Erhaltungsgleichungen und Lösungsverfahren für technisch relevante Magneto-Plasmen

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In der Arbeitsgruppe der Antragsteller werden seit Jahren Plasmabeschleuniger entwickelt, die als elektrische Antriebe in der Raumfahrt sowie als Plasmaquellen in Plasmawindkanälen Anwendung finden. Die physikalischen Prozesse lassen sich durch die Erhaltungsgleichungen für eine mehrkomponentige dissipative Magneto-Plasmaströmung mit chemischen Reaktionen beschreiben. Zur Lösung dieses Systems werden explizite Finite-Volumen-Verfahren gekoppelt mit FD- bzw. FEM-Lösern in Verbindung mit adaptiver Netzverfeinerung auf unstrukturierten Gittern eingesetzt. Schwierigkeiten machen die lokal starken Quellterme der Erhaltungsgleichungen und die Steifigkeit des diskreten Systems infolge chemischer Reaktionen, was zu erheblichen Rechenzeiten führt. Im Rahmen des Schwerpunktprogramms soll in Zusammenarbeit mit anderen Arbeitsgruppen eine wesentliche Beschleunigung der Lösungsverfahren durch Entwicklung effizienter, robuster Zeitintegrationsmethoden und durch Berechnung des MPD-Beschleuniger-Freistrahles mit Hilfe von Gebietszerlegung und Modellreduktion erzielt werden. Die Genauigkeit der numerischen Lösungen soll durch objektive, mathematisch fundierte Adaptionskriterien sowie Weiterentwicklung der Netztopologie im Grenzschichtbereich und bei Unstetigkeiten erhöht werden. Ferner ist geplant, mit Hilfe der Quasi-Analytischen Methode (QAM) ein Lösungsverfahren für die Erhaltungsgleichungen für MPD-Beschleuniger zu entwickeln.