磁控等离子体对收敛喷管性能的影响

采用诱导磁场方程,Mixture混合两相流和磁场修正的湍流两方程模型,研究施加不同强度磁场时,收敛喷管内等离子体的流动和传热特性以及等离子体对尾喷流的包裹情况.结果表明,随着气流在收敛喷管内加速,等离子体被掺混的程度增加.增强磁场可提高近壁面处等离子体体积分数,抑制其湍流度,降低高温气体向喷管壁面的传热.当B_y=1.3T时,磁控等离子体可降低54.4%的壁面温升,增加0.74%的喷管推力系数,在出口4倍当量直径处对尾气仍有一定的包裹.      

磁场对高超声速弱电离气体流动的影响

对偶极子磁场作用下的三维钝头体高超声速黏性绕流的化学非平衡流动进行了数值模拟。电导率利用组分公式计算,化学模型为7组元、6反应模型。应用诱导磁场方法将磁场与流场耦合,控制方程的空间离散采用有限体积法,扩散项用中心差分格式,对流项采用二阶迎风格式,时间推进采用3步Runge-Kutta法。计算结果表明,外加偶极子磁场使激波脱体距离增加,壁面摩擦系数和表面热流密度增大。与无磁场作用时相比,在0.153T外加磁场作用下,冻结流中的激波脱体距离增加约3倍,局部壁面摩擦系数最大增加63%,局部表面热流密度最大增加61%;而化学非平衡流中的激波脱体距离增加约0.5倍,局部壁面摩擦系数最大增加47%,局部表面热流密度最大增加31%,且化学非平衡流中激波层内温度的最大值约为冻结流中的64%。     

同轴型微波等离子推力器磁场效应

在2.45 GHz同轴型微波等离子体推力器中加入磁场可以提高推力器的性能。这是由于磁场的存在,在推力器启动阶段会形成电子回旋共振区;稳定工作时,等离子体获得的焦尔热比没有磁场时高,这些都增加了等离子体吸收的微波能量。以氩气为工质,对外加磁场微波等离子推力器进行了实验研究,结果表明,推力器可以达到较高的耦合效率。对等离子体羽流的诊断则表明,外加磁场提高了推力器谐振腔内工质气体的电离度。     

火星空间磁场低频波动

波动是无碰撞等离子体中能量重新分配的重要途径。对波动的研究有助于更准确地认识太阳风与火星的相互作用,认识火星空间环境的特征。介绍了火星空间中常见的几种磁场低频波动,包括离子回旋波（Ion-CyclotronWave,ICW）、磁流体动力学（MagnetoHydro Dynamic,MHD）波、镜像模波、哨声波以及磁场锯齿状波动,总结了这几类波动的特征和可能的形成机制,说明不同种类的波动所反映的不同的物理过程。由于波粒相互作用在火星离子逃逸的过程中起到了重要作用,波动可影响火星环境的演化。     

木星磁场及磁场模型的对比分析

木星具有太阳系最强的行星磁场,是木星探测面临的基本环境。首先对磁场环境及其数学模型进行了调研,并在研究木星磁场模型以及磁场的数学原理的基础上,使用MATLAB数学工具实现了木星主磁场的计算,对VIP4、VIT4、O6和V1_17ev（eigenvector,特征向量）4个模型与磁测数据进行了对比及分析。研究结果表明这4个模型计算得到的磁场强度范围较为一致,但在全球磁场分布上存在差异,尤其是对磁南极位置的识别上,4个模型的结果都不相同;在对模型计算结果与探测数据的探讨分析中,发现4个模型与探测数据的符合较为一致,偏差均较小。可为木星探测的环境保障提供必要的理论基础和计算模型支撑。     

