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论文类型：会议论文

发表时间：2017-07-01

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关键字：空心阴极电弧;数值模拟

摘要：空心阴极电弧被广泛用于半导体工业及空间电推进等领域。了解空心阴极电弧的物理机制,对设计和优化相应的放电装置是极其必要的。本文采用的数值模型是典型的二维轴对称漂移扩散近似模型,同时耦合求解泊松方程和一组纳维-斯托克斯方程组。电弧中电子与重粒子的输运采用漂移扩散近似求解,电势采用泊松方程自洽求解,而其速度场和温度场则采用纳维-斯托克斯方程组进行求解。方程组基于COMSOL软件采用有限元方法进行全耦合求解。工质气体为氩气,从空心阴极入口流入。计算域是空心阴极和平板阳极(包括带引出孔和无引出孔的两种阳极结构)之间的放电区域,其出口气压维持在1Torr。本文的主要研究目的是考察放电运行条件对电弧等离子体属性的影响。结果表明,相同流量下,放电电流是电子密度和电子温度的主要影响因素;而平板阳极的结构对中心等离子体区域的影响很小;最后发现,阳极表面的电流密度和热通量密度曲线在较高的气体流量下出现双峰或多峰波形。模拟结果显示,在较高的气体流量下,阳极表面附近的流场径向速度很大,是上述多峰波形出现的决定因素。