基于COMSOL的MPT离子化源等离子体建模仿真

【摘要】MPT(MicrowavePlasmaTorch,微波等离子体炬)是我国学者于1985年首创的一种新型激发光源。问世至今,已得到相当迅速的发展,它独特而优异的性能引起了国内外光谱化学分析专家的广泛关注。但是大都限于应用研究,对于MPT的参数优化及机理一直缺乏系统的研究。现今,等离子体建模是新MPT仪器设计开发的有效手段,它能缩短开发周期,优化结构参数,提升新仪器整体性能。等离子体涉及到多种物理现象,模型复杂且带有高度非线性,很难实现实验结果完美的复现。但是如果能够考虑到各种主要参数及其变化规律,所建立的完整的数学模型将有助于从理论上解释实验中发生的各种现象。MPT问世以来,现还没有人为MPT离子化源建立完整的数学模型,将流体模型方法应用于MPT对其等离子体产生原理的理解有一定的指导意义,并可以据此优化炬管结构参数和气体流量等实验参数,为获得最优的等离子体炬条件指明方向。本文采用流体建模方法,首次为MPT离子化源建立二维、三维模型,进行了电磁学仿真和等离子体仿真并在多物理场仿真软件COMSOLMultiphysics中进行了网格划分和数值解计算。优化后的二维模型满足了对计算速度的要求。本文主要内容如下：1.简要介绍了微波等离子体的工作原理和特点,总结和比较了低温等离子体的常见模拟方法,并对流体建模方法在等离子体仿真的应用进行了文献综述。2.首次建立MPT离子化源仿真的数学模型,并将流体模型应用于MPT对其等离子体产生原理和仪器结构参数的优化。介绍了等离子中进行的反应和包含的粒子,并对描述各个粒子行为的方程进行了详细的说明。3.对氩气放电MPT进行了二维仿真,首次得到与实验实测数据相符的电子密度、电子温度和电场强度的二维分布模拟图。证明本模型的有效。模型计算时间在2min左右,为离子化源的优化设计提供便捷的工具。4.在二维模型的基础上研究放电参数(流量、流向)对等离子体特性(电子密度)的影响,为离子化源工作气参数的选择提供依据。5.对氩气放电MPT进行了三维电磁仿真和初步的等离子体仿真。计算得出等离子体特性参数合理,可在获得实验测量数据后进一步调整和优化。
【作者】任昊；
【导师】金伟；
【作者基本信息】浙江大学，控制科学与工程，2014，硕士
【关键词】微波等离子体炬；MPT；离子化源；仿真；COMSOL；

【参考文献】
[1]杨凡力.中缅边境地区蝙蝠新型病毒的检测与鉴定[D].吉林大学,预防兽医学,2013,硕士.
[2].中国机械工程学会流体传动与控制分会第五届委员会委员名录[J].液压与气动,2015,02:132-136.
[3]郝卓.沈阳市休闲体育人才资源现状及对策研究[D].辽宁师范大学,体育人文社会学,2011,硕士.
[4]李建英.基于DtN映射的波导计算[D].北京化工大学,应用数学,2013,硕士.
[5]阎鸿久,刘利清,王红心.大孔爆破无外露雷管脚线起爆系统的应用和发展[J].有色金属(矿山部分).1992(03)
[6]王立.浙江省股权投资业发展问题与对策研究[D].吉林大学,工商管理,2013,硕士.
[7]周倩.海外耕地投资中东道国投资吸引力研究[D].华中科技大学,土地资源管理,2013,硕士.
[8]赵世杰.高产L-脯氨酸缺陷短波单胞菌的选育及其发酵条件优化[D].江南大学,发酵工程,2012,硕士.
[9]赵云云.高速铁路弓网系统电磁力的计算与仿真分析[D].西南交通大学,电力系统及其自动化,2014,硕士.
[10]吴倩倩.具变指数源反应扩散方程解的爆破[D].吉林大学,应用数学,2014,硕士.
[11]计超.纳滤分离镁锂过程研究[D].华东理工大学,化学工程,2014,硕士.
[12]郝桐.个案工作对老年人抑郁情绪的介入问题研究[D].华中科技大学,社会工作,2013,硕士.
[13]ZhangXinyu.Existentialism in the Human Stain[D].西安外国语大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[14]陈东.企业推行预算管理的思考[D].西南财经大学,工商管理,2003,硕士.
[15]莫燕.中学英语文化教学中的合作策略[D].湖南师范大学,学科教学,2003,硕士.
[16]李征.纳米TiO_2的掺杂和修饰及其用于光动力治疗的机理研究[D].复旦大学,光学,2013,博士.
