حل معادلات MHD با استفاده از يك روش مرتبه بالاي مبتني بر تفكيك مشخصه‌ها به منظور شبيه‌سازي رانشگر پلاسمايي مغناطيسي

The solution of MHD equations using a high order characteristics-splitting scheme for MPDT simulation

در اين پژوهش يك الگوريتم محاسباتي عددي براي حل معادلات دوبعدي تقارن محوري حاكم بر جريان پلاسماي درون رانشگر، جهت تعيين رفتار جريان سيال و توزيع مشخصه‌هاي الكترومغناطيسي، توسعه داده شده است. بدين منظور براي محاسبه بردار شار جابه‌جايي از روش رو، براي تعيين مشخصه‌هاي جريان از روش موج هشتم پاول و براي افزايش دقت حل عددي از روش OMUSCL2 استفاده شده است. با توجه به وجود انبساط‌هاي قوي سرعت بالا در مجاورت نوك الكترودها، رابطه اصلاح شده HHT براي جلوگيري از وقوع شوك انبساطي به كار گرفته شده است. به منظور همخواني بهتر نتايج عددي و تجربي، زير مدل‌هاي شيميايي و فيزيكي از قبيل مدل يونش چند مرحله‌اي، اثر هال، اثر ريزناپايداري‌هاي ميكروسكوپيك، مدل چند-دمايي، معادله حالت واقعي و اثر خواص انتقالي در نظر گرفته شده‌اند. نتايج شبيه‌سازي عددي براي يك رانشگر آزمايشگاهي ارايه شده و توزيع جريان و پتانسيل الكتريكي به دست آمده، در مقايسه با نتايج تجربي تطابق خوبي را نشان مي‌دهند

In this study, a two-dimensional, axisymmetric, computational Algorithm has been developed to simulate the plasma flow field in a MPD thruster for the purpose of determining the flow behavior and electromagnetic characteristics distribution. The solution employs Roe’s flux vector difference method in combination with Powell’s characteristics-splitting scheme. To ensure the stable high-accuracy solution, new modification of MUSCL technique so called OMUSCL2 method is used. According to being supersonic strong gas dynamic expansion near the electrodes tip, HHT entropy correction is employed. Further improvements to the physical model, such as the inclusion of relevant classical transport properties, a real equation of state, multi-level equilibrium ionization models, anomalous transport, and multi-temperature effects, that are essential for the realistic simulation MPD flows, are implemented. Numerical results of a lab-scale thruster are presented, whereby comparison with experimental data shows good agreement between the predicted and measured enclosed current and electric potential.