大气压下等离子体数值模拟浅析

同低气压下相比，大气压下的流体模型需要考虑的粒子种类更多，涉及粒子产生与消失的连续性方程一般为多个，在讨论活性粒子的产生的时候甚至可以达到二十余个，其源项里涉及的反应可能上百种。这种规模的计算在大气压下流体模拟是可以完成的。接下来，就与大家共同探讨大气压下等离子体数值模拟的相关分析研究。

如上图所示，为基于流体模拟的大气压射频氦氧放电的伏安特性曲线，在大气压射频氦氧放电的模拟中，就考虑了十几种粒子及其中几十种主要的等离子体化学反应。而且，需要特别指出的是，讨论大气压放电中带电粒子、短生存周期的活性粒子、长生存周期的活性粒子分别对应着不同的时间尺度，即从亚纳秒到秒乃至分钟量级。

如何能高效而准确地描述各种活性粒子，既能捕获短生存周期粒子的快速演化，又可描述长生存周期粒子的反应与运动，同时不同时间尺度粒子之间的相互作用也可以正确地体现出来。这对流体模拟提出了新的要求，也是大气压气体放电流体模拟需要迫切解决的问题。

另一方面，由于大气压下的放电非常容易由大体积均匀的放电转化到集聚的放电或是丝状的放电，再现并解释这种转化，进而在实际应用中避免这种转化就成为数值模拟研究中的重要问题。而这需要二维乃至三维的数值模拟研究。借助于高效率的算法，基于流体的大气压放电的二维或三维模拟从目前来看都是可以实现的，这也是流体模拟的一大优势。

上图所示为用于模拟大气压介质阻挡径向演化的二维模拟。当然，由于放电比较剧烈，大气压下气体放电流体模拟中的多尺度问题、计算的稳定性问题等相较于低气压下放电而言都更为突出。

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