靜電放電仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
靜電放電仿真的視頻教程
ANSYS新版本功能速遞: HFSS微放電仿真
主要內容綱要如下： 1.微放電機理與危害 2.微放電仿真方法：HFSS的微放電求解器 3.HFSS微放電仿真過程 4.案例演示 5.答疑討論
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Maxwell三維靜電場仿真-平板電容器電容計算【搞仿真的晴博】入門教程B501
電容計算是電子電氣相關工程師必備技能點，這個案例演示了一個最常見的平板電容器的電容計算流程。
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靜電放電仿真的實例教程
電場的強度可能超過空氣、塑料或電介質的擊穿極限并導致靜電放電 (ESD)。放電造成的損害可能導致任務完全失敗。
ADEOS-II——一項耗資 5.67 億美元的任務——于 2003 年 10 月因太陽能電池陣列中的電弧危害而失敗。而這次失敗并非孤立事件。大約50%的空間環境航天器異常是由航天器充電效應引起的。1
圖 2：航天器充電中涉及的物理過程的概念圖。
NASA 和 ESA 制定了設計標準，以先發制人地緩解這些航天器充電問題。對于私營部門而言，滿足這些標準可能既昂貴又耗時。突破設計極限需要精確的充電仿真工具，例如 Ansys EMA3D Charge。
表面充電
圖 4：上圖是人類太空艙表面充電模擬的結果。在航天器周圍的 3D 時域中監測電場。下面是太陽光照對月球著陸器高分辨率網格的影響。
表面充電來自材料對外部輻射的反應，例如環境帶電粒子、光照明和摩擦起電。材料對充電效應的響應取決于材料的特性。產生的光電子、二次電子、背散射電子和質子誘導電子與電場相互作用形成等離子體鞘層。在某些航天器軌道環境中，等離子體的表面電勢可能超過 10 kV。通過求解電荷平衡，EMA3D Charge 提供了分析航天器表面電荷的方法。
在前往月球的途中，航天器將根據其轉移軌道遇到不同規模的表面充電效應。地球靜止軌道 (GEO)、低地球軌道 (LEO)、極地軌道、極光軌道和月球軌道都將具有設計規范標準中定義的不同等離子體環境。幾何形狀、陰影和材料特性，以及等離子體特性或摩擦起電振幅，都會對航天器表面積累的電荷產生影響。使用高保真網格，您不必從模型中遺漏重要細節。月球著陸器和人類太空艙的圓形窗口、傳感器、天線和推進器都可以足夠保真地嚙合，以精確隔離 ESD 關注的區域。
展開 電弧放電仿真 ￥1000
電弧是指在兩個電極之間，因為電壓差引起的電離氣體擊穿形成的氣體放電現象。當兩個電極之間的電壓達到一定程度時，電流會在兩個電極之間形成一個通道，導電氣體會被電離，形成一個帶電等離子體，這就是電弧。電弧的形成需要滿足一定的條件，包括足夠的電壓差、適當的電極間距、導電氣體的性質等。當這些條件得到滿足時，電壓會加速導電氣體中的電子，形成高能電子束，撞擊氣體分子，激發化學反應并產生離子。這些帶電粒子會導致氣體的電導率增加，從而使電流在電極之間建立起電弧通道。電弧的特點包括高溫、高亮度、高能量和高頻閃爍。它具有強烈的熱輻射和光輻射，可以產生明亮的火花、火焰和光弧。由于電弧可以提供高能量，因此廣泛應用于電焊、電切、電刷涂等工業和實驗室應用中。
本案例基于COMSOL軟件多個物理場模擬了電弧放電的過程，模擬結果如圖所示：
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展開 直流輝光放電數值仿真 ￥500
<p>長期以來，低壓狀態下的直流輝光放電一直用于氣體激光器和熒光燈。由于解與時間 無關，因此直流放電對于研究很有吸引力。本案例使用等離子體接口來建立對正柱區區的分析，其中通過在陰極處發射二次電子來維持放電。柱內電子密度的仿真結果如圖1所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/d6784e9c0550438394d3858de9c0b9f8.gif" alt="電子密度.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 電子密度</strong></p><p> 電子密度峰值出現在陰極下降與正柱區 之間的區域，該區域有時被稱為法拉第暗區。電子密度在徑向上迅速降低，這是由于電子向柱外壁的擴散損失導致在壁上積累表面電荷造成的。負電荷的積累導致柱中心 產生了對壁的正電勢。</p><p> 電子溫度仿真結果，如圖2所示。電勢仿真結果，如圖3所示。
展開 固體中He氣放電數值仿真 ￥500
本案例所建立的模型中，固體部分通過靜電場和稀物質傳遞物理場模擬電荷的傳輸和固體電場分布，氣體部分通過等離子體場模擬氦氣的輝光放電。通過域1和3包裹域2模擬固體包裹氣體，探究固體中電荷傳輸和電場分布對氣體放電的影響。基于COMSOL軟件實現了固氣界面的表面電荷耦合，COMSOL軟件中采用的模塊及模型如圖1所示。
