本文關(guān)鍵詞：磁重聯(lián)過(guò)程中生成的阿爾芬波的能量的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：等離子體是由帶正電的離子、帶負(fù)電的電子以及其他中性粒子混合組成的一種氣團(tuán)狀物質(zhì)。在自然界中存在著許多天然的等離子體,例如閃電就是將空氣擊穿成為等離子體而形成的。太陽(yáng)本身就是一個(gè)龐大的聚變?nèi)蹱t,它的主要成分就是等離子體。人們?nèi)粘Ｉ钪幸灿械入x子體存在,最常見(jiàn)的要數(shù)日光燈,通過(guò)放電激發(fā)惰性氣體分子來(lái)使其發(fā)光,而這些被激發(fā)的惰性氣體分子即是處于等離子體狀態(tài)。盡管等離子體和氣體有一些相似的地方,但是它們還是有許多不同的。整體上,等離子體是電中性的,氣體是不帶電的；在局部,氣體仍然是不帶電的,但等離子體卻帶有電磁特性。等離子體的這種特點(diǎn)也稱為“準(zhǔn)中性”。對(duì)于氣體而言,正因?yàn)槠涫遣粠щ姷?粒子間的相互作用主要是彈性碰撞。對(duì)于等離子體,由于不僅包含中性粒子,還包含了帶電粒子,因此粒子間的相互作用還有庫(kù)侖碰撞,電磁力使得等離子體的表現(xiàn)與氣體大不相同,提高了研究難度。磁重聯(lián)是磁化等離子體中的一個(gè)非常重要的基本物理過(guò)程。有許多觀測(cè)表明磁重聯(lián)對(duì)于磁化等離子體中的能量轉(zhuǎn)換和輸運(yùn)問(wèn)題起到關(guān)鍵的作用,甚至有人認(rèn)為磁重聯(lián)是磁化等離子體中最重要的基本物理過(guò)程。通過(guò)磁重聯(lián)過(guò)程,磁場(chǎng)能量能夠被轉(zhuǎn)化為等離子體的熱能和動(dòng)能。并且磁重聯(lián)還被廣泛地認(rèn)為是無(wú)碰撞等離子體中的一種基本的能量轉(zhuǎn)換和輸運(yùn)機(jī)制。磁重聯(lián)過(guò)程中能夠產(chǎn)生許多種波動(dòng),比方說(shuō)阿爾芬波和磁聲波。已經(jīng)有許多理論和實(shí)驗(yàn)對(duì)太陽(yáng)環(huán)境下磁重聯(lián)產(chǎn)生阿爾芬波的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行討論。人們認(rèn)為在光球?qū)印⑸驅(qū)雍腿彰嶂袕V泛存在著磁重聯(lián)過(guò)程。除了日冕加熱問(wèn)題,阿爾芬波對(duì)于太陽(yáng)風(fēng)的加速問(wèn)題也起到關(guān)鍵作用。因此,我們認(rèn)為進(jìn)一步量化地研究磁重聯(lián)過(guò)程中生成的阿爾芬波能量相關(guān)的問(wèn)題非常有意義。本文主要運(yùn)用二維MHD代碼做了磁重聯(lián)過(guò)程中阿爾芬波能量相關(guān)問(wèn)題的數(shù)值模擬研究。第一部分,我們提出了一種全新的估算磁重聯(lián)過(guò)程中生成阿爾芬波能量的方法。該部分采用了局域的反常電阻來(lái)驅(qū)動(dòng)磁重聯(lián)。該方法的計(jì)算結(jié)果表明阿爾芬波的x分量和z分量的分布與磁力線和流線的彎曲具有很好的一致性。在增長(zhǎng)階段中,阿爾芬波的分布結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間變化很快很劇烈,而在衰退階段,這些結(jié)構(gòu)幾乎保持著它們的形狀和位置。磁場(chǎng)能量主要轉(zhuǎn)化為熱能,這主要是由于系統(tǒng)中的電阻導(dǎo)致的耗散造成的。整個(gè)磁重聯(lián)過(guò)程中,最大的磁場(chǎng)能量到阿爾芬波能量的轉(zhuǎn)化率約為4.3%。第二部分,我們研究了磁重聯(lián)速度對(duì)阿爾芬波的生成的影響。該部分分別考察了均勻電阻和霍爾效應(yīng)對(duì)磁重聯(lián)速度的影響,以及由此而導(dǎo)致的生成的阿爾芬波的變化。電阻增加使得重聯(lián)率增加,進(jìn)而使得能量轉(zhuǎn)化的速度加快。但是,電阻越大磁場(chǎng)能量到阿爾芬波能量的轉(zhuǎn)化率卻越小。對(duì)于沒(méi)有霍爾效應(yīng)的均勻電阻情形,這個(gè)轉(zhuǎn)化率小于1%,要明顯低于第一部分中用局域反常電阻驅(qū)動(dòng)磁重聯(lián)的結(jié)果。