 |
تخلیه سد دی الکتریک
معرفی
این مدل شکست الکتریکی در یک گاز فشار اتمسفر را شبیه سازی می کند. از آنجایی که خرابی الکتریکی یک فرآیند پیچیده است، یک مدل 1 بعدی در نظر گرفته می شود. برای برجسته کردن فیزیک فرآیند شکست، این مثال از یک شیمی ساده آرگون استفاده می کند که تعداد گونه ها و واکنش ها را به حداقل می رساند.
تعریف مدل
اصل کار برای تخلیه مانع دی الکتریک به شرح زیر است: یک شکاف کوچک پر از گاز بین دو صفحه دی الکتریک وجود دارد. شکاف بین دو صفحه دی الکتریک معمولا کمتر از یک میلی متر است. بر روی یکی از صفحات دی الکتریک، یک ولتاژ سینوسی اعمال می شود. صفحه دیگر به صورت برقی متصل است. با افزایش ولتاژ اعمال شده به صفحه بالایی، میدان الکتریکی قوی تری در شکاف بین صفحات ایجاد می شود. هر الکترون آزاد در شکاف 1شتاب می گیرند و اگر میدان الکتریکی به اندازه کافی قوی باشد ممکن است انرژی کافی برای ایجاد یونیزاسیون بدست آورند. این می تواند منجر به یک اثر آبشاری شود که در آن تعداد الکترون ها در شکاف به طور تصاعدی در مقیاس زمانی نانوثانیه افزایش می یابد. الکترون های ایجاد شده از طریق یونیزاسیون ضربه الکترون به سمت یکی از صفحات دی الکتریک در جهت مخالف میدان الکتریکی می روند. تعداد مساوی یون نیز در طول یونیزاسیون ضربه الکترون تولید می شود (الکترون ها و یون ها باید به صورت جفت مساوی ایجاد شوند تا تعادل بار کلی حفظ شود). یونها به سمت صفحه دی الکتریک مخالف در همان جهت میدان الکتریکی حرکت می کنند. در نتیجه بار سطحی با علامت مخالف روی هر دو صفحه دی الکتریک جمع می شود. این باعث می شود که میدان الکتریکی از شکاف پر از گاز محافظت شود. در حقیقت، میدان الکتریکی در سراسر شکاف نمی تواند از میدان الکتریکی شکسته فراتر رود، که بسیار به گاز وابسته است. میدان الکتریکی شکست نیز تابعی از خواص سطحی مواد دی الکتریک است. تجمع بار سطحی به طور موقت تخلیه را خاتمه می دهد تا زمانی که میدان جهت معکوس را تغییر دهد و روند در جهت مخالف تکرار شود.
مدل‌سازی تخلیه‌های سد دی‌الکتریک در بیش از یک بعد، البته امکان‌پذیر است، اما به دلیل مقدار فیزیک رقیب در مسئله، تفسیر نتایج می‌تواند دشوار باشد. در این مدل ساده، با فرض اینکه شکاف دی الکتریک بسیار کوچکتر از قطر صفحات است، مشکل به 1 بعدی کاهش می یابد. همچنین این امکان را فراهم می کند که به سرعت در مورد ویژگی های تخلیه بدون زمان محاسبات بیش از حد به دست آورید.
هندسه تخلیه مانع دی الکتریک معمولی در شکل 1 نشان داده شده است . صفحات دی الکتریک ممکن است تا 15 سانتی متر قطر داشته باشند. ضخامت دی الکتریک و شکاف معمولاً کمتر از 1 میلی متر است.
شکل 1: تصویر گرافیکی تخلیه مانع دی الکتریک معمولی.
چگالی الکترون و انرژی متوسط الکترون با حل یک جفت معادله رانش- انتشار برای چگالی الکترون و انرژی الکترون میانگین محاسبه می‌شود. برای اطلاعات دقیق در مورد انتقال الکترون، به نظریه برای رابط انتشار رانش در راهنمای کاربر ماژول پلاسما مراجعه کنید .
