三维空间高能电磁脉冲大气击穿模拟研究

发布时间：2021-03-07 03:16

　　电磁波在大气中击穿现象是研究电磁波的一个重要课题,具有广泛的应用前景,越来越吸引研究者们的关注。本文以时域有限差分方法为基础,采用麦克斯韦方程和等离子体的流体方程对高功率电磁脉冲大气击穿进行了数值模拟研究。在建立模型之后详细讨论了击穿过程中的电离频率、粘附频率和复合率等重要参数。最后分析了电场强度、微波脉宽对击穿的影响,以及数值模拟所用方法的可靠性和稳定性,同时通过模拟总结了大气击穿的一些结论。本文从高功率微波脉冲的理论分析开始,介绍了大气击穿过程的重要特性,对高功率脉冲大气击穿的理论模型进行了详细探讨,并用时域有限差分方法对模型进行差分推导得出离散求解公式。大气击穿与大气自身的自由电子密度,大气压强和气体温度等参数有关。同时也跟高功率脉冲的振幅、频率、脉宽等存在着关系密切。本文在前人给出的电离参数计算方法的基础上,比较分析了各个方法的优缺点,随后由此综合拓展了适用范围。本文在讨论大气击穿的重要特性后,分析讨论了数值模拟的理论模型。然后介绍数值模拟的基本方法和具体步骤。接着讨论大气击穿重要参量在数值模拟过程中作用和计算方法。最后用若干算例,结合试验数据,分析模拟结果,验证模拟结果的合理... 

【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图５－２?０．０１１４?ｎｓ时电子密度分布图和等效电场分布图??

（ａ）电子密度分布图?（ｂ）等效电场图??图５－２?０．０１１４?ｎｓ时电子密度分布图和等效电场分布图??图５－３显示，在０．０２２８ｎｓ的时候，也就是恰好在脉冲峰值来临的时候，中??间区域的等效电场最高，离中心越远等效电场越低。与此同时，图５－３中电子??密度的最大值已经上升到了大约１０２７ｎｒ３，而且电子团队形状比图５－２的稍微??大点，但是大部分电子还聚集在中心区域附近。这说明这段时间内电子在急剧??增加，等离子体的电离作用非常剧烈，同时还伴随着扩散作用。??，??ｘｉｏ＂???ｘ１０＇??Ｉ＂?Ｉ：??Ｉｒ。：ＢＨＩＩ??０．５?１?１．５?２?２．５?３?０?０．５?１?１．５?２?２．５??＊Ｗ?ｘ（ｊ）??（ａ）电子密度分布图?（ｂ）等效电场图??图５－３?０．０２２８?ｎｓ时的电子密度分布图和等效电场分布图??在０．０５７０ｎｓ的时候，脉冲己经过去了，这个时候的电场和电子密度分布如??图５－４所示

?第３７页??作用了。??观察图５－６，图中显示的是Ｐ点处在没有种子电子和有种子电子时的电场??随时间变化情况比较。我们可以发现电场刚好在峰值达到的时候与没有种子电??子的电场开始有所不同的，这说明等离子体恰好在这个时候对电磁场产生明显??的作用的。??■卜關＿丨??■?０＿氣．■■?■ｍｍ，．．?．Ａ＾?Ｉ?▲■丨？?，＿論?■??０．５?１?１－５?２?２－５?３?０?０．５?１?１．５?２?２．５??＊Ｗ?ｘＷ??（ａ）电子密度分布图?（ｂ）等效电场图??图５－４?０．０５７０?ｎｓ时电子密度分布图和等效电场分布图??１｜－??．：１。??＊■?０?０?ＪＬ??图５－５电子密度５０ｎｓ时的三维分布示意图（颜色指标表示密度指数部分）??

【参考文献】：
期刊论文
[1]FDTD方法分析高功率微波对大气的电离与击穿[J]. 张超,周东方,饶育萍,陈勇,侯德亭.  强激光与粒子束. 2009(05)
[2]短脉冲高功率微波大气击穿研究[J]. 刘静月,方进勇,宋志敏,黄文华,刘国治.  强激光与粒子束. 2000(04)



本文编号：3068306