較強(qiáng)的霍爾效應(yīng)不僅能夠加快磁重聯(lián)的過(guò)程,而且能夠得到更高的磁場(chǎng)能量到阿爾芬波能量的轉(zhuǎn)化率。在均勻電阻的基礎(chǔ)上加入霍爾效應(yīng),使得能量轉(zhuǎn)化率達(dá)到了第一部分中直接用反常電阻驅(qū)動(dòng)磁重聯(lián)的算例所得到的數(shù)值。并且,霍爾效應(yīng)越強(qiáng),磁場(chǎng)能量到阿爾芬波能量的轉(zhuǎn)化率越高。第三部分,我們研究了導(dǎo)向場(chǎng)對(duì)磁重聯(lián)過(guò)程中生成的阿爾芬波能量的影響。導(dǎo)向場(chǎng)會(huì)使得磁重聯(lián)在速度和強(qiáng)度上都得到抑制。平面內(nèi)磁場(chǎng)能量隨時(shí)間一直在減少,“等效熱能”隨時(shí)間一直在增加。平面內(nèi)磁場(chǎng)能量主要轉(zhuǎn)化為“等效熱能”,只有很少一部分轉(zhuǎn)化為了動(dòng)能以及相應(yīng)的阿爾芬波能量。導(dǎo)向場(chǎng)增大動(dòng)能會(huì)有略微的減小�？傮w上,隨著導(dǎo)向場(chǎng)增加,磁場(chǎng)能量到阿爾芬波能量的能量轉(zhuǎn)化率略微降低,并且導(dǎo)向場(chǎng)的加入對(duì)磁重聯(lián)過(guò)程中生成的阿爾芬波能量的x分量和z分量的結(jié)構(gòu)影響不大。
【關(guān)鍵詞】：磁重聯(lián) 阿爾芬波 能量 MHD 電阻效應(yīng) 霍爾效應(yīng) 導(dǎo)向場(chǎng)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O53
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 1. 緒論12-32
• 1.1 引言12-13
• 1.2 等離子體的研究方法13-14
• 1.3 磁重聯(lián)14-18
• 1.4 磁重聯(lián)相關(guān)研究進(jìn)展18-23
• 1.5 阿爾芬波23-27
• 1.6 阿爾芬波和能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題相關(guān)研究進(jìn)展27-30
• 1.7 全文主要內(nèi)容和安排30-32
• 2. 阿爾芬波能量的計(jì)算方法32-50
• 2.1 研究背景32-33
• 2.2 模擬模型33-35
• 2.3 磁重聯(lián)過(guò)程中的磁場(chǎng)擾動(dòng)和等離子體流擾動(dòng)35-36
• 2.4 計(jì)算阿爾芬波能量36-48
• 2.5 小結(jié)48-50
• 3. 磁重聯(lián)速度對(duì)阿爾芬波生成的影響50-76
• 3.1 研究背景50-55
• 3.2 模擬模型55-57
• 3.3 模擬結(jié)果57-73
• 3.3.1 電阻效應(yīng)的影響58-66
• 3.3.2 霍爾效應(yīng)的影響66-73
• 3.4 小結(jié)73-76
• 4. 導(dǎo)向場(chǎng)對(duì)阿爾芬波生成的影響76-92
• 4.1 研究背景76-79
• 4.2 模擬模型79-82
• 4.3 模擬結(jié)果82-89
• 4.4 小結(jié)89-92
• 5. 總結(jié)92-98
• 參考文獻(xiàn)98-107

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 王水,鄭惠南;地球遠(yuǎn)磁尾中的磁場(chǎng)重聯(lián)(Ⅰ)流動(dòng)撕裂模不穩(wěn)定性[J];地球物理學(xué)報(bào);1991年06期

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3 王水,王愛(ài)華,吳式燦;日冕擾動(dòng)傳播的數(shù)值模擬——(Ⅱ)熱傳導(dǎo)和輻射的影響[J];空間科學(xué)學(xué)報(bào);1992年01期

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本文編號(hào)：700476