一维单粒子情况下等离子体流体力学方程组推导
作者单位：安徽大学
会议名称：《第十七届全国电波传播年会》
会议日期：2022年
学科分类：07[理学] 070204[理学-等离子体物理] 0702[理学-物理学]
关 键 词：等离子体 电磁波 单粒子 流体力学方程组 FDTD
摘 要：等离子体是由电子、离子等带电粒子以及中性粒子(原子、分子、微粒等)组成的,宏观上呈现准中性,且具有集体效应的混合流体.在等离子体研究中,等离子体与电磁波的相互作用是个很有意义的研究课题.这方面最早的研究是利用电磁波的传播效应来探测地球的电离层.此后,电磁波在等离子体中的传播特性得到了越来越多的研究.等离子体中的波动现象是等离子体物理研究中最基本的物理现象,在研究等离子体中的波动现象之前,必须明确所需的物理量及这些物理量满足的方程组.由于等离子体是由大量自由运动的带电粒子组成的动力学系统,所以我们运用等离子体流体理论,采用数学描述对电离层等离子体中电磁传播驱动的电离层进行理论研究,从而得到流体模型.等离子体流体理论实质上是一种基于流体质量方程、电荷、动量和能量连续性以及麦克斯韦方程的宏观理论.本文从流体力学方程出发,推导了等离子体中单粒子情况下的一维麦克斯韦方程组的时域有限差分(finite-difference time-domain, FDTD)迭代式.对电子的连续性方程和动量方程进行整合处理,推导出一维流体力学方程组,联合FDTD迭代式获得相应的电磁分布.进一步了解了电磁波与等离子体之间的非线性相互作用,为研究等离子体中的电磁传播特性提供了理论基础.