题目：电磁推进中的等离子体流动模拟

本文主要研究电推进中等离子体的流动。目前主要有两种模拟等离子体流动的方法。一种是粒子动力学方法，从微观粒子的角度研究等离子体流动的物理过程。另一种是磁流体力学方法，是基于连续介质假定研究等离子体的流动。本文对用于电推进中涉及的等离子体流动的网格质点法（PIC）和磁流体力学方法（MHD）的物理数学模型进行了描述并发展了相应的程序。在PIC算法中，离子被看作是有限质量的粒子，而电子当作无质量的流体。在MHD方法中除了求解传统的流体力学方程组，还要求解麦克斯韦方程组。为了研究等离子体帆中太阳风粒子和磁场之间的动量交换，本文用PIC程序对太阳风和偶极子磁场的相互作用过程做了模拟。模拟结果验证了在磁压等于动压的作用区域，会形成弓形激波。并且磁场越强，弓形激波越大。在磁顶层附近的太阳风粒子会发生偏移，有些甚至会反射回去。这种现象表明太阳风粒子的动量由于磁场的作用会有损失，并对线圈的磁场产生了力的作用。本文还发展了拟用于MHD模拟的数值计算程序。对Godunov 格式，Roe格式和Harten-Yee格式等一些数值格式进行了介绍并用来求解控制方程。为了验证程序的正确性，选取了经典Riemann问题及Emery问题作为测试。结果表明，本程序在求解Riemann问题时表现良好，但在解Emery问题时还有些细节捕捉不到。目前本程序未完成与电磁场的耦合求解，有待今后进一步完成。