低温等离子体放电模拟软件VORPAL.ppt

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电磁场与微波技术教学资料-微波等离子体ppt课件.pptx

1989的Andrews D A和King T A研究了微波激励的氨-氖激光器，采用频率50-1000MHz，用条形线微波电路(横向场激发) 。前苏联自20世纪70年代开始，以超高频电场激发等离子体用于激光器的研制，如Mikhalevskii和Muller的工作。德国在1991年已研制成输出功率为8kW的微波激励CO2激光器，激光输出功率对微波输入功率之比的效率达25％以上，它是脊波导等离子体发生器，属横向场。国内也有许多单位开始了这方面的研究工作。
• 等离子体可以采用磁约束的方法，约束在设定的空间内，微波结构和磁路可以兼容。
• 安全可靠。高压源和等离子体发生器相互隔离，这是直流等离子体所不能实现的，微波泄露容易控制，易达到辐射安全标准。这是高频感应等离子体难以达到的。
• 微波发生器是稳定的，容易控制，采用三端口环形器保护装置以后，可以使反射功率顺利地进入负载，振荡管不受负载变化的影响，输出功率仅决定于工作点的选择。
MPCVD制备金刚石薄膜的优越性
采用 CVD 法制备金刚石膜的工艺, 目前已经开发出很多种, 其中主要有: 热丝法(HFCVD)、微波法(MPCVD)、直流等离子体炬法(DC Plasmajet CVD)和氧-乙炔燃烧火焰法(Oxy-acetylene CombustionFlame)。
微波法是用电磁波能量来激发反应气体。由于是无极放电, 等离子体纯净, 同时微波的放电区集中而不扩展, 能激活产生各种原子基团如原子氢等, 产生的离子的最大动能低, 不会腐蚀已生成的金刚石。它与热丝法相比, 避免了热丝法中因热金属丝蒸发而对金刚石膜的污染以及热金属丝对强腐蚀性气体如高浓度氧、卤素气体等十分敏感的缺点, 使得在工艺中能够使用的反应气体的种类比 HFCVD 中多许多;与直流等离子体炬相比, 微波功率调节连续平缓, 使得沉积温度可连续稳定变化, 克服了直流电弧法中因电弧的点火及熄灭而对衬底和金刚石膜的巨大热冲击所造成的在DC plasma-jet CVD 中金刚石膜很容易从基片上脱落 ; 通过对MPCVD 沉积反应室结构的结构调整, 可以在沉积腔中产生大面积而又稳定的等离子体球, 有利于大面积、均匀地沉积金刚石膜, 这一点又是火焰法所难以达到的。因而微波等离子体法制备金刚石膜的优越性在所有制备法中显得十分突出。

等离子体显示器概述优秀PPT文档

前板玻璃封接玻璃
介质层辉光区
“片” 电极
Vs
基板
由于存储片为整个显示器所共有，故阴其驱极动电路成本很低。
前基板
Prof Don Bitzer (right)
（1）电极材料的选择很困难；（1）功耗大，不便于采用电池
障壁
它具有1920 1035像素，单元引火空间
PDP平板显示矩阵
电阻
（10）工作于全数字化模式；
（8）无图像畸变，不受磁场干扰；阳极
Ti=310 ~310 K） • 1954年National Union公司研制出矩阵结构DC-PDP
3
4
（2）电场集中在上下层电极的交叉区域，容易造成该区域保护层的毁坏，引起放电电压的改变；
交叉电极结构表面放电型 AC-PDP下板结构
如电弧等离子体、
低温等离子体两电极结构表面放电型AC-PDP存在的缺点：
（3）驱动电压高（与LCD比较）；
高频等离子体、
（部分电离气体）（1）功耗大，不便于采用电池
具有很陡的阈值特性；
燃烧等离子体等。
冷等离子体（ Te>104K， Ti=室温）
如辉光放电正柱区
等离子体显示器概述
Plasma Display Panel ：
所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。
等离子体显示器概述
提纲
一、等离子体显示器概述二、气体放电物理基础
等离子体显示器概述
PDP：Plasma Display Panel
What is a plasma?
固态液态气态？
如果气体的温度继续升高，物质受热能的激发而电离。如果温度足够高，就可以使物质全部电离。电离后形成的电子之总电荷量同所有的正离子的总电荷量在数值上相等，而在宏观上保持电中性。

