附加磁场磁等离子体推进器流动通道电磁流体建模与仿真

【作者】 张凯宇； 汤海滨； 王一白； 任军学；

【机构】 北京航空航天大学航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室；

【摘要】 附加磁等离子体推进器(AF-MPDT)流动通道内涉及电离、传热、等离子体波动与输运等复杂过程,仿真困难。研究构建了电磁场模型和简化的流场模型。其中电磁场模型以感生磁场的求解为核心,得到综合考虑磁冻结、磁扩散、霍尔效应的单变量偏微分方程。流场的模型以离子速度模型、电子温度模型为核心,解析求解考虑了粘性力、洛伦兹力、惯性力平衡的简化动量方程;数值求解包含热传导、热对流、粘性热与焦耳热的电子能量单变量两点边值常微分方程。计算表明附加磁场增大(0.01～1T),径向电流减小、角向电流增大,涡旋速度增大、轴向速度近似不变,电子温度增加;总电流小于1kA时,可以忽略感生磁场带来的霍尔效应,总电流大于10kA时,不可忽略。在流动通道内部,径向、角向、轴向的洛伦兹力比约为10:10:1。在放电通道内附加磁场不直接提供轴向推力,只通过驱动等离子体涡旋储存能量,感生磁场的洛伦兹力是通道内唯一的加速途径。更多还原