عنوان

شبیه‌سازی کامپیوتری تخلیه‌های پلاسمایی مایکروویو

کد کشور

IR

شماره

۳۷۰۸پ

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

فارسی

کشور محل نشر

IR

عنوان اصلي

شبیه‌سازی کامپیوتری تخلیه‌های پلاسمایی مایکروویو

نام عام مواد

[پایان‌نامه]

عنوان اصلي به زبان ديگر

Computer simulation of microwave plasma discharges

نام نخستين پديدآور

/سمانه بیابانی

نام ناشر، پخش کننده و غيره

: علوم پایه

تاریخ نشرو بخش و غیره

، ۱۳۹۸

نام خاص و کميت اثر

۹۹ص

متن يادداشت

زبان: فارسی

متن يادداشت

زبان چکیده: فارسی

متن يادداشت

چاپی - الکترونیکی

متن يادداشت

مصور، جدول، نمودار

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

دکتری

نظم درجات

فیزیک - پلاسما

زمان اعطا مدرک

۱۳۹۸/۰۴/۰۱

کسي که مدرک را اعطا کرده

صنعتی سهند

متن يادداشت

در این پژوهش، یک مدل عددی خودسازگار برای مطالعه دینامیک پلاسما در طی شکست مایکروویو پرتوان نانو ثانیه در هوا در فشارهای بالا ارائه شده است .برای این منظور از شبیه‌سازی‌های FDTD معادلات ماکسول همراه با معادلات چند سیالی پلاسما و یک تابع توزیع انرژی الکترون و هم-چنین یک مدل شیمی شامل ذرات باردار و خنثی با یک مجموعه تقریبا کامل از واکنش‌های شیمیایی استفاده شده است .از طرف دیگر با توجه به شرایط در نظر گرفته شده در این کار، انرژی جذب شده توسط الکترون‌ها از میدان موج بسیار بالا می‌باشد و در نتیجه با انتقال موثر انرژی از الکترون‌ها به درجات آزادی مولکول‌های گاز، گرمایش سریع گاز روی می‌دهد .هدف از شبیه‌سازی‌های انجام گرفته شده در این پژوهش، مطالعه اثرات پارامترهای گازی و ویژگی‌های منبع مایکروویو بر روی دینامیک پلاسما، آهنگ گرمایش و دمای گاز می‌باشد .در این راستا، ابتدا اثرات پارامترهای کنترلی مختلف مانند فشار هوا، دامنه، پهنا و فرکانس پالس مایکروویو و هم‌چنین دمای اولیه گاز بر روی دینامیک پلاسما و چگالی‌های عددی الکترون‌ها، یون‌ها و رادیکال‌ها بررسی شده است .سپس در مرحله دوم، اثرات همان پارامترها و هم‌چنین اثر درصد اکسیژن بر روی آهنگ گرمایش و دمای گاز مطالعه شده است .نتایج شبیه‌سازی‌های عددی نشان می-دهند که شکست در یک زمان کوتاه از مرتبه چندین نانو ثانیه رخ می‌دهد و غلظت‌های الکترون‌ها، یون‌ها و ذرات برانگیخته به سرعت افزایش می‌یابد .زمان شکست با کاهش فشار و پهنای پالس کاهش می‌یابد، درحالی که با کاهش دامنه پالس افزایش می‌یابد .و مهم‌ترین یون‌های مثبت می‌باشند، در حالی که چگالی عددی بیشتر از دیگر یون‌های منفی است .برای یک پالس مایکروویو، چگالی عددی الکترون تا بزرگ است و فرآیندهای تفکیک و برانگیختگی به افزایش گونه‌های برانگیخته و رادیکال‌های کوچک ادامه می‌دهند .سپس چگالی عددی الکترون افت می‌کند و جمعیت گونه‌های برانگیخته کاهش می‌یابد .تولید ازون بعد از اهمیت می‌یابد، زمانی که فرآیند همبستی سه جرمی و بر فرآیندهای تفکیک غلبه می‌کند .رشد ازون تا ادامه می‌یابد و سپس در یک مقدار اشباع می-شود .فرونشانی مولکول‌های برانگیخته الکترونیکی نیتروژن با مولکول‌های و سپس تفکیک آنها به اکسیژن اتمی و تولید اهمیت دارد و می‌تواند یک نقش قابل توجهی را در گرمایش سریع گاز ایفا کند .در مرحله دوم، نتایج شبیه‌سازی‌های عددی در هوا در فشار اتمسفری نشان می‌دهند که یک گرمایش سریع از مرتبه چند صد کلوین در کمتر از ۱۰۰ نانو ثانیه روی می‌دهد .نقش اصلی در گرمایش را فرآیند تفکیک در واکنش برخوردی الکترون و در فرونشانی با حالات شبه پایدار و هم‌چنین واکنش با مولکول‌های نیتروژن ایفا می‌کند .مهم‌ترین گونه‌ها در بین حالات برانگیخته شبه پایدار الکترونیکی می‌باشند .گرمایش آهسته گاز در زمان‌های بالاتر از به فرآیندهای واهلش ارتعاشی مرتبط می‌باشد که در بین آنها واهلش ارتعاشی - انتقالی بالاترین آهنگ گرمایش را دارد .آهنگ گرمایش و بنابراین دمای گاز به طور قابل توجهی با افزایش دامنه پالس مایکروویو ، پهنای پالس و فشار گاز افزایش می‌یابد .در تمامی حالت‌ها، افزایش تفکیک فاکتور مهمی در افزایش گرمایش گاز می‌باشد .همان اثرات برای افزایش دمای اولیه گاز و درصد در یک ترکیب - مشاهده می‌شود .

