冷(低温)等离子体

冷(低温)等离子体包含由加热电子通过感应或容性耦合而生成的弱电离颗粒。

输运方程

耦合等离子体电子模型使用耦合法求解两个传输方程 — 一个用于电子数密度 n e ,另一个用于电子能密度 e 。电荷累积模型用于求解到电极和壁面的离子通量,以及关联的累积电荷。

数密度
电子数密度使用漂移-扩散-对流-反应方程演算:
1. EQUATION_DISPLAY
n e t + Γ e = S e
(4184)
电子通量
电子通量由以下公式给出:
2. EQUATION_DISPLAY
Γ e = μ e E n e D e n e + υ n e
(4185 4191)
其中, E 为电场, υ 为气体速度, D e 为电子分子扩散率, μ e 为电子迁移率。电子能密度的演算方法类似于:
3. EQUATION_DISPLAY
e t + Γ = S
(4186)
对于在其上模拟电荷累积的交界面,指向电极或壁面的电子通量法向(假设无反射或二次传输)由 [843] 给出:
4. EQUATION_DISPLAY
Γ e = 1 4 n e υ e , t h
(4187)
其中, υ e , t h 为电子热速度,由 Eqn. (4197) 给出。
电子能通量
电子能通量由 [843] 给出:
5. EQUATION_DISPLAY
Γ = 5 3 ( μ e E e D e e + υ e )
(4188)
在此假设使用麦克斯韦电子能分布函数 (EEDF),且电子温度 T e 由以下公式给出:
6. EQUATION_DISPLAY
T e = 2 3 e k B n e
(4189)
对于在其上模拟电荷累积的交界面,到电极和壁面的电子能通量由以下公式给出:
7. EQUATION_DISPLAY
Γ = 1 4 n e υ e , t h ( 2 k B T e )
(4190)
离子通量
在模拟电荷累积时,如果离子漂移速度定向到电极和壁面,离子通量由 [843] 给出:
8. EQUATION_DISPLAY
Γ p , n = n p μ p E n D c p
(4185 4191)
否则,离子通量为零。
D 为有效扩散率, c p 为组分 c p 的梯度。

源项

电子数密度的源项贡献。

电子数密度源项由以下公式给出:
9. EQUATION_DISPLAY
S e = S e , u s r
(4192)
其中, S e , u s r 为电子生成/消耗用户源项。

由于添加电子时未添加能量,因此电子将冷却 — 直到添加电子能源。

集合电子能密度源项由以下公式给出:
10. EQUATION_DISPLAY
S=SΩ+Sel+S,usr
(4193)
其中:
  • S Ω 为电阻加热源项,由以下公式给出:
    11. EQUATION_DISPLAY
    S Ω = q e Γ e E
    (4194)

    此源项考虑电子逆着电场方向运动时的能量增加和电子顺着电场方向运动时的能量损失。

  • S e l 为考虑电子与其他主要气体组分发生弹性碰撞的弹性碰撞源项。此源项源自电子与背景气体组分的碰撞,由以下公式给出:
    12. EQUATION_DISPLAY
    S e l = ζ 3 M e M ζ k B ( T e T ) K ζ e
    (4195)
    其中, ζ 是摩尔质量为 M ζ 的背景气体组分的总和。电子动量传递碰撞率 K ζ e 由以下公式给出:
    13. EQUATION_DISPLAY
    K ζ e = σ ζ e n ζ n e υ t h , e
    (4196)
    其中
    • σ ζ e 为用户指定的有效弹性碰撞动量传递横截面,它特定于背景气体组分的类型。
    • n ζ 为主要气体的数密度。
    • υ t h , e 为电子的热速度:
      14. EQUATION_DISPLAY
      υ t h , e = 8 π k B T e m e
      (4197)
  • S ϵ , u s r 为电子能密度用户源项。