منبع الکترون R e و اتلاف انرژی ناشی از برخوردهای غیر کشسان R ε بعداً تعریف می‌شوند. انتشار الکترون، تحرک انرژی و انتشار انرژی از تحرک الکترون با استفاده از:
ضرایب منبع در معادلات فوق توسط شیمی پلاسما با استفاده از ضرایب سرعت تعیین می شود. در مورد ضرایب سرعت، عبارت منبع الکترونی با:
که در آن xj کسر مولی گونه هدف برای واکنش j است ، kj ضریب سرعت واکنش j است (واحد SI: m 3 / s)، و N n چگالی عدد خنثی کل (واحد SI: 1/m) است . 3 ). اتلاف انرژی الکترون با جمع کردن تلفات انرژی برخورد در تمام واکنش ها به دست می آید:
که در آن Dej اتلاف انرژی از واکنش j است (واحد SI: V). ضرایب نرخ را می توان از داده های مقطعی توسط انتگرال زیر محاسبه کرد:
که γ = ( 2 q / m e ) 1/2 ( واحد SI: C 1/2 / کیلوگرم 1/2 ) ، m e جرم الکترون است (واحد SI: کیلوگرم)، ε انرژی است (واحد SI: V) ، σ k سطح مقطع برخورد (واحد SI: m 2 ) و f تابع توزیع انرژی الکترون است. در این مورد، یک EEDF ماکسولین فرض می شود.
برای گونه های غیرالکترونی، معادله زیر برای کسر جرمی هر گونه حل می شود. برای اطلاعات دقیق در مورد انتقال گونه های غیرالکترونی، به نظریه رابط حمل و نقل گونه های سنگین در راهنمای کاربر ماژول پلاسما مراجعه کنید .
میدان الکترواستاتیک با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود:
چگالی بار فضایی ρ به طور خودکار بر اساس شیمی پلاسما مشخص شده در مدل با استفاده از فرمول محاسبه می شود:
برای اطلاعات دقیق در مورد الکترواستاتیک به تئوری برای رابط الکترواستاتیک در راهنمای کاربر ماژول پلاسما مراجعه کنید .
شرایط مرزی
الکترون ها به دلیل حرکت تصادفی در چند مسیر آزاد متوسط دیوار به دیوار گم می شوند و به دلیل اثرات گسیل ثانویه به دست می آیند که در نتیجه شرایط مرزی زیر برای شار الکترون ایجاد می شود:
(1)
و شار انرژی الکترون:
(2)
عبارت دوم در سمت راست معادله 1 ، افزایش الکترون ها به دلیل اثرات گسیل ثانویه است، γ p ضریب انتشار ثانویه است. عبارت دوم در معادله 2 شار انرژی گسیل ثانویه است، ε p میانگین انرژی الکترون های ثانویه است. برای گونه‌های سنگین، یونها به دلیل واکنش‌های سطحی و این واقعیت که میدان الکتریکی به سمت دیوار هدایت می‌شود، به دیواره از بین می‌رود:
تجمع بار سطحی از طریق شرایط مرزی زیر به سطوح دی الکتریک که در مجاورت شکافی که پلاسما تشکیل می شود اضافه می شود:
که ρ s چگالی بار سطحی است که با حل ODE توزیع شده زیر بر روی سطوح محاسبه می شود:
که در آن n · J i مولفه نرمال چگالی کل جریان یون در دیوار است و n · J e مولفه نرمال چگالی کل جریان الکترون در دیوار است.
تخلیه توسط یک پتانسیل الکتریکی سینوسی اعمال می شود که به مرز بیرونی یکی از صفحات دی الکتریک اعمال می شود:
که در آن پیک ولتاژ اعمال شده، V 0 750 ولت و فرکانس زاویه ای، فرکانس RF 50 کیلوهرتز است. مرز بیرونی صفحه دی الکتریک دیگر زمین است.
