[发明专利]磁控等离子体动态分布研究方法

权利要求书

1.磁控等离子体动态分布研究方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立磁约束等离子体射流热耦合模型，在非导电流体力学的基础上，将一般流体所受的力与洛仑兹力相结合；包括以下步骤：

A：建立物理模型；

B：得到控制方程；

C：设定边界条件；

S2：控制磁约束等离子体流动；

S3：等离子体射流模拟。

2.根据权利要求1所述的磁控等离子体动态分布研究方法，其特征在于：在S1中，用磁场控制等离子体的受力和运动状态，当对等离子体施加同轴磁场时，如果带电粒子存在径向运动，那么磁场与具有径向运动的带电粒子相互作用会产生洛伦兹力，驱使这些带电粒子旋转，进而改变等离子体射流的速度和传热特性。

3.根据权利要求1所述的磁控等离子体动态分布研究方法，其特征在于：在S1中，计算模型为长200mm，直径30mm的圆筒结构，设定入口处等离子体流的速度为U，沿平行圆筒轴线方向施加均匀分布的磁场B。

4.根据权利要求1所述的磁控等离子体动态分布研究方法，其特征在于：在S2中，外加磁场后，微观上带电粒子在洛伦兹力的作用下由杂乱无章的无规则运动转变为绕磁力线的回旋运动，正离子在洛伦兹力作用下发生偏转，与水平向前运动的中性粒子发生碰撞，进行能量和动量输运，碰撞之后的正离子在磁场作用下继续偏转运动，中性粒子则获得偏转方向的动量，沿着偏转方向运动，由于电子的质量非常小，碰撞过程中的动量和能量输运相当有限，所以正离子的运动将对射流运动起主导作用。

5.根据权利要求1所述的磁控等离子体动态分布研究方法，其特征在于：在S3中，将洛伦兹力和焦耳热以源项的形式分别添加进动量方程和能量方程，开展了等离子体射流在圆筒结构中的流动传热特性三维数值模拟。

6.根据权利要求1所述的磁控等离子体动态分布研究方法，其特征在于：在S3中，沿圆筒轴向施加均匀的平行磁场，由于等离子体射流存在径向速度的分量，带电粒子的运动受到洛伦兹力作用将变成平行磁力线的螺旋运动，在合适的磁场强度和分布下，将导致等离子体整体旋转。

7.根据权利要求1所述的磁控等离子体动态分布研究方法，其特征在于：在S3中，去除磁场，此时在靠近等离子体射流中心区域的流速较高，由内向外速度逐渐递减，且等离子体的径向速度梯度比轴向速度梯度大。

8.根据权利要求7所述的磁控等离子体动态分布研究方法，其特征在于：外加磁场越强，产生的洛伦兹力也就越大，因此，同轴磁场可以限制等离子体的扩散，起到对等离子体的压缩作用。