مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

حل معادلات MHD با استفاده از یک روش مرتبه بالای مبتنی بر تفکیک مشخصه‌ها به منظور شبیه‌سازی رانشگر پلاسمایی مغناطیسی

نویسندگان
1 محقق/آزمایشگاه احتراق و پیشرانش-دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 عضو هیأت علمی/دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
در این پژوهش یک الگوریتم محاسباتی عددی برای حل معادلات دوبعدی تقارن محوری حاکم بر جریان پلاسمای درون رانشگر، جهت تعیین رفتار جریان سیال و توزیع مشخصه های الکترومغناطیسی، توسعه داده شده است. بدین منظور برای محاسبۀ بردار شار جابه جایی از روش رؤ، برای تعیین مشخصه های جریان از روش موج هشتم پاول و برای افزایش دقت حل عددی از روش OMUSCL2 استفاده شده است. با توجه به وجود انبساط های قوی سرعت بالا در مجاورت نوک الکترودها، رابطۀ اصلاح شدۀ HHT برای جلوگیری از وقوع شوک انبساطی به کار گرفته شده است. به منظور همخوانی بهتر نتایج عددی و تجربی، زیر مدل های شیمیایی و فیزیکی از قبیل مدل یونش چند مرحله ای، اثر هال، اثر ریزناپایداری های میکروسکوپیک، مدل چند-دمایی، معادلۀ حالت واقعی و اثر خواص انتقالی در نظر گرفته شده اند. نتایج شبیه سازی عددی برای یک رانشگر آزمایشگاهی ارائه شده و توزیع جریان و پتانسیل الکتریکی به دست آمده، در مقایسه با نتایج تجربی تطابق خوبی را نشان می دهند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

The solution of MHD equations using a high order characteristics-splitting scheme for MPDT simulation

نویسندگان English

Mahdy Ahangar 1
Reza Ebrahimi 2
Mehrzad Shams 2
چکیده English

In this study, a two-dimensional, axisymmetric, computational Algorithm has been developed to simulate the plasma flowfield in a MPD thruster for the purpose of determining the flow behavior and electromagnetic characteristics distribution. The solution employs Roe’s flux vector difference method in combination with Powell’s characteristics-splitting scheme. To ensure the stable high-accuracy solution, new modification of MUSCL technique so called OMUSCL2 method is used. According to being supersonic strong gasdynamic expansion near the electrodes tip, HHT entropy correction is employed. Further improvements to the physical model, such as the inclusion of relevant classical transport properties, a real equation of state, multi-level equilibrium ionization models, anomalous transport, and multi-temperature effects, that are essential for the realistic simulation MPD flows, are implemented. Numerical results of a lab-scale thruster are presented, whereby comparison with experimental data shows good agreement between the predicted and measured enclosed current and electric potential.

کلیدواژه‌ها English

Magnetohydrodynamic Equations
Hall Effect
Lorentz Force
Anomalous Transport
Numerical Modeling