Published January 1, 2022 | Version v1
Publication Open

An integrated fluid simulation platform on Hall thruster plasmas

Creators

  • 1. Dalian University of Technology
  • 2. Peking University

Description

In this work, a newly integrated fluid simulation platform, named DUT-HTFS, is developed for the multiple physical fields in Hall thrusters. The integrated simulation platform includes three inter-related parts: the geometry module, background magnetic field module, and plasma module. Using the geometry module, three sets of meshes for a Hall thruster are obtained. One set of the mesh is for the calculation of the background magnetic fields, the second is for the electric potentials, and the third is for the plasmas. Based on the meshes and using the background magnetic field module, a numerical result of the background magnetic field in the Hall thruster is obtained and discussed. Based on the meshes and the numerical result of the background magnetic field, using the plasma module, the numerical results of the plasmas in the Hall thruster are obtained. The results of the plasma density, the electric field, the electric potential, and the ionization rate are similar to those from HPHALL (Hybrid-PIC Hall thruster code) simulations and are qualitatively consistent with the experimental results from the literature. Furthermore, varying the neutral gas pressure from 0.02 to 0.03 Torr, the numerical results of the plasmas in the Hall thruster are obtained. These results reveal that neutral gas pressure effects contributed considerably to the shape, location, and magnitude of the peak plasma properties, including the ion density, axial electric field, and ionization rate. This fluid simulation platform could provide a new angle of view for better understanding of the physical mechanism in Hall thrusters.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في هذا العمل، تم تطوير منصة محاكاة السوائل المدمجة حديثًا، والتي تسمى DUT - HTFS، للمجالات المادية المتعددة في أجهزة الدفع هول. تتضمن منصة المحاكاة المتكاملة ثلاثة أجزاء مترابطة: وحدة الهندسة، ووحدة المجال المغناطيسي في الخلفية، ووحدة البلازما. باستخدام وحدة الهندسة، يتم الحصول على ثلاث مجموعات من الشبكات لدفاعات هول. مجموعة واحدة من الشبكة لحساب المجالات المغناطيسية الخلفية، والثانية للجهد الكهربائي، والثالثة للبلازما. بناءً على الشبكات وباستخدام وحدة المجال المغناطيسي في الخلفية، يتم الحصول على نتيجة رقمية للمجال المغناطيسي في الخلفية في دافع هول ومناقشتها. بناءً على الشبكات والنتيجة العددية للمجال المغناطيسي للخلفية، باستخدام وحدة البلازما، يتم الحصول على النتائج العددية للبلازما في جهاز الدفع هول. تتشابه نتائج كثافة البلازما والمجال الكهربائي والجهد الكهربائي ومعدل التأين مع تلك المستمدة من محاكاة HPHALL (كود دافع هجين PIC Hall) وتتوافق نوعياً مع النتائج التجريبية من الأدبيات. علاوة على ذلك، وبتغيير ضغط الغاز المحايد من 0.02 إلى 0.03 تور، يتم الحصول على النتائج العددية للبلازما في جهاز الدفع هول. تكشف هذه النتائج أن تأثيرات ضغط الغاز المحايدة ساهمت بشكل كبير في شكل وموقع وحجم خصائص ذروة البلازما، بما في ذلك كثافة الأيونات والمجال الكهربائي المحوري ومعدل التأين. يمكن أن توفر منصة محاكاة السوائل هذه زاوية رؤية جديدة لفهم أفضل للآلية المادية في أجهزة الدفع هول.

Translated Description (French)

Dans ce travail, une plate-forme de simulation de fluide nouvellement intégrée, nommée dut-HTFS, est développée pour les multiples champs physiques des propulseurs à effet Hall. La plate-forme de simulation intégrée comprend trois parties interdépendantes : le module de géométrie, le module de champ magnétique de fond et le module de plasma. En utilisant le module de géométrie, trois ensembles de mailles pour un propulseur à effet Hall sont obtenus. Un ensemble de la maille est destiné au calcul des champs magnétiques de fond, le second aux potentiels électriques et le troisième aux plasmas. Sur la base des mailles et en utilisant le module de champ magnétique de fond, un résultat numérique du champ magnétique de fond dans le propulseur à effet Hall est obtenu et discuté. Sur la base des mailles et du résultat numérique du champ magnétique de fond, en utilisant le module plasma, les résultats numériques des plasmas dans le propulseur Hall sont obtenus. Les résultats de la densité plasmatique, du champ électrique, du potentiel électrique et du taux d'ionisation sont similaires à ceux des simulations HPHALL (Hybrid-PIC Hall thruster code) et sont qualitativement cohérents avec les résultats expérimentaux de la littérature. En outre, en faisant varier la pression du gaz neutre de 0,02 à 0,03 Torr, les résultats numériques des plasmas dans le propulseur à effet Hall sont obtenus. Ces résultats révèlent que les effets de la pression du gaz neutre ont contribué considérablement à la forme, à l'emplacement et à l'amplitude des propriétés du plasma de crête, y compris la densité ionique, le champ électrique axial et le taux d'ionisation. Cette plate-forme de simulation de fluide pourrait fournir un nouvel angle de vue pour une meilleure compréhension du mécanisme physique des propulseurs à effet Hall.

