详细的放电仿真

“放电模块”支持在二维、二维轴对称和三维域中快速而轻松地建立放电模型。

工作流程简单明了，通常遵循以下步骤：创建或导入几何；定义物理场设置、边界条件和初始值；设置网格；选择求解器以及将结果可视化。软件会自动进行网格划分和求解器设置，用户也可以对相关选项进行手动定制。所有这些步骤均在 COMSOL Multiphysics^® 环境中无缝执行。

“放电模块”以放电 接口为核心，旨在模拟气体、液体和固体电介质等各种介质中的放电现象。内置的电荷传输模型能够求解全耦合的输运方程和泊松方程，涵盖碰撞电离、附着和复合等化学与物理过程，并可根据各个介质的特定属性进行调整。因此，在大多数情况下，用户无需手动输入化学反应或反应速率数据。

液体中的放电

在模拟液体（例如变压器油这类用于电气绝缘的液体）中的放电过程时，放电 接口求解电子、正离子和负离子的输运方程，其中涵盖了场电离、附着和复合等典型过程，以表示液体介质中的放电行为。

表面电荷的积累和弛豫

模拟介电界面上的电荷传输对于许多应用至关重要。例如，通过电晕放电，电荷可以在这些界面上积累，而空间电荷也可能在电场的作用下沿表面漂移。放电 接口内置的介电界面功能可以自动处理表面电荷的积累和弛豫过程。

电极边界条件

电极边界条件是放电建模中的核心组成部分。用户可以在一个特征中指定电势和载流子的边界条件，从而提高建模过程的效率。电极 特征还集成了内置的放电电流变量。载流子边界条件包含开放边界的选项，以及定义通量、数密度或表面发射的选项。此外，表面发射设置还支持二次电子发射、场电子发射和热电子发射。

可定制的放电化学

“放电模块”具有自定义放电化学的功能，便于建立包含复杂化学反应的模型。其专有的特征简化了生成空间相关模型的过程，使用户能够在放电仿真中高效地管理数百个化学反应。

模块中不仅包含内置的载流子输运方程选项，还允许用户灵活定制这些方程，然后在载流子传输 接口中进行求解，并能够与其他物理场接口无缝耦合，实现在电磁场和流场中研究电荷传输。

捕捉多尺度动力学

放电过程的动力学特征覆盖了从亚纳秒至毫秒的时间尺度，以及从微米至米的空间尺度，为在较长时间框架内解析纳秒尺度事件提出了挑战。

为此，“放电模块”采用了先进的网格划分和求解功能，其自适应网格划分技术支持从微米到米的可变网格大小，并优化自由度数。同时，求解器还具备自动时间步进功能，能够跨多个数量级调整时步，以精确捕捉短期现象（如特里切尔脉冲）和长期效应（如空间电荷的积累和弛豫）。

气体放电

放电 接口使用流体和局部场近似方法来模拟大气和高压气体放电过程，其中不仅求解电子、正离子和负离子的输运方程，还耦合了碰撞电离、附着和复合等过程，以准确模拟气体放电现象。

内置的电荷传输模型和放电 材料库（详见下文）使得用户无需手动输入化学反应，即可模拟空气等气体中的基本放电化学过程。用户只需从材料库中进行选择，例如 SF₆、N₂ 或 CO₂，即可轻松切换气体介质。

固体中的双极电荷传输

对于固体电介质，放电 接口支持双极电荷传输，求解电子、空穴和陷阱电荷的输运方程，并与泊松方程完全耦合，考虑陷阱、脱陷及复合效应，为固体材料中的电荷传输提供了详细的仿真分析。

光致电离

光致电离现象在正放电过程中扮演着至关重要的角色。放电 接口内置了一个基于辐射传输方法的光致电离模型，能够高效计算光电离速率，其中支持使用多达七个指数项来近似模拟光致电离过程。

连接至电路

内置的电路建模功能使用户可以创建集总系统来模拟电路中的电流和电压，其中支持各种常用电路元件，例如电压源、电流源、电阻器、电容器、电感器及其他电路组件。电路模型还可以与二维和三维的分布式场模型进行连接，而且用户还可以使用 SPICE 网表格式来导入和导出电路拓扑结构。这些电路能够与放电物理场模型相结合，以模拟真实的负载情况。

独特的数值稳定技术

在放电物理学领域，不同物质的数密度在短距离内可能会相差几个数量级。为避免传统方法可能产生的非物理性负值，放电 接口采用了对数公式，以确保数密度解始终为正值。

此外，模块中还融入了先进的数值稳定技术，旨在确保方程的求解既准确又高效。

材料库

放电建模仿真往往需要指定复杂的化学反应和材料属性，这一过程可能非常耗时。为了简化这一流程，“放电模块”提供了两个内置的材料库。

放电 材料库涵盖了常见气体、液体和固体电介质的数据，能够与电荷传输模型无缝集成，使用户无需手动输入方程或数据即可开始建模。平衡放电 材料库则为各种气体提供了温度相关的属性（最高可达 25,000 K），包括密度、热容、热导率、动力黏度和体积发射率。

用于电弧放电建模的多物理场接口

“放电模块”可用于模拟热力学平衡放电现象，例如在电子和重粒子温度相同时的电弧放电。其中包含的电弧放电 多物理场接口采用磁流体力学方法，将放电描述为具有单一温度的单一流体，并耦合电磁、流体流动和传热等多个物理场，以涵盖洛伦兹力、电动势、焓传递、焦耳热以及辐射损失等因素。