SIMULACIÓN NUMÉRICA DE LA RECOLECCIÓN DE CORRIENTE EN UNA SONDA DE LANGMUIR CILÍNDRICA

LORENZÓN, DENIS; ELASKAR, SERGIO; SANCHEZ-ARRIAGA, GONZALO

Córdoba

Congreso; ENIEF 2016; 2016

Asociación Argentina de Mecánica Computacional y UTN

En este artículo se presenta una adaptación del código Kilaps desarrollado originalmente enla Universidad Politécnica de Madrid. El objetivo del código es simular la dinámica de plasmas en lasinmediaciones de una sonda de Langmuir cilíndrica cuyo potencial eléctrico es cambiadorepentinamente desde cero hasta un valor finito. Las sondas de Langmuir son utilizadas para caracterizarlas propiedades de plasmas y su adecuado modelado tanto teórico como numérico es de fundamentalimportancia para correlacionar las mediciones de una sonda con las propiedades del plasma. Dentro delas aplicaciones en ingeniería aeroespacial, los avances en teoría de sondas de Langmuir son utilizadosen amarras espaciales electrodinámicas y en propulsores por plasma. El código desarrollado utiliza unalgoritmo numérico de tipo Vlasov directo para propagar en el tiempo la ecuación de Vlasov dependientedel tiempo. Implementa fórmulas basadas en diferencias finitas para aproximar las derivadas de lafunción de distribución en el espacio físico y en el de velocidades, y la integración en el tiempo se llevaa cabo mediante un método de Runge-Kutta explícito. Como resultados se presentan diagramas de lavariación de las propiedades del plasma en las inmediaciones de la sonda y de su evolución en el tiempo.Para justificar la resolución de las mallas usadas, se contrastan resultados obtenidos con mallas dedistintos grados de refinamiento analizando la convergencia de la solución al refinar sucesivamente lamalla. Complementariamente, se compara el desempeño de dos compiladores de Fortran ampliamenteutilizados y se realiza un estudio de la escalabilidad del programa al ser ejecutado en múltiplesprocesadores en sistemas de memoria compartida. Además, se discuten algunas potenciales vías deoptimización. Finalmente, se evalúan posibles líneas de acción para mejorar la exactitud de losresultados y extender la aplicabilidad del programa.