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壁面二次电子发射对SPT鞘层及近壁传导的影响研究

作　者: 疏舒
导　师: 于达仁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 二次电子发射模型 鞘层 径向离子束流 近壁传导
分类号: V439.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 77次
引　用: 1次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 研究的目的和意义  8-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
    1.2.1 国外研究现状  11-13
    1.2.2 国内研究现状  13
  1.3 论文研究内容  13-15
第2章 二次电子发射模型研究  15-37
  2.1 引言  15
  2.2 现有的二次电子发射模型  15-20
    2.2.1 离子入射引起的二次电子发射模型  15-17
    2.2.2 电子入射引起的二次电子发射模型  17-20
  2.3 改进的二次电子发射模型  20-36
    2.3.1 电子引起二次电子发射的理论分析  21-23
    2.3.2 考虑反射电子的二次电子发射模型  23-33
    2.3.3 高发射系数材料的二次电子发射模型  33-36
  2.4 本章小结  36-37
第3章 改进二次电子发射模型的鞘层计算  37-49
  3.1 引言  37
  3.2 鞘层计算模型的改进  37-40
    3.2.1 控制方程  37-38
    3.2.2 边界条件  38-40
  3.3 二次电子发射模型对鞘层计算稳定性影响  40-48
  3.4 本章小结  48-49
第4章 径向离子束流及壁面材料特性对鞘层的影响  49-76
  4.1 引言  49
  4.2 径向离子束流对鞘层特性的影响  49-63
    4.2.1 通道内部的径向离子束流  49-50
    4.2.2 径向离子束流对鞘层的特性  50-61
    4.2.3 半解析推导对于鞘层计算的印证  61-63
  4.3 壁面材料特性对鞘层的影响  63-75
    4.3.1 不同壁面材料对鞘层特性的影响  63-66
    4.3.2 壁面材料污染对于鞘层特性的影响  66-70
    4.3.3 电子非Maxwellian分布对鞘层的影响  70-75
  4.4 本章小结  75-76
第5章 径向离子束流及壁面材料特性对近壁电导的影响  76-88
  5.1 引言  76
  5.2 近壁传导计算模型  76-79
  5.3 鞘层特性对近壁传导影响的定性研究  79-83
  5.4 径向离子束流和壁面材料特性对近壁传导的影响  83-86
  5.5 本章小结  86-88
结论  88-89
参考文献  89-93
攻读学位期间发表的学术论文  93-95
致谢  95

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 推进系统（发动机、推进器） > 特种发动机 > 等离子发动机
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