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COMSOL模拟等离子体之怪相

已有 4636 次阅读 2018-3-16 10:08 |系统分类:博客资讯

     comsol作为一款不错的多物理场耦合有限元分析软件,在很多领域都占有一席之地。等离子体的仿真极其复杂,特别是对低温等离子体来说,其拥有非常广泛的气压和温度范围,由于其特殊的性质,还无法完全使用纯粹的流体力学方程来描述。而且,等离子体具有丰富的时空尺度,很难用一个模型描述多种情况。哪怕是同一种放电过程,也未必可以用同一个模型彻底描述。COMSOL的等离子体仿真模块,它基于漂移扩散近似方法,提供了仿真部分等离子体的可能性。本人这些年也接触了部分使用comsol等离子体模块的仿真用户,同时也发现了很多用户在仿真等离子体时存在诸多怪相。

怪相一:不在乎理论模型,叫等离子体的都拿来仿真。

      目前COMSOL的等离子体模块,仅是基于DDA的模型理论,因此,能使用DDA模型的部分等离子体类型才可以仿真,而且还有个比较现实的前提是,在先不考虑求解困难以及收敛性的问题情况之下。即便是comsol官方也仅给出了仿真部分等离子体的类型的建议,比如气压不太低的ICP,CCP放电,一维的大气压放电,DBD等。对于外加磁场,多维大气压的仿真由于难以收敛,宣传的并不多,也没有对应的标准案例可供参考。但仍然有很多人想要基于DDA模型来仿真诸如,真空电弧,气压极低的气体放电,水下放电等COMSOL难以胜任的任务。这有点强软件模块之所难,除非使用自定义PDE方程模块自己编写对应的模型方程。

怪相二:不在乎基础数据,仅是名称变了

      COMSOL在处理放电过程中,对重粒子的输运采用了混合物模型和菲克定律两种方式,无论哪一种,都需要粒子的基础数据。比如某气体原子在其自身或另一种气体中的扩散系数;又比如计算混合物模型中扩散系数的相互作用势参数以及最小电位长度等;还有如,求解电子输运参数中所使用的各类电子碰撞反应的截面数据;或是基于求解Boltzmann方程所得到的反应速率等参数。然而,COMSOL的内置参数有限,这就使得很多物种不得不需要用户手动输入相关参数。但是多数人并不关心这些基本参数,很多物种都使用同一个参数,甚至是仅仅直接在内置物种上改了名称而已,这算不算是一种变相的数据造假呢?

怪相三:结果难以令人信服

      仿真是经过多步简化和抽象出来,并包含各类误差的结果,仿真结果本身就无法和真实情况完全一样。但我们不会因为这样的误差存就彻底怀疑仿真的价值。不过很多基于COMSOL的等离子体仿真结果,并非是因为没有实验对比,没有模型对比而让人不放心。而是因为有些人没有一个较好的理论基础,更是不在乎基础数据的准确度,甚至直接拿非收敛的解来使用。对于原理分析上更是存在诸多信口开河的情况,例如曾看到某篇硕士论文,使用等离子体模块仿真类似稳态电弧的模型,在没有涉及到计算任何外加磁场与自感应磁场的情况下,却提到了pinch等现象,显然是属于胡编乱造。这样的结果比比皆是,更是违背了基本的学术道德,因此类似的结果大多难以服众。

      最后想说,切莫为了仿真而仿真,软件虽好,但并非万能。

   

     



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