非线性阿尔芬波在磁流体力学等离子体中的传播

发布时间:2021-09-29 16:06
  本文假设磁化等离子体中存在各向同性的电阻和粘滞耗散机制,首先理论分析了非线性Alfvén波在二维非均匀密度场和非均匀速度场等离子体中的传播,并给出了Alfvén波及其激发的快慢磁声波的演化方程。我们将LCPFCT算法推广到多维情况,采用直接时间积分法求解磁流体力学方程组,数值研究了在不同边界条件下非线性Alfvén波在等离子体中的传播特性。我们首先研究了一维理想等离子体中的非线性Alfvén波。研究发现:边界驱动的弱非线性Alfvén波列激发出两种类型的纵向运动:声波扰动和有质动力扰动;并且它们在高/低β等离子体中有不同的运动规律。在周期边界条件下,弱非线性Alfvén波激发出振幅随时间周期性变化的纵向运动,其中振幅的调制频率与等离子体β相关。通过增大驱动波振幅,可以加强Alfvén波的非线性效应。在强非线性情况下,边界驱动的Alfvén波列在传播过程中逐渐变陡峭并形成激波;并因激波所在位置出现的强电流片而逐渐耗散。在周期边界条件下,我们发现Alfvén波在耗散过程中通过Loréntz力做功将能量转化成等离子体热能,从而加热等离子体。除增大驱动波振幅外,还可以通过共振的方法激发出强非线... 

【文章来源】:中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】:128 页

【学位级别】:博士

【部分图文】:

非线性阿尔芬波在磁流体力学等离子体中的传播


图1.1等离/?体分类[3]??很多

等离子体,单粒子,带电粒子,道理


1?10*?;n"?":。?.10"/?化"??图1.1等离/?体分类[3]??很多。要使这类集体运动得^;1显示,需要等离子体存在的时间尺度也应该比??长很多。因此,只是等离子体存在特征时间尺度的下限。同时,Debye半径??Ad可^>1看成是等离子体中电中性条件成立的最小空间尺度,而等离子体振荡属??期可看成是电中性条件成立的最小时间尺度。??等离子体参量依赖于两类更基本的物理曼。一类是粒子特性的物埋常数:电??子、离子质豈me、m.i;电子、离子电荷-e、z,e;另一类是体系的宏观状态量:??电子、离子数密度n.e、n,;电子、寓子温度7;、T:。固体、液体、气体王态仅仅??存在于低温高密度的参数区域,而等离子体存在的参数范围非常宽广:粒子数密??度可a从1炉m-3到1033m-3,跨越30个数量级;温度可UUUO-ifV娶j?l〇6W,??跨越7个数呈级。可a想象:当等离子体的密度温度不同时

区域图,二维数值模拟,区域,边界条件


图3.1二维数值模拟区域瑪喀示意亟。阴影部分方保护单荒格。??扔于边界疆动Alfv細波.J方向上取自由边界条件:g?L=〇二0,黨;T=化二0I??如,J二柄J,如Vx+I,j?=心山j,?片67/方向上左边界速度取??誓!?=?0,?Vy?(x,?0,?t)?=?0,?(x,?0,t)?=?A?sin?{ujt),?(3.68^?ly=o??中A为振幅,w为频率。左边界其它最1^^及右边界所有霞都取自由边界条件:A,i{pVx)i,l??0??

【参考文献】:
期刊论文
[1]Magnetohydrodynamics (MHD) numerical simulations on the interaction of the solar wind with the magnetosphere: A review[J]. WANG Chi,GUO XiaoCheng,PENG Zhong,TANG BinBin,SUN TianRan,LI WenYa,HU YouQiu.  Science China(Earth Sciences). 2013(07)



本文编号:3414013

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