用于非平衡热等离子体数值模拟的物理数学模型

作     者：张晓宁 李和平 A.B.Murphy 夏维东 ZHANG Xiaoning;LI Heping;A.B.Murphy;XIA Weidong

作者机构：中国科学技术大学热科学与能源工程系合肥230027 清华大学工程物理系北京100084 CSIRO Materials Science and EngineeringPO Box 218Lindfield NSW 2070Australia 

出 版 物：《高电压技术》 (High Voltage Engineering)

年 卷 期：2013年第39卷第7期

页      面：1640-1648页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 070204[理学-等离子体物理] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(11035005 50876101 10972119)~~ 

主　　题：热等离子体 非平衡特性 控制方程 输运性质 Chapman-Enskog方法 数值模拟 自洽性 

摘      要：准确的物理数学模型,包括基本控制方程及与其相应的等离子体热力学与输运性质计算公式,是采用数值模拟方法深入研究非平衡热等离子体体系中传热、流动及其他复杂物理化学过程的基础。为此从Boltzmann方程出发,首先推导出描述等离子体中不同组分质量守恒、动量守恒和能量守恒方程以及电流连续性方程等基本控制方程,然后采用修正的Chapman-Enskog方法推导出等离子体输运性质参数,包括扩散系数、粘性系数、电子和重粒子平动热导率和电导率等的表达式。不仅在保证等离子体体系质量、动量、能量和电荷通量自洽的前提下封闭了控制方程,而且与现有广泛采用的描述平衡态热等离子体特性的模型间的自洽性也得到了保证。另外,采用所提出的方法推导出的非平衡热等离子体物理数学模型可以避免对目前仍存在争议的定压比热、反应热导率等参数的定义和计算。