一维等离子体仿真学习

一维等离子体仿真学习

1、未能将species Ar中的“物质类型”的“来自质量约束”（即：From mass constraint check box）勾起来，导致计算时报初始错误。
2、反应的学习：
（1）e+Ar=>e+Ar
弹性碰撞，电子质量比mr = 0.136E-4 (默认的)， 实际上：（电子的质量m=9.1×10-31kg 质子的质量M=1.67×10-27kg 两者相比就是1 : 1836 ）
Collision : specify reaction using: cross section data, (默认的)
Reaction parameters: electron energy distribution function: From physics interface property(默认的)
NAME SYMBOL VALUE
Acceleration of gravity g_const 9.80665[m/s^2]
Avogadro constant N_A_const 6.022140857e23[1/mol]
Boltzmann constant k_B_const 1.38064852e-23[J/K]
Characteristic impedance of vacuum (impedance of free space) Z0_const 376.730313461…[ohm] (mu0c)
Electron mass me_const 9.10938356e-31[kg]
Elementary charge e_const 1.6021766208e-19[C]
Faraday constant F_const 96485.33289[C/mol]
Fine-structure constant alpha_const 7.2973525664e-3
Gravitational constant G_const 6.67408e-11[m^3/(kg*s2)]
Molar volume of ideal gas (at 273.15 K and 1 atm) V_m_const 22.413962e-3[m^3/mol]
Neutron mass mn_const 1.674927471e-27[kg]
Permeability of vacuum (magnetic constant) mu0_const 4pi1e-7[H/m]
Permittivity of vacuum (electric constant) epsilon0_const 8.854187817e-12[F/m]
Planck’s constant h_const 6.626070040e-34[Js]
Planck’s constant over 2 pi hbar_const 1.054571800e-34[Js]
Proton mass mp_const 1.672621898e-27[kg]
Speed of light in vacuum c_const 299792458[m/s]
Stefan-Boltzmann constant sigma_const 5.670367e-8[W/(m^2*K4)]
Universal gas constant (molar gas constant) R_const 8.3144598[J/(molK)]
Wien displacement law constant b_const 2.8977729e-3[m*K]

方程视图中的变量：
能量损失：plas.de_1 2.72E-5*(plas.ebar-1.5plas.Tk_B_const/e_const) 即：2.72E-5*（平均电子能量-1.5输入温度kB/e）
k_B_const：Boltzmann constant， 1.38064852e-23[J/K]
e_const: Elementary charge, 1.6021766208e-19[C]
plas.ebar与plas.T可从自动形成的“等离子体模型1“中的变量中找到物理含义：
plas.T: model.input.minput_temperature, 单位：K， 温度
plas.ebar: plas.en/plas.ne, 单位：V，平均电子能量（mean electron energy）
而：plas.en 为：exp(En)1[V/m^3]，单位：kg/(m•s³•A)，电子能量密度（Electron energy density）
plas.ne 为：exp(Ne)1[1/m^3], 单位：1/m³， 电子密度（Electron density）
plas.nue_el plas.r_1/plas.c_we，单位: Hz, 物理意义：弹性碰撞频率 (Elastic collision frequency)
plas.r_1 为：plas.kf_1plas.c_weplas.c_wAr，单位：mol/(m³•s)，物理意义：反应速率（Reaction rate）
plas.kf_1为：comp1.plas.kfx_1(max(min(log(abs(plas.ebar)+eps),6),-40))，单位：m³/(s•mol)，物理意义：前向速率常数（Forward rate constant）
plas.c_wAr为：plas.wAr*plas.rho/plas.M_wAr单位：mol/m³，物理意义：摩尔浓度（Molar concentration）
plas.wArs 为: exp(real(WArs))1[1], 单位:1,物理意义: 质量分数（Mass fraction）
plas.wAr为: 1-plas.wArs-plas.wAr_1p, 单位:1,物理意义: 质量分数（Mass fraction）
plas.wAr_1p为: exp(real(WAr_1p))1[1],单位：1，物理意义: 质量分数（Mass fraction）
wAr_1p：拉格朗日(二次) Lagrange (Quadratic)， 单位：1，物理意义：质量分数取LOG值（Log mass fraction）
plas.rho 为：plas.pes1.minput_pressureplas.Mn/(R_constplas.pes1.minput_temperature)，单位：kg/m³，意义：Density密度，

               plas.c_we 为：model.input.ne/N_A_const，单位：mol/m³， 物理意义：摩尔浓度（Molar concentration）
                           model.input.ne：模型输入的电子密度，N_A_const ：Avogadro constant：阿伏伽德罗常数

寻找方法：ctrl +F, 找到后，双点一下名称，在主栏中就能找到其位置与意义描述.

