非正交结构化网格下的霍尔推力器Particle-in-Cell粒子模拟

发布时间：2024-06-03 06:09

　　基于Particle-in-Cell(PIC)的数值方法是研究霍尔推力器非常有效的手段,目前哈尔滨工业大学已经搭建了相应的数值模拟平台。目前的PIC模型采用阶梯状网格近似逼近边界,难以准确地施加边界条件,同时也会带来一定的计算误差。针对目前霍尔推力器几何模型越来越复杂的发展趋势,本课题通过生成与边界完全贴合的非正交的结构化网格,建立非正交结构化网格下的PIC模型,可以增强数值模拟平台对复杂霍尔推力器的适应能力。并利用新的数值模拟平台模拟直通道霍尔推力器和渐扩通道霍尔推力器,验证其效果。首先,研究了非正交结构化网格下的PIC模型的关键技术。从粒子着手,首先描述了模拟初始化时如何引入或者布置粒子,接着介绍了如何在非正交结构化网格下如何将网格节点上的电磁场值分配到粒子上。粒子在电磁场的作用下开始运动,当其移动到一个新的位置之后,为了将电荷分配到网格节点上,必须确定粒子的网格,采用前面所讲的插值格式,对粒子进行定位。粒子在运动过程中也有可能发生碰撞,经过对平均自由程的分析,本文只考虑电子与原子之间的激发、弹性和电离碰撞。最后,为了减小计算量,采用了巨粒子的方法,但是原子密度与等离子密度还是相差...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1三种向量分解方法

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-将控制面的法向量分解为两部分：(1-2)其中沿t的方向,向量分解方法有许多种。如图1-1所示，目前主要有以下三种方法：（a）最低校正方法,向量与正交。（b）正交校正法，向量与的模相同。（c）过度松弛法，向量与正交。向量分解过后就可以将扩散通量分....

图1-2非正交相邻网格

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-9-垂线的交点作为虚拟点，然而这种方法却有一个缺点，对于一般的多边形定义交点的位置比较困难。Ferziger和Peric提出了一种新的选择，可以很容易地避免上述困难[36]。虚拟点的位置对应于控制体中心在控制面中垂线上的正交投影。如图1-2所示，P....

图2-1PIC模拟流程示意图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-11-第2章非正交结构化网格下的PIC模型哈尔滨工业大学现在的Particle-in-Cell数值计算平台[44]由我们研究团队自主开发，并经过了十多年的使用和优化。利用该程序已经在各种构型霍尔推力器以及会切场位形推力器的基础研究方面取得了大量的研....

图2-2单位正方形的权重观察图2-2可知，面积，，，分别与权重，，，

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-13-图2-2单位正方形的权重观察图2-2可知，面积，，，分别与权重，，，相对应。所以这种方法称为面积权重法。面积权重法有以下几个特点：(1)一些物理量例如电荷或者动量保持守恒。其中，，，满足：00010203ij()(2)对于一个双线性函数fhh....

本文编号：3988293