Vorpal 培训(1)

h5dump
• h5dump可以直接把hdf5转换成txt,直接输入 • h5dump –A file
− 显示文件头
• h5dump file >data.txt • 或者h5dump –d [数据集名] file • 不想显示array index的话，使用
− h5dump -y -d [数据集名] file
输出文件
• vorpal的输出文件用hdf5格式 • 如果vorpalview功能或者性能达不到要求，你可以使用任何能读取hdf5文件的软件读入或者用hdf5包将其直接转换为plain text • 可以用hdfview或者matlab、IDL
转换工具
• H5dump程序可以将hdf5直接转换成txt文件 • Windows下面可以用hdfview • 也可以使用matlab的读取工具 • hinfo=hdf5info('lwfa_electrons_8.h5') • electrons=hdf5read('lwfa_electrons_8.h5',' electrons') • electrons=hdf5read('lwfa_electrons_8.h5',h info.GroupHierarchy.Datasets(1).Name)
网格尺寸
• 模拟的网格尺寸需要满足
∆x < 3λD
• 否则会出现“自加热”现象，表现为模拟结果中出现一些细纹状的密度涨落，系统总能量持续增加 • 可以用高阶插值格式来压制自加热，已经有了一些数值验证，但并不建议这么做，如果必须使用宽网格，则应该限制模拟时间。
时间步长限制
• 模拟时间步长必须满足 ∆t < 2 / ω • 否则立刻引起数值振荡。 • 这个限制是刚性的，在vorpal目前版本中绝对不允许违反。

低温等离子的使用护理课件

原理
在特定的电场和气体环境中，气体分子被激发并电离，产生大量的电子和离子。这些带电粒子在电场的作用下高速运动，与气体分子碰撞，产生大量的热能和光能，从而实现物质的加工和改变。
低温等离子的应用领域
医疗领域
环保领域
工业领域
其他领域ห้องสมุดไป่ตู้
用于手术切割、止血、消毒等。
用于废气、废水的处理，以及有害物质的分解。
低温等离子的使用护理课件
contents
目录
• 低温等离子基础知识 • 低温等离子设备操作与维护 • 低温等离子使用注意事项与护理 • 低温等离子安全性及防护措施 • 低温等离子未来发展与展望
01
低温等离子基础知识
低温等离子的定义与原理
定义
低温等离子是指物质在低温（相对于高温）条件下，部分原子或分子的电子被剥夺，形成一种特殊形态的物质，其内部电子和离子的浓度达到平衡状态。
年度保养
每年对设备进行大修，更换磨损部件，对电气系统进行检查
和校准。
常见故障排除
故障现象一
设备无法开机。可能原因及排除方法：电源故障检查电源连接；气源故障检查气源配置；保险丝故障更换保险丝等。
故障现象二
设备加工效果不佳。可能原因及排除方法：参数设置不当调整参数至合适值；电极污染清洁电极；气源质量不佳更换气源等。
02
低温等离子设备操作与维护
设备安装与调试
01
02
03
04
安装环境
确保设备安装在干燥、通风良好、无尘的环境中，远离强磁
场和强电场。
电源连接
按照设备要求连接电源，确保电压稳定，避免过载。
气源配置
调试步骤
根据设备要求配置合适的气源，如纯度、压力等参数需符合要

低温等离子用于废气治理课件(PPT 41页)

定义：等离子体
等离子体是继固、液、气三态后被列为物质的第四态。由正离子、负离子、电子和中性粒子组成。在这个体系中因其总的正、负电荷数相等，故称为等离子体。
霓虹灯
日光灯
等离子电视
闪电
DDBD异味气体治理技术简介
低温等离子体产生的方法
直流辉光放电
气体放电
脉冲辉光放电常压辉光放电
微波诱导放电
磁控管放电
第一代 DDBD技术处理工业废气的试验装置现场鉴定会。图中前上海市副市长蒋以任亲临现场，给予高度评价
第一代
艰难的研发历程
第二代
艰难的研发历程
第三代DDBD等离子装置
第三代DDBD等离子试验装置第三代
小型中试设备中试车
艰难的研发历程
组合式中试设备
组合式中试设备
荣誉资质
荣誉资质
废气Байду номын сангаас理部分成功案例解析
山东瑞阳制药有限公司异味处理工程
山东瑞阳制药有限公司污水处理站异味处理工程一角
处理风量：3500Nm³/h; 电耗：0.003KW/Nm³; 采用DDBD等离子体工业废气处理技术，主要污染物质有硫化氢、硫醇、硫醚、氨等，工程采用PVC恶臭气体收集罩专利技术。
废气治理部分成功案例解析
将有臭味的气体通过烟囱高空排放，或用无臭气体稀释
适用范围：适用于处理中低浓度的有组织排放废气优点：费用低，设备简单缺点：易受气象条件限制，污染物质依然存在
掩蔽法
采用更强烈的芳香气体与臭气参合，以掩蔽臭气
适用范围：适用于须立即或暂时消除的低浓度恶臭气体影响的场合优点：可尽快消除恶臭污染影响、灵活性大、单次使用费用低缺点：不可长期使用，污染成分没有被去除

