Трехмерное моделирование магнитоускоренной импульсной плазмы с учетом эффектов, обусловленных обобщенным законом Ома

• Автор: Багдасаров, Геннадий Алексеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Оглавление
Введение .

Актуальность проблемы

Цели и задачи .

Научная новизна

Практическая значимость

Положения, выносимые на защиту.

Достоверность результатов

Апробация результатов

Личный вклад автора

Публикации.
Структура и объем диссертации
Благодарности
1 Проекционные схемы для уравнений параболического типа
1.1 Проекционная схема.
1.1 Л Вариант 1. Потоки в узлах .
1.1.2 Вариант 2. Потоки на гранях
1.1.3 Обобщенная форма записи схемы .
1.2 Практическое исследование сходимости.
1.2.1 Постановка задачи
1.2.2 Результаты.
1.2.3 Оценка порядка аппроксимации
2 Алгоритм расчета электромагнитного поля
2.1 Изотропная проводимость
2.2 Анизотропная проводимость
Оплавление
2.3 Калибровка магнитного поля.
2.4 Алгоритм расчета диффузии поля.
2.4.1 Аппроксимация уравнения диффузии
2.4.2 Аппроксимация уравнения калибровки .
2.5 Тестирование ЭМГволна
3 Программная реализация модели РМГД.
3.1 Технологии разработки .
3.1.1 Модели разработки.
3.1.2 Проектирование .
3.1.3 Средства коллективной разработки .
3.2 Архитектура кода МАКРЬЕ
3.2.1 Сторонние разработки
3.3 Организация расчета
3.3.1 Подготовка данных.
3.3.2 Численный эксперимент.
3.3.3 Анализ результатов .
3.4 Солверы диссипативных процессов
3.4.1 Аппроксимации.
3.4.2 Солверы.
3.4.3 Подсистема вывода расчетных данных
4 Моделирование задач плазмодинамики.
4.1 Плазменный прерыватель тока
4.2 Квазисферический проволочный лайнер
Заключение.
Литература


Оптимизация условий экспериментов на сильноточных установках заключается в основном в определении параметров нагрузки (пнича) с целью лучшего согласования с параметрами генератора и обеспечения условий, когда в нагрузку может быть передана максимальная доля вырабатываемой генератором электроэнергии. Другим направлением оптимизации является повышение мощности импульса генератора, где важную роль играет ППТ. Теоретическая часть этих работ выполняется в основном посредством вычислительных экспериментов с набором компьютерных моделей различного уровня отображения физических процессов. Основой компьютерного моделирования импульсной магнптоускорснной плазмы служит модель магнитной гидродинамики (МГД) |6|. Идеальная МГД (ИМГД) модель является подходящим средством для изучения поведения низкочастотной плазмы (и сас<), когда электроны и ионы могут реагировать па воздействие внешнего элек трического поля, и двигаться со скоростями порядка Е х В/В2. На расстояниях больше дсбасвской длины никаких значительных электрических полей в системе отсчета, движущейся с плазмой, существовать не может, электроны и ионы перемещаются вместе. Любое магнитное поле, в идеальном случае (т. В этом частотном диапазоне движение плазмы преимущественно связано с инерционностью ионов и магнитными силами натяжения. Движение электронов поддерживает нейтральность заряда п, принимая это во внимание, они могут быть исключены из системы уравнений задачи. Здесь может иметь значение движение электронов вдоль магнитного поля). При исследовании следующего по высоте частотного диапазона (и ~ шГ|) рассматривается область, где ионы начинают скользить сквозь магнитное поле, связанное с электронами, а электроны по-прежнему движутся вдоль магнитного поля, поддерживая нейтральность по заряду. Таким образом, электронный и ионный потоки больше не движутся вместе, и требуется рассматривать двухжидкостную плазму. Двухжидкостный подход пригоден для анализа многих ситуаций. Однако, если в уравнениях удерживаются все действующие па электроны силы, папвысшимп частотами являются частоты электронная циклотронная и плазменная, и необходимо использовать соответствующие кратковременные шкалы, что ограничивает по времени продолжтел ьность моделрован й. Многие важные эффекты во втором частотном диапазоне (и ~ и)п) могут быть исследованы с помощью МГД-кода. Для достижения этого необходимо учесть добавку Холла в уравнении закона Ома, т. МГД” (ЭМГД) |7|. Соответствующие уравнения получаются с использованием двухжидкостной модели в аппроксимации нулевой электронной массы, при которой электроны всегда находятся в состоянии силового равновесия. Так как высокочастотные электронные колебания не принимаются во внимание, вычисления могут быть выполнены с достаточно большой! Это делает приближение нулевой электронной массы (безинерционпости электронов) удобным средством для многих приложений. Физически член Холла отвечает за относительное смещение ионов по сравнению с: электронами в магнитном поле. Замкнутые линии тока поддерживаются течением ионов поперек, а электронов -вдоль магнитного поля. МГД-код частично позволит электронам и попам течь раздельно, в то время как плазма будет оставаться квазинейтральной. Данная аппроксимация представляет огромный интерес, так как расширяет МГД-модель новыми вариантами плазменных колебании. По материалам работ |8,9| проанализируем влияния эффектов, определяемых обобщенным законом Ома, в диапазоне параметров плазмы сильноточных 7-пинчеи и других конструкций импульсной плазменной энергетики па основе проволочных сборок. Рассмотрим обобщенный закон Ома в основной системе уравнений МГД-модели Брагинского С. Е — напряженность электрического поля, Рс и Те — давление и температура электронной компоненты плазмы, п(, — концентрация электронов в плазме, с —скорость света, w — скорость плазмы, j|. В, а'||,±,л ~ кинетические коэффициенты термосилы в неизотермической плазме. При написании уравнения (1) было пренебрежено инерцией (т. Последнее проявляется в том, что в электронном давлении необходимо учесть добавки, вызванные градиентами макроскопической скорости ионной компоненты плазмы. Выражения для коэффициентов можно найти в работе Брагинского С. И. [6|. Работы |8. МГД-кодах ввиду непрерывной зависимости от среднего заряда ионов.