PASSKEy2簡介

PASSKEy2 是在 PASSKEy1 的基礎上重新編寫的等離子體數值模擬程序。 相較于 PASSKEy1， PASSKEy2 在具備解決低溫等離子體模擬問題的能力基礎上，進行了重大升級， 新增了幾個重要功能：（1）從固定的笛卡爾網格改成了動態自適應網格，進一步優化減少總網格數量；（2）從顯示積分改成了隱式積分，進一步優化減小單步計算時間步長，顯著加快計算速度；（3）耦合了流體、燃燒和外部電路，進一步擴大適用范圍；（4）幾何文件可以通過載入CAD文件生成。

PASSKEY2計算流程

PASSKEy2 中求解的物理方程

電路模型

對于等離子體的外部耦合電路，等離子體相當于一個非線性黑盒，只能進行時域暫態分析，因此電路模塊通過求解 ODE 方程在時域中實時求解電路電壓電流值，并通過端口電壓電流與等離子體模塊進行耦合。模型將等離子體視作電流源，解得電路 ODE 方程后，得到該電流源的端口電壓，作為計算域內松方方程的邊界條件。其中，電極電流的計算包含兩部分，即位移與傳導電流。傳導電流通過介電極表面的各成分通量積分求和得到，位移電流則是電位移矢量介時間的導數在電極表面的積分。

電路回路及可調參數如下圖所示，共設置了四條 RLC 支路及一電壓源，通過參數設置可滿足大多數簡單電路需求。在使用過程中，注意電流/電壓初始值的配置盡量符合空實物理情況，否則電路初始時刻可能會出現震蕩。四條支路的 RLC 編號順序及電壓、電流默認正方向如下圖所示，配置時注意正負。

注意：出于 ODE 參數決定的計算穩定性，若想刪去某條支路，建議通過為此電容/電感做開路賦值來實現。

等離子體模型

PASSKEy2 所解決的非平衡等離子體數值模擬問題通常在大氣壓范圍內，故采用流體模型進行描述。等離子體流體模型將等離子體區域視為存在大量高頻碰撞反應的、并滿足連續介質假設的流體。等離子體流體模型已廣泛應用于研究在電場影響下、包含反應動力學過程非平衡等離子體的時空演化和物理特性，雖然不同數值模型的計算測量和實現算法有所區別，但都基于求解連續性方程。

從上述方程可以看出，組分密度 的求解需要已知電場 ， 反應源項 ，以及輸運參數。電場求解基于耦合空間電荷的松方方程，要要時還需要慮表面電荷累積效應，反應源項 等離子體中發生的反應產生。它由產生組分的反應和消耗此類組分的反應組成。

輸運參數和反應速率系數取決于粒子的能量分布，能量分布依賴于近似的方式，如果將電子碰撞反應速率系數和電子輸運系數存儲為電場的函數，那么該模型即遵循局域場近似 Local field approximation, LFA）。局域場近似假設局部吸收的電功率與電離耗散的功率完全平衡，只需要計算密度連續方程和電勢方程，通過電勢方程得到電場，從能確定電子群參數，再求解連續性方程；如果將電子碰撞反應速率系數和電子輸運系數存儲為電子能量的函數，那么該模型即遵循局域能量近似 Local mean energy approximation, LMEA）。在局域能量近似下，不僅需要計算密度連續性方程和電，方程，還要額外計算電子能量守恒方程得到電子能量分布，以電子能量為索引確定電子群參數。一般能言，LMEA 相較于 LFA 能言具有更高的精度， 已有相關工作討論了其優缺點和適用范圍。 在 PASSKEy2 程序中，同時支持了 LFA 和 LMEA 近似，但更為推薦使用
LMEA 進行計算。

燃燒模型

流動-燃燒的計算基于計算流體力學 CFD）和燃燒反應動力學，即求解 Navier-Stokes 方程、組分輸運方程與燃燒反應源項 包括組分源項和熱源項）。當引入非平衡等離子體時，組分輸運方程與等離子體連續性方程實質上是等價的，故不再重復慮。

PASSKEy2的使用

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具體操作過程可以查看嗶哩嗶哩視頻：DeePlaskin

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