低温等离子的使用PPT参考幻灯片

2020/3/30
13
五低温等离子灭菌器的操作规
程
• 1每天灭菌前30分钟开机对设备进行预热（预热时，必须要有卡夹，不然预热不起），待触摸屏显示温度大于45℃时，再使用程序。
• 2待灭菌物品要满足使用说明书“灭菌范围“的规定，要严格按照使用说明书中“灭菌前物品 ”处理的规定进行操作。
• 3完整的操作请遵循以下步骤:按下开机按钮 ON—预热30分钟—开门—装载物品—关门—运行程序—程序运行、结束、数据打印—开门— 取出物品，放回灭菌篮筐—关门—按下关机按钮OF
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6
• 4 使用过氧化氢等离子低温灭菌器灭菌内镜，对内镜损耗小，因为其灭菌温度45℃ ～50℃,对金属表面温和,器械无损伤,而且是终端灭菌出锅后能马上使用.
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7
三灭菌前的处理
• 1 灭菌的物品应用水清洗，并彻底干燥。 • 2 灭菌的物品应清洗彻底，并充分干燥后，用无
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• 4每天最后一锅完成后用洁净的干布清洁篮筐和灭菌器（具体使用见说明书“日常维护”）
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卡夹
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16
指示卡
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17
标签
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生物指示剂
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六低温等离子灭菌周期的监控

• 7 液体或粉末
• 8 一次性医疗物品
• 9 体内植入物
• 10 设备制造商标不可以用过氧化氢等离子体灭
菌的器械
• 11 不能承受真空，且标明只能使用压力蒸汽锅灭
菌法的设备和器械
2020/3/30

Vorpal 培训(4)

• # combiner model
• threshold = 10 • algorithm_kind = 3 • </Collision>
粒子和背景气体碰撞
• ImpactCollider用于描述粒子和背景气体的碰撞。基本方案就是标准的蒙卡伪碰撞技术。 • 在impactcollider中可以使用的碰撞模型包括
xvLoaderEmitter
• 提供一种可调节的在所需区域填入粒子的方法. • 同时设置粒子的位置和速度,权重
• 可选择为支持填充(load)或者粒子发射 (emit) • 支持自定义的密度函数
Load particle
• <ParticleSource singleSource0>
•
•
kind = xvLoaderEmitter
定义电子碰撞
• 电子可以发生弹性碰撞，激发以及电离过程。无论哪一种过程，都可以统一定义在 impactcollider中。
• 在电离的情况下有个特殊问题，即需要定义入射电子和电离电子。为此，通常使用重复定义法：
电离碰撞
• <ImpactCollider ArIonizer> • neutralGas = [ArNeutralGas] • impactSpecies = [PrimaryElectrons SecondaryElectrons] • <ImpactCollision elecImpArIonization> • kind = impactIonization • crossSectionDataType = [builtIn] • ionizedElectronSpecies = [SecondaryElectrons SecondaryElectrons] • ionSpecies = [Ar1 Ar1] • </ImpactCollision> • </ImpactCollider>

低温等离子灭菌课件

低温等离子灭菌器设备参数
• 7等离子体的产生：舱内 • 8等子发生器：低频等离子发生器（50kHz)
操作步骤：
• 1启动及准备：打开电源，灭菌器预热20min，设备进入备用状态，可进行灭菌操作。
• 2准备装载物：包装器械。选择正确的器械盒，包装袋及规范包装器械，以确保灭菌剂的穿透效果。
• 3登陆 • 4输入装载物信息 • 5装载物品 • 6根据灭菌物品种类选择灭菌模式及启动循环。
低温等离子灭菌器灭菌过程
• 1真空期：在此过程中，灭菌舱内压力由正压至负压。 • 2注射期：定量的58%——59%的液体过氧化氢注入灭
菌舱内。 • 3扩散期：过氧化氢迅速、有效、均匀地扩散至灭菌舱
内，使所有装载器械充分暴露在过氧化氢气体中。 • 4等离子期：启动等离子发生器，气化的过氧化氢在能
量作用下进入等离子态。 • 5排风期：最终，外部气体经过过滤后进入舱内，使得
过氧化氢低温等离子体灭菌装置
• 定义：装置的灭菌舱内过氧化氢有效挥发，扩散到整个灭菌舱体。低温环境下通过等离子发生器使气化的过氧化氢形成过氧化氢等离子态，结合过氧化氢等离子体对舱内物品进行低温、干燥灭菌，并能有效解离过氧化氢的效果。
等离子体
• 定义：等离子体为物质的第四种形态，是由气体分子发生电离反应，部分或全部被电离成正离子和电子，这些离子、电子和中性的分子、原子混合在一起构成了等离子体。其显著特征是具有高流动性和高导电性。
操作步骤：
• 7根据设备提示更换过氧化器灭菌剂 • 8灭菌系统自动开始灭菌程序 • 9循环完成，卸载物品
注意事项：
• 1所有物品必须经过正确的清洗和干燥 • 2不适用的诊疗器械用品
1）一次性使用物品 2）液体及粉末 3）吸收液体的物品或材料 4）由含有纤维素，如：棉、纸、麻、布巾、纱布，或含有

