脈沖等離子體推力器工作過(guò)程數(shù)值模擬

目錄
總序
序言
前言
第1章 概述 1
1.1 PPT數(shù)值模型研究進(jìn)展 1
1.1.1 零維模型 1
1.1.2 機(jī)電模型 3
1.1.3 工質(zhì)燒蝕模型 5
1.1.4 磁流體動(dòng)力學(xué)模型 6
1.1.5 粒子模型 8
1.2 本書內(nèi)容安排 9
參考文獻(xiàn) 10
**篇 燒蝕篇
第2章 PTFE工質(zhì)電弧燒蝕過(guò)程的數(shù)值模擬 19
2.1 PTFE工質(zhì)燒蝕模型 19
2.1.1 吸熱升溫階段 20
2.1.2 相變階段 21
2.1.3 自然冷卻階段 23
2.2 數(shù)值計(jì)算方法 24
2.2.1 坐標(biāo)變換 24
2.2.2 模型驗(yàn)證 26
2.3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析 29
2.3.1 PPT工質(zhì)燒蝕基本物理過(guò)程 29
2.3.2 不同放電特性對(duì)工質(zhì)燒蝕特性的影響 31
參考文獻(xiàn) 33
第3章 PTFE工質(zhì)激光燒蝕過(guò)程的數(shù)值模擬 34
3.1 考慮非傅里葉效應(yīng)的工質(zhì)燒蝕模型 34
3.1.1 **燒蝕階段（不考慮相變的非傅里葉熱傳導(dǎo)） 37
3.1.2 第二燒蝕階段（考慮相變的非傅里葉熱傳導(dǎo)） 38
3.2 數(shù)值計(jì)算方法 40
3.2.1 坐標(biāo)變換 40
3.2.2 方程離散化 41
3.2.3 穩(wěn)定性分析 42
3.2.4 算例驗(yàn)證 43
3.3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析 45
3.3.1 非傅里葉和傅里葉熱傳導(dǎo)條件下的靶材溫度演化 45
3.3.2 激光強(qiáng)度對(duì)溫度演化的影響 48
3.3.3 吸收系數(shù)對(duì)溫度演化的影響 48
3.3.4 空間和時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響 49
參考文獻(xiàn) 50
第4章 鋁工質(zhì)納秒激光燒蝕過(guò)程的數(shù)值模擬 52
4.1 基于焓方法的非傅里葉熱傳導(dǎo)和相爆炸模型 54
4.1.1 普通蒸發(fā)和相爆炸 54
4.1.2 鋁的熱物性參數(shù) 58
4.1.3 激光參數(shù)和熱源 62
4.2 數(shù)值計(jì)算方法 66
4.2.1 靶材溫度場(chǎng)的求解 66
4.2.2 等離子體羽流流場(chǎng)的求解 67
4.3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析 68
4.3.1 激光能量密度和等離子體屏蔽效應(yīng)的影響 68
4.3.2 激光波長(zhǎng)的影響 71
4.3.3 背景氣體壓力的影響 72
參考文獻(xiàn) 76
第二篇 放電篇
第5章 基于機(jī)電模型的PPT放電過(guò)程數(shù)值模擬 79
5.1 基于電流片運(yùn)動(dòng)的機(jī)電模型 79
5.1.1 自感磁場(chǎng)強(qiáng)度 80
5.1.2 電感模型 82
5.1.3 動(dòng)力學(xué)模型 82
5.1.4 等離子體電阻模型 83
5.1.5 電路模型 84
5.2 考慮電流片質(zhì)量累積的機(jī)電模型 84
5.2.1 工質(zhì)質(zhì)量時(shí)變模型 84
5.2.2 模型驗(yàn)證 85
5.3 考慮外加磁場(chǎng)的改進(jìn)機(jī)電模型 91
5.3.1 外加磁場(chǎng)模型 91
5.3.2 模型驗(yàn)證 96
5.4 數(shù)值模擬結(jié)果與分析 98
5.4.1 電參數(shù)對(duì)PPT性能的影響 98
5.4.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)PPT性能的影響 106
5.4.3 外加磁場(chǎng)對(duì)PPT性能的影響 110
參考文獻(xiàn) 115
第6章 基于磁流體動(dòng)力學(xué)模型的PPT放電過(guò)程數(shù)值模擬 116
6.1 物理模型 116
6.1.1 放電電路模型 116
6.1.2 兩相燒蝕模型 117
6.1.3 磁流體控制方程組 119
6.1.4 熱化學(xué)模型 127
6.1.5 輸運(yùn)系數(shù) 129
6.2 數(shù)值計(jì)算方法 130
6.2.1 坐標(biāo)變換 130
6.2.2 Jacobi矩陣與特征值 132
6.2.3 時(shí)間離散方法 134
6.2.4 空間離散方法 137
6.2.5 邊界條件 140
6.3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析 142
6.3.1 算例驗(yàn)證 142
6.3.2 放電通道內(nèi)等離子體流動(dòng)過(guò)程的分析 147
6.3.3 放電電流對(duì)推力器性能的影響 162
參考文獻(xiàn) 168
第三篇 羽流篇
第7章 基于粒子-流體混合模型的PPT羽流過(guò)程數(shù)值模擬 175
7.1 DSMC方法和DSMC-PIC流體混合方法 175
7.1.1 DSMC方法 176
7.1.2 DSMC-PIC流體混合方法 184
7.2 PPT羽流數(shù)值模擬 195
7.2.1 網(wǎng)格劃分及邊界條件 195
7.2.2 流場(chǎng)分析 197
7.2.3 電荷交換碰撞分析 213
參考文獻(xiàn) 221
第8章 脈沖等離子體推力器一體化數(shù)值模擬 222
8.1 雙溫模型及一體化邊界條件 222
8.1.1 雙溫模型 222
8.1.2 一體化邊界條件處理 223
8.2 一維邊界入口羽流模擬計(jì)算 227
8.2.1 模型驗(yàn)證 227
8.2.2 計(jì)算結(jié)果分析 228
8.3 三維邊界入口羽流模擬計(jì)算 240
8.3.1 模型驗(yàn)證 240
8.3.2 計(jì)算結(jié)果分析 242
參考文獻(xiàn) 253