Моделирование взаимодействия потока разреженной плазмы с обтекаемым заряженным проводящим цилиндром вблизи проводящей поверхности

Abstract

Предложена методика двумерного численного моделирования взаимодействия разреженной плазмы с заряженным телом вблизи проводящей поверхности. Методика основана на решении конечно-разностным методом установления с расщеплением по физическим процессам на вложенных пространственных сетках уравнений Власова–Пуассона. В итерационном процессе для расчета самосогласованного электрического поля используется приближение Пуассона–Больцмана с модельным распределением концентрации электронов в центральном поле. Обоснована эффективность методики для монотонного электрического поля в окрестности заряженного цилиндра. Показано, что вблизи проводящей поверхности заметно меняется значение плавающего потенциала и наклон электронной ветви вольтамперной характеристики цилиндрического зонда. Практическое применение методики позволит повысить информативность зондовых измерений.

Запропоновано методику двовимірного чисельного моделювання взаємодії розрідженої плазми з зарядженим тілом поблизу провідної поверхні. Методика заснована на розв’язанні кінцево-різницевим методом установлення з розщепленням за фізичними процесами на вкладених просторових сітках рівнянь Власова–Пуассона. В ітераційному процесі для розрахунку самоузгодженого електричного поля використовується наближення Пуассона–Больцмана з модельним розподілом концентрації електронів у центральному полі. Обґрунтовано ефективність методики для монотонного електричного поля навколо зарядженого циліндра. Показано, що поблизу провідної поверхні помітно змінюється значення плаваючого потенціалу і нахил електронної гілки вольтамперної характеристики циліндричного зонду. Практичне застосування методики дозволить підвищити інформативність зондових вимірювань.

The technique of the 2D numerical simulation of interactions between a rarified plasma and the charged body near the conducting surface is proposed. The technique is based on the solution of the Vlasov–Poisson equations by the method of finite differences with splitting on physical processes on the nested spatial grids. In the iterative process the Poisson–Boltzmann approach with a simulated distribution of the electron concentration in the central field is used for computation of the self-consistent electrical field. Efficiency of the technique for a monotonous electrical field near the charged body is proved. It is shown that the value of the floating potential and the slope of the electronic branch of the voltage-current characteristic of a cylindrical probe is considerably varied near the conducting surface. Practical application of this technique improves the informativity of probe measurements.