的18%。对比碘与氙在不同放电电压下的放电特性,本文发现两种工质的质量利用率和放电效率均十分接近,并且展现了一致的变化趋势。本文研究结果表明:在微型直流离子推力器中,碘工质具有和氙工质十分相似的放电性能和对放电参数的响应特性。现有的氙气工质微型直流离子推力器的放电优化策略对碘工质推力器的设计和优化具有极强的参考价值。 展开更多
关键词 微型直流离子推力器 碘工质 完全动理学模拟 pic-mcc-DSMC耦合算法 替代工质放电性能
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脉冲等离子体推力器放电电离二维PIC建模与仿真
7
作者 刘祺 杨磊 +2 位作者 黄玉平 郑再平 赵絮 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2018年第2期67-72,共6页
针对脉冲等离子体推力器(PPT)的放电过程,利用粒子网格-蒙特卡洛(PIC-MCC)方法建立仿真计算模型.以LES-6 PPT为例,加入电离碰撞进行电离仿真.通过粒子运动碰撞与电磁场耦合仿真计算得到电流与电路总电阻的变化规律,揭示了PPT放电过程中... 针对脉冲等离子体推力器(PPT)的放电过程,利用粒子网格-蒙特卡洛(PIC-MCC)方法建立仿真计算模型.以LES-6 PPT为例,加入电离碰撞进行电离仿真.通过粒子运动碰撞与电磁场耦合仿真计算得到电流与电路总电阻的变化规律,揭示了PPT放电过程中等离子体密度分布情况.通过对比不加入粒子预分布与加入粒子预分布的两种条件下的计算结果,得到了加入粒子预分布使带电粒子密度计算结果更接近实验结果的结论.根据PPT的工作过程,在放电之前推力器内存在等离子体,所以在仿真研究中应进行粒子的预分布.文中的研究方法对PPT的粒子方法模拟具有一定的参考意义. 展开更多
关键词 脉冲等离子体推力器 pic-mcc方法 烧蚀 电离过程
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Hollow cathode effect in radio frequency hollow electrode discharge in argon
8
作者 贺柳良 何锋 欧阳吉庭 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期496-502,共7页
Radio frequency capacitively coupled plasma source(RF-CCP)with a hollow electrode can increase the electron density through the hollow cathode effect(HCE),which offers a method to modify the spatial profiles of the pl... Radio frequency capacitively coupled plasma source(RF-CCP)with a hollow electrode can increase the electron density through the hollow cathode effect(HCE),which offers a method to modify the spatial profiles of the plasma density.In this work,the variations of the HCE in one RF period are investigated by using a two-dimensional particle-in-cell/Monte-Carlo collision(PIC/MCC)model.The results show that the sheath electric field,the sheath potential drop,the sheath thickness,the radial plasma bulk width,the electron energy distribution function(EEDF),and the average electron energy in the cavity vary in one RF period.During the hollow electrode sheath's expansion phase,the secondary electron heating and sheath oscillation heating in the cavity are gradually enhanced,and the frequency of the electron pendular motion in the cavity gradually increases,hence the HCE is gradually enhanced.However,during the hollow electrode sheath's collapse phase,the secondary electron heating is gradually attenuated.In addition,when interacting with the gradually collapsed hollow electrode sheaths,high-energy plasma bulk electrons in the cavity will lose some energy.Furthermore,the frequency of the electron pendular motion in the cavity gradually decreases.Therefore,during the hollow electrode sheath's collapse phase,the HCE is gradually attenuated. 展开更多
关键词 hollow cathode effect radio frequency hollow electrode particle-in-cell/Monte-Carlo collision(pic/mcc)model