应用网络拓扑法计算低惯量稀土永磁伺服电动机的磁场

通过理论分析，首次将网络拓扑法的应用范围从无旋场扩大到有旋场的计算中，从而进一步发展和完善了这一数值计算方法。本文从麦克斯韦方程出发，通过对比热传导问题的约束方程，导出了网络拓扑法用于有旋电磁场计算的离散化格式。继而通过与相应的有限单元法的比较，说明了网络拓扑法的一系列优点。同时，本文还分析建立了适合有旋场计算的永磁体等效电流模型。作为实例，本文最后给出了一台低惯量稀土永磁伺服电动机的求解方程，并计算了空载磁场及电枢反应磁场分布，由此得到的电机电磁参数，不仅为伺服电动机本身而且为整个伺服控制系统的设计提供了依据。     

通量传输事件相关的动力学磁场湍流观测研究

THEMIS卫星观测到通量传输事件（FTE）的同时,也在磁层侧涡流区域观测到强磁场扰动现象.利用快速傅里叶变换分析磁场扰动频谱特征发现:大约在FTE的扰动频率（约0.1Hz）处,功率谱密度达到峰值;在质子回旋频率（约1Hz）至64Hz的频段内,功率谱密度随着频率的增大而减小,服从幂律分布P₀ f-α.因此,可以认为这些磁场扰动为低纬边界层中的动力学磁场湍流.研究结果表明,当低纬边界层（Low Latitude Boundary Layer,LLBL）中卫星相对磁层顶或FTE的位置越来越远时,功率谱密度与功率谱斜率α（幂律指数）降低,但FTE所在的方位角或低纬磁层顶的磁地方时对幂律指数α和功率谱密度没有显著影响.这些观测特征表明移动的FTE是磁场湍流的源.磁层顶上的大规模扰动（如FTE）和相关的磁场湍流从动力学尺度揭示了磁鞘与磁层的类黏滞相互作用.然而低纬边界层中FTE磁层侧涡流形成所需的黏滞性是否可由磁场湍流来提供还需要验证.      

1998年10月18——-19日磁暴主相的行星际源分析

采用高时间分辨率的地磁指数SYM-H, 同时考虑日地连线引力平衡点(L1点)太阳风地磁效应的滞后性, 精确分析了1998年10月18---19日大磁暴主相的行星际源. 分析结果表明, 磁暴主相的行星际源仅为行星际激波和行星际日冕物质抛射之间的太阳风(Sheath), 磁云对磁暴主相没有贡献. 这个磁暴事例的研究表明, 行星际磁场南向分量与太阳风动压的乘积是影响磁暴主相发展的关键参数.      

火星空间磁场结构特征

在火星空间模拟的单流体MHD模型的基础上, 研究了火星空间磁场结构及火星表面局部磁异常对磁场结构的影响. 在太阳风与火星相互作用的过程中, 形成弓激波和磁堆积区, 行星际磁场弯曲并向两极移动且被拖拽变形, 大部分磁力线从火星两极绕过, 通过火星之后在磁尾留下V字形结构. 火星表面附近局部磁异常也对火星磁场结构产生不可忽视的影响. 不同位置和强度的磁异常与太阳风相互作用形成结构及形态各异的微磁层, 如被拖拽的微磁层和存在开磁力线的微磁层等. 局部磁异常改变了近火磁场结构, 并可能改变等离子体的分布.      

中低纬电离层对行星际磁场南向翻转的响应

利用卫星和地面台站的历史数据, 研究了中低纬电离层f0F2 对强行星际磁场南向翻转的响应. 结果表明, 行星际磁场南向翻转能引起电离层扰动式响应, 响应特性与纬度、季节和翻转时刻的地方时有关. 在中纬, 发生在夏分季和夜间的翻转能造成较强的电离层负响应, 其幅度随纬度的降低而变弱, 在恢复过程中存在不规则振荡; 在低纬, 南向翻转引起的电离层响应在夏分季较强, 在冬季则较弱, 且易被淹没在电离层自身的扰动中. 分析指出电离层最大负响应与翻转后南向磁场极大值之间有着较好的线性关系.