基于PIC方法对真空二极管放电特性的研究
发布时间:2021-03-09 21:54
真空二极管在涉及到高电压(>300kV)、强电流(>1kA)电子束的诸多领域中都有重要应用,它是获得强流电子束、X射线、γ射线、高功率微波以及强激光等的关键部件。真空二极管的建模和仿真分析是对其进行深入研究的重要技术措施,已受到诸多专家的重视。一方面,真空二极管等真空弧放电产生等离子体时一般包含非常强的非线性物理过程,所以无法运用纯理论方法进行精确解析求解;另一方面,如果采用实验方法进行研究,则所需费用较高且费时又费力。基于以上原因,加之计算机技术的迅速发展和应用,近年来开发了不少专门用于等离子体数值模拟研究的大型程序和商业软件。本文基于ArcPIC粒子模拟程序,应用PIC-MCC方法研究了圆柱型轴对称真空二极管的放电特性。其中,ArcPIC程序是2014年由欧洲核子研究中心的K.Sjobak和H.Timko等联合开发和完善的用于数值模拟研究分析真空弧放电产生等离子体的大型程序。首先,本文对真空二极管的结构进行了详细分析和介绍,给出了圆柱型轴对称真空二极管的具体模型及参数;然后,从理论的角度系统而详细地分析了 PIC-MCC粒子模拟方法的基本原理和模拟计算过程;最后,基于A...
【文章来源】:华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:55 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
图2-1有限大小宏粒子间的作用力??
?*+J/2??图2-2粒子模拟蛙跳格式??进行粒子模拟计算时,对空间也要进行离散化处理。如图2-3所示,是离散电??场和磁场分量在空间的排布情况,即所谓的Yee元胞。由Yee元胞排列构成的整个??空间网格中,每一个磁场分量被四个电场分量环绕,每一个电场分量也被四个磁场??分量包围。电磁场分量的这种空间取样方式,不仅适合方程的差分计算,而且符合??安培定律和法拉第感应定律的自然结构,可以很好地描述电磁场的传播特性。由图??可知,在不同方向上的电场和磁场分量位于不同方向空间全网格或半网格位置,即??使用的是具有二阶精度的传统中心差分方法。在进行空间离散化处理时,粒子的位??置、受力和速度在空间上是连续分布的,但粒子产生的电流密度场和电荷密度场得??定义在Yee元胞上
iH-l/2?*+J/2??图2-2粒子模拟蛙跳格式??进行粒子模拟计算时,对空间也要进行离散化处理。如图2-3所示,是离散电??场和磁场分量在空间的排布情况,即所谓的Yee元胞。由Yee元胞排列构成的整个??空间网格中,每一个磁场分量被四个电场分量环绕,每一个电场分量也被四个磁场??分量包围。电磁场分量的这种空间取样方式,不仅适合方程的差分计算,而且符合??安培定律和法拉第感应定律的自然结构,可以很好地描述电磁场的传播特性。由图??可知,在不同方向上的电场和磁场分量位于不同方向空间全网格或半网格位置,即??使用的是具有二阶精度的传统中心差分方法。在进行空间离散化处理时,粒子的位??置、受力和速度在空间上是连续分布的
【参考文献】:
期刊论文
[1]二维空间电荷限制流实验研究[J]. 张开春,吴振华. 大学物理. 2014(06)
[2]真空二极管阴极表面场致发射模型的研究[J]. 左应红,王建国,范如玉. 真空科学与技术学报. 2014(06)
[3]场致爆炸发射阴极表面微凸起热效应的数值研究[J]. 左应红,王建国,范如玉,朱金辉,牛胜利. 计算物理. 2013(05)
[4]阴极微凸起形状对热不稳定性的影响[J]. 左应红,王建国,范如玉,朱金辉,牛胜利. 强激光与粒子束. 2013(03)
[5]二极管间隙距离对场致发射过程中空间电荷效应的影响[J]. 左应红,王建国,范如玉. 物理学报. 2012(21)
[6]基于库仑定律的二极管空间电荷限制效应研究[J]. 左应红,王建国,朱金辉,范如玉. 物理学报. 2012(16)
[7]二极管爆炸发射阴极等离子体的膨胀扩展[J]. 左应红,王建国,朱金辉,范如玉. 强激光与粒子束. 2012(06)
[8]基于PIC-MCC法的真空灭弧室电弧放电机理(英文)[J]. 曹云东,李静,刘晓明,侯春光,王尔智. 高电压技术. 2011(11)
[9]3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE[J]. 董烨,陈军,杨温渊,赵强,夏芳,肖丽,马彦,廖丽,孙会芳,董志伟,周海京,陈虹,莫则尧. 强激光与粒子束. 2011(06)
[10]低温等离子体数值模拟方法的分析比较[J]. 袁忠才,时家明,黄勇,马柳. 核聚变与等离子体物理. 2008(03)
博士论文
[1]电磁粒子模拟方法及其应用研究[D]. 周俊.电子科技大学 2009
[2]带电粒子与场互作用中粒子模拟方法研究[D]. 刘大刚.电子科技大学 2009
[3]等离子体应用技术的数值模拟研究[D]. 丁可.复旦大学 2006
硕士论文
[1]触发型真空弧离子源放电特性研究[D]. 万翔.中国工程物理研究院 2014
本文编号:3073539
【文章来源】:华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:55 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
图2-1有限大小宏粒子间的作用力??