（2）e+Ar=>e+Ars 激发碰撞，能量损失：（energy loss）11.5V （默认）
Collision : specify reaction using: use lookup table (人工手动指定的)
Reaction parameters->rate constant form->townsend coefficient , 手动导入文件：town2.txt文件。
plas.nue_in 为：plas.r_2/plas.c_we ，单位： Hz，意义：非弹性碰撞频率（Inelastic collision frequency）
plas.r_2 为: plas.c_wArplas.alpha_2plas.abs_gflux_ne,单位:mol/(m³•s),意义:反应速率(Reaction rate)
plas.alpha_2为: plas.alphasig_2_1(plas.ebar), 单位: m²,意义: Townsend coefficient
plas.abs_gflux_ne 为sqrt(plas.gflux_nex^{2+plas.gflux_ney}2+plas.gflux_nez^2+eps),单位: 1/(m²•s),意义: Absolute electron flux

  plas.de_2: 11.5V, 意义:能量损失(energy loss)


(3) e+Ars=>e+Ar激发碰撞，能量损失：（energy loss）-11.5V （默认）
 Collision : specify reaction using: cross section data, (默认的)
   Reaction parameters: electron energy distribution function: From physics interface property(默认的)
   能量损失：-11.5V
   plas.nue_in   为：plas.r_3/plas.c_we，单位： Hz, 意义：非弹性碰撞频率（Inelastic collision frequency）
   (与反应2中相同名称，但表达式不同，说明各自反应中的函数不共用。)
   plas.de_3 为：-11.5，单位：V，意义：Energy loss

plas.beta1 为：gamma(2.5)^{1.5*gamma(1.5)}(-2.5)，单位：1，意义：First EEDF coefficient
plas.beta2 为：gamma(2.5)/gamma(1.5)，单位：1，意义：Second EEDF coefficient
plas.sigt 为：plas.sig_3_plas1(eps)，单位：m²，意义：Sum of collision cross sections（碰撞截面总和）
plas.r_3 为：plas.kf_3plas.c_weplas.c_wArs，单位：mol/(m³•s)，意义：反应速率，（Reaction rate）
plas.kf_3 为：comp1.plas.kfx_3(max(min(log(abs(plas.ebar)+eps),6),-40))，单位：m³/(s•mol)，意义：Forward rate constant。（前向速率常数）。

（4）e+Ar=>2e+Ar+ 电离碰撞，能量损失plas.de_4：（energy loss）15.8V （默认）
Collision : specify reaction using: use lookup table (人工手动指定的)
Reaction parameters->rate constant form->townsend coefficient , 手动导入文件：town4.txt文件。
plas.nue_in 为：plas.r_4/plas.c_we， 单位:Hz ,意义：非弹性碰撞频率（Inelastic collision frequency）
plas.r_4 为：plas.c_wArplas.alpha_4plas.abs_gflux_ne, 单位：mol/(m³•s)，意义：反应速率（Reaction rate）
plas.alpha_4 为：plas.alphasig_4_1(plas.ebar)，单位：m²，意义：Townsend coefficient
（5）e+Ars=>2e+Ar+ 电离碰撞，能量损失：（energy loss）4.427V （默认）
Collision : specify reaction using: cross section data, (默认的)
Reaction parameters: electron energy distribution function: From physics interface property(默认的)
plas.nue_in 为：plas.r_5/plas.c_we， 单位：Hz,意义：非弹性碰撞频率Inelastic collision frequency
plas.beta1 为：gamma(2.5)^{1.5*gamma(1.5)}(-2.5)，单位：1，意义：First EEDF coefficient
plas.beta2 为：gamma(2.5)/gamma(1.5)，单位：1，意义：Second EEDF coefficient
plas.sigt 为：plas.sig_5_plas1(eps)，单位：m²，意义：Sum of collision cross sections（碰撞截面总和）
plas.de_5 为：4.427 ，单位：V，意义：能量损失（energy loss）
plas.r_5 为： plas.kf_5plas.c_weplas.c_wArs, 单位：mol/(m³•s)，意义：反应速率，（Reaction rate）
plas.kf_5 为：comp1.plas.kfx_5(max(min(log(abs(plas.ebar)+eps),6),-40))，单位：m³/(s•mol)，意义：Forward rate constant。（前向速率常数）。
plas.Af_5 为：1，单位：m³/(s•mol)， 意义：Forward frequency factor （前向频率因子）
plas.Ar_5 为：1 单位：m⁶/(s•mol²)，意义：Reverse frequency factor （后向频率因子）
plas.kr_5 为：1，单位：m⁶/(s•mol²)，意义：Reverse rate constant（后向速率常数）

