基于Particle-in-Cell(PIC)的数值方法是研究霍尔推力器非常有效的手段,目前哈尔滨工业大学已经搭建了相应的数值模拟平台。目前的PIC模型采用阶梯状网格近似逼近边界,难以准确地施加边界条件,同时也会带来一定的计算误差。针对目前霍尔推力器几何模型越来越复杂的发展趋势,本课题通过生成与边界完全贴合的非正交的结构化网格,建立非正交结构化网格下的PIC模型,可以增强数值模拟平台对复杂霍尔推力器的适应能力。并利用新的数值模拟平台模拟直通道霍尔推力器和渐扩通道霍尔推力器,验证其效果。首先,研究了非正交结构化网格下的PIC模型的关键技术。从粒子着手,首先描述了模拟初始化时如何引入或者布置粒子,接着介绍了如何在非正交结构化网格下如何将网格节点上的电磁场值分配到粒子上。粒子在电磁场的作用下开始运动,当其移动到一个新的位置之后,为了将电荷分配到网格节点上,必须确定粒子的网格,采用前面所讲的插值格式,对粒子进行定位。粒子在运动过程中也有可能发生碰撞,经过对平均自由程的分析,本文只考虑电子与原子之间的激发、弹性和电离碰撞。最后,为了减小计算量,采用了巨粒子的方法,但是原子密度与等离子密度还是相差两个数量级,为此采用变权重的方法;同时采用Szabo的方法减小离子质量并增加真空介电常数可以非常有效的减小计算量。其次,研究了在非正交结构化网格下如何离散求解泊松方程。利用有限体积法,在每个网格单元内离散泊松方程。然而与正交网格不同的是,本文采用延迟修正法将扩散项分成正交项和非正交项两部分,并将非正交项延迟附加到源项处理。因此,整个代数方程的求解分为内迭代和外迭代,对于内迭代,可以采用双共轭梯度稳定算法来求解大型稀疏矩阵;对于外迭代,当内迭代得到收敛的解时,利用得到的解来更新源项,直到满足相应的条件为止。最后当电势确定之后,选择利用高斯公式来求解网格节点上的电场分布。再次,研究适体网格的生成技术。生成合理的网格对数值计算有重要意义。本文从最典型的直通道型霍尔推力器和渐扩通道霍尔推力器几何模型入手,依次讨论了几种网格方法生成的优缺点,综合考虑,最终选择了块结构化网格。生成适体网格的方法主要有代数法和微分方程法,其中微分方程法又分为椭圆型方程法、抛物线方程法、双曲线方程法。本文采用椭圆型网格生成器,通过分块求解拉普拉斯方程来生成与边界完全贴合的适体网格。最后,本文进行代码的验证。首先逐一测试最基本的代码段,包括粒子运动模块、电势求解器、电场求解等,确保每一段代码的都能实现预期的功能;然后进行整个PIC程序的测试,验证程序在直通道霍尔推力器和渐扩通道霍尔推力器的效果。