?*+J/2??图2-2粒子模拟蛙跳格式??进行粒子模拟计算时,对空间也要进行离散化处理。如图2-3所示,是离散电??场和磁场分量在空间的排布情况,即所谓的Yee元胞。由Yee元胞排列构成的整个??空间网格中,每一个磁场分量被四个电场分量环绕,每一个电场分量也被四个磁场??分量包围。电磁场分量的这种空间取样方式,不仅适合方程的差分计算,而且符合??安培定律和法拉第感应定律的自然结构,可以很好地描述电磁场的传播特性。由图??可知,在不同方向上的电场和磁场分量位于不同方向空间全网格或半网格位置,即??使用的是具有二阶精度的传统中心差分方法。在进行空间离散化处理时,粒子的位??置、受力和速度在空间上是连续分布的,但粒子产生的电流密度场和电荷密度场得??定义在Yee元胞上
iH-l/2?*+J/2??图2-2粒子模拟蛙跳格式??进行粒子模拟计算时,对空间也要进行离散化处理。如图2-3所示,是离散电??场和磁场分量在空间的排布情况,即所谓的Yee元胞。由Yee元胞排列构成的整个??空间网格中,每一个磁场分量被四个电场分量环绕,每一个电场分量也被四个磁场??分量包围。电磁场分量的这种空间取样方式,不仅适合方程的差分计算,而且符合??安培定律和法拉第感应定律的自然结构,可以很好地描述电磁场的传播特性。由图??可知,在不同方向上的电场和磁场分量位于不同方向空间全网格或半网格位置,即??使用的是具有二阶精度的传统中心差分方法。在进行空间离散化处理时,粒子的位??置、受力和速度在空间上是连续分布的
【参考文献】:
期刊论文
[1]二维空间电荷限制流实验研究[J]. 张开春,吴振华. 大学物理. 2014(06)
[2]真空二极管阴极表面场致发射模型的研究[J]. 左应红,王建国,范如玉. 真空科学与技术学报. 2014(06)
[3]场致爆炸发射阴极表面微凸起热效应的数值研究[J]. 左应红,王建国,范如玉,朱金辉,牛胜利. 计算物理. 2013(05)
[4]阴极微凸起形状对热不稳定性的影响[J]. 左应红,王建国,范如玉,朱金辉,牛胜利. 强激光与粒子束. 2013(03)
[5]二极管间隙距离对场致发射过程中空间电荷效应的影响[J]. 左应红,王建国,范如玉. 物理学报. 2012(21)
[6]基于库仑定律的二极管空间电荷限制效应研究[J]. 左应红,王建国,朱金辉,范如玉. 物理学报. 2012(16)
[7]二极管爆炸发射阴极等离子体的膨胀扩展[J]. 左应红,王建国,朱金辉,范如玉. 强激光与粒子束. 2012(06)
[8]基于PIC-MCC法的真空灭弧室电弧放电机理(英文)[J]. 曹云东,李静,刘晓明,侯春光,王尔智. 高电压技术. 2011(11)
[9]3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE[J]. 董烨,陈军,杨温渊,赵强,夏芳,肖丽,马彦,廖丽,孙会芳,董志伟,周海京,陈虹,莫则尧. 强激光与粒子束. 2011(06)
[10]低温等离子体数值模拟方法的分析比较[J]. 袁忠才,时家明,黄勇,马柳. 核聚变与等离子体物理. 2008(03)
博士论文
[1]电磁粒子模拟方法及其应用研究[D]. 周俊.电子科技大学 2009
[2]带电粒子与场互作用中粒子模拟方法研究[D]. 刘大刚.电子科技大学 2009
[3]等离子体应用技术的数值模拟研究[D]. 丁可.复旦大学 2006
硕士论文
[1]触发型真空弧离子源放电特性研究[D]. 万翔.中国工程物理研究院 2014
本文编号:3073539
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