
COMSOL等离子体流注放电从零基础到实践教程——棒-板模型详解
在高压放电实验中,棒-板电极结构是经典配置。咱们直接上手COMSOL的几何建模:用圆柱体模拟金
属棒(半径2mm,长度50mm),下方放置边长100mm的正方形平板。注意这里有个骚操作——用"工作平面偏移"
功能给棒顶端做个球面过渡,实测能避免尖端电场过于集中导致计算发散。
等离子体模块的边界条件设置得讲究,金属表面用二次电子发射边界,空气域边界要设置成电荷自
由流出。这里有个隐藏代码参数:
```java
physics.create("es", "Electrostatics");
physics.feature("es1").set("density", "epsilon0*epsilonr*E");
```
这段代码其实在后台定义着电场与空间电荷的关系,epsilon0后面会与粒子密度耦合。
说到玻尔兹曼求解器,COMSOL内置的Boltzmann求解器比网页版更带劲。重点是在APP里导入气体组
分数据时,记得把氮氧比例换算成混合截面:
```matlab
gas_comp = [0.78, 0.21]; % N2/O2体积分数
cross_section = gas_comp(1)*n2_data + gas_comp(2)*o2_data;
```
这种加权处理能准确反映空气的真实碰撞特性。实测当E/N值超过120 Td时,电离系数会突然飙升,
这就是流注发展的临界点。
汤森系数计算有个坑要注意:得先用粒子追踪模块生成电子能量分布函数(EEDF)。有个取巧的方法
是在"派生值"里直接写积分表达式:
```cpp
alpha_Townsend = (1/N) * (rateCoefficient_ion * n_e);
```
其中N是气体密度,rateCoefficient_ion来自前面Boltzmann求解的结果。记得单位要统一到1/m·s
,否则结果会差几个数量级。
网格剖分必须祭出边界层网格大法,特别是棒电极尖端附近。用自定义尺寸函数控制最大单元尺寸
:
```python
size_params = {
'hcurve': 0.1, # 曲率因子