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气体放电系统中多臂螺旋波的数值分析

白占国 李新政 李燕 赵昆

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气体放电系统中多臂螺旋波的数值分析

白占国, 李新政, 李燕, 赵昆

Numerical analysis on multi-armed spiral patterns in gas discharge system

Bai Zhan-Guo, Li Xin-Zheng, Li Yan, Zhao Kun
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  • 采用Purwins的三变量模型, 在二维空间对气体放电系统中多臂螺旋波的形成和转化进行了数值研究. 通过分析方程参数对系统空间的影响, 确定了系统获得稳定螺旋波的参数空间; 得到了斑图由简单静态六边形到螺旋波的演化过程, 分析了螺旋波的形成机制和时空特性; 进一步获得六种不同臂数的多臂螺旋波斑图(例如: 双臂、三臂、四臂、五臂、六臂和七臂螺旋波). 结果表明: 螺旋波斑图出现在图灵-霍普夫(Turing-Hopf)空间, 是Turing模和Hopf模相互竞争、相互作用的结果; 不同臂数的螺旋波波头均在持续地旋转运动, 其运动速度随螺旋波臂数的增加而增大; 随着螺旋波臂数的增加, 其波头的运动形式愈加复杂; 由于受微扰及边界条件的影响, 多臂螺旋波可以向臂数少一的螺旋波发生转变, 数值模拟结果与实验结果符合较好.
    The process of formation or transformation of multi-armed spiral patterns in gas discharge system is investigated numerically by using H.-G. Purwins model with three components. The parameter space is obtained though analyzing the influence of system parameters on system space, where a stable spiral appears. Besides, the formation mechanism and spatiotemporal characteristics of spiral pattern are studied. In addition, the evolution process of pattern from simple hexagon to spiral wave is numerically simulated, and various kinds of spirals are obtained (including two-armed, three-armed, four-armed, five-armed, six-armed, and seven-armed spirals). It is found that the stable spiral only survives in Turing-Hopf space, which is the result of interaction between Turing mode and Hopf mode. Furthermore, the spiral tips constantly rotate for various spiral patterns, and the velocity increases with the number of spiral arm increasing. For the influences of perturbation and boundary conditions, the multi-armed spiral pattern can lose one arm and become a new spiral in the rotating process. In conclusion, the numerical simulation results are in good agreement with those obtained in gas discharge experiment.
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(批准号:51201057)、河北省自然科学基金(批准号:A2014208171)和河北科技大学科研基金(批准号:QD201225,SW09)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51201057 ), the Natural Science Foundation of Hebei Province, China (Grant No. A2014208171), and the Foundation of Hebei University of Science and Technology, China (Grant Nos. QD201225, SW09).
    [1]

    Thakur P, Ann H B, Jiang I 2009 Astrophys. J. 69 3586

    [2]

    Cysyk J, Tung L 2008 Biophys. J. 94 1533

    [3]

    Sawai S, Thomason P A, Cox E C 2005 Nature 433 323

    [4]

    Vasiev B, Siegert F, Weijer C 1997 Phys. Rev. Lett. 78 2489

    [5]

    de Bruyn J R, Lewis B C, Shattuck M D, Swinney H L 2001 Phys. Rev. E 63 041305

    [6]

    Zaritski R M, Pertsov A M 2002 Phys. Rev. E 66 066120

    [7]

    Guo H Y, Li L, Ouyang Q 2003 J. Chem. Phys. 118 5038

    [8]

    Zhang H, Ruan X S, Hu B, Ouyang Q 2004 Phys. Rev. E 70 016202

    [9]

    Aranson L S, Aranson L, Kramer L, Weber A 1992 Phys. Rev. A 46 R2992

    [10]

    Zaikin A N, Zhabotinsky A M 1970 Nature 225 535

    [11]

    Bruyn J R, Lewis B C S, Swinney H L 2001 Phys. Rev. E 63 041305

    [12]

    Gao J H, Wang Y, Zhang C, Yang H P, Ge Z C 2014 Acta Phys. Sin. 63 020503 (in Chinese) [高继华, 王宇, 张超, 杨海朋, 戈早川 2014 63 020503]

    [13]

    Wang C N, Ma J 2013 Acta Phys. Sin. 62 084501 (in Chinese) [王春妮, 马军 2013 62 084501]

    [14]

    Hagan P S 1982 Siam. J. Appl. Math. 42 762

    [15]

    Plapp B B, Bodenschatz E 1996 Phys. Scripta. 67 111

    [16]

    Bursac N, Aguel F, Tung L 2004 Proc. Natl. Acad. Sci. 101 15530

    [17]

    Deng L Y, Zhang H, Li Y Q 2009 Phys. Rev. E 79 036107

    [18]

    Hu B, Ma J, Tang J 2013 Plos One 8 0069251

    [19]

