19854.月坑對單個和大量月塵顆粒的靜電浮揚(yáng)影響的數(shù)值計(jì)算分析

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文月坑對單個和大量月塵顆粒的靜電浮月坑對單個和大量月塵顆粒的靜電浮揚(yáng)影響揚(yáng)影響的數(shù)值計(jì)算的數(shù)值計(jì)算分析分析NumericalComputationofLunarCrater’sImpactonSingularMultipleLunarDusts’ElectrostaticLevitation學(xué)科專業(yè)：固體力學(xué)研究生：毛子瑞指導(dǎo)教師：崔玉紅教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2013年05月中文中文摘要摘要上世紀(jì)中后葉，西方發(fā)達(dá)國家

2、對月球環(huán)境進(jìn)行了一系列探索和研究，并成功將月球探測器和人類第一次送到了月球，得到了月球環(huán)境研究的第一手資料。其中，令宇航員印象非常深刻的現(xiàn)象是月塵對月球探測器設(shè)備的強(qiáng)烈腐蝕作用以及月塵在空中的漂浮現(xiàn)象。引起月塵漂浮的因素是多方面的，如微重力、探測器的撞擊以及月球表面的靜電場環(huán)境等等。國內(nèi)外相關(guān)科學(xué)家已經(jīng)對月塵的靜電浮揚(yáng)現(xiàn)象展開了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算兩方面的研究，分析了太陽角等各種要素對于平坦環(huán)境中月塵漂浮現(xiàn)象的影響。但是，月球表面并不總是平坦

3、的，存在大量的月坑。本論文針對月坑環(huán)境中的月塵發(fā)生靜電浮揚(yáng)現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，探究了月坑的存在對月塵靜電浮揚(yáng)的影響。研究過程分為兩步：首先根據(jù)電磁場理論，采用基于Matlab的二維PIC（質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格法）模擬了月坑環(huán)境下月球表面的空間電場，得到了月球表面的電場和電勢在月坑周圍的空間分布；第二步，基于這一結(jié)果，引進(jìn)了試驗(yàn)粒子模擬月塵顆粒，并考慮了月塵和月球表面的內(nèi)摩擦力和黏附力，根據(jù)運(yùn)動學(xué)方程和電磁場理論，計(jì)算了月坑對不同大小的月塵浮揚(yáng)軌跡的

4、影響，得到了在月坑周圍不同位置處能夠發(fā)生浮揚(yáng)現(xiàn)象的月塵的最大顆粒半徑。另外，本文還研究了0.3m厚的大量月塵在該電磁場環(huán)境中的靜電浮揚(yáng)過程，并根據(jù)赫茲彈性接觸理論和電磁場理論，考慮了顆粒之間的相互碰撞以及帶電月塵與空間電場之間的相互影響，采用離散單元法對月坑環(huán)境下大量月塵的運(yùn)動情況進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得到了月塵分布隨時間的變化情況，以及動態(tài)平衡后月塵在月球表面的分布情況等等。結(jié)果表明，月坑對遠(yuǎn)處的月塵沒有明顯的影響，但會影響月坑附近的帶電月

5、塵，使它們向月坑內(nèi)發(fā)生遷移，并且?guī)щ娫聣m顆粒半徑越小受月坑作用越明顯；在月坑側(cè)壁能夠發(fā)生靜電浮揚(yáng)的月塵最大半徑最大，坑外相對較小；帶電月塵會使月球表面的電場趨于均勻；當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡后，分布在坑內(nèi)側(cè)壁的月塵數(shù)目最多，靠近月坑外圍的月表的月塵分布最少，月坑遠(yuǎn)處的月塵數(shù)目和沒有月坑時的分布保持一致。本文的創(chuàng)新點(diǎn)是考慮了月坑環(huán)境，并模擬了大量的月塵，考慮了月塵和月球表面之間的黏附力和內(nèi)摩擦力以及月塵之間的相互碰撞過程。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：月塵；靜電