SPT壁面鞘层的数值模拟及鞘层对发动机特性的影响

摘要

为了研究稳态等离子体发动机(SPT)通道壁面附近的鞘层形态及其对发动机特性的影响，本文基于无碰撞、非磁化假设，在考虑绝缘通道壁面二次电子发射的基础上建立了鞘层的一维动力学模型，并针对稳态和动态情况分别进行了数值求解。在求解鞘层的一维稳态模型时，通过对电子在相空间中的运动轨迹分析，将描述鞘层的偏微分方程组转化为一关于鞘层电势的非线性常微分方程的两点边值问题。而在求解鞘层的一维动态模型时，在相空间上将分布函数离散，采用时间分裂格式结合三次样条插值，进行了时间推进求解。在对鞘层研究的基础上，利用单粒子轨道理论结合蒙特卡罗仿真方法研究了鞘层对近壁电导的影响，分别建立了单平板壁面和环形通道壁面下的近壁电导仿真模型，仿真结果表明，鞘层对近壁传导会产生重要影响。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究状况

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3论文研究内容

第2章绝缘壁面鞘层研究综述

2.1引言

2.2鞘层的研究方法

2.2.1磁流体描述方法

2.2.2动力论描述方法

2.3绝缘壁面鞘层的历史回顾

2.3.1吸收壁面鞘层

2.3.2发射壁面鞘层

2.4 SPT壁面鞘层的特性

2.5本章小结

第3章SPT壁面鞘层的一维建模与仿真

3.1 SPT壁面鞘层的一维建模

3.1.1建模的前提与假设

3.1.2控制方程

3.1.3边界条件

3.2 SPT壁面鞘层一维稳态模型的半解析分析

3.2.1 SPT壁面鞘层一维稳态模型

3.2.2低电子温度下的鞘层稳态解

3.2.3高电子温度下的鞘层稳态解

3.3 SPT壁面鞘层一维动态模型的数值模拟

3.3.1 Vlasov-Poisson方程组的数值求解方法

3.3.2 SPT壁面鞘层的数值仿真平台

3.4本章小结

第4章SPT壁面鞘层的特性分析

4.1壁面二次电子发射特性分析

4.2鞘层的稳态特性分析

4.3鞘层的动态特性分析

4.3.1线性特性

4.3.2非线性特性

4.4本章小结

第5章SPT壁面鞘层对近壁传导特性的影响

5.1引言

5.2单平板壁面近壁传导电流密度蒙特卡罗模拟

5.2.1单平板壁面近壁传导模型

5.2.2无鞘层时近壁传导电流密度仿真结果

5.2.3静态鞘层时近壁传导电流密度仿真结果

5.2.4结果分析

5.3环形通道近壁传导电流密度蒙特卡罗模拟

5.3.1环形通道近壁传导仿真模型

5.3.2程序实现

5.3.3静态鞘层时近壁传导电流密度仿真结果

5.3.4单粒子运动轨迹分析

5.4两种模型的比较

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