本期分别举一个0维和一个二维数值模拟与实验对照的案例,小结一下电流特性验证的可靠性。
在往期推送“模拟vs实验(一)”中介绍了一些简单的OES和数值模拟互验方法,这些方法尽管简单,但是门槛依旧不小——一个具有良好时间、空间分辨率的光谱仪或者ICCD往往价格不菲,对实验人员技能和理论基础的要求同样苛刻。因此,成本相对低廉的电压电流特性验证往往是评估初步结果的首选。 同上期一样,本期分别举一个0维和一个二维数值模拟与实验对照的案例,小结一下电流特性验证的可靠性。 零维-无介质放电 研究一类毛细管针-针快速电离波放电(下图所示)。放电在一端针尖产生并迅速传播到另一端,在毛细管内形成均匀的等离子体放电。 实验中,通过电压探针延管移动测量电压进一步得到估算电场,与通过测量电极两端电压换算出来的电场结合形成比较准确的结果。电流通过回流分流器测量;模拟中电流计算比较简单,在已知实验电场的情况下,通过NANA化学反应动力学代码计算得到电子密度ne,则电流I=μEne。实验与模拟完美吻合: 二维-介质阻挡放电 我们将研究对象扩展到二维非均匀放电,并引入介质,如下图实验构型所示(表面介质阻挡放电): 实验中,电极电压可以直接测量。测量电流时,先测量了加压未放电情况下的电流I1(位移电流),再将电压放大至放电电压,测量电流I2,实验电流即为I=I2-I1*ratio。二维数值模拟使用工坊PASSKEy求解器,在金属电极边界给定实验电压后,收集电极电荷通量得到电流。对比结果如下: 实验与计算结果对比出现了几个非常有意思的情况:
由上可见,实验与计算电流,在均匀放电、无介质放电、精确已知电场等情况下可以定量对比……而在存在电容器件(介质)、负电压或复杂放电结构的情况下,可能会出现一些实验和计算都无法解释清楚的状况,只能定性的对比电流,作为一个初步评价结果的手段。 p.s. 第二个算例中,实验电流的奇特表现目前尚无可以验证的解答。工坊期待粉丝中的实验大神们提出自己的看法和验证的方法。 |