輸送係数(swarm parameters)や反応レートを計算するツール:Bosprom

プラズマのシミュレーションでは,考慮するガスとその反応モデル,圧力などに応じて,移動度や拡散係数などの輸送係数の計算が必要となります.その計算方法には,電子エネルギー分布に Maxwell や Druyvesteyn 分布を仮定する従来の方法に加え,電子衝突断面積を利用してボルツマン方程式を解くことによって得られるテーブルデータ(Lookup Table: LUT)を利用する方法がしばしば採用されています.

LUT の計算には,Bolsig+ や CFD-ACE+ も内蔵する二項近似を利用した方法の他,Magbolt等のモンテカルロ法を利用した方法,そして,直接的な解法のプロパゲータ法が知られています.プロパゲータ法で得られる結果は,二項近似で得られるものと比較して計算精度が高く,モンテカルロ法で計算する際に必要となる時間よりも短時間で計算が可能,という特徴があります.

北海道大学の菅原先生は,プロパゲータ法による計算コードを開発し,モンテカルロ法と同等の精度が得られることを示されています.しかし,複数のガス種に対応させるまでにには至っていませんでした.

このたび,菅原先生のご協力の元,計算コードに汎用性を持たせる拡張を行い,Graphical User Interface(GUI)も開発しました。この新しいツールを利用することにより,CFD-ACE+ でプラズマシミュレーションを実行する際,Bosprom で計算した輸送係数と反応レートの LUT を簡単に利用できるようになりました.

以下に,Bosprom の概要をご説明いたします.


分布関数の計算法とプロパゲータ法について,Fig. 1 に示します.

Fig. 1 分布関数の計算法とプロパゲータ法

Bosprom の衝突断面積データ選択・編集画面を Fig. 2 に示します.

Fig. 2

Bosprom の計算条件設定画面および収束状況の一例を Fig. 3 に示します.

Fig. 3

Bosprom の計算条件画面の一例を Fig. 4 に示します.

Fig. 4

Bosprom のプラズマ計算用 lookup-table 作成画面の一例を Fig. 5 に示します.

Fig. 5

※ 実際の計算例(GECRC,NLD 等)についても,近日中に追加いたします。

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