用于霍尔推力器放电中无碰撞离子的 14 矩最大熵建模
等离子体物理
2022-09-07 v3 计算物理
流体动力学
摘要
霍尔效应推力器中的离子通常具有低碰撞率特征。在加速场和方位角电场波存在的情况下，这导致与热力学平衡的强烈偏离，引入动力学效应。本文研究 14 矩最大熵模型在该问题中的应用。该方法由一组 14 个 PDE 组成，对应于粒子速度分布函数的密度、动量、压强张量分量、热流矢量和四阶矩。该模型被应用于类霍尔推力器构型中的无碰撞离子动力学研究，并针对包括 Vlasov 动力学方程在内的不同模型评估其精度。考虑了三个测试用例：纯轴向加速问题、离子波俘获问题以及离子在轴向-方位角平面中的演化。本工作大部分仅考虑离子，并通过给定合理的电场值去除与电子的耦合。这使我们能直接比较不同的离子模型。然而，也简要讨论了运行自洽等离子体模拟的可能性，考虑准中性或多流体模型。最大熵系统在考虑的测试用例中表现为稳健且精确的选择。其精度优于更简单的无压气体模型（冷离子）和气体动力学 Euler 方程，而计算代价远低于直接动力学模拟。
引用
@article{arxiv.2202.04159,
title = {14-moment maximum-entropy modelling of collisionless ions for Hall thruster discharges},
author = {Stefano Boccelli and James G. McDonald and Thierry E. Magin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.04159},
year = {2022}
}