托卡马克台基区等离子体对整体约束起关键作用,一方面高台基顶部压强(或台基高度)能增强芯部等离子体约束,另一方面台基区大压强梯度产生强的不稳定性,增强热流和粒子流输运到第一壁和偏滤器,对边界材料产生潜在的严重损伤。因此,台基区等离子体不稳定性的研究对实现高约束运行有重要意义,本文使用较高可拓展性的BOUT++双流体模型框架,深入分析了 EAST和DⅢ-D托卡马克边界的线性不稳定性和非线性演化过程。台基不稳定性包括气球模、剥裂模和漂移-阿尔芬波(DAW)等,抗磁效应、剪切阿尔芬波和剪切流等能抑制不稳定性。本文首先线性模拟和分析抗磁效应和剪切流对气球模的影响,色散关系被用于定性分析这些效应的物理机制,得到气球模和抗磁效应的分析结果与模拟一致。然而,色散关系的局域性,并不适用于研究剪切流的全局作用。为了更精确的分析这些效应的贡献,以及剪切流对气球模的影响,本文提出了积分色散关系,即模结构的数值积分解色散关系,得到不同物理项的线性增长率。另外,利用动能在全空间的数值积分,分析不同物理效应对自由能的贡献。上述线性分析表明气球模不稳定性由曲率驱动,提供自由能;抗磁效应和剪切流抑制曲率驱动,吸收自由能。基于上述分析方法,研究EAST边界相干模的线性不稳定性,并拓展到非线性湍流驱动机制。线性分析表明EAST相干模不稳定性由剥裂-气球模和DAW驱动,而非线性研究表明湍流由雷诺协强和麦克斯韦协强重新分配自由能驱动,且雷诺协强大概为麦克斯韦协强的七倍,意味着相干模为静电模。另外,为了研究相干模形成和演化过程,利用三波相互作用的能量转移进行分析。结果表明相干模形成过程中,能量从中等模数向低模数模转移,且模模耦合效应增强。相干模演化过程中,密度扰动趋于“单模”耦合,而温度扰动趋于“多模”耦合,其中“单模”耦合容易使剖面坍缩,意味着密度剖面比温度剖面提供更多的自由能驱动湍流。台基湍流不仅使粒子和热流向外输运到偏滤器靶板,也会向内传播,可能对芯部约束产生影响。本文基于EAST/DⅢ-D联合实验,利用DⅢ-D中存在大半径处(归一化小半径ρ>0.5)ITB的平衡,模拟和分析密度剖面对ITB底部和ETB之间湍流的影响。非线性模拟表明密度ITB消失后,粒子通量和热通量分别增大为原来的三倍和五倍,以及台基湍流向内传播更深,到达ITB底部以内。为了分析密度ITB消失后湍流增强的物理机制,首先利用不同E × B剪切流剖面模拟,得到剪切流不是影响湍流输运的主要因素,而密度剖面影响更为重要。另外,利用动能分析湍流,结果表明无密度ITB时雷诺协强重新分配更大的自由能给湍流,使其产生更大的扰动动能,增大台基湍流向内传播。本文提出的线性分析方法丰富了台基不稳定性研究,揭示了理想气球模、抗磁效应和剪切流对不稳定性影响的物理机制。三波相互作用的能量转移展示了相干模形成和演化过程,另外,动能和磁能分析揭示了相干模湍流的驱动机制,以及静电和电磁特征。最后,ITB的模拟和分析表明密度ITB结构对抑制湍流起重要作用。