非线性阿尔芬波在磁流体力学等离子体中的传播

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:champhorse
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
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。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。  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,发现Alfvén波在耗散过程中通过Lorentz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性Alfvén波。当满足共振条件(vA=cs)时,边界驱动的Alfvén波列在传播过程中将能量不断转移到纵向运动中,从而使Alfvén波非线性效应逐渐增强,最终形成激波。在周期边界条件下,我们发现:当满足共振条件的Alfvén波在等离子体中传播时,等离子体加热分为最初的共振加热和之后的激波加热两个阶段。  在考虑了电阻和粘滞耗散机制之后,Alfvén波在等离子体中传播的过程中将受到电阻和粘滞阻尼。研究发现:在弱非线性情况下,边界驱动的Alfvén波列的电阻粘滞阻尼不仅与耗散系数有关,还依赖于驱动波频率以及本底磁场和等离子体密度;当电阻率和粘滞系数满足η=ζ/ρ0时,Alfvén波列在电阻和粘滞等离子体中的表现完全一样。而纵向运动在电阻和粘滞等离子体中却有不同的表现,并且与等离子体β相关。发现当Alfvén波列在强阻尼等离子体中传播时,最初的半个周期阻尼较慢,并逐渐转化成一个高斯型的阻尼孤立波。考虑了平行磁场方向速度U0的影响,发现:当U0与Alfvén波列速度方向一致时,Alfvén波列的电阻和粘滞阻尼效应减弱;反之则增强。  在二维情况下,研究了非均匀等离子体中的非线性Alfvén波。研究发现:在周期边界条件下,弱非线性Alfvén波在密度非均匀理想等离子体中发生相混合,并激发出快磁声波。快磁声波振幅在经历初始线性增长阶段之后,发生振荡并慢慢趋于饱和;饱和振幅正比于驱动波振幅的平方。这个过程不仅与Alfvén波频率和Alfvén速度梯度有关,还依赖于本底等离子体压强。在非理想等离子体中,非均匀密度场引起的Alfvén波相混合会增强电阻粘滞阻尼效应,并出现类似一维强阻尼情况下的阻尼孤立波现象。此时等离子体加热过程由两部分组成:边界高密度区域的电阻粘滞加热和相混合强化的电阻粘滞加热,后者将逐渐成为主导加热机制。通过与非均匀速度场引起的Alfvén波相混合效应相比较发现:在有着相同Alfvén波传播速度的非均匀速度场中,Alfvén波波长与非均匀密度场中的相同;但由于本底等离子体密度的不同,导致了振幅阻尼的差异。  最后分别研究了稳定速度场、分层密度场和发散型磁场对非均匀等离子体中非线性Alfvén波的影响。沿磁场方向速度场对Alfvén波列传播的影响类似于一维情况;但二维情况下的速度场不仅影响了Alfvén波列的电阻粘滞阻尼,而且还影响了Alfvén波相混合阻尼。在考虑了沿磁场方向指数衰减的分层密度场之后,发现Alfvén波扰动速度的振幅阻尼效应减弱了,扰动速度的波长逐渐增大;而发散型磁场对Alfvén波列传播的影响正好与此相反。
其他文献
桂林鸡血玉产于桂林龙胜各族自治县三门镇蔚青岭西北坡鸡爪一带。形成年代距今10亿年、是古板块缝合带深海底火山沉积变质产物。其主要矿物成分是玉髓及红色粘土。其结构主要
书法,是修远,是思接千载的事。每个有定力的书家,身上都同时活着好几个时代,活着一堆亡魂。书法,就是从已逝时间,从这些亡灵,把自己的新生换出来。比如,从王羲之换神韵,从颜
论文是以文本表征为切入口,对知识在化学内容中的存在方式,各化学要素之间的紧密联系,知识在教科书中体系化的形成,做出细致的分析;同时也对化学课程选择模型进行了初期的探
全媒体时代背景下,市场及受众需求为今天的动画创作提供了大量的应用路径,其中,运用在电视广告领域并极富创意的动画总能成为人们茶余饭后的不厌话题。这些动画类型的广告作
在单个原子或分子尺度上调控原子或者分子的电荷和自旋态不仅对自旋-电子以及自旋-自旋相互作用有着更基础的理解,而且也是发展和设计自旋电子学和量子信息处理器件的先决条件
纤锌矿InN半导体是人们关注的课题之一,本文利用基于密度泛函理论的第一原理总能计算方法,采用超原胞模型,分别用US-PP(Ustralsoft- pseudopotential)势和PAW(projector augm
纳米管的结构和性质的多样性,使其成为当今比较热门的研究领域之一。本论文给出了单壁BC3纳米管的结构、对称性和晶格振动模的对称性分类;基于对称性适配力常数模型,计算了不同
学位
本文研究了Sr位替代氧化物Sr2-xOdxFeMoO6的正电子湮没、输运特性,及掺杂所引起的结构和性质的变化。 采用传统固相反应法制备了系列氧化物Sr2-xGdxFeMoO6(x=0,0.05,0.1,0
Bc介子是由两个重味价夸克(即b夸克和c夸克)组成的基态,且具有极为丰富的衰变道,这就为检验标准模型、确定模型参数和探寻可能存在的新物理提供了一个很好的场所。在欧洲核子
作者指出,通过举办业余党校,利用正规化教育手段,让党员干部进行科学理论和业务知识学习,是一个干部培训的好思路。 The author points out that it is a good train of tho