等离子体点火模型的理论分析和研究

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电热化学(ETC)推进技术是当今超高速发射技术之一,这项技术的关键在于等离子体源能显著改善内弹道性能。 传统点火模型暗含着热传播速度为无限大的假设,而等离子体对固体含能颗粒加热的时间是强瞬态的,作用时间达到毫秒量级;并且温度极高,有20000K左右。这是一个极端热、质传递条件下的非稳态传热过程,在此情形之下,热量传播速度为无限大的假设已经成为一种佯谬。通过对等离子体环境下点火的非傅立叶热传导分析,本文建立了带有冲击性热传导特点的等离子体点火模型,模型的主控方程为双曲型热传导方程,体现了等离子体与固体含能颗粒热相互的波动性特征,更能解释等离子体点火问题中的冲击性本质。从而,本文第一次将热波理论引入等离子体点火研究领域。 通过对所建等离子体点火模型的分析求解和数值求解的分析讨论,认识到等离子体环境下热传导的冲击性效应的存在主要取决于颗粒材料的热松弛时间参数,当材料的热松弛时间量级较大时,考虑热传导中的冲击效应是有必要的。同时,温度从颗粒表面向内部传播时存在明显的延迟,延迟大小同材料的热松弛时间成正比例。数值计算结果显示颗粒的大小和等离子体温度对点火性能有较大的影响,颗粒尺寸减小和等离子体温度升高都使得点火延迟时间缩短。
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