ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНСЗВУКОВЫХ СВЕРХАЛЬФВЕНОВСКИХ МГД-ТЕЧЕНИЙ С УСКОРЕНИЕМ В УЗКИХ КОАКСИАЛЬНЫХ КАНАЛАХ В ПРИСУТСТВИИ ПРОДОЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Статья посвящена численным исследованиям течений плотной горячей плазмы в коаксиальных каналах плазменных ускорителей. Плазма рассматривается как сплошная электропроводящая среда, поведение которой описывается в терминах магнитной газодинамики (МГД). В работе используется математическая модель с нестационарными уравнениями «идеальной» одножидкостной магнитной газодинамики, полученная в квазиодномерном приближении. Целью работы является исследование влияния геометрии канала ускорителя в форме сопла и внешнего продольного магнитного поля на параметры установившихся во времени трансзвуковых сверхальфвеновских ускорительных МГД-течений, представляющих наибольший прикладной интерес в разработке плазменных двигателей. Продемонстрировано, что продольное магнитное поле вызывает вращение потока и незначительно снижает ускорительные характеристики канала. Установлено, что расположение «перетяжки», где достигается минимальное сечение канала, практически не влияет на входные и выходные значения потока, но существенным образом сказывается на параметрах потока внутри области канала. Показано, что геометрия канала влияет на величину критического продольного магнитного поля, соответствующего границе сверхальфвеновского режима течения.

1. Морозов А.И., Есипчук Ю.В., Тилинин Г.Н., Трофимов А.В., Шаров Ю.А., Щепкин Г.Я. Экспериментальное исследование плазменного ускорителя с замкнутым дрейфом электронов и протяженной зоной ускорения // ЖТФ, 1972. Т. 42. Вып. 1. С. 54–63.

2. Морозов А.И. Физические основы космических электрореактивных двигателей. М.: Атомиздат, 1978. 328 с.

3. Морозов А.И. Введение в плазмодинамику. М.: Физматлит, 2008. 616 с.

4. Волков Я.Ф., Кулик Н.В., Маринин В.В., Морозов А.И., Соляков Д.Г., Стальцов В.В., Терешин В.И., Тиаров М.А., Цупко Б.Ю., Чеботарев В.В. Анализ параметров потоков плазмы, генерируемых полноблочным КСПУ Х-50 // Физ. плазмы, 1992. Т. 18. С. 1392.

5. Морозов А.И. Принципы коаксиальных стационарных плазменных ускорителей (КСПУ) // Физ. плазмы, 1990. Т. 16. Вып. 2. С. 131–146.

6. Куликов А.Г., Любимов Г.А. Магнитная гидродинамика. М.: Логос, 2005. 328 с.

7. Климов Н.С., Гуторов К.М., Коваленко Д.В., Козлов А.Н., Коновалов В.С., Подковыров В.Л., Ярошевская А.Д. Спектры излучения в потоках ионизующихся газов для установки КСПУ-Т с продольным полем // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, 2022. № 12. 32 с.

8. Брушлинский К.В., Жданова Н.С. Стационарные МГД-течения в соплах с внешним продольным магнитным полем // Изв. АН. Механика жидкости и газа, 2004. № 3. С. 135–146.

9. Styopin E.V. Numerical simulation of near-Alfven MHD flows relaxation with a longitudinal magnetic field // J. Plasma Physics, 2015. Vol. 81. 905810309.

10. Брушлинский К.В. Математические основы вычислительной механики жидкости, газа и плазмы. Долгопрудный: «Интеллект», 2017. 268 с.

11. Степин Е.В. Стационарные МГД-течения в коаксиальных каналах криволинейной конфигурации // Вестник Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2015. Т. 4. № 5. С. 407–420.

12. Брушлинский К.В., Жданова Н.С., Степин Е.В. Ускорение плазмы в коаксиальных каналах с профилированными электродами и продольным магнитным полем // ЖВМиМФ, 2018. Т. 58. № 4. С. 607–617.

13. Брушлинский К.В., Степин Е.В. Численная модель компрессионных течений плазмы в каналах в присутствии продольного магнитного поля // Дифференциальные уравнения, 2019. Т. 55. № 7. С. 929–939.

14. Boris J.P. and Book D.L. SHASTA, a fluid transport algorithm that works // Journal of Computational Physics, 1973. Vol. 11. Pp. 38–69.

15. Оран Э. Численное моделирование реагирующих потоков. М: Мир, 1990. 660 с.

16. Ковалева А.С., Калимуллин Т.Р., Степин Е.В. Математическое моделирование стационарных МГД-течений в узких каналах плазменных ускорителей // IX Международная конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии», ЛаПлаз-2023; Сборник научных трудов. Москва, Россия: НИЯУ МИФИ, 2023. С. 145.