【摘要】：作為等離子體技術(shù)諸多應(yīng)用領(lǐng)域之一,基于等離子體的氣體流動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)因其具有可以改變物體受力狀態(tài)、拓寬穩(wěn)定工作范圍、沒有運(yùn)動(dòng)部件、響應(yīng)時(shí)間短、有望使飛行器或發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)特性實(shí)現(xiàn)重大提升等諸多優(yōu)勢而越來越受到重視。由電子束產(chǎn)生等離子體的方式相較于其他的等離子體產(chǎn)生方式具有一定的優(yōu)勢,但也存在實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴、實(shí)驗(yàn)條件要求較高等缺點(diǎn)。在此背景下,本文采用數(shù)值仿真的方式對電子束激發(fā)等離子體及其與氣流間的相互作用進(jìn)行研究。本文選擇0.1 A電流值、200 keV初始能量的電子束產(chǎn)生的等離子體在20 kPa壓強(qiáng)、300 K溫度的純氮?dú)猸h(huán)境下,通過對多組分等離子體與流體力學(xué)相耦合的多階段數(shù)值模型的仿真來研究等離子體與氣流間的相互作用。其中,多組分等離子體部分用來模擬由電子束產(chǎn)生的等離子體的時(shí)空演變行為,流體力學(xué)部分用來模擬氮?dú)饨橘|(zhì)氣體流動(dòng)的特性,通過參數(shù)耦合方式來模擬兩者之間的相互作用;對于多組分等離子體模型,采用連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和麥克斯韋方程來構(gòu)建模型。對等離子體仿真部分,先用基于蒙特卡洛方法的EGS4軟件仿真此高能電子束的空間分布,經(jīng)過處理后導(dǎo)入COMSOL Multiphsics軟件,并通過碰撞電離的方式獲得等離子體的空間分布。在氣流對等離子體的作用方面,仿真發(fā)現(xiàn)在不同氣體流速下氮?dú)鈿怏w對等離子體的密度、電勢、場強(qiáng)分布均有影響,且氣體流速越大影響越明顯;在等離子體對氣體流動(dòng)的作用方面,仿真發(fā)現(xiàn)在不同氣體流速下等離子體對氮?dú)鈿怏w的流動(dòng)與空間壓強(qiáng)分布有影響,且氣體流速越大影響也越明顯;因此,可以認(rèn)為等離子體與氣流具有較強(qiáng)的相互作用效果。
【圖文】：

分別為離子的流量矢量、離子源項(xiàng)。的幾何模型子體在垂直電子束前進(jìn)方向的平面上的投影為圓形，因此進(jìn)方向過電子束等離子體中心的一個(gè)截面上仿真，不僅可證了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此仿真中的幾何結(jié)構(gòu)采用如圖代替實(shí)際的三維幾何模型。圖 2.1 中，電子束從右側(cè)中間子束的出口的右后側(cè)半橢圓形部分表示飛行器頭部。氣流流動(dòng)，在右側(cè)的邊界處離開仿真區(qū)域。在此仿真區(qū)間中，離的方式產(chǎn)生等離子體。在仿真區(qū)域的邊界上，，上下邊界制流動(dòng)氣體從左向右平行流動(dòng)。為了便于觀察等離子體在，同時(shí)也為了能更貼近實(shí)際情況，將飛行器頭部邊界設(shè)定

圖 3.3 高能電子束的空間分布在 XZ 平面上的投影X/mY/mZ/個(gè)圖 3.4 高能電子概率密度分布的等高三維圖集 D1的三列分作作為三維坐標(biāo)系的 X、Y、Z 坐標(biāo)，畫出三維等高示。圖 3.4 則展示了高能電子概率密度分布，由圖可知，電子密度
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O53

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本文編號(hào)：2702020