非平衡感应耦合等离子体流场与电磁场 作用机理的数值模拟

摘要：

以航天领域中研究再入飞行器热防护系统的感应耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)风洞为研究对象,通过流场-电磁场-化学场-热力场-湍流场多场耦合求解研究ICP风洞流场与电磁场的分布特性及其相互作用机理.数值模拟中,基于热化学非平衡等离子体磁流体动力学模型准确模拟了空气ICP的高频放电、焦耳加热、能量转化、粒子内能交换等过程,通过多物理场耦合计算模拟得到了100 kW级ICP风洞内空气等离子体的电子温度、粒子数密度、洛伦兹力、焦耳加热率、速度、压强、电场强度的分布规律.研究结果表明:在感应线圈区靠近等离子体炬壁附近,等离子体流动处于热力学非平衡状态;洛伦兹力对感应线圈区空气粒子的动量传递和电子热运动起着控制作用.

关键词：感应耦合等离子体、流场与电磁场、非平衡、数值模拟

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资助基金：国家自然科学基金11705143;中国博士后科学基金2018M643814XB;陕西省科技厅自然科学基金2018JQ1016资助的课题

在线出版日期：2019-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：154-165