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LIPS-200离子推力器放电室原初电子动力学行为的数值模拟研究 被引量:10
9
作者 陈娟娟 张天平 +2 位作者 刘明正 贾艳辉 孙安邦 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期155-160,共6页
为了得到试验测量不到的气体放电过程中电磁场作用下单个原初电子的动力学行为,建立了LIPS-200离子推力器放电室二维仿真模型,应用网格粒子法(PIC)和蒙特卡洛碰撞(MCC)模拟法对其进行了研究。模拟得到在额定工况下原初电子和中性... 为了得到试验测量不到的气体放电过程中电磁场作用下单个原初电子的动力学行为,建立了LIPS-200离子推力器放电室二维仿真模型,应用网格粒子法(PIC)和蒙特卡洛碰撞(MCC)模拟法对其进行了研究。模拟得到在额定工况下原初电子和中性原子之间的碰撞概率、原初电子损耗率、电磁场分布对其运动速度及运动轨迹的影响等。结果表明磁铁表面磁感强度最大,越靠近放电室内部磁感强度越小,对称轴区域无磁场分布,原初电子在电磁场作用下沿磁力线作加速螺旋运动;运动等离子体的自洽电势大小范围仅为0~2.0V,几乎不会影响等离子体运动;对应总原初电子个数为1.2×106时直接被阳极表面吸收的损耗率仅为0.02%。 展开更多
关键词 LIPS-200 离子推力器 放电室 原初电子 pic/mcc数值模拟
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磁拓扑结构对环型离子推力器放电性能的影响 被引量:5
10
作者 陈娟娟 张天平 +4 位作者 刘明正 王彦龙 杨浩 李兴达 杨乐 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期46-54,共9页
为得到环型离子推力器最佳磁拓扑结构以有效提高推力器放电效率、降低放电损耗,对不同类型磁拓扑结构下的放电通道气体放电过程进行研究。采用PIC-MCC数值计算方法对等离子体产生及运输过程进行数值模拟,分析磁场分布对等离子体密度分... 为得到环型离子推力器最佳磁拓扑结构以有效提高推力器放电效率、降低放电损耗,对不同类型磁拓扑结构下的放电通道气体放电过程进行研究。采用PIC-MCC数值计算方法对等离子体产生及运输过程进行数值模拟,分析磁场分布对等离子体密度分布、电子损耗率及放电稳定性的影响,结合统计结果,得到推力器放电性能曲线,最后进行试验验证。研究结果表明,相较多极场结构,环尖场磁构型能更好地约束电子运动,大幅降低其在阳极壁面损耗率,增加电子与中性原子碰撞概率,显著提高放电效率、降低放电损耗。 展开更多
关键词 环型离子推力器 磁结构 pic/mcc
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基于火花试验装置的真空放电微观特性模拟研究 被引量:2
11
作者 王党树 栾哲哲 +3 位作者 古东明 刘树林 董振 王新霞 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期2449-2457,共9页
为了研究火花试验装置中电极在真空中放电的微观特性,本文建立了在真空环境下,以钨为阳极材料、镉为阴极材料的二维平行板放电模型.采用PIC/MCC(Particle-In-Cell/Monte Carlo Collision)方法对该模型进行仿真,研究了不同电子发射机制... 为了研究火花试验装置中电极在真空中放电的微观特性,本文建立了在真空环境下,以钨为阳极材料、镉为阴极材料的二维平行板放电模型.采用PIC/MCC(Particle-In-Cell/Monte Carlo Collision)方法对该模型进行仿真,研究了不同电子发射机制下平行板电极放电的发展过程以及空间场强、阴极表面温度和场增强因子对空间电子变化的影响,得到在场致发射、热发射以及热-场致发射作用下放电过程中的电子浓度和阳极吸收电流的变化以及电子密度和电势的空间分布等.研究发现,场致发射是微间隙阴极电子发射的主导发射机制,当阴极表面温度在焦耳热的作用下达到镉金属的沸点1040K时将产生镉蒸汽,电流密度和电子浓度逐渐增大,此时热发射将开始作用于微间隙放电;当温度大于镉金属气化温度后,场强的影响将大于温度的影响;当场增强因子很小时,热发射几乎不起作用,随着场增强因子不断增大,热发射的作用逐渐增强,导致空间电子浓度明显增加,真空环境下微间隙放电是由热-场共同作用的. 展开更多
关键词 场致发射 微间隙 pic/mcc 场增强因子 火花试验装置
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离子推力器变孔径栅极方案数值研究 被引量:6
12
作者 郭德洲 顾左 +2 位作者 陈娟娟 孔令轩 郑茂繁 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期2136-2143,共8页
为了改善发散场离子推力器束流均匀性,提出与放电室等离子体密度和电子温度分布相匹配的变孔径栅极设计方案。采用粒子云网格法(PIC)和蒙特卡洛碰撞(MCC)结合的数值计算方法(PIC/MCC)对变孔径设计方案进行仿真,并与现有设计仿真结果进... 为了改善发散场离子推力器束流均匀性,提出与放电室等离子体密度和电子温度分布相匹配的变孔径栅极设计方案。采用粒子云网格法(PIC)和蒙特卡洛碰撞(MCC)结合的数值计算方法(PIC/MCC)对变孔径设计方案进行仿真,并与现有设计仿真结果进行对比,分析两种设计不同分区电势、离子密度和束流平直度等参数特性。计算结果表明,相对于现有设计,变孔径设计栅极中心区域轴向电场强度变小,鞍点电势绝对值降低1.8V,离子聚焦点内移,离子密度降低,束径变小;边缘区域电场强度增大,聚焦点外移,离子密度提高,束径增大。引出束流发散角变小,平直度由原来的0.41提升至0.57,离子推力器可靠性得到有效提高。 展开更多
关键词 离子推力器 发散场 栅极系统 变孔径 pic/mcc
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三栅极离子推力器电子反流失效影响参数的敏感性研究 被引量:3
13
作者 贾艳辉 王聪 +4 位作者 李娟 耿海 郭宁 杨浩 王亮 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期140-148,共9页
