[发明专利]磁控等离子体在圆筒内的流动及压力分布研究方法

说明书

本发明公开了磁控等离子体在圆筒内的流动及压力分布研究方法，属于磁约束等离子体领域，包括以下步骤：S1：计算等离子体流动数值，S2：磁约束等离子体流动程序的验证与分析，S3：研究磁场对圆筒内等离子体流动与压力的分布，S4：研究气体导电率对圆筒内磁约束等离子体流动与压力的分布，S5：得出结论。本发明的研究方法更加的科学合理，建立了圆筒模型，利用FLUENT MHD程序数值模拟了等离子体在圆筒内的流动过程以及压力场的变化，快速分析和讨论了不同磁感应强度和气体电导率对磁约束等离子体在圆筒流动时的速度分布、湍流强度、湍流粘度、洛伦兹体积力、压力分布及温度的影响。

技术领域

本发明涉及磁约束等离子体领域，具体为磁控等离子体在圆筒内的流动及压力分布研究方法。

背景技术

火炮身管承受来自高温燃气的热负荷和压力荷载，内壁面受到高温气体的反复作用会产生烧蚀磨损问题，鉴于磁场作用下的等离子体具有抑制湍流降低表面传热及表面摩擦、对流动造成额外压降的能力，提出了利用磁场控制等离子体的方法，减小身管内壁面受到的烧蚀磨损，降低壁面承受的气体压力，本文对此展开机理性研究，对长直圆筒形管道内的磁约束等离子体流动过程及压力分布进行了数值模拟计算。

发明内容

本发明的目的在于提供磁控等离子体在圆筒内的流动及压力分布研究方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：磁控等离子体在圆筒内的流动及压力分布研究方法，包括以下步骤：

S1：计算等离子体流动数值，包括以下步骤：

S11：建立等离子体的流体动力模型；

S12：湍流模型；

S13：无量纲参数；

S14：基于FLUENT MHD程序的数值计算模型；

S2：磁约束等离子体流动程序的验证与分析，包括以下步骤：

S21：等截面圆管流动验证；

S22：磁流体动力学效应的验证；

S23：磁约束等离子体管流压降的验证；

S3：研究磁场对圆筒内等离子体流动与压力的分布，包括以下步骤：

S31：计算模型与边界条件；

S32：计算结果分析；

S4：研究气体导电率对圆筒内磁约束等离子体流动与压力的分布，包括以下步骤：

S41：计算模型与边界条件；

S42：建立电导率模型；

S43：计算结果分析；

S5：得出结论。

优选的，在S1中，首先给出了等离子体流动的计算方法和数学模型，在此基础上运用感应磁场方法，将反应电磁作用的电磁源项添加到N-S方程组和RNG k-ε湍流两方程中，模拟磁场对导电流体湍流的影响，利用大型计算流体力学软件FLUENT中的MHD用户自定义子程序与FLUENT软件相结合，藕合流场与电磁场，为后续数值模拟磁约束等离子体圆筒流动奠定了基础。