شیمی پلاسما
آرگون یک گاز جذاب برای استفاده در یک مسئله معیار است زیرا فقط تعداد معدودی از واکنش ها و چند گونه باید در نظر گرفته شوند. لیست واکنش های شیمیایی در نظر گرفته شده به شرح زیر است (مقطع برخورد الکترون از مرجع 1 بدست می آید ):
واکنش | فرمول | نوع |  |
1 | e+Ar=>e+Ar | کشسان | 0 |
2 | e+Ar=>e+Ars | برانگیختگی | 11.5 |
3 | e+Ars=>e+Ar | فوق الاستیک | -11.5 |
4 | e+Ar=>2e+Ar+ | یونیزاسیون | 15.8 |
5 | e+Ars=>2e+Ar+ | یونیزاسیون | 4.24 |
6 | ارس+ارس=>ای+ار+ار+ | یونیزاسیون پنینگ | – |
7 | ارس+ار=>ار+ار | کوئنچینگ فراپایدار | – |
در ابتدا تعداد کمی الکترون بذر وجود دارد. اینها برای شروع تخلیه در اولین سیکل RF ضروری هستند. علاوه بر واکنش‌های حجمی، واکنش‌های سطحی زیر نیز اجرا می‌شوند:
واکنش | فرمول | ضریب چسبندگی |
1 | ارس=>ار | 1 |
2 | Ar+=>Ar | 1 |
زمانی که یون ها به دیوار می رسند، فرض می شود که دوباره به اتم های آرگون خنثی تبدیل شده و بار خود را به دیوار اهدا می کنند.
نتایج و بحث
تجزیه و تحلیل نتایج این مسئله یک بعدی با اکسترود کردن راه حل به دو بعد راحت تر است. بعد اضافی نشان دهنده زمان است. در COMSOL Multiphysics این کار با افزودن یک مجموعه داده پارامتریک اکستروژن 1D انجام می شود . نمودار سطح راحت است زیرا می توانید بلافاصله ببینید که چگونه متغیرهای مورد علاقه در طول زمان تکامل می یابند.
کسر جرمی اتم های آرگون برانگیخته در شکل 2 نشان داده شده است . گونه های برانگیخته نسبت به الکترون ها یا یون ها عمر طولانی تری در شکاف دارند. این به این دلیل است که مکانیسم اولیه برای از بین بردن گونه‌های آرگون برانگیخته، تحریک‌زدایی در هنگام تماس با دیوار است. اتم های آرگون برانگیخته تنها از طریق انتشار می توانند به دیوار برسند در حالی که الکترون ها و یون ها به دلیل مهاجرت بسیار سریع به دیوار می رسند. همچنین از شکل 2 مشخص است که تخلیه تنها پس از دو سیکل RF به یک محلول حالت پایدار دوره ای می رسد.
شکل 2: کسر جرمی آرگون برانگیخته.
پتانسیل الکتریکی در شکل 3 نشان داده شده است . ولتاژ در سراسر شکاف تخلیه نسبتا یکنواخت است. این را می توان با بررسی میدان الکتریکی در شکل 4 به وضوح مشاهده کرد . میدان الکتریکی بسیار قوی تری در مواد دی الکتریک نسبت به شکاف وجود دارد. این به این دلیل است که بار سطحی که روی سطوح دی الکتریک انباشته می شود تمایل دارد از میدان الکتریکی محافظت کند.
شکل 3: پتانسیل الکتریکی (محور x) در مقابل زمان (محور y).
شکل 4: میدان الکتریکی در عرض شکاف (محور x) در مقابل زمان (محور y).
شکل 5: نمودار اکسترود شده چگالی الکترون.
شکل 6: نمودار اکسترود شده انرژی الکترون متوسط.