متن يادداشت

In this thesis, a self-consistent numerical model is presented to study the plasma dynamics during a nanosecond high power microwave breakdown in air at high pressures. To this end, FDTD simulations of the Maxwell equations along with multi-fluid plasma equations and a self-consistent EEDF, as well as a chemical model including different charged and neutral particles with an almost complete reactions set are used. On the other hand, for the conditions considered here, the energy absorbed by the electrons from the wave field, is very high and as a result, the electron energy is effectively transferred into degrees of freedom of the gas molecules and then to fast gas heating. The purpose of the simulations performed in this thesis is to study the effects of gas parameters and the properties of microwave source on the plasma dynamics, heating rate, and gas temperature. In this regard, first the effects of different control parameters such as air pressure, the amplitude, width, and frequency of the microwave pulse, as well as the initial gas temperature on the plasma dynamics and the number densities of the electrons, ions, and radicals are investigated. Next, the effects of the same parameters as well as the effect of percentage on the heating rate and gas temperature are studied.The results show that the breakdown takes place in a short time of a few nanoseconds and the concentrations of electrons, ions, excited species, and the dissociation products are quickly enhanced. The breakdown time decreases with decreasing of the pressure and the pulse width, while increases with decreasing of the pulse amplitude. and are the most important positive ions, whereas is the most populated negative ion. For a single microwave pulse, the electron number density is large up to 1 , and the dissociation and excitation continue to increase the small radicals and excited species. Then the electron number density drops and the population of excited species declines. The ozone production becomes important after 1 when the three body association of and dominates over the ozone dissociation, continues to grow up to 5 ms, and then saturates at Quenching of electronically excited nitrogen molecules by molecules and the subsequent dissociation to atomic oxygen and generation of , are found to be important and can play a significant role in the ultrafast gas heating. Next, the numerical simulation results in air at atmospheric pressure show that an ultra-fast gas heating of the order of several 100 Kelvins occurs in less than 100 ns. The main role in the heating is played by the electron impact dissociation of , dissociation via quenching of metastable states of , as well as, quenching by nitrogen molecules. Among the electronically excited metastable states, are the most important species. Slow heating of the gas above 1 is attributed to the vibrational relaxation processes of , among them vibrational-translational relaxation of demonstrates the highest heating rate. The heating rate and thus the gas temperature are significantly increased with increasing of the microwave pulse amplitude, pulse width, and the gas pressure. In all cases, enhanced dissociation is the main factor behind the enhanced gas heating. The same effects are observed for increasing of the initial gas temperature, and percentage in a mixture.

خط فهرستنویسی و خط اصلی شناسه

ba

عنوان اصلي به زبان ديگر

Computer simulation of microwave plasma discharges

موضوع مستند نشده

تخلیه‌های مایکروویو پرتوان

موضوع مستند نشده

شبیه‌سازی‌هایFDTD

موضوع مستند نشده

شکست پلاسما

موضوع مستند نشده

گرمایش سریع گاز

موضوع مستند نشده

دمای گاز

اصطلاح موضوعی

High power microwave discharges, FDTD simulations, Plasma breakdown, Fast gas heating, Gas temperature

اصطلاح موضوعی

تخلیه‌های مایکروویو پرتوان، شبیه‌سازی‌هایFDTD ، شکست پلاسما، گرمایش سریع گاز، دمای گاز

مستند نام اشخاص تاييد نشده

بیابانی، سمانه

مستند نام اشخاص تاييد نشده

فروتن، غلامرضا، استاد راهنما

کشور

ایران

تاريخ عمليات

20230621

شماره بازیابی

فیزیک ،۹۰۱۵۳،۱۳۹۸

نام ميزبان

ویوورکیام‍ ی‌یامسلاپ‍ ی‌اهه‌یلخت‍ ی‌رتویپماک‍ ی‌زاسه‌یبش‍.pdf

شماره دسترسي

عادی

اطلاعات مختصر

عادی

تاريخ و ساعت مذاکره و دسترسي

p90153.pdf

تاريخ و ساعت مذاکره و دسترسي

37081.pdf

بيت در ثانيه

0

ارتباط براي تسهيلات دسترسي

ایمانی

نوع فرمت الکترونيکي

متن

اندازه فايل

0

شماره کنترل رکورد

پ۳۷۰۸

يادداشت عمومي

فارسی

وضعیت فهرست نویسی

نمایه‌سازی قبلی

فرمت انتشار

pe

نوع ماده

TF

کد کاربرگه

92029

پیشوند ISBD اعمال شده است

1

سطح دسترسي

a

تكميل شده

Y