Translated Description (Spanish)

En este trabajo, se desarrolla una plataforma de simulación de fluidos recientemente integrada, llamada DUT-HTFS, para los múltiples campos físicos en los propulsores Hall. La plataforma de simulación integrada incluye tres partes interrelacionadas: el módulo de geometría, el módulo de campo magnético de fondo y el módulo de plasma. Usando el módulo de geometría, se obtienen tres conjuntos de mallas para un propulsor Hall. Un conjunto de la malla es para el cálculo de los campos magnéticos de fondo, el segundo es para los potenciales eléctricos y el tercero es para los plasmas. Con base en las mallas y utilizando el módulo de campo magnético de fondo, se obtiene y discute un resultado numérico del campo magnético de fondo en el propulsor Hall. Con base en las mallas y el resultado numérico del campo magnético de fondo, utilizando el módulo de plasma, se obtienen los resultados numéricos de los plasmas en el propulsor Hall. Los resultados de la densidad del plasma, el campo eléctrico, el potencial eléctrico y la tasa de ionización son similares a los de las simulaciones HPHALL (Hybrid-PIC Hall thruster code) y son cualitativamente consistentes con los resultados experimentales de la literatura. Además, variando la presión del gas neutro de 0,02 a 0,03 Torr, se obtienen los resultados numéricos de los plasmas en el propulsor Hall. Estos resultados revelan que los efectos de la presión de gas neutro contribuyeron considerablemente a la forma, ubicación y magnitud de las propiedades pico del plasma, incluida la densidad iónica, el campo eléctrico axial y la tasa de ionización. Esta plataforma de simulación de fluidos podría proporcionar un nuevo ángulo de visión para una mejor comprensión del mecanismo físico en los propulsores Hall.

Files

5.0078222.pdf

Files (93 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
93 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
منصة محاكاة السوائل المتكاملة على بلازما هول الدافعة
Translated title (French)
Une plateforme de simulation de fluide intégrée sur les plasmas de propulseurs Hall
Translated title (Spanish)
Una plataforma integrada de simulación de fluidos en plasmas de propulsores Hall

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4205401249
DOI
10.1063/5.0078222

Is supplement to
https://openalex.org/W4313703117 (Other)
https://openalex.org/W2992936613 (Other)
https://openalex.org/W2366350639 (Other)
https://openalex.org/W2108615321 (Other)
https://openalex.org/W2087496541 (Other)
https://openalex.org/W2085564391 (Other)
https://openalex.org/W2042049060 (Other)
https://openalex.org/W2028455732 (Other)
https://openalex.org/W1984758362 (Other)
https://openalex.org/W1557607869 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1972246581
  • https://openalex.org/W1984250647
  • https://openalex.org/W2009474477
  • https://openalex.org/W2017508918
  • https://openalex.org/W2018421502
  • https://openalex.org/W2025183496
  • https://openalex.org/W2030903072
  • https://openalex.org/W2044115891
  • https://openalex.org/W2045058770
  • https://openalex.org/W2072415321
  • https://openalex.org/W2081331347
  • https://openalex.org/W2091534654
  • https://openalex.org/W2116282222
  • https://openalex.org/W2119619674
  • https://openalex.org/W2345610077
  • https://openalex.org/W2553879084
  • https://openalex.org/W2563504730
  • https://openalex.org/W2570420454
  • https://openalex.org/W2593486423
  • https://openalex.org/W2597066603
  • https://openalex.org/W2687941538
  • https://openalex.org/W2755102296
  • https://openalex.org/W2789948422
  • https://openalex.org/W2804872065
  • https://openalex.org/W2814891786
  • https://openalex.org/W2889095372
  • https://openalex.org/W2904625899
  • https://openalex.org/W2912893626
  • https://openalex.org/W2945090612
  • https://openalex.org/W2964101367
  • https://openalex.org/W2996691785
  • https://openalex.org/W3029834121
  • https://openalex.org/W3036500871
  • https://openalex.org/W3099031792
  • https://openalex.org/W3107120812
  • https://openalex.org/W3161253000
  • https://openalex.org/W3169442885