به طور ضمنی در معادلات حل شده برای تعداد ذرات باردار و پتانسیل الکترواستاتیکی این است که جریان الکتریکی کل حفظ می شود. از نظر ریاضی این به این معنی است که:
که در آن J چگالی کل جریان پلاسما (واحد SI: A/m2 ) و ρ چگالی بار فضایی (واحد SI: C/m3 ) است. از آنجایی که الکترون ها و یون ها به صورت جفت مساوی ایجاد می شوند، مشتق زمانی چگالی بار فضایی باید تقریباً صفر باشد. برای این مدل 1 بعدی، این بدان معناست که چگالی جریان کل باید در هر عکس فوری در زمان در سراسر شکاف ثابت باشد. در شکل 7 ، چگالی جریان ناشی از الکترون ها (چپ) و یون ها (راست) رسم شده است. چگالی جریان متقارن نیست زیرا ضرایب انتشار ثانویه متفاوتی که در سطوح دی الکتریک استفاده می شود.
شکل 7: نمودار چگالی جریان الکترون (چپ) و چگالی جریان یونی (راست) در تخلیه، به استثنای اولین چرخه RF.
چگالی کل جریان پلاسما در شکل 8 نشان داده شده است . همانطور که انتظار می رود، چگالی جریان کل در هر نقطه از زمان در سراسر شکاف ثابت است.
شکل 8: نمودار چگالی کل جریان پلاسما (مجموع چگالی جریان الکترون و یون)، به استثنای اولین چرخه RF. حفظ بار مستلزم آن است که چگالی جریان کل در هر نقطه از زمان در سراسر شکاف ثابت باشد.
جریان کل در الکترود زمین شده در شکل 9 نشان داده شده است . در غیاب پلاسما، جریان یک موج کسینوس کامل خواهد بود. با این حال، حضور پلاسما و جریان ذرات باردار منجر به شکل موج جریان غیر سینوسی می شود. قدرت جذب آنی در پلاسما در شکل 10 نشان داده شده است . میانگین زمان در این سیکل 1 رادیویی قدرت جذب شده توسط پلاسما را ایجاد می کند. توان در نیم سیکل حدود 16.7 وات و در نیم سیکل دیگر 17.7 وات است. تفاوت به این دلیل است که ضرایب انتشار ثانویه در صفحات بالا و پایین متفاوت است.
شکل 9: نمودار جریان تخلیه کل در برابر زمان.
شکل 10: نمودار توان در مقابل زمان تخلیه مانع دی الکتریک.
ارجاع
1. پایگاه داده فلپس، www.lxcat.net ، بازیابی شده در سال 2017.
مسیر کتابخانه برنامه: Plasma_Module/Direct_Current_discharges/argon_dbd_1d
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  1D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Plasma>Plasma (plas) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
شما با تعریف هندسه برای مسئله شروع می کنید. این مدل دارای یک هندسه 1 بعدی ساده است که از 3 دامنه تشکیل شده است. دو حوزه دی الکتریک و یک شکاف که در آن پلاسما تشکیل می شود.
فاصله 1 (i1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Interval را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فاصله ، قسمت فاصله را بیابید . |
3 | از لیست Specify ، Interval lengths را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی Left endpoint ، -1e-4 را تایپ کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
طول (متر) |
1e-4 |
1e-4 |
1e-4 |
6 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
چند پارامتر برای ابعاد صفحه و فرکانس تحریک اضافه کنید.
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
f0 | 50e3[Hz] | 50000 هرتز | فرکانس RF |
w0 | 2*pi*f0 | 3.1416E5 هرتز | فرکانس زاویه ای |
dplate | 0.1[m] | 0.1 متر | قطر صفحه |
مانند | 0.25*pi*dplate^2 | 0.007854 متر مربع | منطقه بشقاب |
تعاریف
متغیرهای 1
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  متغیرها کلیک کنید و متغیرهای محلی را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
Vrf | -750[V]*sin(w0*t) | V | ولتاژ اعمال شده |
حالا بقای بار را به مواد دی الکتریک اضافه کنید. این بدان معناست که فقط یک معادله بقای بار در ماده دی الکتریک حل می شود و تمام اجزای پلاسما در شکاف بین دی الکتریک ها حل می شوند.
پلاسما
حفظ شارژ 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Plasma (plas) کلیک راست کرده و تنظیمات دامنه Electrostatics>Charge Conservation را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 1 و 3 را انتخاب کنید. |
بارگذاری در مقاطع آرگون از فایل. آنها اساس شیمی پلاسما را تشکیل می دهند.
