本文關(guān)鍵詞： 等離子體 非定常射流 外加磁場(chǎng) 偏轉(zhuǎn)特性　出處：《南京理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：為探究等離子體射流在大氣中的流動(dòng)規(guī)律,諸多學(xué)者開(kāi)展了較為廣泛的理論、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算研究。由于受到實(shí)驗(yàn)周期、實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)因素等諸多條件的限制,人們常采用數(shù)值模擬的方法開(kāi)展對(duì)這一領(lǐng)域的研究。隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展,采用數(shù)值模擬計(jì)算對(duì)等離子體射流的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行研究也逐漸成為經(jīng)濟(jì)、有效的手段。新概念武器,如電磁軌道炮、電熱化學(xué)炮在發(fā)射后,噴出非定常高速等離子體射流,會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境或者設(shè)備等構(gòu)成危害,如電磁輻射、高溫?zé)g等。因而,從發(fā)射安全的角度講,開(kāi)展非定常等離子體射流的研究,具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)非定常等離子體射流在有、無(wú)外加磁場(chǎng),以及不同初始條件下,如速度和壓力分布,對(duì)等離子體射流流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及其發(fā)展過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,討論了等離子體射流流場(chǎng)的發(fā)展特征和偏轉(zhuǎn)特性。并采用高精度計(jì)算格式對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬,對(duì)比了不同計(jì)算格式下非定常射流的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。數(shù)值模擬時(shí),二維部分的基本方程為不考慮粘性的歐拉方程,計(jì)算采用Roe格式和WENO格式;三維部分的基本方程為Navier-Stokes方程,并求解MHD方程,計(jì)算采用AUSM格式。二維非定常射流的計(jì)算部分分別采用了二階Roe格式,五階、七階WENO格式計(jì)算了激波管黎曼問(wèn)題,并選用五階WENO格式計(jì)算等離子體欠膨脹射流,與AUSM格式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)照表明,WENO格式的耗散性較小,可以更清晰的表現(xiàn)欠膨脹射流的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。三維非定常射流部分,主要對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度以及不同初始條件下等離子體射流的偏轉(zhuǎn)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬,數(shù)值結(jié)果表明等離子體射流在外加磁場(chǎng)的作用下發(fā)生了偏轉(zhuǎn),其偏轉(zhuǎn)角度隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增大,近似呈線(xiàn)性變化;不同初始速度和壓力也會(huì)影響等離子體射流的偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角度隨著速度和壓力的增大而增大。
[Abstract]:In order to investigate the flow law of plasma jet in the atmosphere, many scholars have carried out a wide range of theoretical, experimental and numerical research. With the development of computational fluid mechanics (CFD), many conditions such as experimental environment and economic factors are limited, people often use numerical simulation method to carry out the research in this field. Numerical simulation is used to study the development process of plasma jet. The new concept weapon, such as electromagnetic rail gun, electrothermal chemical gun, has become an economic and effective means. The ejection of unsteady high speed plasma jet will cause harm to the surrounding environment or equipment, such as electromagnetic radiation, high temperature ablation, etc. Therefore, the research of unsteady plasma jet is carried out from the point of view of launch safety. This paper deals with the distribution of velocity and pressure in unsteady plasma jet with or without external magnetic field and under different initial conditions. The structure and development process of plasma jet flow field are numerically simulated. The development and deflection characteristics of plasma jet flow field are discussed. The flow field structure of unsteady jet under different computational schemes is compared. In numerical simulation, the basic equation of two-dimensional part is Euler equation without viscosity, and the Roe scheme and WENO scheme are used in the calculation. The basic equation of the three-dimensional part is the Navier-Stokes equation, and the MHD equation is solved. The second order Roe scheme, the fifth order scheme and the seventh order WENO scheme are used to calculate the Riemannian problem of shock tube. The fifth order WENO scheme is used to calculate the plasma underexpansion jet. The comparison with the results of AUSM scheme shows that the dissipative property of Weno scheme is small. Three dimensional unsteady jet, the magnetic field intensity and the plasma jet deflection characteristics under different initial conditions were numerically simulated. The numerical results show that the plasma jet deflects under the action of the external magnetic field, and the deflection angle increases with the increase of the external magnetic field intensity, which is approximately linearly changed. Different initial velocities and pressures also affect the deflection of the plasma jet, and the deflection angle increases with the increase of velocity and pressure.
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：O358;TJ01

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本文編號(hào)：1475643