等离子体羽流广泛存在于航天推进^[1]-[3]、工业镀膜^[4]-[5]和核反应堆^[6]-[7]等领域,例如航天领域中电推进系统的等离子体推力器和目前正在发展中的用于微小卫星的微阴极真空弧推力器^[3]。而对于稀薄等离子体羽流,其产生的器件尺寸较小,同时周围环境真空度很高,流场内粒子数密度低,流场的稀薄气体效应显著,气体状态远离平衡态,因此通过地面实验对稀薄等离子体羽流的研究难度较大。并且由于稀薄等离子体羽流中连续介质假定受到限制,不再适用传统的基于Navier-Stokes方程的CFD方法。因此在稀薄等离子体羽流的羽流场模拟中,采用不需要采用连续介质假定的基于玻尔兹曼方程的DSMC/PIC混合算法来进行分析计算是较为成熟的。本文基于DSMC/PIC混合算法开展了稀薄等离子体羽流场的数值模拟,主要研究了以下内容:对于卫星姿控推力器喷管产生的稀薄中性粒子羽流,其流动过程中既有连续流区域又有稀薄流区域,因此其模拟过程中将基于N-S方程的CFD方法和DSMC方法耦合起来求解。通过模拟求解,分别得到了稀薄羽流对于卫星本体和卫星太阳帆板的作用力和作用力矩,分析了太阳帆板不同转角情况下羽流作用于卫星本体和太阳帆板的不同影响,同时对于计算模拟中不同权因子和不同网格数量对作用力和作用力矩的影响进行初步分析,评估了羽流对于卫星正常工作和器件运行的影响。对于在稀薄等离子体羽流环境下工作的等离子体器件,对其进行数值模拟,分析其中壁面相互作用对羽流的影响。为此,将DSMC算法和PIC算法耦合形成DSMC/PIC混合算法,在混合算法中加入壁面相互作用模块,得到了在壁面相互作用下,流场粒子总数密度和各个组分粒子数密度随时间变化图,将其与未加入壁面相互作用的图进行对比分析,从而获得壁面相互作用对羽流的影响。同时在稀薄等离子体羽流中,带电粒子会产生电场对羽流内粒子的运动产生影响。针对三维非稳态稀薄等离子体羽流,在DSMC/PIC混合算法中加入基于非结构网格的PIC电场作用模块,分析电场对羽流的影响,得到了考虑电场时,流场粒子总数密度和各个组分粒子数密度随时间变化图,将其与未加入电场的图进行对比分析,从而获得电场对羽流的影响。同时对羽流初始喷出时的粒子数分布进行分析,得到电场对粒子运动分布的影响。