电离层中火箭喷焰激发尘埃等离子体波的研究

发布时间：2021-01-03 04:38

　　近年来电离层中人造尘埃等离子体的研究成为了人们关注的热点。火箭喷焰可以改变电离层的特性,使得雷达和无线电信号的传播发生很大的变化。本文对电离层火箭喷焰激发的尘埃等离子体波进行了研究。主要的研究工作如下:1.理论上对尘埃等离子体波进行了研究分析。推导了尘埃等离子体的色散关系,得到了不同频率范围内尘埃射流所激发的等离子体波。2.用Partical-in-Cell（PIC）数值模拟方法研究了火箭喷焰激发的尘埃等离子体中波的问题。分别在不同的时间尺度上得到火箭喷焰激发尘埃等离子体波的波动模式,结果表明:在电子振荡的时间尺度上,激发的波主要为高混杂波;在离子振荡的时间尺度上,激发了多种离子振荡波,色散关系满足表达式?（28）?_pi（10）kV₀;在尘埃振荡的时间尺度上,我们没有得到确定的色散关系,这可能是在尘埃振荡的时间尺度上所激发的波是不稳定的。 

【文章来源】：西北师范大学甘肃省

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

外磁场B0及波矢k示意图

和尘埃颗粒分别当作宏粒子来处理。当考虑振动模式的频率在电子振动的固有频率范围的超高频振动时，可以将电子当作宏粒子来处理时，离子和尘埃颗粒当作不动的背景粒子来处理。当考虑振动模式的频率在离子振动的固有频率范围的中频振动时，可以将离子当作宏粒子来处理时，尘埃颗粒当作不动的背景粒子来处理，电子作为波尔兹曼分布来处理。当考虑振动模式的频率在尘埃颗粒振动的固有频率范围的低频振动时，可以将尘埃颗粒当作宏粒子来处理时，电子和离子作为波尔兹曼分布来处理。为了模拟的简单，我们将三维模型简化为二维，如图3-2所示，我们在三维空间中截取xoz平面，以此来进行数值模拟研究。虽然我们模拟的粒子的空间矢量是二维的，但是其速度矢量却是三维的，故我们模拟的维度又称之为212维。对于尘埃颗粒流，使之由左侧边界注入，在右侧边界吸收，其相对于背景等离子体以速度0V发生定向移动，尘埃束流速度大小一般为/3~2skmV0[86]，模拟中我们选取skmV/20。上下边界采用周期性边界条件。图3-2模型简化图，(a)是三维模型图，图(b)简化后的二维模型图.(a)(b)

数值模拟30图3-9离子振荡时间尺度上碰撞前后电势及频谱分析对比图，图(a)是未考虑碰撞效应时中心格点处电势随时间变化图，图(b)是图(a)的频谱分析图，图(c)是考虑碰撞效应后中心格点处电势随时间变化图，图(d)是图(c)的频谱分析图.图3-10尘埃振荡的时间尺度上电势随时间变化及其频谱分析图，图(a)为中心网格点电势随时间的变化图，图(b)为电势频谱分析图

【参考文献】：
期刊论文
[1]蒙特卡罗碰撞算法在CHIPIC软件中的数值实现[J]. 杨超,王辉辉,陈颖,夏蒙重,王小敏,刘大刚.  计算物理. 2012(05)
[2]氮气辉光放电等离子体过程的PIC/MCC模拟[J]. 赵书霞,张连珠.  核聚变与等离子体物理. 2009(01)
[3]电子回旋共振放电的电离特性PIC/MCC模拟（Ⅱ）——数值模拟与结果讨论[J]. 金晓林,杨中海.  物理学报. 2006(11)

博士论文
[1]电磁粒子模拟方法及其应用研究[D]. 周俊.电子科技大学 2009



本文编号：2954331