Laboratorio de Dinámica de Plasma y Gas de Desequilibrio - Nonequilibrium Gas and Plasma Dynamics Laboratory
El Laboratorio de Dinámica de Plasma y Gas en No Equilibrio (NGPDL) en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Colorado Boulder está dirigido por el profesor Iain D. Boyd y realiza investigaciones de gases y plasmas en no equilibrio que involucran el desarrollo de modelos físicos para varios sistemas de gas de interés, algoritmos numéricos en las últimas supercomputadoras y la aplicación de flujos desafiantes para varios proyectos interesantes. El laboratorio pone mucho énfasis en la comparación de la simulación con resultados experimentales y teóricos externos, y tiene estudios de colaboración en curso con colegas de la Universidad de Colorado Boulder., otras universidades y laboratorios gubernamentales como la NASA , el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y el Departamento de Defensa de los Estados Unidos .
Las áreas de investigación actuales del NGPDL incluyen propulsión eléctrica , aerotermodinámica hipersónica , flujos que involucran escalas de longitud muy pequeña ( dispositivos MEMS ) y procesamiento de materiales (chorros utilizados en la deposición de películas delgadas para materiales avanzados). Debido a los efectos del desequilibrio, estos flujos no siempre pueden calcularse con precisión con las ecuaciones macroscópicas de la dinámica de los gases y la física del plasma . En cambio, el laboratorio ha adoptado un enfoque microscópico en el que los átomos / moléculas en un gas y los iones / electrones en un plasma se simulan computacionalmente utilizando una gran cantidad de partículas modelo dentro de sofisticados métodos de Monte Carlo . El laboratorio ha desarrollado un código general 2D / axi-simétrico / 3D, MONACO, para simular flujos neutrales sin equilibrio que pueden ejecutarse en estaciones de trabajo escalares o en un entorno informático paralelo .
El laboratorio también ha desarrollado un código general 2D / axi-simétrico / 3D, LeMANS, para resolver numéricamente las ecuaciones de Navier-Stokes utilizando dinámica de fluidos computacional cuando el número de Knudsen es suficientemente pequeño. Esto permite a los miembros del laboratorio explorar flujos que de otro modo serían demasiado costosos computacionalmente con un método de partículas. Actualmente se está trabajando para combinar los dos códigos en un híbrido que usa MONACO cuando el flujo está en el régimen de no equilibrio de colisión y LeMANS cuando el flujo puede considerarse continuo.
Los proyectos de flujo de plasma y de desequilibrio actuales y pasados incluyen la simulación de propulsores de iones , propulsores de efecto Hall y propulsores de plasma pulsado ), así como numerosos contratos de la NASA para estudiar la aerotermodinámica de reentrada para vehículos espaciales, incluido el Vehículo de exploración de tripulación . Otra investigación con plasma incluye el modelado de la ablación de la pared de armas de energía dirigida y la interacción plasma-propulsor en pistolas químicas electrotérmicas .