低温等离子体在众多工业领域已经得到了广泛的应用,但是对等离子体的研究方法却十分有限,实验方法的投入与消耗巨大,且无法观察到微观等离子体的行为;数值模拟的方法成本较低,但是高效的流体模型对微观等离子体依然无法观测,而能精确自洽的得到全部微观与宏观等离子体行为的粒子模型却耗时巨大、效率低下,无法胜任大尺度等离子体物理或工程问题的模拟任务。粒子模型效率低耗时长的主要原因是目前基本都是采用了显格式的质点网格法（PIC,Particle-In-Cell）,该方法受到稳定性条件的限制无法使用较大的时间和空间步长,因此单步耗时长且迭代步数多,导致总的模拟时间成本太高,因此发展一种高效快速的粒子模型对低温等离子体的相关研究具有重要的意义。本文主要发展了二维各向异性浸入式有限元（IFE,Immersed Finite Element）算法,并以此为基础建立了二维的隐格式IFE-PIC粒子模型,该模型在大尺度低温等离子体的数值计算中可显著提升计算效率,文中采用该模型对电推力器展开了相关的研究,对比前人的工作,该粒子模型最大的优点就是使用了真实的物理参数,没有对物理空间或参数进行任何的缩放处理,使得结果更加准确可靠。本文的主要研究内容可以分为两大部分,第一部分是对IFE-PIC粒子模型的算法研究,包括第二章和第三章;第二部分是采用建立的隐格式IFE-PIC粒子模型对电推力器的模拟研究,包括第四章和第五章。首先,要想精确的获得等离子体的微观和宏观状态,目前只能选择使用基于质点网格法（PIC）的全粒子模型对等离子体进行模拟,为了适应粒子模型就要使用规则网格离散计算区域,而能够在规则网格下方便的计算界面问题就需要选择浸入式有限元（IFE）来求解电磁场,因此本文的主要模拟方法是基于浸入式有限元的质点网格法（IFE-PIC）全粒子模型。所以,本文首先对IFE求解泊松方程和PIC模型推动粒子运动的具体过程进行了详细的说明,介绍了各类边界条件的设置方法,通过设置数值算例完成了IFE-PIC模型的检验。其次,显格式的粒子模型计算成本高昂,无法满足目前在物理和工程问题中的应用需求,因此本文发展了隐格式IFE-PIC模型。采用隐格式PIC模型推进等离子体,会导致原来的泊松方程转化成为各向异性的形式,于是就提出了二维各向异性IFE算法,并通过数值算例检验了新算法的准确性和收敛性,最终得到了完整的隐格式IFE-PIC模型。通过对等离子体鞘层的模拟对比,发现隐格式IFE-PIC模型确实可以消除显格式模型对时间和空间步长的限制,能有效的提高计算效率。再次,基于隐格式IFE-PIC模型,本文对射频离子推力器的射频偏置栅极展开了研究。首先对近几年发展起来的射频离子推力器的射频偏置栅极系统进行了模拟研究,通过建立射频栅极系统的二维数值模型,分析了射频栅极工作时等离子体的加速过程,结果表明只有在射频电压到达最小值附近时,电子才能通过栅极进入下游,且根据电子和离子的空间速度分布进一步说明了等离子体的运动规律。接着对不同射频电压、射频频率和上游等离子体密度时的工作状态进行了仔细的讨论,发现这些物理因素对等离子体的加速过程影响较大,特别是对下游平均中和率和对加速栅极冲击电流的影响。整体而言,电压升高平均中和率会下降而冲击电流会减小,射频频率增大平均中和率会降低且冲击电流减小,增加上游等离子体密度能提高平均中和率且会增大冲击电流。最后,采用隐格式IFE-PIC模型对霍尔推力器的二维环形通道出口截面和周向通道截面进行了模拟研究,模拟过程使用的粒子模型全部采用真实的物理参数,没有任何的人为缩放操作。模拟结果显示,在环形通道内具有明显的周期性电势波动现象存在,且绕轴线旋转,旋转频率约31.25KHz,与低频旋转等离子体不稳定性现象（Rotating Spoke）的频率相当;在环形通道内,等离子体在径向的分布不是完全对称的,且统计作用于内外壁面上的各类粒子数目表现出了空间不均匀性,说明壁面受到的等离子体轰击是不均匀的,统计得到离子与壁面的集中作用点间距约为2.2mm,与霍尔推力器壁面腐蚀形貌相符;与二维矩形展开模型比较可知,环形通道明显受到了离心运动和磁场曲率变化的影响。周向通道的模拟结果显示在加速区等离子体密度达到最大值,且等离子体在轴向和周向上表现出明显的振荡现象,对出口截面上轴向和周向电场振荡分析可知,轴向振荡与离子传输时间相关,而周向振荡的旋转速度较小。