大气压下稳态电子束与空气相互作用机理研究

本项目以具有广泛应用前景的大气压稳态电子束等离子体为研究对象，从理论基础研究的角度出发，采用蒙特卡罗模型描述高能电子与中性原子分子的复杂碰撞过程，并耦合多流体模型，利用数值模拟手段，开展了电子束等离子体产生过程的机理研究和特性分析。深入研究了磁场对大气压电子束等离子体的影响，并通过耦合流场流动研究了流场对大气压电子束空气等离子体性质及时空演化过程的影响。揭示了在不同条件下电子束与大气压空气的作用机理，得到了电子束等离子体在有无磁场两种条件下的特性规律，给出了流场对电子束等离子体产生过程的影响机理，并最终建立一套完整的用于大气压稳态电子束空气等离子体作用机制研究及特性分析的仿真程序包。

项目紧密结合工程背景，以工程研制中遇到的基础性物理问题为研究对象，深入研究了大气压电子束等离子体的产生及演化行为，得到了电子束等离子体的各种参数，获得了一些新性质、新规律，丰富了对大气压电子束等离子体固有认识。.首先采用蒙特卡罗模型建立了电子束在气体中传输的数值仿真模型。采用该模型深入研究了电子束在气体中的传输规律，分析了气压、磁场、电子束能量对束流轨迹的影响。尤其是通过建立多个不同气压的传输通道，研究了电子束在存在气压梯度情况下的传输特性。.利用蒙特卡罗模型对电子束粒子特性描述的优势，研究了电子束在气体中传输时的电离效应，并以此为输入条件，建立了研究电子束等离子体演化的多流体模型。该流体模型耦合了蒙特卡罗模型的研究结果，使得对等离子体参数的研究更加准确可靠。采用该模型，研究了不同气压条件下的电子束等离子体参数和演化规律，得到了等离子体的密度和气体温度参数。.在静态气体研究的基础上，对动态气流中等离子体的性能进行了初步研究。首先对等离子体与流体的作用机理进行了分析，分析表明在大气压下电子束等离子体主要通过体积力和能量注入实现对流体的作用，而气流对等离子体的作用主要通过速度场得到体现。基于分析结果，建立了相应的数值模型，并开发了用于研究动态气流中等离子体行为的仿真程序。该程序功能齐全，可处理复杂结构、高速气流和多时空尺度问题，具有较强的适应性。目前正在利用该程序开展研究。.在全面、系统开展理论研究的基础上，针对典型工况，开展了大气压电子束等离子体的实验研究。实验结果表明电子束可以在大气压空气中产生高密度、大体积、非均匀等离子体。将理论结果与实验结果进行比较，结果显示理论研究结果与试验结果吻合较好，表明所开展的数值仿真程序具有较高的可靠性。