蒙特卡罗模拟甲烷气体的放电特性

【摘要】：由气体放电生成的等离子体,在各个领域得到广泛的应用。在电子器件的制造领域,液晶显示器和大规模集成电路的制造广泛采用等离子体技术。在地球环境保护方面,等离子体技术也越来越吸引科研人员的持续关注。全球各国的科学家们正在研究如何在有毒化学制剂的处理、生活垃圾和废水废气的处理等环保问题上利用等离子体技术来寻找解决方案。在能源开发领域,化石能源日益枯竭,世界各国科研人员正在积极开展国际合作,在通过利用超高密度、超高温等离子体来实现核聚变发电的问题上共同努力。气体放电等离子体技术在国民经济的各个领域显示了极大应用潜力和发展前景。 气体放电等离子体可以从实验研究和理论与数值模拟两方面进行。实验方法一般是建立各种装置,采用仪器手段对装置中产生的等离子体进行测量；数值模拟则是建立气体放电模型,在大容量的计算机上,用大量粒子来模拟气体放电中等离子体的运动。数值模拟一般采用波尔兹曼方程分析和蒙特卡罗仿真法,波尔兹曼方程一般用于研究非平衡状态下的电子分布,而且求解过程非常复杂。蒙特卡罗仿真法则无此限制,可用于研究平衡和非平衡状态的气体放电过程。 本文介绍了均匀电场作用下气体放电的基本理论,包括气体放电中带电粒子的产生和消失机制,汤逊理论和流注理论,气体放电中发生的弹性碰撞和非弹性碰撞以及气体放电的几种形式。建立了气体放电的蒙特卡罗仿真模型,模拟了甲烷气体放电中电子的运动过程,求出了各个电子漂移速度,有效电离系数α等电子崩参数,通过反复计算和对碰撞截面的修正,从而确定了一组较准确的甲烷气体碰撞截面。通过与实验数据对比发现,各个电子漂移速度根据测量方法的不同有较大差异,选择正确的测量方法至关重要。本文计算所得数据与之前研究学者的实验和仿真数据对比,有较好的一致性,验证了本文建立的甲烷气体放电模型的正确性。 【关键词】：蒙特卡罗模拟 甲烷气体 气体放电等离子体 电子崩参数
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O461
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 研究背景与意义9
• 1.2 气体放电等离子体的分类及应用9-11
• 1.2.1 气体放电等离子体的分类9-10
• 1.2.2 气体放电等离子体的应用10-11
• 1.3 气体放电等离子体的研究现状11-13
• 1.3.1 国外研究现状11-13
• 1.3.2 国内研究现状13
• 1.4 本文研究方法13-15
• 1.4.1 实验方法13-14
• 1.4.2 论计算方法14-15
• 1.5 本文研究的主要内容15-16
• 第二章 气体放电的基本物理过程16-34
• 2.1 气体中带电粒子的产生与消失16-20
• 2.1.1 带电粒子的产生16-19
• 2.1.2 带电粒子的消失19-20
• 2.2 气体放电机理20-27
• 2.2.1 非自持放电和自持放电20-21
• 2.2.2 汤逊理论21-26
• 2.2.3 流注理论26-27
• 2.3 气体放电的形式27-29
• 2.4 气体放电中粒子的碰撞类型29-33
• 2.4.1 弹性碰撞29-30
• 2.4.2 非弹性碰撞30-33
• 本章小结33-34
• 第三章 气体电子崩发展的蒙特卡罗模型34-44
• 3.1 蒙特卡罗方法简介34
• 3.2 蒙特卡罗仿真气体电子崩模型的建立34-43
• 3.2.1 模拟电子的初始化37
• 3.2.2 电子飞行时间的确定37-39
• 3.2.3 碰撞前电子状态的确定39-40
• 3.2.4 碰撞类型的确定40-41
• 3.2.5 碰撞后电子状态的确定41-43
• 本章小结43-44
• 第四章 甲烷气体电子崩参数的蒙特卡罗计算44-51
• 4.1 气体碰撞截面的选取方法44
• 4.2 甲烷气体碰撞截面的选取44-48
• 4.3 甲烷气体蒙特卡罗模拟的计算步骤48
• 4.4 数据的抽样和计算48-50
• 本章小结50-51
• 第五章 仿真结果和分析51-67
• 5.1 仿真软件介绍51
• 5.2 仿真条件51-52
• 5.3 仿真结果和分析52-66
• 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文71-72
• 致谢72

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