    He Y F, Ai B Q, Liu F C 2013 Phys. Rev. E 87 052913

    [20]

    Li B, Dong L F, Zhang C, Shen Z K, Zhang X P 2014 J. Phys. D: Appl. Phys. 47 055205

    [21]

    Dong L F, Shen Z K, Li B, Bai Z G 2013 Phys. Rev. E 87 042914

    [22]

    Astrov Y A, Mller I, Ammelt E, Purwins H G 1998 Phys. Rev. Lett. 80 5341

    [23]

    Dong L F, Wang H F, Liu F C, He Y F 2007 New J. Phys. 9 330

    [24]

    Dong L F, Li B, Shen Z K, Liu L 2012 Phys. Rev. E 86 056217

    [25]

    Dong L F, Liu F C, Liu S H, He Y F, Fan W L 2005 Phys. Rev. E 72 046215

    [26]

    Yin Z Q, Wang L, Dong L F, Li X C, Chai Z F 2003 Acta Phys. Sin. 52 929 (in Chinese) [尹增谦, 王龙, 董丽芳, 李雪辰, 柴志方 2003 52 929]

    [27]

    Radehaus C, Willebrand H, Dohmen R, Niedernostheide F, Bengel G, Purwins H 1992 Phys. Rev. A 45 2546

    [28]

    Schenk C P, Or-Guil M, Bode M, Purwins H 1997 Phys. Rev. Lett. 78 3781

  • [1]

    Thakur P, Ann H B, Jiang I 2009 Astrophys. J. 69 3586

    [2]

    Cysyk J, Tung L 2008 Biophys. J. 94 1533

    [3]

    Sawai S, Thomason P A, Cox E C 2005 Nature 433 323

    [4]

    Vasiev B, Siegert F, Weijer C 1997 Phys. Rev. Lett. 78 2489

    [5]

    de Bruyn J R, Lewis B C, Shattuck M D, Swinney H L 2001 Phys. Rev. E 63 041305

    [6]

    Zaritski R M, Pertsov A M 2002 Phys. Rev. E 66 066120

    [7]

    Guo H Y, Li L, Ouyang Q 2003 J. Chem. Phys. 118 5038

    [8]

    Zhang H, Ruan X S, Hu B, Ouyang Q 2004 Phys. Rev. E 70 016202

    [9]

    Aranson L S, Aranson L, Kramer L, Weber A 1992 Phys. Rev. A 46 R2992

    [10]

    Zaikin A N, Zhabotinsky A M 1970 Nature 225 535

    [11]

    Bruyn J R, Lewis B C S, Swinney H L 2001 Phys. Rev. E 63 041305

    [12]

    Gao J H, Wang Y, Zhang C, Yang H P, Ge Z C 2014 Acta Phys. Sin. 63 020503 (in Chinese) [高继华, 王宇, 张超, 杨海朋, 戈早川 2014 63 020503]

    [13]

    Wang C N, Ma J 2013 Acta Phys. Sin. 62 084501 (in Chinese) [王春妮, 马军 2013 62 084501]

    [14]

    Hagan P S 1982 Siam. J. Appl. Math. 42 762

    [15]

    Plapp B B, Bodenschatz E 1996 Phys. Scripta. 67 111

    [16]

    Bursac N, Aguel F, Tung L 2004 Proc. Natl. Acad. Sci. 101 15530

    [17]

    Deng L Y, Zhang H, Li Y Q 2009 Phys. Rev. E 79 036107

    [18]

    Hu B, Ma J, Tang J 2013 Plos One 8 0069251

    [19]

    He Y F, Ai B Q, Liu F C 2013 Phys. Rev. E 87 052913

    [20]

    Li B, Dong L F, Zhang C, Shen Z K, Zhang X P 2014 J. Phys. D: Appl. Phys. 47 055205

    [21]

    Dong L F, Shen Z K, Li B, Bai Z G 2013 Phys. Rev. E 87 042914

    [22]

    Astrov Y A, Mller I, Ammelt E, Purwins H G 1998 Phys. Rev. Lett. 80 5341

    [23]

    Dong L F, Wang H F, Liu F C, He Y F 2007 New J. Phys. 9 330

    [24]

    Dong L F, Li B, Shen Z K, Liu L 2012 Phys. Rev. E 86 056217

    [25]

    Dong L F, Liu F C, Liu S H, He Y F, Fan W L 2005 Phys. Rev. E 72 046215

    [26]

    Yin Z Q, Wang L, Dong L F, Li X C, Chai Z F 2003 Acta Phys. Sin. 52 929 (in Chinese) [尹增谦, 王龙, 董丽芳, 李雪辰, 柴志方 2003 52 929]

    [27]

    Radehaus C, Willebrand H, Dohmen R, Niedernostheide F, Bengel G, Purwins H 1992 Phys. Rev. A 45 2546

