Расчет распределения характеристик электромагнитного поля и концентрации электронов в ВЧ-разряде

Введение 3
Глава 1. Применение ВЧ-плазмы пониженного давления 6
Глава 2. Принципиальная схема высокочастотной установки 10
Глава 3. Описание численного метода и программы 12
Глава 4. Результаты численных расчетов 17
Заключение 23
Список литературы
Купить

Одной из важнейших задач промышленного производства является повышение надежности, долговечности и качества изделий, в том числе путем модификации (изменение свойств материала путем дополнительной обработки). Эффективным способом модификации поверхностей материалов различной физической природы является обработка в плазме высокочастотных (ВЧ) - разрядов пониженного давления (13,3-133 Па) с продувом газа.
Создаваемая данным видом разряда, плазма обладает следующими свойствами: степень ионизации 1015 —1019 м-3, температура атомов и ионов в плазменном сгустке (3 — 4) • 103 К , в плазменной струе (3, 5 — 10) • 102 К, электронная температура 1-4 эВ. Твердое тело, помещенное в плазменный поток, подвергается воздействию ионов, средняя энергия которых составляет 10-100 эВ при плотности ионного тока 0, 3 — 25А/м2. При обработке поверхности это позволяет получить результаты, недостижимые другими методами плазменного воздействия: уменьшение шероховатости поверхности (средней высоты микронеровностей) в 2 раза при одновременном увеличении микротвердости в 2-8 раз, долговечности и повышение износостойкости изделий на 30-50%,увеличении срока службы в 1,5-2 раза.
В настоящее время накоплены обширные экспериментальные данные об электрических, энергетических, газодинамических свойствах плазмы ВЧ- разрядов пониженного давления, о результатах взаимодействия ее с различными материалами; имеются общие представления об основных процессах, протекающих в неравновесной низкотемпературной плазме на границе с твердым телом. Однако режимы ВЧ - плазменной обработки получены эмпирическим путем в лабораторных условиях для ограниченного набора параметров разряда, в том числе параметры работы ВЧ - плазмотрона.
Актуальность темы выпускной квалификационной работы обусловлена применением ВЧ-плазмы пониженного давления для модификации материалов различной физической природы с целью улучшения их качественных свойству математическое моделирование и численные расчеты характеристик плазмы позволяют снизить издержки при проведении дорогостоящих экспериментов.
Для разработки промышленных образцов оборудования с использованием ВЧ - разрядов пониженного давления необходимо создание математической модели, которая описывает распределение основных характеристик электрического и магнитного полей и концентрации заряженных частиц в ВЧ - плазмотроне.
В виду этого, разработка математической модели работы ВЧ - плазмотрона имеет имеет научный и практический интерес. Выпускная квалификационная работа направлена на решение актуальной проблемы математического моделирования низкотемпературной плазмы — исследования основных характеритстик электромагнитного поля и концентрации электронов в ВЧ-плазмотроне методами математического моделирования в одномерном приближении.
В первой главе дан обзор практических приложений ВЧ-плазмы пони-женного давления, существующих представлений о механизмах взаимодействия неравновесной низкотемпературной плазмы с поверхностью твердых тел, математических моделей ВЧ - разрядов. Во второй главе показана принципиальная схема высокочастотной плазменной установки. Показаны основные рабочие параметры плазмотрона. В третьей главе описан численный метод, разработан алгоритм и составлена блок-схема программы для расчета характеристик электрического и магнитного полей и концентрации электронов в ВЧ-плазмотроне. В четвертой главе показаны результаты расчета электрического и магнитного полей, концентрации электронов, коэффициента амбиполярной диффузии, частоты ионизации, проводимости плазмы.
Целью выпускной квалификационной работы является расчет характеристик электромагнитного поля и концентрации электронов в ВЧ-разряде, создаваемым в плазмотроне при пониженных давлениях.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:
-обзор литературы по исследуемой теме;
-составление математической модели характеристик электромагнитного поля и концентрации электронов в ВЧ-разряде;
-разработка алгоритма решения;
-разработка программы для расчета;
-тестирование программы;
-расчет электромагнитного поля и концентрации электронов в ВЧ- плазмотроне;
-анализ полученных результатов.

Купить