Comsol中空气N2沿面闪络等离子体模型的针板电极仿真结果

Comsol-空气N2沿面闪络等离子体模型针板电极仿真 仿真可得出闪络过程中电子密度变化云图沿绝缘表面电子密度电子温度等曲线图。打开COMSOL第一件事就是选对物理场接口。这次咱们得在组件里勾选等离子体模块别手滑点成微波加热模块了。针板电极建模其实挺有意思画个圆锥体当针尖底面直径给个0.1mm板电极直接拉个矩形完事。注意板电极边缘别抠搜至少留出针尖到板距离的3倍空间不然边界效应能让仿真结果亲妈都不认识。材料库加载氮气的时候别直接默认参数老司机都知道要改两处在反应栏手动添加二次电子发射系数建议用公式0.1*(E_field/1e6)^0.5这种非线性表达式。这时候可能会弹出警告别慌这是系统提醒你记得设置表面电荷积累的边界条件。在针尖表面属性里勾选场致发射电流密度表达式用Fowler-Nordheim方程代码块大概长这样emission.J A*E^2*exp(-B/(E*(1 C*sqrt(E))))A、B、C这几个系数得查文献搞等离子体的都知道这玩意儿关系到仿真能不能收敛。网格划分是重头戏针尖附近必须上边界层网格。见过有人偷懒用自由四面体网格结果电子密度云图全是锯齿。建议用自定义尺寸函数在针尖曲率半径处设置最大网格尺寸为0.01mm其他区域用指数增长过渡。有个冷知识在求解器配置里勾选自适应网格细化系统会在电子密度梯度大的区域自动加密网格实测能节省30%计算时间。Comsol-空气N2沿面闪络等离子体模型针板电极仿真 仿真可得出闪络过程中电子密度变化云图沿绝缘表面电子密度电子温度等曲线图。瞬态求解器设置别用默认的BDF方法换成广义alpha方法更稳当。时间步长设成1e-10秒起步但别死脑筋固定步长加上自动调整策略。记得在输出里勾选存储选定时步要不然20G内存分分钟撑爆。跑仿真时盯着残差曲线要是出现震荡八成是表面电荷没处理好赶紧回材料属性里检查表面复合速率参数。结果处理阶段云图渲染别直接用默认色阶。在电子密度结果的表达式里嵌套个log10()函数这样能看清六个数量级的变化。沿面电子密度曲线要自己画条辅助线沿着介质表面1mm路径积分。有个骚操作在派生值里新建线积分表达式输入emission.ne路径选介质表面那条边完事直接导出csv到Origin里画图。跑完仿真大概率会发现两个现象首先是电子雪崩位置总比预期更靠近针尖根部这其实是场致发射和光电离共同作用的结果其次是电子温度曲线在闪络前会出现双峰特征前峰对应汤生放电阶段后峰对应流注转先导过程。遇到过最坑的情况是仿真结果和实验对不上后来发现是没考虑电极温升导致的气体膨胀效应加上热力学耦合模块才搞定。