本文選題：霍爾磁流體 + 湍流��； 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：磁流體湍流是一種重要的非線性等離子體物理現(xiàn)象,磁流體湍流的研究對于理解磁約束聚變等離子體物理,太陽風(fēng)粒子的加熱和加速以及磁場重聯(lián)具有重要的意義。本論文中我們采用雙流體描述的一種近似模型—不可壓縮霍爾磁流體模型來研究。這個模型相比磁流體方程可以抓住一些雙流體效應(yīng)和等離子體小尺度物理,目前已經(jīng)被廣泛的用于研究磁場的快速重聯(lián)、發(fā)電機(jī)效應(yīng)和太陽風(fēng)湍流。下面我們將圍繞不可壓縮霍爾磁流體模型進(jìn)行以下幾個方面的理論研究。我們利用傅里葉螺旋分解得到了不可壓縮理想霍爾磁流體方程中漲落速度和漲落磁場螺旋分量的動力學(xué)方程,并證明了能量,廣義螺旋度,磁螺旋度在波數(shù)空間的守恒性。進(jìn)一步利用吉布斯系綜得到了左旋和右旋的守恒量統(tǒng)計平衡譜,分析發(fā)現(xiàn)磁螺旋度主導(dǎo)霍爾磁流體湍流的反向級聯(lián),廣義螺旋度主導(dǎo)霍爾磁流體湍流的正向級聯(lián),而且磁螺旋度和廣義螺旋度的取值也決定著哪個螺旋分支在湍流的級聯(lián)中起主要作用。另外,我們研究了不可壓縮霍爾磁流體方程的精確解。理想霍爾磁流體方程存在著圓極化波精確解,漲落速度和漲落磁場之間要滿足平行和反平行的關(guān)系,且它們之間的相關(guān)系數(shù)與波數(shù)有關(guān)。在此基礎(chǔ)上,我們又導(dǎo)出了不可壓縮耗散霍爾磁流體方程的精確解,如果磁普朗特數(shù)Prm≠1,且運動學(xué)雷諾數(shù)和磁雷諾數(shù)都非常大時,漲落速度和漲落磁場是衰減的圓極化波,同時漲落速度和漲落磁場之間會有一個相位差。這個相位差不但與兩個雷諾數(shù)有關(guān),還和波數(shù)有關(guān),它導(dǎo)致漲落速度不再與漲落磁場平行或反平行,這對于理解空間等離子體的非阿爾芬相關(guān)和選擇性衰減過程非常重要。最后,我們得到了不可壓縮理想霍爾磁流體方程的行波精確解,分析發(fā)現(xiàn)外磁場完全不能進(jìn)入超導(dǎo)的等離子體中(等離子體自身產(chǎn)生的磁場會抵消外磁場),但等離子體中有行波傳播,傳播方向可以沿任意方向,這是因為等離子體自身會產(chǎn)生沿傳播方向的磁場,且行波的振幅也與這個磁場成正比。以往的絕對統(tǒng)計平衡理論沒有考慮到沿傳播方向的磁場的能量,我們在考慮了沿波傳播方向的磁場能量的情況下,得到了霍爾磁流體中總能量和廣義螺旋度的系綜平均。本論文的創(chuàng)新點如下:1.利用傅里葉螺旋分解研究了不可壓縮理想霍爾磁流體的絕對統(tǒng)計平衡,指出了磁螺旋度和廣義螺旋度分別主導(dǎo)著霍爾磁流體湍流的反向級聯(lián)和正向級聯(lián)性質(zhì)。2.得到了不可壓縮霍爾磁流體在理想和耗散情況下的圓極化波精確解。特別是耗散情況下,磁普朗特數(shù)不等于1時,漲落速度和漲落磁場不再平行或反平行。3.通過對不可壓縮理想霍爾磁流體行波精確解的分析,發(fā)現(xiàn)外磁場無法進(jìn)入超導(dǎo)等離子體中,但等離子體中有行波傳播,沿波傳播方向的磁場是由等離子體自身產(chǎn)生的。另外,首次在考慮了沿波傳播方向的磁場能量的情況下,得到了霍爾磁流體中總能量和廣義螺旋度的系綜平均。
[Abstract]:Magnetic fluid turbulence is an important nonlinear plasma physical phenomenon , and the study of magnetic fluid turbulence is of great significance for understanding the physics of magnetic confinement fusion plasma , the heating and acceleration of solar wind particles and the reconnection of magnetic field .
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O361.3

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本文編號：2012483