Numerical Modeling of plasma flow in an Electrohydrodynamic thruster with two-cathode electrode arrangement

Fathi, Alireza; Ahangar, Mahdy

doi:10.30699/jsst.2019.82177

Numerical Modeling of plasma flow in an Electrohydrodynamic thruster with two-cathode electrode arrangement

Document Type : Original Research Paper

Authors

Alireza Fathi

Mahdy Ahangar

Department of New Technologies Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, IRAN

10.30699/jsst.2019.82177

Abstract

corona discharge which had been considered undesired before, has become popular for different uses in the past decades; including space thrusters. The basic corona discharge has a simple setup including two electrodes with unequal cross-sections; one of which connected to a high voltage and the other connected to ground or opposite voltage. By changing the number of electrodes, the efficiency of corona discharge can be improved. In this paper, number of electrodes have been changed from 2 to 3 in order to study an electrohydrodynamic thruster. Flow characteristics have been studied by solving the electrostatics and Navier-Stokes equations by finite element method (FEM). The results show that with increasing the number of cathodes the thrust, electric current and thrust efficiency will also increase. In similar condition and geometry, maximum produced velocity resulted by applying any electric potential to anode, increases by about 30% in comparison with one-cathode setup.

Keywords

Thruster

Corona Discharge

Electrohydrodynamic

Numerical Modeling

Cold Plasma

20.1001.1.20084560.1398.12.2.1.6

Article Title Persian

مدلسازی جریان پلاسما در یک رانشگر الکتروهیدرودینامیک دو کاتده

Authors Persian

علیرضا فتحی

مهدی آهنگر

دانشکده مهندسی فناوری های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

Abstract Persian

پدیده تخلیه کرونا که در گذشته پدیده‌ای نامطلوب تلقی می‌گردید، طی یک دهه گذشته برای استفاده در مقاصد مختلف از جمله رانشگرهای فضایی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. یک پیکربندی ساده شامل دو الکترود با سطح مقطع نابرابر، که یکی از آن‌ها به منبع تغذیه ولتاژ بالا و دیگری به زمین یا ولتاژ مخالف متصل می‌باشد، اساس تمامی کاربردهای این پدیده است که با تغییر تعداد الکترودها و فاصله بین آن‌ها می‌توان راندمان تخلیه کرونا را بهبود بخشید. در پژوهش حاضر با افزایش تعداد الکترودها با هدف مطالعه یک رانشگر الکتروهیدرودینامیک، مشخصات جریان به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات الکترواستاتیکی و معادلات نویر استوکس به صورت کوپل و با استفاده از روش المان محدود حل شده‌اند. نتایج نشان می‌دهند که با افزایش تعداد کاتد، نیروی پیشران، جریان الکتریکی و راندمان نیروی پیشران افزایش می‌یابند. در هندسه و شرایط آزمایشگاهی یکسان، بیشینه سرعت بدست‌آمده در هر ولتاژ اعمالی در حالت دوکاتده نسبت به حالت تک‌کاتده حدودا 30% افزایش دارد.

Keywords Persian

رانشگر

تخلیه کرونا

الکتروهیدرودینامیک

مدلسازی عددی

پلاسمای سرد