基于辉光放电等离子体数值模拟的玻璃除气研究

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真空玻璃以其保温隔热、隔音、防结霜结露、耐风压强度等性能好的优势被用作节能型的建材,但至今仍未实现普及,这与玻璃表面的气体吸附与放气密不可分。传统的加热方法不能满足对大面积玻璃除气的要求,采用在真空环境中用等离子体对玻璃表面进行轰击除气的方法,可以得到干净、含气量少的玻璃表面,提高了真空玻璃的质量和寿命,因此该方法具有很好的研究和应用前景。现阶段关于等离子体除气的研究局限于微电子、平板显示器等行业,对大面积的建材玻璃除气的研究几近空白。本文从玻璃除气设备放电结构的设计出发,利用COMSOL Multiphysics软件,建立数学模型和几何模型,以相对简单的放电除气结构为基础,针对放电电极的形状、带电的正负、排布形式等结构因素进行了模拟,分析了等离子体的特性对玻璃除气的影响。发现放电电极带负电、截面形状为圆形、个数为偶数时,等离子体的分布均匀、电子能量高、垂直碰撞玻璃表面的离子流密度高且均匀,即除气效果好。本文中,选出了一组对除气造成主要影响的参数,包括电极与玻璃之间的距离H、电极与电极之间的距离L、电极工作电压U和真空室压力P。对除气相关的结构及参数的优化设计基于正交试验,通过按照正交表进行的模拟得到一组最优的参数组合,即:H=0.1m、L=0.15m、U=-1200V和P=2 Pa,这组参数对玻璃除气设备的设计与真空玻璃生产线的设计具有重要的指导的意义。本文在优化得到的结果的基础上,进一步研究了其他参数和结构对除气效果的影响。分析两排放电电极时等离子体的分布及其对除气性能影响的结果表明,放电电极为两排时的除气效果强于单排时的。同时,对另一个重要参数进行了模拟分析,研究发现电极与真空室上下壁距离这个参数在0.15 m-0.3 m这个范围内变化时对玻璃除气的影响并不大,设计设备时可以不做考虑。本文结果对玻璃除气设备的结构设计、参数优化和对现有设备的改进具有实际的指导作用和参考价值。
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