电弧的有限体积模拟：高频交变纵向磁场对电弧等离子体的箍缩

电弧等离子体在许多领域具有广阔的应用前景。探究其特性颇具意义。本文给出氩电弧基于压力的有限体积详细模拟。在建模中，整个阴极区与电磁计算相耦合，以保证阴极表面电流密度的自由变化。数值求解中，选用迎风差分格式以保证对流项的输运特性，并采用 SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations，压力耦合方程组的半隐式方法）算法求解热压力。通过对自由燃烧氩电弧的模拟，模型与实验吻合良好。我们观察到一种有趣现象：氩电弧在高频交变纵向磁场中发生强烈集中。不同于已有的收缩机制，此处电弧通过收缩与膨胀之间的连续过渡实现箍缩。其潜在机制是，施加的高频交变磁场与电弧运动惯性相协作，能够有效起到“等离子体陷阱”作用，使电弧等离子体被囚禁于更窄的空间中。这或许为电弧箍缩提供了新途径。