（6）Ars+Ars=>e+Ar+Ar+ （人为手动添加——physics->domains->reaction）
反应参数：kf (前向速率常数)，3.734E8 单位：m³/(s•mol)
反应方程：plas.r_6 为：plas.kf_6plas.c_wArs^2， 单位：mol/(m³•s)， 意义：反应速率（Reaction rate）
plas.kf_6 为：373400000，单位：m³/(s•mol)，意义：Forward rate constant，应与前面手动设置相关。
（7）Ars+Ar=>Ar+Ar （人为手动添加——physics->domains->reaction）
反应参数：kf (前向速率常数)，1807 单位：m³/(s•mol)
反应方程：plas.r_7 为：plas.kf_7plas.c_wArplas.c_wArs 单位：mol/(m³•s)， 意义：反应速率（Reaction rate）
plas.kf_7 为：1807，单位：m³/(s•mol)，意义：Forward rate constant，应与前面手动设置相关。
plas.c_wAr: 在species:Ar中方程视图中有定义：plas.wArplas.rho/plas.M_wAr， 单位：mol/m³，意义：Molar concentration，摩尔浓度
plas.c_wArs： 在species:Ars中方程视图中有定义：：plas.wArs*plas.rho/plas.M_wArs, 单位：mol/m³，意义：Molar concentration，摩尔浓度

电极端化学反应：
1） Ar+=>Ar 电极：阴极端1 （人为手动添加——physics->boundaries->reaction）
手动添加：1
Reaction parameters: Forward sticking coefficient :1,
Secondary emission parameters: Secondary emission coefficient: 0.35 单位：1
Mean energy of secondary electron : plas.de_4-2*Wf, 单位：V
Wf:人工定义的变量, Surface work function(表面工作函数)
plas.de_4,在第四个反应中的能量损失。（理解：氩离子变为氩原子后，二次电子激发，即当氩原子再发出二次电子时能量仍为电离能）
2）Ar+=>Ar 电极：阳极端2 （人为手动添加——physics->boundaries->reaction）
手动添加：2
没有二次电子发射，所以不像1那样添加后面的系数，默认为0
3）Ars=>Ar 电极：阴、阳极端都有（人为手动添加——physics->boundaries->reaction）
手动添加：1、2
没有二次电子发射，所以不像1那样添加后面的系数，默认为0

等离子体模型中：
Model inputs: absolute pressure: Pa由人工手动添加 p0, 即变量1中所设的值0.1torr。
Electron density and energy: electron transport properties: specify mobility only,
Reduced electron mobility : µeNe 取：mu_eN是人工添加变量中的电子迁移率，单位：1/（V.m.s）
设置壁：（人为手动添加-physics->boundaries->wall）,人工添加两端点（boundary selection）勾选Use wall for electron density.
接地：设置1阴极接地，（人为手动添加——physics->boundaries->ground）
金属接触：设置2阳极，（人为手动添加——physics->boundaries->metal contact）,人工设置电压：electric potential : V0,即人工设置的变量中的电压值。