电子蒸发冷却的全间隙动力学限制
等离子体物理
2026-05-11 v1
摘要
电子蒸发冷却 (electron transpiration cooling, ETC) 可减少锋利的高超声速前缘的热力学负荷，但其性能取决于热电子是逃逸到热表面还是以阴极方向回流。本文开发了一个一维空间、三维速度的电动粒子-蒙特卡罗碰撞模型，用于完整的阴极-阳极等离子体二极管，解决了热电子蒸发、碰撞性等离子体传输、逸出电子回流以及下游收集问题。采用氦作为基准，检验了逸出电子的传输和回流受限电流。随着施加的蒸发增大，二极管首先处于弱回流 regime，净逸出电子传输和下游收集均随蒸发增大。进一步增加蒸发在 到 之间产生尖锐的回流受限传输转变。在 处，回流比率达到 ，而净传输和下游收集效率下降到约 。在此转变之后，添加的回流抵消了蒸发增大的作用，反而减少了有用的逸出电子传输，而非导致饱和。边界能量诊断显示，更强的蒸发可能仍会增加名义上的阴极侧冷却指标，但在转变之后，该指标不再表示改进的逸出电子逃逸或全间隙传输。这些结果表明，所述 PIC-MCC 框架捕捉了支配 ETC 相关逸出电子逃逸和回流限制的关键动力学过程。
引用
@article{arxiv.2605.07083,
title = {Full-gap kinetic limitation of thermionic-electron transport for electron transpiration cooling},
author = {Wushun Zhang and Weixing Zhou and Yinjian Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.07083},
year = {2026}
}