Nonequilibrium Gas and Plasma Dynamics Laboratory - Nonequilibrium Gas and Plasma Dynamics Laboratory
Den Nonequilibrium Gass og Plasma Dynamics Laboratory (NGPDL) ved Aerospace Engineering Department of the University of Colorado Boulder ledes av professor Iain D. Boyd og utfører forskning av nonequilibrium gasser og plasmaer som involverer utvikling av fysiske modeller for ulike gass systemer av interesse, numeriske algoritmer på de siste superdatamaskinene, og anvendelsen av utfordrende strømmer for flere spennende prosjekter. Laboratoriet legger stor vekt på sammenligning av simulering med eksterne eksperimentelle og teoretiske resultater, og har pågående samarbeidsstudier med kolleger ved University of Colorado Boulder, andre universiteter og regjeringslaboratorier som NASA , United States Air Force Research Laboratory og USAs forsvarsdepartement .
Nåværende forskningsområder i NGPDL inkluderer elektrisk fremdrift , hypersonisk aerotermynamikk , strømninger som involverer meget små lengdeskalaer ( MEMS- enheter) og materialbehandling (stråler brukt i avsetning tynne filmer for avanserte materialer). På grunn av ikke-likevektseffekter kan ikke disse strømningene alltid beregnes nøyaktig med de makroskopiske ligningene av gassdynamikk og plasmafysikk . I stedet har laboratoriet benyttet seg av en mikroskopisk tilnærming der atomer / molekyler i en gass og ioner / elektroner i plasma simuleres beregningsmessig ved hjelp av et stort antall modellpartikler innen sofistikerte Monte Carlo-metoder . Laboratoriet har utviklet en generell 2D / aksisymmetrisk / 3D-kode, MONACO, for å simulere ikke-likevektige nøytrale strømmer som kan kjøre enten på skalære arbeidsstasjoner eller i et parallelt databehandlingsmiljø .
Laboratoriet har også utviklet en generell 2D / aksisymmetrisk / 3D-kode, LeMANS, for å numerisk løse Navier-Stokes-ligningene ved hjelp av beregningsvæskedynamikk når Knudsen-tallet er tilstrekkelig lite. Dette gjør at laboratoriemedlemmer kan utforske strømmer som ellers ville være for beregningsdyr med en partikkelmetode. Det arbeides for øyeblikket med å kombinere de to kodene til en hybrid som bruker MONACO når strømmen er i kollisjonssviktregimet og LeMANS når strømmen kan betraktes som kontinuerlig.
Nåværende og tidligere plasmaprosjekter og ikke-likevektsflytprosjekter inkluderer simulering av ionepropeller , Hall-effektpropellere og pulserende plasmapropeller ), samt mange NASA- kontrakter for å studere aerotermodynamikk for nyinnkjøring av romfartøy, inkludert Crew Exploration Vehicle . Annen plasmaforskning inkluderer modellering av ablasjon av vegger fra styrte energivåpen og plasma-drivmiddelinteraksjon i elektrotermiske kjemiske våpen .