题目：胶质微推力器工作过程数值仿真

新的太空科学任务急需新的推进技术以用于卫星的高精度相对位置保持和消除微小的扰动。胶质微推力器是满足这些任务需求的候选推进技术方案之一。胶质微推力器属于电加速器，但是它不涉及气相离子化（等离子体）过程，因此易于小型化。胶质微推力器工作功率水平很低，羽流扩散角很小，可以有效避免空间飞行器污染问题。胶质微推力器单针推力很小，同时还可以通过微加工集成阵列来成倍的加大推力，通过选择合适的推进剂和工作状态，微推力器的比冲可以达到500～7000s，这使得它成为一系列任务计划的候选技术方案。本文将试图进行胶质微推力器的数值仿真以了解胶质微推力器工作过程，同时展开实验方案的设计。仿真的目标是使用数值方法计算单针工作在锥－射流电喷雾模式下时的电流，液滴尺寸，速度，电场强度，流动，流量和电压等参数。数值仿真给出了胶质射流的锥－射流转捩区域的模型，计算区域按照典型的电喷雾实验结构布置，从毛细管针开始直到抽取极板。计算假定液体是非可压缩的粘性流体，其电导率为常数。在求解电势和电场时，考虑电荷松弛过程的影响，模型方程通过细长近似简化。计算结果包括理论计算的Taylor锥形状和数值计算的无射流状态下的电场分布。数值计算的电场分布与有限元软件计算结果对比，轴线上电场分布曲线基本一致。除此还对胶质微推力器的性能进行了预估。但是由于程序调试的原因，本文未能得到耦合电场的电喷雾射流计算结果。除了模拟射流锥的形成，本文还建立了射流下游液滴的运动和蒸发模型，对电喷雾锥中的带电液滴的尺寸和速度分布进行相应的计算。通过这个模型对带电液滴微粒的运动和蒸发过程进行计算和分析。由此得出：外加电场的作用是液滴在射流尖端产生后沿着轴向运动的主要因素；而液滴之间的相互排斥作用则是液滴之间分离的主要原因。本文的最后给出了胶质微推力器的地面实验方案，对实验难点进行了分析。