仿真結果如下圖所示。
終端電流及電壓
氣體放電電壓
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靜電除塵是氣體除塵方法的一種。含塵氣體經過高壓靜電場時被電分離，塵粒與負離子結合帶上負電后，趨向陽極表面放電而沉積。在冶金、化學等工業中用以凈化氣體或回收有用塵粒。利用靜電場使氣體電離從而使塵粒帶電吸附到電極上的收塵方法。在強電場中空氣分子被電離為正離子和電子，電子奔向正極過程中遇到塵粒，使塵粒帶負電吸附到正極被收集。
本案例基于COMSOL軟件仿真了靜電除塵的過程，模型如圖1所示，仿真結果如圖2所示。
圖1 幾何模型
速度場
電勢場
顆粒1除塵運動效果
顆粒2除塵運動效果
圖2 數值仿真結果
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電弧是指在兩個電極之間，因為電壓差引起的電離氣體擊穿形成的氣體放電現象。當兩個電極之間的電壓達到一定程度時，電流會在兩個電極之間形成一個通道，導電氣體會被電離，形成一個帶電等離子體，這就是電弧。電弧的形成需要滿足一定的條件，包括足夠的電壓差、適當的電極間距、導電氣體的性質等。當這些條件得到滿足時，電壓會加速導電氣體中的電子，形成高能電子束，撞擊氣體分子，激發化學反應并產生離子。這些帶電粒子會導致氣體的電導率增加
在太空中，沒有保護航天器免受輻射的大氣層。輻射產生的電荷無法消散，因為航天器沒有接地。因此，航天器設計必須適當地減輕航天器表面和內部組件的電荷積累和耗散。
圖 1：人類太空艙在地球靜止軌道 (GEO) 環境中的 EMA3D Charge 充電模擬
當電荷積累時，它會感應電場。電場的強度可能超過空氣、塑料或電介質的擊穿極限并導致靜電放電 (ESD)。放電造成的損害可能導致任務完全失敗。
<p>長期以來，低壓狀態下的直流輝光放電一直用于氣體激光器和熒光燈。由于解與時間 無關，因此直流放電對于研究很有吸引力。本案例使用等離子體接口來建立對正柱區區的分析，其中通過在陰極處發射二次電子來維持放電。柱內電子密度的仿真結果如圖1所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/d6784e9c0550438394d3858de9c0b9f8
本案例所建立的模型中，固體部分通過靜電場和稀物質傳遞物理場模擬電荷的傳輸和固體電場分布，氣體部分通過等離子體場模擬氦氣的輝光放電。通過域1和3包裹域2模擬固體包裹氣體，探究固體中電荷傳輸和電場分布對氣體放電的影響。基于COMSOL軟件實現了固氣界面的表面電荷耦合，COMSOL軟件中采用的模塊及模型如圖1所示。
仿真結果如下圖所示。
終端電流及電壓
氣體放電電壓
靜電除塵是氣體除塵方法的一種。含塵氣體經過高壓靜電場時被電分離，塵粒與負離子結合帶上負電后，趨向陽極表面放電而沉積。在冶金、化學等工業中用以凈化氣體或回收有用塵粒。利用靜電場使氣體電離從而使塵粒帶電吸附到電極上的收塵方法。在強電場中空氣分子被電離為正離子和電子，電子奔向正極過程中遇到塵粒，使塵粒帶負電吸附到正極被收集。
本案例基于COMSOL軟件仿真了靜電除塵的過程，模型如圖1所示，仿真結果如圖
所謂靜電紡絲，是在靜電場作用下，從極細（微米級）的毛細管噴出聚合物熔體（或溶液），生產出亞微米級聚合物纖維的一種加工工藝，是目前最常用的無紡布的生產方法。
在這個過程中，電荷從電極通過聚合物分子的極化以及電解質電離等方式進入流體，形成電流體。在外加電場作用下，流體將受到電場力、內部慣性力、粘性力，而且由于是相當小的直徑，所以表面張力也是不可忽視的力。通過分析這些力，我們會發現毛細管的管口處的帶電液滴在電場力作用下掙脫表面張力發生變形
<p><br></p><p><strong>點擊鏈接</strong><a href="https://www.yqgqt.org.cn/z/551473" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>https://www.yqgqt.org.cn/z/551473</strong></a>查看我的主頁，有詳細介紹 </p><p>開放群：
為進一步研究靜電放電對產品的危害，提高產品對靜電放電的防護能力，元王采用CST軟件對某機箱產品進行了靜電放電效應的仿真研究。
2015年10月21日，Troy（美國密歇根）–Altair今日宣布FieldscalePC已攜其電磁仿真軟件Charge加入Altair合作伙伴聯盟(APA)。該軟件專用于靜電仿真，也稱為電場仿真。
“能夠加入Altair合作伙伴聯盟，我們感到十分驕傲。”Fieldscale首席執行官YiorgosBontzios說道，“Fieldscale的下一代仿真軟件將助力工程師以更快速度設計出更為高效的產品
