等离子体中磁岛链不稳定性相关问题的模拟研究

发布时间：2021-05-14 08:23

　　磁场重联是空间和实验室等离子体中常见的一种快尺度物理过程,如太阳风撞击地球磁层、地球磁尾亚暴、托卡马克等离子体破裂等都与磁场重联紧密相关。磁场重联会引起磁场拓扑结构的改变,并伴随着等离子体磁能的释放和等离子体动能的增加。近些年来,人们对于重联理论开展了许多理论和模拟研究。针对空间和实验室中的磁场重联现象,学者们提出了许多可能的触发快速磁场重联的物理机制,最近提出的磁岛链不稳定性就是其中一个。当等离子体系统的磁雷诺数大于一定值时,细长的电流片上就会产生超阿尔芬波不稳定性,电流片断裂从而产生磁岛链。在随后的非线性阶段,小磁岛增长并逐渐融合,导致快速磁场重联的发生。目前,在空间物理和磁约束等离子体中观测到的磁岛链的结构也证明了磁岛链不稳定性引起的快速磁场重联。本论文针对磁岛链不稳定性,采用二维三分量的电阻磁流体模型,数值研究垂直平面驱动流、导向磁场、非对称性磁场结构对磁岛链不稳定性的影响,以数值模拟的方式解释了磁岛链的快速增长机制。第一章,介绍了本论文研究的课题背景,简述了磁场重联的基础理论和重要模型,并介绍了近几十年磁岛链不稳定性的研究进展。第二章,介绍了研究等离子体的三种主要模型:磁流体... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 磁场重联
    1.2 磁场重联的理论模型
        1.2.1 Sweet-Parker重联模型
        1.2.2 Petschek重联模型
        1.2.3 无碰撞磁场重联:霍尔磁重联
    1.3 磁岛的形成过程
    1.4 磁岛链不稳定性及相关进展
    1.5 研究动机
    1.6 研究的工作和内容安排
2 等离子体数值研究方法
    2.1 磁流体模拟研究(MHD)
    2.2 粒子模拟研究(PIC)
    2.3 混合模拟研究(Hybrid)
3 垂直平面驱动流对磁岛链形成的影响
    3.1 模型和方法
        3.1.1 基本方程
        3.1.2 无量纲化
        3.1.3 平衡条件及算法
    3.2 模拟结果
        3.2.1 驱动流宽度对磁岛链形成的影响
        3.2.2 驱动流强度对磁岛链形成的影响
    3.3 本章小结
4 垂直平面驱动流和导向B_y场对磁岛链的共同作用
    4.1 模型和方法
    4.2 模拟结果
    4.3 本章小结
5 非对称磁重联中磁岛链形成的过程
    5.1 模型和方法
    5.2 模拟结果
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3185323