توسعه و اعتبارسنجی کد حل‌کننده معادلات MHD برای مطالعه مشخصه‌های جریان پلاسمای گاز آرگون رانشگر PFSB

Abstract

به کارگیری روش رؤ در حل معادلات هیدرودینامیک مغناطیسی اگرچه باعث کاهش لزجت حل عددی و افزایش دقت آن می‌شود، اما با افزایش نسبت مجذور جریان تخلیه الکتریکی به دبی جرمی ورودی( ) در رانشگرهای پلاسمایی مغناطیسی که با وقوع انبساط‌های قوی در نوک الکترودها همراه است، به حل غیرفیزیکی منجر می‌گردد. برای رفع این مشکل، استفاده از یک الگوریتم ریمانی ترکیبی مدنظر قرار گرفته است. در این الگوریتم با جایگزینی روش HLLE به جای روش رؤ، تنها در نواحی که مستلزم وجود لزجت عددی بیشتری است، این امکان فراهم می‌شود تا علاوه بر دستیابی به حل پایدار، لزجت عددی در سایر نقاط محدود باقی بماند. افزایش مرتبۀ دقت حل عددی مذکور با برون‌یابی مقدار متغیرها در مرز سلول محاسباتی صورت گرفته است. برای این منظور روند OMUSCL2 به کار گرفته شده که در مقایسه با روش MUSCL خطای پراکندگی و اتلاف عددی کمتری دارد. به منظور اعتبارسنجی الگوریتم عددی، رانشگر آزمایشگاهی PFSBبا طول الکترود کاتد 62_/7، دبی جرمی ورودی 6 و جریان تخلیه الکتریکی 3_/15 شبیه‌سازی شده است. مقایسه نتایج عددی و تجربی مربوط به توزیع میدان مغناطیسی و جریان الکتریکی محصور حاکی از تطابق خوب آن‌هاست. مقدار نیروی پیشران 67_/52 نیوتن به دست آمده که در مقایسه با مقدار انداز‌گیری شده حدود 6% خطا دارد. همچنین این شبیه‌سازی توانسته به خوبی ساختار داخلی-خارجی جریان گاز خروجی رانشگر را پیش‌بینی نماید.