非平衡ガス・プラズマダイナミクス研究室

コロラド大学ボルダー校航空宇宙工学部の非平衡ガスおよびプラズマダイナミクス研究所( NGPDL)は、Iain D. Boyd 教授が所長を務め、さまざまなガスシステムの物理モデルの開発、最新のスーパーコンピューターでの数値アルゴリズム、いくつかの刺激的なプロジェクトへの困難な流れの適用など、非平衡ガスとプラズマの研究を行っています。この研究所は、シミュレーションと外部の実験結果や理論結果の比較に重点を置いており、ミシガン大学のプラズマダイナミクスおよび電気推進研究所、他の大学、 NASA、米国空軍研究所、米国国防総省などの政府研究所の同僚との共同研究を継続的に行っています。

NGPDLの現在の研究分野には、電気推進、極超音速空気熱力学、非常に小さな長さスケールを伴う流れ（MEMSデバイス）、および材料処理（先端材料の薄膜堆積に使用されるジェット）が含まれます。非平衡効果のため、これらの流れは、気体力学およびプラズマ物理学のマクロ方程式で常に正確に計算できるとは限りません。代わりに、研究室は、ガス内の原子/分子とプラズマ内のイオン/電子を、高度なモンテカルロ法内で多数のモデル粒子を使用して計算でシミュレートするミクロなアプローチを採用しています。研究室は、スカラーワークステーションまたは並列コンピューティング環境のいずれかで実行できる、非平衡中性流をシミュレートするための一般的な2D/軸対称/3Dコード、MONACOを開発しました。

研究室では、クヌーセン数が十分に小さい場合に数値流体力学を使用してナビエ・ストークス方程式を数値的に解くための汎用 2D/軸対称/3D コード LeMANS も開発しました。これにより、研究室のメンバーは、粒子法では計算コストが高すぎる流れを調べることができます。現在、流れが衝突非平衡状態にある場合は MONACO を使用し、流れが連続的であると考えられる場合は LeMANS を使用するハイブリッドに 2 つのコードを組み合わせる作業が行われています。

現在および過去のプラズマおよび非平衡流プロジェクトには、イオン スラスタ、ホール効果スラスタ、パルス プラズマ スラスタのシミュレーションや、宇宙船(Crew Exploration Vehicleを含む) の再突入空気熱力学を研究するための多数のNASA契約が含まれます。その他のプラズマ研究には、指向性エネルギー兵器による壁のアブレーションや電熱化学銃におけるプラズマと推進剤の相互作用のモデル化が含まれます。

https://www.colorado.edu/lab/ngpdl/