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大气等离子体的粒子模拟及可视化

作　者: 丁姗
导　师: 黎育红
学　校: 华中科技大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 大气等离子体粒子模拟蒙特卡洛碰撞数值诊断
分类号: O53
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 19次
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内容摘要

为了揭示地球大气中不同组分时空演化的规律，解析粒子在区域内演化过程及其中场的分布情况，可从微观层面深入研究大气中粒子的运动过程，探究其与大气环流、大气湿度、水汽传输等过程的相关性，并应用于人工影响天气作业以充分合理利用大气水资源。本文在详细分析了大气等离子体物理及化学特性的基础上，进而研究实验中大气等离子体的产生方式，并通过对粒子迁移扩散规律的数值分析得到这些反应粒子的演化规律，建立相应数值模型，通过选取合适的算法进行数值求解，并结合实例证明模型的可行性。粒子模拟作为一种研究等离子体非线性效应的有效方法，即能直接对相关方程进行求解，又无需作其它的物理近似，可准确的描述等离子体粒子在演化过程的各物理特性。利用粒子模拟方法来构建大气等离子体的数学模型，可以有效地解决大气中庞大数量粒子运动过程分析的问题，这也成为了除理论与实验研究之外的一种重要辅助研究手段。本论文系统地介绍了大气等离子体性质、粒子模拟及碰撞效应等相关数值分析理论，在这些理论的基础上，建立大气等离子体粒子分析数学模型，为了能在计算机上得到数值解，对模型内的连续微分或积分方程都采取离散近似，并对过程中多物理场的耦合等等问题进行了分析说明。研究中，通过分析大气等离子体中的碰撞效应，探讨应用Monte Carlo碰撞算法结合粒子模拟程序进行分析，将空碰撞及库仑碰撞两类碰撞效应进行分开计算处理，并以实例验证其可行性。最后，通过应用数值仿真软件对等离子体系统中的各参数进行数值诊断，以便快速地对气体放电产生等离子的相关特性进行了解，为实际工程实践提供指导作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状及发展  9-12
  1.3 本文主要内容及结构  12-14
2 大气等离子体的产生及其演化的数值分析  14-27
  2.1 大气等离子体研究现状  14-15
  2.2 大气等离子体基本性质  15-19
  2.3 大气等离子体产生方式及演化过程数值模拟  19-26
  2.4 本章小结  26-27
3 基于粒子模拟的等离子体数值计算  27-42
  3.1 粒子模拟基本理论  27-29
  3.2 大气等离子体粒子模拟模型建立  29-33
  3.3 大气等离子体粒子模拟数值分析  33-41
  3.4 本章小结  41-42
4 大气等离子体的 PIC-MCC 模拟及实例分析  42-56
  4.1 碰撞等离子体  42-44
  4.2 Monte Carlo 碰撞算法  44-48
  4.3 大气等离子体 PIC-MCC 模拟算法及模拟实例分析  48-55
  4.4 本章小结  55-56
5 大气等离子体仿真模拟研究  56-66
  5.1 数值诊断  56-57
  5.2 实例建模仿真  57-59
  5.3 模拟结果与分析  59-65
  5.4 本章小结  65-66
6 总结与展望  66-68
  6.1 总结  66
  6.2 展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-73

大气等离子体的粒子模拟及可视化

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