[17]崔婉依.基于SH架构的编辑部管理系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2012,硕士.
[18]孙浩.微量润滑条件下Al_2O_3陶瓷刀具的切削试验研究[D].齐鲁工业大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[19]翟哲.EMD方法在近红外光谱信号去噪问题中的应用[D].黑龙江八一农垦大学,农业信息化,2014,硕士.
[20]刘云鹏.基于FPGA的RapidIO总线接口设计、验证与实现[D].西安电子科技大学,软件工程,2013,硕士.
[21]夏然.基于绿色化学策略的核苷类化合物的设计合成[D].河南师范大学,环境科学,2014,博士.
[22]孙明轩.纳米TiO_2光阳极材料的改性及其光电化学和光催化性能研究[D].复旦大学,物理电子学,2013,博士.
[23]韩倩琰.锂电负极石墨烯基复合材料的制备及其性能研究[D].上海交通大学,2014.
[24]江勇.DNA计算在访问控制查询及其安全性分析中的应用研究[D].湖南大学,计算机科学与技术,2011,硕士.
[25]张笑,何光宇,刘铠诚,李嘉,翟海青,闾海荣.基于半绝对离差风险的联合经济调度[J].电力系统自动化,2012,19:53-58+72.
[26]晏义.三维人体模型重建、分割及尺寸提取技术研究[D].湖南工业大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[27]林震,杨浩.城市交通结构的优化模型分析[J].土木工程学报,2005,05:100-104.
[28]王建平,薛雪,孙伟.智能配电网无线传感器网络数据通信的QoS-MAC层模型[J].电力系统自动化,2014,09:160-167.
[29]曲大孜.考虑重力超覆的蒸汽驱分析预测模型[D].东北石油大学,油气田开发工程,2013,硕士.
[30]孙国强,卫志农,李阳林,王丹,常宝立.计及统一潮流控制器的电力系统状态估计[J].电力系统自动化,2006,02:63-67.
[31]廖锐.星状细胞及其相关炎症分子与肝细胞癌转移复发的关系研究[D].复旦大学,外科学,2013,博士.
[32]陆栋.自动化软件测试框架分析及应用[D].浙江大学,2008.
[33]林明翔,陈彬,王昊,闫勇,徐凯琪,唐代春,董金平,孙洋,刘燕燕,贲留斌,黄学杰.锂电池百篇论文点评(2014.2.1—2014.3.31)[J].储能科学与技术,2014,03:216-226.
[34]夏静.曹魏同题赋研究[D].湖北大学,中国古代文学,2012,硕士.
[35]马征.基于本体的Web页面分类挖掘[D].中南大学,2004.
[36]李金钢,王廷正,赵新全.甘肃鼢鼠粪尿气味对侵占行为的影响[J].动物学报,2003,05:682-686.
[37]陈煌江.和谐社会视域下大学生德育工作存在的问题及对策研究[D].南昌航空大学,思想政治教育,2012,硕士.
[38]李晓宇.我国垄断性行业福利腐败及其治理[D].南京师范大学,行政管理,2012,硕士.
[39]郭倩.基于合作竞争理论的设施选址问题研究[D].北京交通大学,2014.
[40]齐忠亮.小功率半导体激光器的恒温控制与驱动方法的研究[D].哈尔滨理工大学,测试计量技术及仪器,2012,硕士.
[41]马凤艳.铝热连轧机轧制力预报及模型自学习[D].燕山大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[42]王育槐.变频调速系统电磁兼容性设计及电磁优化算法[D].浙江大学,电工理论与新技术,2004,硕士.
[43]倪洪科,杨雪梅,王超,林中.目标安全体系结构及其在银行信息系统中的应用[J].网络安全技术与应用,2003,03:53-56.
[44]赵廷伟.底部大空间框支密肋复合墙结构抗震性能试验研究[D].西安建筑科技大学,结构工程,2004,硕士.
[45]李绅.MRA脑图像的血管中轴提取研究[D].东北大学,模式识别与智能系统,2011,硕士.
[46]张永春.住院患者下肢深静脉血栓形成危险因素评估表的研制[D].遵义医学院,护理学（专业学位）,2012,硕士.
[47]黄名.影响小儿脊髓栓系综合征疗效的Logistic回归分析[D].广西医科大学,小儿外科（专业学位）,2013,硕士.
[48]朱旭华.我国绘本漫画浅析[D].山西师范大学,美术学,2014,硕士.
[49]李栋.山东清末新政研究[D].山东师范大学,中国近现代史,2013,硕士.
[50]张红.西部旅游人力资源开发探讨[D].中南林学院,2001.