模拟tips:ZDPlaskin初学者FAQ

模拟技术 发布于 2023-9-11 00:55

工坊君整理了几个常见的问题,把自己的想法供研究涉及kinetics的小伙伴们参考。

ZDPlaskin是一个ODE求解器+二项展开的玻尔兹曼方程求解器+代码生成器,应该是涉及低温等离子反应机理和(尤其是)应用相关团队非常熟悉的代码之一了。在工坊君看来,ZDPlaskin之于等离子体化学就如同Chemkin之于燃烧化学。

作者:S. Pancheshnyi,G. Hagelaar (法国LAPLACE实验室)

什么,不认识!??《等离子体反应(一):0维模拟很low吗?


工坊运行以来,不时有初涉低温等离子化学和跨界应用的粉丝询问一些关于ZDPlaskin的问题。工坊君整理了几个常见的问题,把自己的想法供研究涉及kinetics的小伙伴们参考。


1)“我下载了源代码,编译了下载下来的案例,改用N2:O2混合气反应文件运行时,提示找不到截面,暂停了。”(下图所示)

工坊君:网站提供的反应文件里的电子碰撞反应,需要与反应截面配套。源代码自带截面文件仅供参考,提供的反应截面是不够的。根据自己需要计算的具体过程和需求,可以选择在反应截面文件中添加缺少的数据,或者把化学反应输入文件中多余的电子碰撞反应删除。


2)案例文件中需要输入的电场和电子密度,怎么定?

工坊君:ZDPlaskin是0维代码,输入时变的电场即可。输入电子密度是一件比较奇怪的事——如果电场正确,反应机理正确,电子密度自然能够正确的算出来。算出来的电子密度,可以结合电场计算电流大小并与测量结果比较,形成一个闭环(注意,计算电流等于测量电流,仅意味电子密度计算正确,并不代表其他组分计算正确)。下图是一个典型的空气条件27mbar下实验电场电流与计算值对比验证结果。

输入电场的确定,需要通过实验或者自洽的二维模型计算结果提供。实验测量电场的方法,有静电探针法、回流分流器分析法和皮秒激光方法等,工坊会在未来的推送中探讨;如果实验条件复杂手段欠缺,就需要经过可靠验证的数值模型来计算获取了。


3)结果可信吗,是不是比个趋势就行了?

工坊君:一个化学反应模型很难准确计算所有组分的密度。计算前应当先问问自己,要研究的是哪一个/哪一些组分,然后重点关注相关反应。计算结果需要配合实验交叉验证,分析猜想、建模计算和实验验证,少了哪一环都会令结果存疑。

不少爱说“计算都不准确”的人,常常自己的实验也不准确(或者他自己也不知道准不准确),因为这句话透露了一个重要信息:这个测量结果没有理论解释——而一个无法定量解释的结果,本身就存疑,除了灌水一篇论文,有什么别的意义呢?计算结果不对只能怪自己认识不深基础不牢,把锅甩给数值计算本身就不对了。

实验结果和计算结果比较趋势,是一个常见方法。以等离子反应大神N A Popov组为例,比较计算结果与实验测量的趋势,是以下流程:把计算结果和实验结果同时归一化,绘制在一个坐标里,然后把纵坐标设为指数型,在至少三个数量级尺度上比较组分变化的趋势。达到这样的趋势一致,也并不容易哦。

最后需要注意的是,ZDPlaskin基于0维模型,基本假设是全局均匀,所以计算的必须是放电通道形成之后的反应过程。


4)与其他化学反应软件(如chemkin)的区别?

工坊君:ZDPlaskin不支持化学反应工程中的可逆平衡反应,但是可以实时更新EEDF。它与其他化学反应软件完全可以相辅相成,如北交大、普林斯顿等团队,创造性的结合二者,实现了等离子体反应与燃烧反应的同时计算,令人印象深刻!


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