Барьерный разряд
в кислороде
Fluid-модель диэлектрического барьерного разряда в чистом O₂ при атмосферном давлении: дрейф-диффузия в локальном приближении поля, уравнение Пуассона с переменной проницаемостью и накоплением поверхностного заряда, девять сортов частиц, фотопроцессы. Одномерная версия считается прямо в браузере, двумерная — заранее, и проигрывается как анимация.
- зазор 1 мм
- барьеры Al₂O₃ 2×0.5 мм, εr = 9
- 10 кВ · 10 кГц
- частицы: e, O₂⁺, O₄⁺, O⁻, O₂⁻, O₃⁻, O, O₃, O₂(a¹Δ)
Демонстрации
1D-симулятор
Считает в реальном времени в браузере. Видно, как зажигаются микроразряды, как копится поверхностный заряд и гасит разряд, как ток идёт короткими импульсами. Параметры крутятся вживую: напряжение, частота, зазор, толщина барьера, вторичная эмиссия.
Открыть →
2D осесимметричный плеер
Расчёт в координатах (r, z) сделан заранее — здесь он проигрывается покадрово. Переключаются поля: плотность электронов, свечение, объёмный заряд, поле, E/N, скорости фотоионизации и фотоотлипания. Шкала времени двухмасштабная — весь период в миллисекундах и лупа на импульс в наносекундах.
Открыть →
Панель диагностики
Осциллограммы напряжения и тока, фигура Лиссажу Q–V с извлечением ёмкостей и мощности по методу Мэнли, вклад трёх фотопроцессов против ударной ионизации, профили плотностей вдоль оси и поверхностный заряд σ(r) на обеих поверхностях.
Открыть →Что моделируется
Физика
- Ударная ионизация, диссоциативное и трёхтельное прилипание, отлипание, ион-ионная рекомбинация, кластеризация в O₄⁺ и O₃⁻, наработка озона.
- Коэффициенты получены решением двухчленного уравнения Больцмана на сечениях Phelps, Biagi и IST-Lisbon; сверены с опубликованной таблицей Phelps с точностью 1–4 %.
- Критическое поле α = η выходит 127.8 Тд, что согласуется с экспериментальным пробойным полем O₂ 30–32 кВ/см.
- Фотопроцессы: объёмная фотоионизация, фотоэмиссия с диэлектрика и фотоотлипание от отрицательных ионов. Их можно включать и выключать по отдельности.
Численная схема
- Потоки по схеме Шарфеттера–Гуммеля, источники через reaction extents — заряд сохраняется машинно точно.
- В 2D — прямой разделимый решатель Пуассона: диагонализация радиального оператора с симметризацией по объёмным весам плюс прогонка по z. Сверен с независимым итерационным решателем до 10⁻¹³.
- Полунеявная схема снимает ограничение по диэлектрической релаксации, шаг по времени адаптивный.
- Ток считается по формуле Сато–Морроу с предвычисленным весовым полем, а не как производная заряда.
Чего модель не умеет
Здесь честно, потому что без этого числа легко принять за более достоверные, чем они есть.
- Пристеночный слой не разрешён. Дебаевская длина в филаменте порядка 15 нм, а сетка — микроны. Потоко-ограничивающее граничное условие Хагелаара снимает численный разгон, но точность у электродов остаётся ограниченной.
- Осесимметрия не даёт азимутальных мод. Модель описывает один центральный канал; самоорганизацию решётки микроразрядов она воспроизвести не может принципиально — внеосевой канал в такой геометрии становится кольцом.
- Веса фотоионизации перенесены из азотного спектра. Для чистого O₂ нужен собственный спектральный фит; длины поглощения при этом переносятся законно, а веса — нет.
- Одномерная модель не воспроизводит филамент. Вся площадь зажигается синхронно, поэтому 1D годится для интегральных величин и качественной картины, но не для морфологии.
- Прогоны при 10 и 14 кВ обрываются на зажигании. Исправление найдено и проверено в 1D, в 2D перенесено, но не верифицировано — анимация при высоком напряжении останавливается на пробое.