磁場對高速目標(biāo)等離子體電子密度分布的調(diào)控

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1、碩士學(xué)位論文｜參．｜Ｉ磁場對高速目標(biāo)等離子體電子密度分布的調(diào)控１作者姓名杜蘇指導(dǎo)教師姓名、職稱李小平教授申請學(xué)位類別工學(xué)碩士學(xué)校代碼10701學(xué)號1513122924分類號O53密級公開西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文磁場對高速目標(biāo)等離子體電子密度分布的調(diào)控作者姓名：杜蘇一級學(xué)科：信息與通信工程二級學(xué)科：空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)位類別：工學(xué)碩士指導(dǎo)教師姓名、職稱：李小平教授學(xué)院：空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院提交日期：2018年6月TheRegulationofElectronDensityDistributionofHigh-SpeedTargetPlasmabyMagneticFi

2、eldAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinAerospaceScienceandTechnologyByDuSuSupervisor:LiXiaoPingTitle:ProfessorJune2018摘要摘要等離子鞘套中自由電子會吸收、反射和散射電磁波，引發(fā)一系列電磁效應(yīng)，產(chǎn)生通信黑障，從而制約臨近空間高速飛行器的發(fā)展。為了解決等離子鞘套引發(fā)的電磁科學(xué)問題，需要產(chǎn)生與其類似的空間分布非均勻等離子體。為了模擬飛行條件下等離子體密度空間的非均勻性

3、分布，實(shí)現(xiàn)密度變化在10cm范圍內(nèi)可達(dá)2~3個量級的實(shí)驗(yàn)要求，本文提出利用電磁調(diào)控手段解決非均勻分布調(diào)控問題，這對改變等離子體空間分布非均勻度以及磁場對等離子體的作用研究具有重要意義。本文通過施加磁場，影響等離子體中帶電粒子的運(yùn)動方向及等離子體的擴(kuò)散方式，進(jìn)而改變等離子體射流特定區(qū)域的電子密度分布。以等離子體的磁流體理論為基礎(chǔ)，建立了耦合磁場、層流、溫度場和濃度場的等離子體流動模型，并考慮帶電粒子之間的復(fù)合反應(yīng)，研究得出了等離子體中帶電粒子在磁場中的運(yùn)動規(guī)律，得到不同磁場位形對高速目標(biāo)等離子體電子密度分布的影響。本文的研究工作和貢獻(xiàn)如下：1、建立了恒定磁場與等離子體相互作用的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合

4、等離子體的磁流體理論，對等離子體方程組和擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了修正，確立了完備的磁流體動力學(xué)方程組。利用方程實(shí)現(xiàn)了對多物理場的耦合，并通過一定的合理假設(shè)，得到了簡化的等離子體數(shù)學(xué)模型，外加磁場通過改變帶電粒子運(yùn)動方向和擴(kuò)散方式來控制等離子體的分布，為后續(xù)求解提供了理論基礎(chǔ)。2、建立了多物理場耦合的等離子體流動仿真模型。根據(jù)解算的數(shù)學(xué)模型，建立了等離子體流動的二維軸對稱幾何模型，給出了等離子體參數(shù)的函數(shù)定義方法、滿足等離子體流動的物理場定義方式、邊界條件的設(shè)置方法、各物理場的方程耦合方法，以及網(wǎng)格劃分方法和求解設(shè)置方法，并根據(jù)求解問題完成了對流體仿真模型的優(yōu)化改進(jìn)，確定了最佳網(wǎng)格剖分方法以及求解順序

5、。3、研究得到了靜磁場對電子密度分布的調(diào)控作用。首先仿真分析了改變線圈電流、匝數(shù)及線圈位置、個數(shù)，對磁場強(qiáng)度和磁力線分布的影響。設(shè)置了不同位形的磁場，結(jié)合磁場作用等離子體的機(jī)理分析，研究得出磁場對等離子體電子密度有約束作用，電子密度分布會向軸線處聚攏。4、分析了流體溫度、速度的分布情況，得到了溫度、速度、初始電子密度值變化對等離子體電子密度分布的影響。根據(jù)不同時刻等離子體速度、溫度在腔室域內(nèi)的分布，檢驗(yàn)了模型設(shè)置的正確性。研究表明溫度、速度、初始電子密度均對等離子體徑向高斯分布有積極作用，參數(shù)值越大電子密度徑向梯度值越大。本文建立了恒定磁場作用下等離子體流動的數(shù)學(xué)模型和仿真模型，并研究分析

6、了不同參數(shù)變化對等離子體電子密度的影響，為非均勻等離子體調(diào)控中參數(shù)設(shè)置和線圈I西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文分布提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：磁流體，非均勻調(diào)控，靜磁場，擴(kuò)散系數(shù)，電子密度IIABSTRACTABSTRACTThephenomenonoffreeelectronsintheplasmasheathabsorbing,reflectingandscatteringelectromagneticwavescancauseaseriesofelectromagneticeffects,resultingincommunicationblackbarrierwhichwillrestric

7、tthedevelopmentofadjacentspacehigh-speedaircraft.Tosolvetheelectromagneticscienceproblemcausedbyplasmasheath,itisnecessarytoproduceasimilarspatialdistributioninhomogeneousplasmatosimulate.Thispaperproposestosolve