واردات مقطع 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Global کلیک کنید و Cross Section Import را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات مقطع ، بخش واردات مقطع را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل Ar_xsecs.txt دوبار کلیک کنید . |
5 |  روی Import کلیک کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، روی Plasma (plas) کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات پلاسما ، بخش سطح مقطع را پیدا کنید . |
8 | در قسمت متن A ، As را تایپ کنید . |
9 | قسمت Plasma Properties را پیدا کنید . کادر بررسی استفاده از خواص انتقال الکترون کاهش یافته را انتخاب کنید . |
واکنش 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reaction را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Formula text Ars+Ars=>e+Ar+Ar+ را تایپ کنید . |
4 | قسمت Reaction Parameters را پیدا کنید . در قسمت متن k f ، 3.3734e8 را تایپ کنید . |
واکنش 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reaction را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Formula text Ars+Ar=>Ar+Ar را تایپ کنید . |
4 | قسمت Reaction Parameters را پیدا کنید . در قسمت متن k f ، 1807 را تایپ کنید . |
گونه: Ar
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: Ar کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش فرمول گونه ها را پیدا کنید . |
3 | چک باکس From mass constraint را انتخاب کنید . |
4 | قسمت General Parameters را پیدا کنید . از لیست داده های گونه های از پیش تعیین شده ، Ar را انتخاب کنید . |
گونه: Ars
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: Ars کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه‌ها ، بخش General Parameters را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x 0 ، 1e-11 را تایپ کنید . |
4 | از لیست داده های گونه های از پیش تعیین شده ، Ar را انتخاب کنید . |
حالا بگذارید چگالی عددی اولیه یون های آرگون با تعداد اولیه الکترون ها یکسان باشد. این باعث می شود که پلاسما در ابتدا خنثی باشد.
گونه: Ar+
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: Ar+ کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش فرمول گونه ها را پیدا کنید . |
3 | تیک گزینه Initial value from electroneutrality constraint را انتخاب کنید . |
4 | قسمت General Parameters را پیدا کنید . از لیست داده های گونه های از پیش تعیین شده ، Ar را انتخاب کنید . |
پلاسما مدل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Plasma Model 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مدل پلاسما ، بخش چگالی و انرژی الکترون را پیدا کنید . |
3 | از لیست خواص انتقال الکترون ، از واکنش های برخورد الکترون را انتخاب کنید . |
4 | بخش ورودی مدل را پیدا کنید . در قسمت متن T ، 400[K] را تایپ کنید . |
چگالی عددی اولیه الکترون های بذری بسیار کوچک است، فقط یک میلیون الکترون آزاد در هر متر مکعب. این مربوط به رسانایی نزدیک به صفر است. بنابراین، شکاف در ابتدا واقعاً به عنوان یک عایق عمل می کند.
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی n e، 0 ، 1e6 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ε 0 عدد 5 را تایپ کنید . |
انتشار ثانویه الکترون ها هنگام مطالعه منحنی های تخلیه از DBD ها مهم است. در این مثال شما ضریب انتشار ثانویه بالاتری را در دیوار سمت چپ اضافه می کنید.
