利用二維磁流體動力學模型，對我們自行設計的圓柱形霍爾等離子體加速器通道內的放電等離子體進行數(shù)值模擬計算，得到了通道內的電子密度、離子密度等分布。從計算的結果看出電子密度和離子密度主要集中在陽極附近，在加速器內通道的上游離子的數(shù)密度很快的增加到最大值4×10¹⁵/m³，在加速器內通道的上游電子的數(shù)密度7×10¹³/m³，說明離化主要發(fā)生在陽極附近，霍爾等離子體加速器出口處離子流密度的分布是雙峰分布，電勢梯度在陽極附近比較大。通過和PIC 方法計算的結果還有試驗比較看出大體具有一致性。

　　從上世紀70 年代前蘇聯(lián)成功發(fā)射霍爾推器到現(xiàn)在有100 多臺霍爾推進器執(zhí)行推進任務并很好的完成了任務。前蘇聯(lián)霍爾推進器的成功發(fā)射激起了各國對霍爾推進器的研究熱情，尤其是美國、日本、歐盟和中國。盡管霍爾等離子體加速器內的物理過程是相當復雜的，經過幾十年的研究現(xiàn)在霍爾加速器技術已經相對成熟。霍爾推力器雖已得到廣泛應用，但其設計標準還主要基于測試試驗。目前霍爾推力器的設計還存在著提高推進效率、降低刻蝕率、提高穩(wěn)定性和壽命等問題。

　　從1990’開始各國對霍爾推進器進行了大量的數(shù)值模擬研究，希望可以取代高費用的試驗研究。到目前為止，這方面理論工作已經做得很多了， 例如A. I. Morozov 、E.Ahedo and P.Martinez- Cerezo等人研究的一維完全流體模型，模型一般都基于準中性假設，把電子、離子和中性粒子都看成流體來處理;G. J. M. Hagelaar 、L.Garrigues、Eduardo Fernandez等人研究的一維或二維瞬時混合模型，在這些模型中，電子輸運描述為無碰撞流體，離子、中性粒子輸運通過動力學來描述;最近，J. C. Adam和FrancescoTaccognaa 等人研究了完全動力學瞬時模型。這些模型基本能夠定性、定量地反映霍爾推進器通道內部放電等離子體的基本物理過程。真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為由于要建一個合理精確的數(shù)值模型來反映復雜的物理過程是很難的，到現(xiàn)在為止還遠沒有建立很完善的數(shù)值模型，而國內對霍爾推進器等離子體理論模擬研究還處于剛起步階段。本文利用二維磁流體動力學模型，對我們自行設計的霍爾等離子體加速器加速通道內的放電等離子體進行數(shù)值模擬。

二維磁流體動力學模型

　　運用二維磁流體動力學模型來模擬推進器中的等離子體流，為了簡化僅考慮單電荷離子。一般在霍爾等離子體加速器內有兩種機制：電子密度遠大于離子密度的真空機制和準中性等離子體機制。模型中的控制方程主要包括電子、離子和中性粒子的動量方程、連續(xù)性方程和電子的能量方程、泊松方程。本文我們考慮的是如圖1所示的區(qū)域。

　　本文用二維磁流體模型模擬了我們自行設計的霍爾等離子體加速器，得到了加速器內電子密度、離子密度等分布。從計算的結果看出電子密度和離子密度主要集中在陽極附近，在加速器內通道的上游離子的數(shù)密度很快的增加到最大值4×10¹⁵/m³，在加速器內通道的上游電子的數(shù)密度7×10¹³/m³，說明離化主要發(fā)生在陽極附近，在陽極附近徑向的磁場是占主要的。電子的速度受到磁場的影響，主要匯集在陽極附近。霍爾等離子體加速器出口處離子流密度的分布是雙峰分布，電勢梯度在陽極附近比較大。

　　通過和PIC 方法計算的結果還有試驗比較看出大體具有一致性。分析產生差異的原因：

　　(1)電子的溫度用的是一維;

　　(2)離化系數(shù)的確定;

　　(3)用的是二維模型，沒有考慮霍爾電流效應

　　為了更好的模擬霍爾等離子體加速器內的狀態(tài)，在將來的工作中把磁流體模擬成三維模型。通過試驗和模擬的結果對比，對模型和離化系數(shù)加以優(yōu)化。