电子反流失效模式是离子推力器关键失效模式之一,决定推力器工作寿命。为明确各参数对电子反流失效模式的影响程度,确定加速应力,为地面加速寿命实验验证方案和长寿命优化设计提供数据支持,采用Hybrid-PIC-MCC(Particle in Cell-Monte C... 电子反流失效模式是离子推力器关键失效模式之一,决定推力器工作寿命。为明确各参数对电子反流失效模式的影响程度,确定加速应力,为地面加速寿命实验验证方案和长寿命优化设计提供数据支持,采用Hybrid-PIC-MCC(Particle in Cell-Monte Carlo Collision)方法,构建了三栅极系统数值仿真模型。采用模型研究了地面真空舱本底压力、屏栅电压、加速栅电压、屏栅与加速栅间距、屏栅上游等离子体密度和放电室工质利用率等参数的影响敏感度对比。研究结果显示,真空舱本底压力可以作为加速寿命试验的首选加速应力,在推力器结构和工作本征参数中工质利用率为最敏感应力,其次是屏栅电压、屏栅上游等离子体密度、加速栅电压、屏栅和加速栅间距。 展开更多
关键词 离子推力器 三栅极系统 Hybrid-pic-mcc方法 敏感度
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磁路对30cm离子推力器性能影响研究 被引量:2
14
作者 吴先明 张天平 +2 位作者 陈娟娟 龙建飞 孙明明 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期193-200,共8页
为了研究磁路结构对与新型GEO平台配套的30cm离子推力器(LIPS-300)性能的影响,采用PIC-MCC数值模拟方法对LIPS-300在其典型工作点下的放电损耗和束流平直度进行了研究,其中输入磁场采用有限元软件Maxwell计算得到,另外还利用Maxwell研... 为了研究磁路结构对与新型GEO平台配套的30cm离子推力器(LIPS-300)性能的影响,采用PIC-MCC数值模拟方法对LIPS-300在其典型工作点下的放电损耗和束流平直度进行了研究,其中输入磁场采用有限元软件Maxwell计算得到,另外还利用Maxwell研究了磁体尺寸对侧壁磁环对产生的磁场等值线的影响。结果表明在LIPS-300的典型工作点下,4极场推力器比3极场推力器放电损耗高3%,分别是164W/A和160W/A,束流平直度高30%,分别为0.65和0.50。利用较厚较窄的磁环能够获得更大的无场区体积。因此,采用4极场将获得更好的推力器性能,采用较大厚度/宽度比的磁体有利于推力器束流平直度的改进。 展开更多
关键词 离子推力器 磁路 pic-mcc 放电损耗 束流平直度
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面向深空探测的30cm离子推力器寿命预估 被引量:1
15
作者 耿海 李兴达 +4 位作者 贾连军 贾艳辉 吴辰宸 孙明明 孙新锋 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2022年第6期107-114,共8页
为评价30 cm离子推力器的寿命,提出了有限寿命考核结合栅极仿真模型的推力器寿命预估方法,利用粒子-蒙特卡洛(PIC-MCC)方法建立了栅孔溅射腐蚀模型,开展了30 cm离子推力器寿命预估研究,分析了栅孔刻蚀速率、单孔电场及离子引出特性,给出... 为评价30 cm离子推力器的寿命,提出了有限寿命考核结合栅极仿真模型的推力器寿命预估方法,利用粒子-蒙特卡洛(PIC-MCC)方法建立了栅孔溅射腐蚀模型,开展了30 cm离子推力器寿命预估研究,分析了栅孔刻蚀速率、单孔电场及离子引出特性,给出了30 cm推力器寿命预估值。结果表明,栅孔直径仿真与实测值一致性较好,误差在20%以内,基于每个寿命小节栅孔实测值对模型的修正是有效的;根据仿真结果,10000 h寿命考核后,减速栅最先失效,30 cm离子推力器在最大功率(3 kW)工况下预估寿命为37540 h,能够满足小天体探测任务对电推进系统的长寿命需求。 展开更多
关键词 深空探测 离子推力器 寿命 pic-mcc 栅极
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20cm离子推力器束流平直度的改进方案 被引量:1
16
作者 吴先明 张天平 +1 位作者 陈娟娟 李娟 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期635-639,共5页
针对20 cm离子推力器(LIPS-200)存在束流平直度较差等问题,分析了提高LIPS-200束流平直度的几种方法,主要包括采用4极磁场、阴极前端增加挡板、改变供气方式和栅极孔径补偿设计等。利用数值方法详细研究了磁场对推力器束流平直度的影响... 针对20 cm离子推力器(LIPS-200)存在束流平直度较差等问题,分析了提高LIPS-200束流平直度的几种方法,主要包括采用4极磁场、阴极前端增加挡板、改变供气方式和栅极孔径补偿设计等。利用数值方法详细研究了磁场对推力器束流平直度的影响。PIC-MCC方法用于模拟放电室内的等离子体放电过程,粒子模拟的磁场输入利用有限元软件MAXWELL计算得到。计算表明,优化磁路结构后的推力器比基线推力器束流平直度提高了29%,同时放电损耗下降了3%。通过分析可看到,单独优化磁路结构或者将优化磁路结构与其他方法相结合能有效提高LIPS-200的束流平直度。 展开更多
关键词 离子推力器 束流平直度 磁路结构 pic-mcc方法
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圆柱电极激光触发开关击穿前的模拟计算 被引量:1
17
作者 王川 陆泽 +2 位作者 王建中 张天爵 姜兴东 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期901-904,共4页
