Numerical Modeling and Simulation of Highly Rarefied Plasma Flows

高度稀薄等离子体流的数值建模和模拟

• 批准号: 60905257
• 负责人: Dr.-Ing. Markus Fertig
• 金额: --
• 依托单位: Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2007-12-31 至 2010-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/60905257?language=en
• 关键词: Numerical; Modeling; Simulation; Highly; Rarefied

Das Arbeitsvorhaben befasst sich mit der numerischen Modellierung und Simulation von verdünnten Plasmaströmungen, für welche die Kontinuumsannahme versagt und daher eine kinetische Beschreibung herangezogen werden muss. Es wird dazu auf eine sehr allgemeine physikalische Beschreibung zurückgegriffen, die Wechselwirkungen sowohl kurzer als auch langer Reichweite zwischen den Teilchen einbezieht. Das numerische Gesamtmodel setzt sich aus drei Grundbausteinen zusammen: Das elektromagnetische Particle-In-Cell (PIC) Konzept besteht aus ausgeklügelten Teilchen/Gitter-Techniken, die eine selbstkonsistente Simulation von geladenen Teilchen in elektromagnetischen Felder erlauben, wobei die Felder nicht nur durch externe Quellen, sondern auch durch das Eigenfeld der Teilchen erzeugt werden. Die Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) Technik stellt einen attraktiven Ansatz zur Simulation von Wechselwirkungen kurzer Reichweite zwischen Teilchen der gleichen wie verschiedener Spezies dar, der sich zur Modellierung der komplexen Plasmachemie erweitern lässt. Ferner wird die Fokker-Planck (FP) Approximation des Boltzmannschen Stoßintegrals benutzt, um die Stoßrelaxation der Elektronen im Geschwindigkeitsraum zu bestimmen. Erst die Kombination dieser unterschiedlichen Methoden und die Expertise der Antragsteller in den verschiedenen Teilgebieten ermöglicht erstmals die Simulation allgemeiner, verdünnter Plasmaströmungen mit Anwendungen wie beispielsweise die Simulation elektrischer Raumfahrtantriebe oder industrieller Plasmaquellen.

这一工作首先需要对等离子体流进行数值模拟和仿真，以便于连续性的检验和动态特性的描述韦尔登。这将是一个非常普遍的生理疾病，人们的健康状况也会随着时间的推移而改变。该数学模型由三个基本组成部分组成：最好由Teilchen/Gitter-Techniken设计的电磁粒子-单元（PIC）模型，在电磁场中对Teilchen进行自适应模拟，因为磁场不仅是通过外部磁场产生的，也是通过Teilchen的本征场产生的韦尔登产生的。直接模拟蒙特卡罗（DSMC）技术是一种对复杂等离子体的模拟具有吸引力的方法。Ferner将玻尔兹曼-斯托克斯积分的Fokker-Planck（FP）近似用于测量空间中电子的斯托克斯松弛。首先，将各种方法和分析专家的专业知识结合起来，进行全面的模拟，然后将等离子体与模拟电子设备的空间分布或工业等离子体结合起来。