电子束激发等离子体与气流相互作用的混合仿真

发布时间：2020-06-07 21:22

【摘要】：作为等离子体技术诸多应用领域之一,基于等离子体的气体流动主动控制技术因其具有可以改变物体受力状态、拓宽稳定工作范围、没有运动部件、响应时间短、有望使飞行器或发动机气动特性实现重大提升等诸多优势而越来越受到重视。由电子束产生等离子体的方式相较于其他的等离子体产生方式具有一定的优势,但也存在实验设备昂贵、实验条件要求较高等缺点。在此背景下,本文采用数值仿真的方式对电子束激发等离子体及其与气流间的相互作用进行研究。本文选择0.1 A电流值、200 keV初始能量的电子束产生的等离子体在20 kPa压强、300 K温度的纯氮气环境下,通过对多组分等离子体与流体力学相耦合的多阶段数值模型的仿真来研究等离子体与气流间的相互作用。其中,多组分等离子体部分用来模拟由电子束产生的等离子体的时空演变行为,流体力学部分用来模拟氮气介质气体流动的特性,通过参数耦合方式来模拟两者之间的相互作用;对于多组分等离子体模型,采用连续性方程、动量方程和麦克斯韦方程来构建模型。对等离子体仿真部分,先用基于蒙特卡洛方法的EGS4软件仿真此高能电子束的空间分布,经过处理后导入COMSOL Multiphsics软件,并通过碰撞电离的方式获得等离子体的空间分布。在气流对等离子体的作用方面,仿真发现在不同气体流速下氮气气体对等离子体的密度、电势、场强分布均有影响,且气体流速越大影响越明显;在等离子体对气体流动的作用方面,仿真发现在不同气体流速下等离子体对氮气气体的流动与空间压强分布有影响,且气体流速越大影响也越明显;因此,可以认为等离子体与气流具有较强的相互作用效果。
【图文】：

分别为离子的流量矢量、离子源项。的几何模型子体在垂直电子束前进方向的平面上的投影为圆形，因此进方向过电子束等离子体中心的一个截面上仿真，不仅可证了仿真结果的准确性。因此仿真中的几何结构采用如图代替实际的三维几何模型。图 2.1 中，电子束从右侧中间子束的出口的右后侧半椭圆形部分表示飞行器头部。气流流动，在右侧的边界处离开仿真区域。在此仿真区间中，离的方式产生等离子体。在仿真区域的边界上，，上下边界制流动气体从左向右平行流动。为了便于观察等离子体在，同时也为了能更贴近实际情况，将飞行器头部边界设定

图 3.3 高能电子束的空间分布在 XZ 平面上的投影X/mY/mZ/个图 3.4 高能电子概率密度分布的等高三维图集 D1的三列分作作为三维坐标系的 X、Y、Z 坐标，画出三维等高示。图 3.4 则展示了高能电子概率密度分布，由图可知，电子密度
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O53

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陶建华;;河流、海洋和水环境数值仿真平台及其应用[J];天津科技;2006年03期

2 史旦达;李俊花;邓益兵;冯兆澍;;《现代实验技术与数值仿真》研究生课程教学方法改革的新探讨[J];教育教学论坛;2013年07期

3 顾冬生;华渊;华海涛;;数值仿真试验在结构工程试验教学中的应用[J];江南大学学报(教育科学版);2009年04期

4 徐兆坤,周苇;数值仿真在柴油机燃油系统中的应用[J];计算机工程与科学;1998年01期

5 程建山;;基于赫兹接触理论的起重机械轮压计算与数值仿真[J];大众标准化;2017年08期

6 徐晨,林祥都;FRM的非线性动力学模型及数值仿真(英文)[J];现代电子技术;1998年04期

7 李藜,刘洪伟;随机动态系统的数值仿真[J];广东工业大学学报;1997年04期

8 辛勇,何成宏,杨国泰,吴洪飞;隔振锻锤的数值仿真[J];塑性工程学报;1997年04期

9 苏亚锋;张秀华;冯治国;吴臻;吴艳英;路文开;;涡旋压缩机电机转子动平衡设计与数值仿真[J];微电机;2019年11期

10 安培钊;张建伟;徐明;廖川;;小卫星简化数值仿真平台与模型设计[J];空间控制技术与应用;2019年01期

相关会议论文 前10条

1 谢庆生;陈伦军;罗延科;马艳萍;;径向电磁轴承的灰色系统控制与数值仿真[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集（下册）[C];2006年

2 汤健;王科净;刘卓;余刚;赵建军;Junfei Qiao;Xiaojie Zhou;;基于数值仿真的磨机筒体虚拟振动信号生成方法[A];2018中国自动化大会(CAC2018)论文集[C];2018年

3 姜晓婷;刘东顺;吴立顺;李文龙;菅喜岐;;高强度聚焦超声热疗焦区温度分布的时域有限差分法数值仿真[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集（上册）[C];2007年

4 郑小漪;苟睿睿;徐雷;;密闭空间一氧化碳净化试验与数值仿真[A];2015年第二届中国航空科学技术大会论文集[C];2015年

5 陈虹;夏芳;宋磊;沈卫超;;高功率微波数值仿真通用数据格式及其I/O接口实现[A];中国工程物理研究院科技年报(2008年版)[C];2009年

6 康慧芳;李青;周刚;李正宇;;小振幅热声热机数值仿真软件设计[A];第八届全国低温工程大会暨中国航天低温专业信息网2007年度学术交流会论文集[C];2007年

7 杨扬;徐绯;张岳青;;平纹编织C/SiC复合材料超高速冲击数值仿真[A];第五届全国强动载效应及防护学术会议暨复杂介质/结构的动态力学行为创新研究群体学术研讨会论文集[C];2013年

8 马龙华;蒋庆龙;方科杰;;静电除尘器模型数值仿真及软件实现[A];第十二届中国电除尘学术会议论文集[C];2007年

9 金p

本文编号：2702020