壁面二次电子发射对SPT鞘层及近壁传导的影响研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HongJuZhang
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稳态等离子推进器(SPT)是一种最成熟、应用最广的电推进发动机,我国正积极开展研究电推进技术的应用。体积很小的推进器通道内部有着十分复杂的物理现象,对其进行的理论研究是十分必要的。在发动机壁面和通道等离子区域之间存在着等离子体鞘层,此三者之间存在很强的耦合关系。本文研究了电子和壁面作用时的最重要物理现象——二次电子发射,并在建立二次电子发射模型的基础上分析了径向离子束流、通道壁面特性对鞘层和近壁传导的影响。  电子和固体壁面发生作用时会产生二次电子发射现象,由于SPT的面容比很大,二次电子发射会对发动机通道内部的物理机制产生很大的影响,尤其会对鞘层特性产生很大的影响,所以建立合理的二次电子发射模型不仅本身具有很强的物理意义,且对于后续的鞘层建模也是必不可少的。在分析材料二次电子发射过程和现有二次电子发射模型的基础上,我们提出了改进后的二次电子发射模型,改进后的二次电子发射模型很好地符合了实际的二次电子发射特性,且在鞘层模型中有着更好的数值特性。  鞘层在SPT通道内部扮演着十分重要的角色,然对于其的实验测量是很困难的。为了研究鞘层以及其对于SPT其它特性的影响时,我们用动力学方法对鞘层进行了数值建模,壁面处的边界条件为二次电子发射模型。在此基础上我们分析了径向离子束流和通道壁面特性对鞘层的影响,同时简要分析了鞘层振荡机理。  SPT通道内的电子传导决定了其轴向电势分布,近壁传导在电子输运机制中的作用是十分重要的。我们模拟了单电子运动,统计得到了近壁传导电流密度沿径向的分布。定性分析了鞘层电势降、出射电子温度等参数对近壁传导的影响,并结合鞘层计算结果分析了径向离子束流和通道壁面特性对近壁传导的影响。  在SPT发动机通道内,电子并不满足经典的Maxwellian分布,我们定性构造了简单的非Maxwellian分布来表征实际的电子分布特性,分析了电子分布函数差异对鞘层的影响,为对电子分布函数的深入研究打下了良好的基础。
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