本期速读一篇数值模拟研究滑动电弧特性的佳作。
本期速读一篇数值模拟研究滑动电弧特性的佳作： [1] S R Sun, St. Kolev, H X Wang, A Bogaerts, Coupled gas flow-plasma model for a gliding arc: investigations of the back-breakdown phenomenon and its effect on the gliding arc characteristics. Plasma Sources Sci. Technol. 2017, 26, 015003. 滑动电弧是一种非平衡等离子体(warm discharge)，电弧在两电极最短间距处产生，并在气流的吹动下向下游滑动。随着电弧拉长，弧电压升高，当电压升高到足以产生下一次击穿时，一个新的电弧产生。滑动电弧放电兼具热平衡等离子和非热平衡等离子体的特点，一方面具有高电子密度，另一方面较低的约化场强使大部分能量用于产生振动激发态分子，而振动激发态分子对于离解CO2具有较高的能量效率，因此滑动电弧放电被广泛应用于CO2、CH4等温室气体的转化。 该文章研究对象是大气压下氩气滑动电弧放电和流动特性，研究方法是采用准中性近似的等离子体-流体耦合模型，研究目的是分析滑动电弧放电过程和后击穿作用，为进一步建立CO2离解模型奠定基础。 模型与方程 模型几何构型如下图所示，电弧在间距3mm左右的电极之间产生，气流由下方入口流入并从上方流出。气流带动电弧向下游移动，形成滑动弧。
模型聚焦滑动弧形成后的迁移以及振动态组分（若考虑分子）的产生过程而不研究放电击穿过程，因而可以采用准中性假设（双极扩散模型）等离子体模型，方程为：
为模拟中性气体气流，耦合了流体方程：
滑动电弧在初始电弧滑向下游并被拉长后，弧尾部增加的电势差会引起“后击穿现象”，并在原电弧位置附近产生一个新电弧。该模型中，通过在电子能量方程中引入一个具有时空变化特征的“热源项”来激发后击穿电弧。 放电形态与等离子体特性 下图为以氩气为工质的滑动电弧计算电子数密度。结果展示了滑动弧等离子体分布形态，显示所研究的低电流滑动弧中电子数密度为10^20每立方米数量级，并模拟出了考虑与不考虑后击穿过程对滑动弧发展的影响。
计算电子温度如下图所示：
电子温度在2~3eV，体现电弧中低电场的特性。计算显示，后击穿过程在第一道弧之前产生了一道新电弧，明显降低了滑动弧向下游的移动速度。 气体加热与后击穿 在此基础上，进一步模拟了滑动弧等离子体对气流的加热作用。在不引入后击穿过程的情况下，来流气体会被加热至1000K左右：
考虑后击穿过程，则计算所得气流加热温度为700-900K，显示出后击穿具有分散能量降低电弧加热气体效果的作用：
文章认为，后击穿现象能够有效的降低电弧中心的气体温度，是由于热量分布在更大的区域内，而不仅仅是最初形成的电弧中。而后击穿现象导致的电弧和气体运动速度差，能够使更多的气体通过电弧区，进而被处理。这一点对于分解二氧化碳等温室气体很重要——因为滑动电弧的电弧区较小，因而能够处理的气体量较小，通过后击穿现象，可以有效的增加被处理气体的体积分数，提高滑动电弧放电分解二氧化碳的效率。 滑动弧是大气压等离子体研究领域的新兴热点之一，而国际国内关于滑动弧的计算模型还不多，文章模型具有很好的开创作用：
模拟工坊在研读论文过程中，获得了文章作者北航孙博士就相关问题的指导和帮助，在此表示感谢！
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