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基于格子Boltzmann的等离子射流数值模拟

党亚兵  
【摘要】:等离子体射流的研究是等离子体点火,等离子体喷涂与熔射和材料处理的重要组成部分。对等离子体射流的特性研究有助于优化各种运用参数,达到工业运用的最佳效果,由于等离子体发生装置产生的等离子体射流是一个比较复杂的过程,此时只通过实验来获取更多的信息是很困难的,因此必须借助对等离子体射流的速度场和温度场数值模拟的方式来获取更多的流场信息,这对以后研究有着一定的理论意义和实际价值。 本文包含以下几个内容: (1)介绍了大气压等离子体射流的发展,通过实验了解了介质阻挡放电的特性,并对等离子体的基本性质,等离子体的存在条件,各状态下的状态方程以及宏观方程进行了阐述,为等离子体射流模型的建立提供理论基础。 (2)通过五个基本假设得到等离子体的二维流场的方程,将三维的等离子体射流简化为二维轴对称射流。 (3)阐述了格子Boltzmann方法的原理与常用的格子模型,对D2Q9模型的权系数进行了推导。 (4)根据假设确定计算区域,选择相应的格子Boltzmann模型。采用MATLAB编程,用所选的格子Boltzmann模型对等离子体射流的温度场和速度场进行数值仿真,并分析了等离子体射流场的变化规律。


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