在加入SF6气体与电子的碰撞反应截面后,利用基于PIC-MCC方法的XOOPIC程序,对天光Ⅰ号激光装置预放大器上的圆柱电极激光触发开关进行击穿前流柱形成过程的模拟计算。详述了模拟条件的选择及激光触发条件的等效,并给出了模拟结果。模拟... 在加入SF6气体与电子的碰撞反应截面后,利用基于PIC-MCC方法的XOOPIC程序,对天光Ⅰ号激光装置预放大器上的圆柱电极激光触发开关进行击穿前流柱形成过程的模拟计算。详述了模拟条件的选择及激光触发条件的等效,并给出了模拟结果。模拟结果表明,在弧道初始半径约为250μm的条件下,经过0.15 ns后正离子到达阴极,开关导通。因此验证了通过PIC-MCC方法模拟,可以为开关弧道的电阻的动态变化的电路模拟给出初始条件,使之能够更为准确的预测开关的导通行为,为开关设计提供了一个新的工具。 展开更多
关键词 激光触发开关 pic-mcc模拟 圆柱电极 气体开关弧道模拟
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轴对称真空二极管空间电荷限制流 被引量:3
18
作者 郝建红 曹占国 周前红 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期39-44,共6页
基于ArcPIC代码采用PIC-MCC方法,模拟研究了轴对称真空二极管放电时电子密度和阴极表面场强分布情况,同时给出了二维空间电荷限制流的一阶和二阶拟合公式。研究发现,真空二极管放电时阴极表面电场会随阴极注入电流密度的增加而增加,而... 基于ArcPIC代码采用PIC-MCC方法,模拟研究了轴对称真空二极管放电时电子密度和阴极表面场强分布情况,同时给出了二维空间电荷限制流的一阶和二阶拟合公式。研究发现,真空二极管放电时阴极表面电场会随阴极注入电流密度的增加而增加,而后出现振荡并趋于一个稳定状态;二维空间电荷限制流密度值随阴极发射半径的增大而减小,且阴极发射半径越大越接近一维空间电荷限制流值。 展开更多
关键词 真空二极管 空间电荷限制流 pic-mcc模拟
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Study on the influence of three-grid assembly thermal deformation on breakdown times and an ion extraction process 被引量:4
19
作者 Mingming SUN Yanhui JIA +3 位作者 Yongjie HUANG Juntai YANG Xiaodong WEN Meng WANG 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第6期134-143,共10页
In order to study the influence of three-grid assembly thermal deformation caused by heat accumulation on breakdown times and an ion extraction process,a hot gap test and a breakdown time test are carried out to obtai... In order to study the influence of three-grid assembly thermal deformation caused by heat accumulation on breakdown times and an ion extraction process,a hot gap test and a breakdown time test are carried out to obtain thermal deformation of the grids when the thruster is in 5 k W operation mode.Meanwhile,the fluid simulation method and particle-in-cell-Monte Carlo collision(PICMCC) method are adopted to simulate the ion extraction process according to the previous test results.The numerical calculation results are verified by the ion thruster performance test.The results show that after about 1.2 h operation,the hot gap between the screen grid and the accelerator grid reduce to 0.25–0.3 mm,while the hot gap between the accelerator grid and the decelerator grid increase from 1 mm to about 1.4 mm when the grids reach thermal equilibrium,and the hot gap is almost unchanged.In addition,the breakdown times experiment shows that 0.26 mm is the minimal safe hot gap for the grid assembly as the breakdown times improves significantly when the gap is smaller than this value.Fluid simulation results show that the plasma density of the screen grid is in the range 6?×10^(17)–6?