آموزش پروژه محور کامسول – استفاده از ماژول پلاسما برای شبیه سازی تخلیه های الکتریکی

امروزه فناوری پلاسما جایگاه ویژه ای در کاربردهای مختلف صنعتی و پزشکی شامل: ساخت قطعات نیمه رسانا و نمایشگرهای پلاسما در صنعت الکترونیک تا کاربردهای آن در صنعت هسته ای و پزشکی دارد که هر کدام از این کاربردها مستلزم تولید یک تخلیه الکتریکی با شرایط و ویژگی های مخصوص آن کاربرد خاص است.

سیستم های پلاسمایی به خاطر طبیعت پیچیده پلاسما، سیستم هایی پیچیده و غیرخطی هستند به گونه ای که کوچکترین تغییری در ولتاژ اعمالی یا شیمی پلاسما، می تواند به تغییرات قابل ملاحظه ای در ویژگی های تخلیه الکتریکی نهایی منتهی شود. فیزیک پلاسمای دمای پایین ترکیبی از: مکانیک سیالات، مهندسی شیمی، مکانیک ذرات، انتقال حرارت، انتقال جرم، مکانیک آماری و الکترومغناطیس است.

یکی از نرم افزارهایی که امروزه کاربرد وسیعی در شبیه سازی این محیط ها دارد نرم افزار کامسول (COMSOL Multiphysics) است. در این نرم افزار بخشی به نام ماژول پلاسما (Plasma Module) وجود دارد که با استفاده از آن می توان سیستم های مختلف پلاسمایی در دمای پایین را شبیه سازی کرد.

ماژول پلاسما، یک ابزار تخصصی برای شبیه سازی تخلیه های الکتریکی تعادلی و غیر تعادلی است که می تواند گستره وسیعی از مسائل مهندسی پلاسما را پوشش دهد. از Plasma Module می توان در شبیه سازی انواع سیستم های یک، دو و سه بعدی استفاده کرد، هرچند که مدل های سه بعدی کاربرد کمتری دارند و اکثر شبیه سازهای پلاسما در یک و دو بعد انجام می شود.

در این فرادرس، شبیه سازی تخلیه الکتریکی تابان (Glow Discharge)، تخلیه الکتریکی هاله (Corona Discharge) و تخلیه الکتریکی با سد دی الکتریک (DBD)، در فشارهای پایین و اتمسفری و با میدان های DC و AC و گاز ورودی آرگون و هوا آموزش داده می شود و همچنین نحوه نمودار گرفتن و انواع آنالیزها روی نتایج این شبیه سازی ها توضیح داده می شود.

فهرست سرفصل ها و رئوس مطالب مطرح شده در این مجموعه آموزشی، در ادامه آمده است:

• درس یکم: آشنایی با پلاسما ماژول (Plasma Module)
  • مقدمه ای بر فیزیک پلاسما و انواع روش های شبیه سازی پلاسما
  • توصیف مدل شاره ای و معرفی چند کتاب مفید در زمینه پلاسما
  • معرفی بخش های مختلف پلاسما ماژول و آشنایی با Application Library
• درس دوم: شبیه سازی پلاسمای الکترون با مدل رانش – پخش در فشار پایین و ولتاژ DC
  • توصیف مدل و معادلات حاکم بر آن
  • تعریف متغیر و پارامتر در کامسول
  • افزودن هندسه، مش بندی، شرایط اولیه و شرایط مرزی
  • اجرای شبیه سازی (وابسته به زمان)
  • رسم نمودارها
• درس سوم: شبیه سازی تخلیه تابان گاز آرگون در فشار پایین و ولتاژ DC
  • توصیف مدل و معادلات حاکم بر آن
  • افزودن واکنش های شیمیایی به مدل و معرفی سایت LXcat
  • معرفی نرم افزار +BOLSIG
  • مباحث ابعادی در نرم افزار کامسول
  • اجرای شبیه سازی
  • رسم نمودارها
• درس چهارم: شبیه سازی تخلیه هاله گاز آرگون و هوا در فشار اتمسفری و ولتاژ DC
  • توصیف مدل و معادلات حاکم بر آن
  • اجرای شبیه سازی تخلیه هاله گاز آرگون
  • رسم نمودار نتایج
  • افزودن هوا به شبیه سازی
  • اجرای شبیه سازی
  • استخراج نتایج از کامسول
• درس پنجم: شبیه سازی DBD گاز آرگون در فشار اتمسفری و ولتاژ AC
  • توصیف مدل، معادلات حاکم بر آن و شرایط مرزی
  • اجرای شبیه سازی
  • رسم نمودارها
  • Global Evaluation
  • انتگرال گیری، جمع زدن و متوسط گیری روی نتایج

مفید برای رشته های

• فیزیک
• مهندسی شیمی
• مهندسی مکانیک