VORPAL专业等离子体模拟软件

VORPAL 专业等离子体模拟专家上海锦科信息科技有限公司2011年6月1. Tech-X公司介绍美国Tech-X公司开发的专业等离子体仿真软件VORPAL具有16年的工业应用历史，自锦科科技( )将VORPAL软件引进国内以来，众多核聚变、等离子体推进、等离子体工业应用(脉冲功率器件、高功率微波波导、表面处理、半导体加工等)等领域的客户对VORPAL软件表达了很高的兴趣并取得成功应用。

美国Tech-X公司( )于1994年由John R. Cary博士创立，总部设在美国科罗拉多州博尔德市，是专业的等离子技术软件供应商。

Tech-X公司致力于在科学和技术领域取得突破，努力提高用户对物理现象的理解，加速客户产品的研发与创新。

VORPAL软件提供的独特物理模型涵盖整个等离子体和射频领域的仿真问题，借助于VORPAL强大的并行算法，诸多应用领域问题得以求解，例如激光等离子相互作用、等离子体工艺处理、等离子体推进器、粒子加速器和高功率微波波导等； VORPAL软件支持从笔记本、台式机到超级计算机，从单核到数万核并行的多操作系统平台。

VORPAL软件被美国能源部多个实验室所采用。

Tech-X系列软件的强大功能包括：1) VORPAL--2D/3D提供的独特物理模型涵盖整个等离子体和射频领域的仿真问题，借助于VORPAL强大的并行算法，诸多应用领域问题得以求解，例如激光等离子加速、等离子体工艺处理、等离子体推进、粒子加速器和等离子体填充高功率微波器件等。

