通过使用数值模拟和实验相结合的方法研究圆柱形霍尔等离子体推进器。应用蒙特卡洛方法和Particle In Cell(PIC)方法对放电通道内等离子体碰撞和行为进行模拟。建立圆柱形霍尔推进器的物理和数值模型;通过对放电和加速区等离子体的产生和输运进行模拟,掌握了等离子体放电和加速机理以及内磁极的刻蚀情况。结果表明:随着电压的升高,内磁极刻蚀较为严重;推进器内部离子能量值约为放电电压值的50%左右。同时通过实验方法测定不同放电电压情况下推进器的放电性能。
为了更好地研究直流电弧等离子体炬内的流动与传热,根据磁流体动力学(MHD)理论建立了等离子体电弧区的数学物理模型,采用磁矢量势A的方法来计算磁感应强度B的大小,利用通用软件FLUENT并进行二次开发,采用用户自定义函数(user defined function,UDF)加入磁流体动力学方程组中的源项和物性参数,并利用用户自定义标量方程(user defined scalar,UDS)的方法加入Maxwell方程组,采用SIMPLE算法对电弧区域进行了数值模拟。计算结果表明:等离子体炬内的弧电压随着气体质量流量的增加而增加;等离子体炬内的温度随着气体质量流量的增加而减小,而速度随着气体质量流量的增加而增加;出口处的温度和速度随径向距离的增加而减小,但温度减小的速率增加。这一结果可为实验提供理论指导和参考。
