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作者：于广琛;王俊莉;王晓冬;
单位：东北大学机械工程及自动化学院;
摘要：热裂解原子氢源在材料处理与半导体工艺中至关重要，其核心是通过高温催化裂解氢分子（H_2）生成原子氢（H）。针对裂解腔内过渡流/分子流态下连续介质假设不再适用的情况下，研究基于直接模拟蒙特卡罗方法，结合微观反应概率公式，在OpenFOAM平台构建催化裂解壁面反应模型，揭示热钨丝表面氢分子裂解机制及流场分布特性。仿真结果显示，当灯丝温度为2500 K、氢气流量0.176 sccm时，裂解效率可达28%，而流量增至1.056 sccm时裂解效率降至约12%；且裂解效率随灯丝温度升高呈指数增长，随流量增大显著下降。同时，通Cercignani–Lampis–Lord(CLL)模型分析发现，裂解效率主要由切向容纳系数调控，法向容纳系数影响极小；氢分子与氢原子在速度、密度分布上存在显著差异，入口狭缝可有效抑制氢原子返流。上述结果验证了Direct Simulation Monte Carlo(DSMC)方法在热裂解氢原子源模拟中的适用性与模型有效性，为原子氢源裂解工艺优化及结构设计提供关键参考。
关键词：直接模拟蒙特卡洛法(DSMC);;热裂解原子氢源;;仿真
基金资助：国家重点研发计划项目(2022YFF0707601)