2) VORPAL--支持从笔记本、台式机到超级计算机，从单核到数万核并行的多操作系统平台。

3) VORPAL--基于PIC算法，仿真粒子动力学、磁流体、电磁场现象。

4) 专业磁流体软件包Nautilus即将发布。

2. VORPAL等离子体模拟软件简介VORPAL 提供包括粒子在内的电磁场和静电场分析计算，是研究射频和等离子模型的尖端仿真工具。

2.1 VORPAL基本特征VORPAL软件为解决所有等离子体模拟问题提供了一系列的物理模型，比如等离子体处理室、等离子推进器、粒子加速器、高功率波导管等，这些只是VORPAL软件系统的众多应用中的几个。

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• 放电过程的模拟，原理上就是PIC-MCC。即用标准的PIC算法处理等离子体运动，用蒙特卡洛方法模拟粒子之间的碰撞。但相比于其他问题的 PIC模拟，放电问题存在一些特有的问题
– 1. Grid Heating问题更严重：在放电过程中存在电离碰撞，网格自加热主要的不会提高等离子体温度，而是增加电离率提高等离子体密度，提高的等离子体密度进一步加强了Grid Heating。
– 2.模拟时间很长，由于放电特征时间主要决定于电离截面和离子渡越时间，而这两者涉及到微秒甚至毫秒的时间间隔
– 3.常常是静电模型的，而静电场方程的全局特性使其高效并行十分困难，于是计算性能问题变得非常严重。
– 4.放电腔室和电极结构都可具有复杂的几何形状，因此必须具有对复杂几何外形建模的能力。此外，考虑到电磁波的反射，在曲线部分应该能够避免阶梯逼近
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静电模型和求解器
• 在低频放电过程中常常需要使用静电模型对于电磁场进行建模，静电模型在理论上很简单，就是求解Poisson方程
• 但实践中并行求解Poisson方程是相当复杂的事情，因为Poisson求解器总是全局的，从而很难写出一个高效率的并行程序
• 此外，对于复杂外形，构造有效的Poisson求解器也很困难 • VORPAL使用Trilinos库进行静电模型求解，这个求解器允许
• 此时，可以使用针对电磁场的隐格式时间步推进来处理电磁场建模
• VORPAL目前支持两种电磁场隐格式模拟：yeeImplicit模型和ADI模型，前者使用稀疏矩阵求解Maxwell方程；后者使用变形（针对DeyMittra网格以及PIC）的ADI方法。
• 尽管ADI-FDTD本身非常简单，但在PIC中使用的电磁场推进算法必须能够保持散度误差守恒，否则会出现虚假解：
– PIC只推进两个旋度方程，因此原则上散度误差并不能保证不变
error E ( jt) / 0
– 对于显格式的Yee推进，散度误差是自然守恒的，但大部分ADIFDTD算法并不保证这一点。
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散度守恒和虚假解
• 利用散度守恒模式和简单的ADI-FDTD模式进行计算，可以看到明显的虚假解被消除了。下面是一束粒子经过一段时间自由运动后出现的结果，左面的结果是在非守恒格式下计算，很快散度误差已经大于束流的实际电荷密度，于是束流发生虚假的发散。而在散度守恒模式下计算，没有出现这个问题：
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Cutting-cell与CAD import
• 这种方法称为Dey-Mittra Conformal FDTD。 • 为了运用这种技术，需要能在软件中导入复杂外形数据 • VORPAL引入CAD STL import功能来实现这一点：用户可以用CAD软
件产生一个stl文件，然后用vorpal导入，就可以作为一个金属表面来使用。
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VORPAL 概述
• VORPAL 是Tech-X公司开发的等离子体PIC模拟程序。 • 2004年，JCP 文章 • 2004年，Nature 封面文章 • 从2004年以来，经过多个版本更新，已经发展为一个具有多种功能扩
展的等离子体综合模拟程序
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– 1.支持ICCG,B-Jacobi,AMG等多种预条件 – 2.提供CG，BiCGSTAB，GMRES，CGS等多种求解器 – 3.内嵌了并行算法，可以在各种并行体系下运行 – 4.无缝支持Dirichlet和Neumann边界条件及其组合
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电介质行为
• 在介质阻挡放电和闪络研究中，都需要处理介质中的电磁场。 • VORPAL允许在电磁场求解中加入介电常数和磁导率，无论电磁还是静
• 在放电问题中存在另一个麻烦，即边界面行为。边界条件的复杂使得问题的处理变得更加困难。
• 因为涉及到动理学和边界行为，低气压放电等离子体问题常常需要PIC 模拟。
• 此外，涉及到壁面二次电子等行为的放电问题，例如multipacting等过程也需要PIC模拟。
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主要困难
VORPAL 和放电等离子体模拟：现状与进展
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1. VORPAL概述
2. 放电过程的PIC模拟
3. 电磁模型和cutting-cell
4. 静电模型和求解器
5. 碰撞和电离模型
6. 粒子合并及其他trick
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The concept of PIC algorithms
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放电过程的PIC模拟
• 放电过程一般来说是碰撞和电离过程主导的。由于电子-背景气体碰撞截面和电离截面都依赖于能量，因此能量分布函数会强烈地影响放电行为。
• 一般来说，碰撞几率较高的时候，能量分布为Maxwellian。而碰撞几率低且粒子能量较高的时候，分布会强烈偏离麦克斯韦形式，于是需要动理学模拟。
– 5.能够处理粒子数的雪崩
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Hale Waihona Puke 电磁模型和cutting-cell
• 当边界面是个曲面的时候，需要特别注意，直接用锯齿的矩形网格去逼近，对于电磁模型会带来很大的误差
• 处理这种情况的标准做法是局部细化网格或者在边界处采用梯形近似，后者如图：
• 在边界处用梯形或者三角形边界求和来代替标准的差分程序：
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7
更多的例子
• 在微波和射频设备中，实现了大量的复杂外形的例子：
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implicit FDTD及相关问题
• 在放电问题中，我们可能只关心低频电磁波，此时如果继续使用标准的 FDTD模型，则CFL条件会限制时间步长取值，导致极大的计算资源开销：
ct / x 1
电模型： – <Dielectric kapton> – <STFunc function> – kind = expression – expression =DIE_ELEC_CONST*Dielectric_fun(x,y)+1. – </STFunc> – </Dielectric> • 技术上，也可以允许电荷沉积在电介质表面。