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原文传递磁控火药燃烧型等离子体流动计算方法

专利名称：	磁控火药燃烧型等离子体流动计算方法
摘要：	本发明公开了磁控火药燃烧型等离子体流动计算方法，属于磁约束等离子体领域，包括以下步骤：S1：建立磁流体动力学模型，通过耦合求解控制等离子体运动的流体力学方程和电磁约束制方程，研究等离子体中流场和电磁场的相互作用规律，S2：数值计算，S3：计算程序的验证，分别从不同角度对该计算程序进行分析与验证。本发明的计算方法更加的科学合理，针对磁约束火药燃烧型等离子体的流动问题，建立了相适应的磁流体动力学模型，采用了感应磁场方程法对含电磁源项的N‑S方程组和电磁约束制方程进行耦合求解，同时对k‑ε湍流方程进行了电磁修正，进而在确定边界条件的基础上预测了等离子体中流场和电磁场的相互作用规律以及湍流结构。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国人民解放军陆军装甲兵学院
发明人：	毛保全;白向华;赵其进;钟孟春;李程;李华;王之千;兰图
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201910559093.4
公开号：	CN110333167A
代理机构：	北京八月瓜知识产权代理有限公司
代理人：	马东瑞
分类号：	G01N15/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	100072 北京市丰台区杜家坎21号院
主权项：	1.磁控火药燃烧型等离子体流动计算方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：建立磁流体动力学模型，通过耦合求解控制等离子体运动的流体力学方程和电磁约束制方程，研究等离子体中流场和电磁场的相互作用规律； S2：数值计算，针对具体物理对象求解控制方程组得到所研究物理量的分布； S3：计算程序的验证，通过数值模拟磁流体Hartmann流动和管道流动两个典型算例，分别从不同角度对该计算程序进行分析与验证。 2.根据权利要求1所述的磁控火药燃烧型等离子体流动计算方法，其特征在于：在S1中，火药燃烧型等离子体在磁约束条件下流动会感应出诱导电流，该诱导电流与磁场相互作用将在气体内部产生两个效应：一、诱导电流在磁场作用下产生电磁力，电磁力将对等离子体的原始流动施加相应的干扰，同时也会造成焦耳加热和熵的输运，进而影响等离子体的流动特性，二、由诱导电流感生的诱导磁场反过来会影响原始外加磁场，并对其空间分布产生扰动。 3.根据权利要求1所述的磁控火药燃烧型等离子体流动计算方法，其特征在于：在S1中，根据火炮内弹道理论可知，火药燃气的温度一般只有2000～3000K左右，受圆筒内流动条件的限制，其热电离形成的等离子体电导率一般是比较低的，即使添加一定的电离种子，管内等离子体流动的磁雷诺数Rem也是远小于1的，因此，在圆筒结构内的等离子体流动一般属于低磁雷诺数流动。 4.根据权利要求1所述的磁控火药燃烧型等离子体流动计算方法，其特征在于：在S2中，对于磁约束火药燃烧型等离子体流动计算问题，首先需要假定速度、压力等初始值，用于动量方程、磁场方程的首次迭代与计算，然后通过修正方程不断修正计算节点处的压力、速度等物理量，最后基于修正值求解能量方程、湍流方程、感应磁场方程，其中，将计算值是否收敛作为判断条件，依次在所有节点上进行循环计算，直到求解出所关心物理量在全域的数值分布。 5.根据权利要求1所述的磁控火药燃烧型等离子体流动计算方法，其特征在于：在S3中，磁流体Hartmann流动的验证是采用数值计算结果与理论解析结果进行对比，而磁流体管道流动的验证则是在相同计算条件将数值计算结果与参考文献结果进行分析比较，进而验证计算程序的可靠性。 6.根据权利要求1所述的磁控火药燃烧型等离子体流动计算方法，其特征在于：在S3中，根据磁流体力学研究可知，磁流体Hartmann流动是简单而又重要的一种磁流体流动，由于其流体力学方程组可用解析方法求解，故用它来验证前面所建立的磁流体动力学模型。 7.根据权利要求1所述的磁控火药燃烧型等离子体流动计算方法，其特征在于：在S3中，考虑到流动充分发展的需要，计算区域的长宽比选取较大值，即L/2h＝30，流体区域为不可压缩的电离气体且导电率、粘度、密度等参数恒定不变，所加磁场沿y轴正方向且均匀恒定，即By＝B0。 8.根据权利要求7所述的磁控火药燃烧型等离子体流动计算方法，其特征在于：为验证本发明所建立的等离子体流体动力学模型在高速流动条件下数值计算的正确性与精确度，采用所推导的感应磁场方程和磁流体N-S方程组对相同的管道模型进行了计算，计算过程中采用的相关参数与文献保持一致。
所属类别：	发明专利