واکنش سطحی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Surface Reaction را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Surface Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
4 | در قسمت Formula text Ar+=>Ar را تایپ کنید . |
5 | بخش پارامترهای انتشار ثانویه را پیدا کنید . در قسمت متن γ i ، 0.01 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن ε i ، 2.5 را تایپ کنید . |
واکنش سطحی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Surface Reaction را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Surface Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
4 | در قسمت Formula text Ar+=>Ar را تایپ کنید . |
5 | بخش پارامترهای انتشار ثانویه را پیدا کنید . در قسمت متن γ i ، 1E-6 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن ε i ، 2.5 را تایپ کنید . |
واکنش سطحی 3
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Surface Reaction را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 2 و 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Surface Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
4 | در قسمت Formula text Ars=>Ar را تایپ کنید . |
دیوار 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و دیوار را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 2 و 3 را انتخاب کنید. |
هنگامی که گاز شروع به شکستن می کند شارژ سطحی شروع به جمع شدن می کند. این باعث می شود که میدان الکتریکی در شکاف محافظت شود. این پدیده ای است که باعث خاتمه دشارژ می شود و همچنین دلیل این است که نمی توان از ولتاژ شکست در سراسر شکاف تجاوز کرد. COMSOL به طور خودکار مقدار تجمع بار سطحی را هنگامی که ویژگی به مدل اضافه می شود محاسبه می کند. تجمع بار سطحی با ادغام شار الکترون و یون به دیوار محاسبه می شود.
تجمع بار سطحی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Surface Charge Accumulation را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 2 و 3 را انتخاب کنید. |
زمین 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 4 را انتخاب کنید. |
ترمینال 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Terminal را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات ترمینال ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن نام ترمینال ، الکترود را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن V 0 ، Vrf را تایپ کنید . |
اکنون گذردهی نسبی را به ماده دی الکتریک و شکاف هوایی که در آن پلاسما تشکیل می شود اختصاص دهید.
مواد
دی الکتریک 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Dielectric 1 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 1 و 3 را انتخاب کنید. |
4 | بخش محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
گذر نسبی | epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0 | 10 | 1 | پایه ای |
مش 1
باید چگالی مش کافی وجود داشته باشد تا گرادیان های تیز در الکترون و چگالی یون در شکاف حل شود. بنابراین شما مشخص می کنید که 200 عنصر در عرض شکاف وجود دارد.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | از فهرست اندازه عنصر ، Extremely fine را انتخاب کنید . |
لبه 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Edge کلیک کنید .
Edge کلیک کنید .توزیع 1
1 | روی Edge 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
5 | بخش توزیع را پیدا کنید . از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متنی Number of element ، 200 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 5 را تایپ کنید . |
8 | از لیست نرخ رشد ، نمایی را انتخاب کنید . |
9 | چک باکس توزیع متقارن را انتخاب کنید . |
10 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Time Dependent کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی Range کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Range ، تعداد مقادیر را از لیست روش ورود انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن توقف ، 1e-4 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متنی Number of values ، 201 را تایپ کنید . |
7 | روی Replace کلیک کنید . |
8 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
اکستروژن پارامتریک 1D 1
1 | در نوار ابزار Results ، روی  More Datasets کلیک کنید و Parametric Extrusion 1D را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامتر اکستروژن 1D ، بخش تنظیمات را پیدا کنید . |
3 | تیک Separate levels را پاک کنید . |
4 | در قسمت متنی ضریب مقیاس سطح ، 50e3 را تایپ کنید . |
اکنون یک مجموعه داده پارامتریک جدید ایجاد کنید، که اولین چرخه RF راه اندازی را نادیده می گیرد تا چگالی فعلی بعداً قابل مشاهده باشد.