×?10^(18) m^(13) and displays a parabolic characteristic,while the electron temperature gradually increases along the axial direction.The PIC-MCC results show that the current falling of an ion beam through a single aperture is significant.Meanwhile,the intercepted current of the accelerator grid and the decelerator grid both increase with the change in the hot gap.The ion beam current has optimal perveance status without thermal deformation,and the intercepted current of the accelerator grid and the decelerator grid are 3.65 m A and 6.26 m A,respectively.Furthermore,under the effect of thermal deformation,the ion beam current has over-perveance status,and the intercepted current of the accelerator grid and the decelerator grid are 10.46 m A and 18.24 m A,respectively.Performance test results indicate that the breakdown times increase obviously.The intercepted current of the accelerator grid and the decelerator grid increases to 13 m A and 16.5 m A,respectively,due to the change in the hot gap after 1.5 h operation.The numerical calculation results are well consistent with performance test results,and the error comes mainly from the test uncertainty of the hot gap. 展开更多
关键词 thermal deformation pic/mcc fluid simulation breakdown the grids
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Validity of the two-term Boltzmann approximation employed in the fluid model for high-power microwave breakdown in gas 被引量:2
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作者 赵朋程 廖成 +1 位作者 杨丹 钟选明 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第5期380-384,共5页
The electron energy distribution function (EEDF), predicted by the Boltzmann equation solver BOLSIG+ based on the two-term approximation, is introduced into the fluid model for simulating the high-power microwave ... The electron energy distribution function (EEDF), predicted by the Boltzmann equation solver BOLSIG+ based on the two-term approximation, is introduced into the fluid model for simulating the high-power microwave (HPM) breakdown in argon, nitrogen, and air, and its validity is examined by comparing with the results of particle-in-cell Monte Carlo collision (PIC/MCC) simulations as well as the experimental data. Numerical results show that, the breakdown time of the fluid model with the Maxwellian EEDF matches that of the PIC/MCC simulations in nitrogen; however, in argon under high pressures, the results from the Maxwellian EEDF were poor. This is due to an overestimation of the energy tail of the Maxwellian EEDF in argon breakdown. The prediction of the fluid model with the BOLSIG+ EEDF, however, agrees very well with the PIC/MCC prediction in nitrogen and argon over a wide range of pressures. The accuracy of the fluid model with the BOLSIG+ EEDF is also verified by the experimental results of the air breakdown. 展开更多
关键词 fluid model electron energy distribution function gas breakdown particle-in-cell Monte Carlocollision pic/mcc simulation
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