    [28]

    Schenk C P, Or-Guil M, Bode M, Purwins H 1997 Phys. Rev. Lett. 78 3781

  • [1] 王震, 赵志航, 付洋洋. 基于统一流体模型的微放电数值仿真研究.  , 2024, 73(12): 125201. doi: 10.7498/aps.73.20240392
    [2] 宋利伟, 石颖, 陈树民, 柯璇, 侯晓慧, 刘志奇. 地下黏弹性介质波动方程及波场数值模拟.  , 2021, 70(14): 149102. doi: 10.7498/aps.70.20210005
    [3] 邹雄, 漆小波, 张涛先, 高章帆, 黄卫星. 惯性约束聚变靶丸内杂质气体抽空流洗过程的数值模拟.  , 2021, 70(7): 075207. doi: 10.7498/aps.70.20201491
    [4] 王新鑫, 迟露鑫, 伍光凤, 李春天, 樊丁. Ar-O2混合气体电弧的数值模拟.  , 2019, 68(17): 178102. doi: 10.7498/aps.68.20190416
    [5] 郭恒, 张晓宁, 聂秋月, 李和平, 曾实, 李志辉. 亚大气压六相交流电弧放电等离子体射流特性数值模拟.  , 2018, 67(5): 055201. doi: 10.7498/aps.67.20172557
    [6] 侯兴民, 章程, 邱锦涛, 顾建伟, 王瑞雪, 邵涛. 大气压管板结构纳秒脉冲放电中时域X射线研究.  , 2017, 66(10): 105204. doi: 10.7498/aps.66.105204
    [7] 杨雄, 程谋森, 王墨戈, 李小康. 螺旋波等离子体放电三维直接数值模拟.  , 2017, 66(2): 025201. doi: 10.7498/aps.66.025201
    [8] 徐肖肖, 吴杨杨, 刘朝, 王开正, 叶建. 水平螺旋管内超临界CO2冷却换热的数值模拟.  , 2015, 64(5): 054401. doi: 10.7498/aps.64.054401
    [9] 章程, 马浩, 邵涛, 谢庆, 杨文晋, 严萍. 纳秒脉冲气体放电中逃逸电子束流的研究.  , 2014, 63(8): 085208. doi: 10.7498/aps.63.085208
    [10] 成玉国, 程谋森, 王墨戈, 李小康. 磁场对螺旋波等离子体波和能量吸收影响的数值研究.  , 2014, 63(3): 035203. doi: 10.7498/aps.63.035203
    [11] 何福顺, 李刘合, 李芬, 顿丹丹, 陶婵偲. 增强辉光放电等离子体离子注入的三维PIC/MC模拟.  , 2012, 61(22): 225203. doi: 10.7498/aps.61.225203
    [12] 章程, 邵涛, 牛铮, 张东东, 王珏, 严萍. 大气压尖板电极结构重复频率纳秒脉冲放电中X射线辐射特性研究.  , 2012, 61(3): 035202. doi: 10.7498/aps.61.035202
    [13] 贺亚峰, 冯晓敏, 张亮. 气体放电系统中时空斑图的时滞反馈控制.  , 2012, 61(24): 245204. doi: 10.7498/aps.61.245204
    [14] 武晋泽, 唐晋娥, 董有尔, 张国峰, 王彦华. 常压下气体放电等离子体振荡的实验与理论研究.  , 2012, 61(19): 195208. doi: 10.7498/aps.61.195208
    [15] 马军, 谢振博, 陈江星. 热敏神经元网络中螺旋波死亡和破裂的数值模拟.  , 2012, 61(3): 038701. doi: 10.7498/aps.61.038701
    [16] 韦海明, 唐国宁. 离散可激发介质中早期后去极化对螺旋波影响的数值研究.  , 2011, 60(3): 030501. doi: 10.7498/aps.60.030501
    [17] 韦海明, 唐国宁. 交替行为对螺旋波影响的数值模拟研究.  , 2011, 60(4): 040504. doi: 10.7498/aps.60.040504
    [18] 郭文琼, 周晓军, 张雄军, 隋 展, 吴登生. 等离子体电极普克尔盒电光开关单脉冲过程数值模拟.  , 2006, 55(7): 3519-3523. doi: 10.7498/aps.55.3519
    [19] 张远涛, 王德真, 王艳辉. 大气压介质阻挡丝状放电时空演化数值模拟.  , 2005, 54(10): 4808-4815. doi: 10.7498/aps.54.4808
    [20] 王艳辉, 王德真. 介质阻挡均匀大气压辉光放电数值模拟研究.  , 2003, 52(7): 1694-1700. doi: 10.7498/aps.52.1694
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-05-21
  • 修回日期:  2014-06-29
  • 刊出日期:  2014-11-05

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