اکستروژن پارامتریک 1D 2
1 | روی Parametric Extrusion 1D 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Parametric Extrusion 1D ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب زمان ، از لیست را انتخاب کنید . در لیست Times (s) ، 1E-5 تا 1E-4 را انتخاب کنید . |
کسر جرمی آرگون هیجان زده
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  2D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، Excited Argon Mass Fraction را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
سطح 1
1 | روی Excited Argon Mass Fraction کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Plasma>Mass fractions>plas.wArs – Mass fraction را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Excited Argon Mass Fraction ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
پتانسیل الکتریکی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Excited Argon Mass Fraction کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات گروه طرح دوبعدی ، Electric Potential را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electric Potential را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Plasma>Electric>V – Electric Potential – V را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Color Table ، Rainbow>Dipole را در درخت انتخاب کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Electric Potential ، روی  Plot کلیک کنید . |
7 |  روی Plot کلیک کنید . |
8 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
میدان الکتریکی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electric Potential کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دوبعدی ، فیلد Electric Field را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electric Field را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Plasma>Electric>Electric field – V/m>plas.Ex – Electric field, x component را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Electric Field ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
چگالی الکترون
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electric Field کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، چگالی الکترون را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electron Density را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Plasma>Electron density>plas.ne – Electron density – 1/m³ را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Electron Density ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
انرژی الکترونی متوسط
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electron Density کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، میانگین انرژی الکترون را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Mean Electron Energy را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Plasma>Electron Energy Density>plas.ebar – Mean electron Energy – V را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Mean Electron Energy ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
چگالی جریان الکترون
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mean Electron Energy کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، چگالی جریان الکترونی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Parametric Extrusion 1D 2 را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electron Current Density را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Plasma>Current>Electron current density – A/m²>plas.Jelx – چگالی جریان الکترون ، جزء x را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Color Table ، Rainbow>Dipole را در درخت انتخاب کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Electron Current Density ، روی  Plot کلیک کنید . |
7 |  روی Plot کلیک کنید . |
8 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
چگالی جریان یون آرگون
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electron Current Density کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، تراکم جریان یون آرگون را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Argon Ion Current Density را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Plasma>Species>Species wAr_1p>Ion current density – A/m²>plas.Jix_wAr_1p – چگالی جریان یون ، x جزء را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار تراکم جریان یون آرگون ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
چگالی جریان کل هدایت
1 | در پنجره Model Builder ، روی Argon Ion Current Density کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دوبعدی ، چگالی جریان مجموع هدایت را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Total Conduction Current Density را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، plas.Jix_wAr_1p+plas.Jelx را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار چگالی جریان مجموع هدایت ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی Plot کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
جریان ترمینال
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، جریان پایانه را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | روی Terminal Current کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Plasma>plas.I_electrode – Current، Terminal electrode – A را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Terminal Current ، روی  Plot کلیک کنید . |
رسوب کل توان
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Total Power Deposition را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | روی Total Power Deposition کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1 ) >Plasma>Power and collisions>plas.Pcap_tot – Total power deposition, electrons – W را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Total Power Deposition ، روی  Plot کلیک کنید . |
ارزیابی جهانی 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی  جهانی کلیک کنید . |
از عملگر timeavg برای محاسبه میانگین زمان رسوب توان برای چرخه های 2-10 استفاده کنید .
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب زمان ، آخرین را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
timeavg(1e-5,2e-5,plas.Pcap_tot,’nointerp’) | دبلیو | چرخه 2 |
timeavg(2e-5,3e-5,plas.Pcap_tot,’nointerp’) | دبلیو | چرخه 3 |
timeavg(3e-5,4e-5,plas.Pcap_tot,’nointerp’) | دبلیو | چرخه 4 |
timeavg(4e-5,5e-5,plas.Pcap_tot,’nointerp’) | دبلیو | چرخه 5 |
timeavg(5e-5,6e-5,plas.Pcap_tot,’nointerp’) | دبلیو | چرخه 6 |
timeavg(6e-5,7e-5,plas.Pcap_tot,’nointerp’) | دبلیو | چرخه 7 |
timeavg(7e-5,8e-5,plas.Pcap_tot,’nointerp’) | دبلیو | چرخه 8 |
timeavg(8e-5,9e-5,plas.Pcap_tot,’nointerp’) | دبلیو | چرخه 9 |
timeavg(9e-5,10e-5,plas.Pcap_tot,’nointerp’) | دبلیو | چرخه 10 |
همانطور که می بینید، میانگین توان سپرده شده به پلاسما برای هر سیکل تنها پس از 3 سیکل RF ثابت می ماند. توان در نیم سیکل حدود 16.7 وات و در نیم سیکل دیگر 17.7 وات است. این تفاوت به این دلیل است که ضرایب انتشار ثانویه در صفحات بالا و پایین متفاوت است.
5 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
1
معمولاً حدود 1000000 m -3 الکترون آزاد در هوا در سطح دریا وجود دارد .
