На базе газодинамического и плазмохимического модулей программной среды моделирования COMSOL создана численная модель высокочастотной (10–100 кГц) серии микросекундных импульсных разрядов в струях инертных газов, инжектируемых в воздух при атмосферном давлении. Газодинамическая часть модели строилась в предположении слабой турбулентности потоков. Плазмохимическая модель объединила две 2D-модели, развитые и оптимизированные для тлеющих разрядов в аргоне и в воздушной смеси при пониженных давлениях без учета элементарных столкновительных процессов между частицами из различных подсистем. Результаты моделирования электрических параметров разрядного промежутка и пространственного распределения возбужденных атомов согласуются с усредненными по времени характеристиками серии импульсных квази-искровых разрядов. Детальное моделирование отдельных импульсных разрядов со стохастически изменяющимися пространственными конфигурациями требует перехода к динамическим 3D-моделям разрядного промежутка, учитывающим взаимодействия между рассматриваемыми описанными подсистемами. Построение и отладка такого варианта численной модели осуществляется путем создания и настройки вспомогательных моделей для упрощенных условий, обеспечивающих доминирование отдельных процессов, включаемых в объединенную схему.
A numerical model of the high-frequency (10–100 kHz) series of microsecond pulse discharges in inert gas gases injected in the air under atmospheric pressure is created on the basis of COMSOL simulation software module. A gas dynamic model section was built on the assumption of weak flow turbulence. The plasma chemical model combined two 2D- models developed and optimized for glow discharges in argon and air mixture under low pressures without elementary collissional processes between particles from various subsystems. Discharge gap and excited atom space distribution electrical parameter simulation results match with time averaged characteristics of the series of pulse quasi-spark discharges. Detailed modelling of individual pulse discharges with stochastically varying space configurations requires a transition to dynamic 3D discharge gap models taking into account interactions between described subsystems under consideration. Such numerical model option building and debugging is implemented by creating and configuring auxiliary models for simplified conditions providing dominance of individual processes included in the unified diagram.
1. Елисеев С.И., Демидов В.И., Чирцов А.С., Кудрявцев А.А., Колобов В.И., Богданов Е.А. Моделирование импульсного пробоя в гелии с использованием адаптивных методов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2014. – № 5(93). – С. 139–146.
2. Чернышева М.В., Марек В.П., Швагер Д.А., Чирцов А.С. Компьютерное моделирования при изучении физических процессов в тлевшем разряде в воздушных смесях при низких давлениях. // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2014. – № 3(91). – С. 140–148.
3. Bogdanov E.A., Eliseev S.I., Kudryavtsev A.A. Comment on «Effect of the electron energy distribution on total energy loss with argon in inductively coupled plasmas» // Phys. Plasmas. – 2015. – Vol. 22. – P. 13501.
4. Bogdanov E.A., Chirtsov A.S., Kudryavtsev A.A. Fundamental non-ambipolarity of electron fluxes in 2D plasmas // Phys. Rev. Lett. 2011. – Vol. 106, № 19. – P. 195001 (1-4).
5. COMSOL [Электронный ресурс] // Plasma Software – Model Low-Temperature Plasma Sources and Systems: сайт. – URL: http://www.comsol.com/plasma-module (дата обращения: 25.01.2015).
6. Hosseinzadeh C.A., Memariani H., Sohbatzadeh F., Valinataj O.A. Nonthermal atmospheric argon plasma jet effects on escherichia coli biomacromolecules // Applied Biochemistry & Biotechnology. – 2013. – Vol. 171, № 7. – P. 1617–1629.
7. Niemira B. A. Cold Plasma Decontamination of Foods. // Annual Review of Food Science & Technology. – 2012. – Vol. 3, № 1. – P. 125–142.
8. Weng C.C., Wu Y.T., Liao J.D., Kao C.Y., Chao C.C., Chang J. E., Hsu B. W. Inactivation of bacteria by a mixed argon and oxygen micro-plasma as a function of exposure time // International Journal of Radiation Biology. – 2009. – Vol. 85, № 4. – P. 362–368.