comsol稀物质传递_COMSOL电弧仿真

内容与COMSOL板块一个咨询的回帖一样，但不是抄袭O(∩_∩)O，关于该问题的COMSOL仿真简要整理，不当之处，欢迎指导：

电弧是一种气体游离放电现象。该过程的仿真属于等离子体过程模拟，但是它与COMOSL软件等离子体模块中的直流放电、电容放电、感应放电、微波放电等过程还是有区别的，幸运的是当前软件也内置电弧分析的相关接口。

1、先简单介绍一下等离子体模块中上面几个接口的适用情况，这些过程基本都属于低温、非平衡放电，电离或放电强度不大，一般不考虑温度变化，它们是基于漂移扩散理论，通过导入电子的散射碰撞截面数据或是手动添加相关的气相化学反应过程。计算电子动力学与电磁场之间的耦合，用数密度（能量）、电场、电流等宏观物理量描述等离子体的分布。可以看作是一种流体近似分析方法。

2、电弧过程的模拟确实非常难，有些描述理论并不固定。相对与前面的放电情景，电弧放电局部能量集中，温度很高，亮度很强。在COMSOL中把它归在“平衡放电”（感应或直流）接口中，可以看作磁流体的分析方法。把等离子体区域看作导电流体，在多物理场节点中可以添加“放电热源、洛伦兹力、非等温流”等耦合关系。计算该过程的“电流、磁场、温度、流速、压力”等变量。建模过程可以参考案例链接：http://cn.comsol.com/model/inductively-coupled-plasma-icp-torch-18125

该案例与我们电弧模拟在建模过程类似，区别可能在一些边界条件设置上，此处是通过线圈激励产生磁场，我们实际过程可能是由于流动流动产生磁场。另外就是一些建模细节方面的注意事项：比如先计算二维流体、保证模型合理；二维磁场接口中电流在面内，建模时需要选择为“面内矢势“，添加磁标势场度规修复等收敛性条件。

3、其他一些情景下的放电，如GIS系统直流放电，或是液体或固体中的放电模型，也可通过自定义漂移扩散方程（稀物质传递）和静电接口描述，指定相关的产生-复合速率等参数，进行建模，相关理论也有不少论文中提到

4、等离子体的模拟，除了前面的仿真方法，有些是基于动力学方法，计算电子的速度和位置的ODE方程，如PIC算法。这类方法与COMSOL软件中的带电粒子追踪接口类似，相关介绍可以参考http://cn.comsol.com/particle-tracing-module；

最后分享一个新增加的电击穿检测接口：

https://www.comsol.com/model/electrical-breakdown-between-spheres-74081

此模型验证了在 51.8 kV 电压下，由大气压下的干空气分离的两个相距 2 cm 的球体之间开始形成流注。通过沿两个球体之间的电场线对汤森系数进行积分来检测电击穿。当积分后的汤森系数达到一定的阈值时，就会形成流注，从而造成短路。

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