Лаборатория динамики неравновесного газа и плазмы
Лаборатория динамики неравновесного газа и плазмы (NGPDL) факультета аэрокосмической техники Университета Колорадо в Боулдере возглавляется профессором Иэном Д. Бойдом и проводит исследования неравновесных газов и плазмы , включая разработку физических моделей для различных представляющих интерес газовых систем. численные алгоритмы на новейших суперкомпьютерах и применение сложных потоков в нескольких интересных проектах. Лаборатория уделяет большое внимание сравнению моделирования с внешними экспериментальными и теоретическими результатами, проводя постоянные совместные исследования с коллегами из Мичиганского университета , такими как Лаборатория плазменной динамики и электрического движения , другими университетами и правительственными лабораториями, такими как НАСА , США. Исследовательская лаборатория ВВС США и Министерство обороны США .
Текущие области исследований NGPDL включают электродвижение , гиперзвуковую аэротермодинамику , потоки с очень малыми масштабами длины ( устройства MEMS ) и обработку материалов (струи, используемые для осаждения тонких пленок для современных материалов). Из-за неравновесных эффектов эти потоки не всегда могут быть точно рассчитаны с помощью макроскопических уравнений газовой динамики и физики плазмы . Вместо этого в лаборатории применяется микроскопический подход, при котором атомы/молекулы в газе и ионы/электроны в плазме моделируются вычислительно с использованием большого количества модельных частиц с помощью сложных методов Монте-Карло . Лаборатория разработала общий 2D/осесимметричный/3D код MONACO для моделирования неравновесных нейтральных потоков, который может работать как на скалярных рабочих станциях, так и в параллельной вычислительной среде.
Лаборатория также разработала общий 2D/осесимметричный/3D код LeMANS для численного решения уравнений Навье-Стокса с использованием вычислительной гидродинамики , когда число Кнудсена достаточно мало. Это позволяет сотрудникам лаборатории исследовать потоки, которые в противном случае были бы слишком дорогими в вычислительном отношении с помощью метода частиц. В настоящее время ведется работа по объединению двух кодов в гибрид, который использует MONACO, когда поток находится в столкновительно-неравновесном режиме, и LeMANS, когда поток можно считать непрерывным.
Текущие и прошлые проекты плазменных и неравновесных потоков включают моделирование ионных двигателей , двигателей на эффекте Холла и импульсных плазменных двигателей ), а также многочисленные контракты НАСА на изучение аэротермодинамики при входе в атмосферу космических аппаратов, включая Crew Exploration Vehicle . Другие исследования плазмы включают моделирование абляции стенок из оружия направленной энергии и взаимодействия плазмы с топливом в электротермических химических пушках .