磁场对高速目标等离子体电子密度分布的调控

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1、硕士学位论文｜參．｜Ｉ磁场对高速目标等离子体电子密度分布的调控１作者姓名杜苏指导教师姓名、职称李小平教授申请学位类别工学硕士学校代码10701学号1513122924分类号O53密级公开西安电子科技大学硕士学位论文磁场对高速目标等离子体电子密度分布的调控作者姓名：杜苏一级学科：信息与通信工程二级学科：空间科学与技术学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：李小平教授学院：空间科学与技术学院提交日期：2018年6月TheRegulationofElectronDensityDistributionofHigh-SpeedTargetPlasmabyMagneticFi

2、eldAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinAerospaceScienceandTechnologyByDuSuSupervisor:LiXiaoPingTitle:ProfessorJune2018摘要摘要等离子鞘套中自由电子会吸收、反射和散射电磁波，引发一系列电磁效应，产生通信黑障，从而制约临近空间高速飞行器的发展。为了解决等离子鞘套引发的电磁科学问题，需要产生与其类似的空间分布非均匀等离子体。为了模拟飞行条件下等离子体密度空间的非均匀性

3、分布，实现密度变化在10cm范围内可达2~3个量级的实验要求，本文提出利用电磁调控手段解决非均匀分布调控问题，这对改变等离子体空间分布非均匀度以及磁场对等离子体的作用研究具有重要意义。本文通过施加磁场，影响等离子体中带电粒子的运动方向及等离子体的扩散方式，进而改变等离子体射流特定区域的电子密度分布。以等离子体的磁流体理论为基础，建立了耦合磁场、层流、温度场和浓度场的等离子体流动模型，并考虑带电粒子之间的复合反应，研究得出了等离子体中带电粒子在磁场中的运动规律，得到不同磁场位形对高速目标等离子体电子密度分布的影响。本文的研究工作和贡献如下：1、建立了恒定磁场与等离子体相互作用的数学模型。结合

4、等离子体的磁流体理论，对等离子体方程组和扩散系数进行了修正，确立了完备的磁流体动力学方程组。利用方程实现了对多物理场的耦合，并通过一定的合理假设，得到了简化的等离子体数学模型，外加磁场通过改变带电粒子运动方向和扩散方式来控制等离子体的分布，为后续求解提供了理论基础。2、建立了多物理场耦合的等离子体流动仿真模型。根据解算的数学模型，建立了等离子体流动的二维轴对称几何模型，给出了等离子体参数的函数定义方法、满足等离子体流动的物理场定义方式、边界条件的设置方法、各物理场的方程耦合方法，以及网格划分方法和求解设置方法，并根据求解问题完成了对流体仿真模型的优化改进，确定了最佳网格剖分方法以及求解顺序

5、。3、研究得到了静磁场对电子密度分布的调控作用。首先仿真分析了改变线圈电流、匝数及线圈位置、个数，对磁场强度和磁力线分布的影响。设置了不同位形的磁场，结合磁场作用等离子体的机理分析，研究得出磁场对等离子体电子密度有约束作用，电子密度分布会向轴线处聚拢。4、分析了流体温度、速度的分布情况，得到了温度、速度、初始电子密度值变化对等离子体电子密度分布的影响。根据不同时刻等离子体速度、温度在腔室域内的分布，检验了模型设置的正确性。研究表明温度、速度、初始电子密度均对等离子体径向高斯分布有积极作用，参数值越大电子密度径向梯度值越大。本文建立了恒定磁场作用下等离子体流动的数学模型和仿真模型，并研究分析

6、了不同参数变化对等离子体电子密度的影响，为非均匀等离子体调控中参数设置和线圈I西安电子科技大学硕士学位论文分布提供了理论依据。关键词：磁流体，非均匀调控，静磁场，扩散系数，电子密度IIABSTRACTABSTRACTThephenomenonoffreeelectronsintheplasmasheathabsorbing,reflectingandscatteringelectromagneticwavescancauseaseriesofelectromagneticeffects,resultingincommunicationblackbarrierwhichwillrestric

7、tthedevelopmentofadjacentspacehigh-speedaircraft.Tosolvetheelectromagneticscienceproblemcausedbyplasmasheath,itisnecessarytoproduceasimilarspatialdistributioninhomogeneousplasmatosimulate.Thispaperproposestosolve