外加剪下流下磁重聯動力學過程的粒子模擬研究

《外加剪下流下磁重聯動力學過程的粒子模擬研究》是依託大連理工大學,由孫宏恩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：外加剪下流下磁重聯動力學過程的粒子模擬研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫宏恩

項目摘要

磁場重聯過程在空間和實驗室電漿中都有非常重要的套用。早期通過對不可壓磁流體模型的研究認為，亞阿爾芬速度剪下流總是使撕裂模穩定，隨後的研究發現而當剪下流的寬度大於某個臨界值的時候，可以促進撕裂模的不穩定性，超阿爾芬速度剪下流會使入流區形成阿爾芬共振層，抑制重聯。而當磁流體是可壓縮的時候，剪下流會使入流區產生激波，抑制重聯，但是當引入Hall效應的時候，激波的下游區會產生哨聲波，使處於衰退期的重聯過程發生爆發式的重聯率增長。可見隨著各種非理想效應的引入，存在剪下流的重聯過程變的越來越複雜。粒子模擬（PIC）是第一性原理的模擬方法，它包含了所有的非理想效應。最近，我們通過使用PIC的方法對伴隨有剪下流的磁場重聯過程進行了初步研究，發現可以得到很多與MHD模擬不同的結果，所以希望通過此研究的開展深入的揭示剪下流對磁場重聯過程的影響，以便更好的解釋空間和實驗室電漿中的一些現象。

結題摘要

重聯已經被廣泛認為在磁層，太陽日冕，受控熱核聚變中的某些爆發性不穩定性現象中起著重要作用，但仍然有很多的涉及到伴有剪下流無碰撞磁重聯的基本問題沒有得到很好的理解。本項目全面考察了剪下流對重聯率的影響，與MHD模擬得到的結果不同，剪下流對重聯基本都是起到抑制的作用，不過在某些開放條件的後期重聯率會有一個大幅度的抬升，視系統尺度的不同有可能會超過沒有剪下流的情況，促進重聯。使用粒子模擬方法模擬出了不連續的阿爾法共振層，發現了一種新的可能的模轉換的方式，仔細討論了電子和離子溫度對重聯的影響，隨著電子溫度的增加，對重聯的作用是先促進，後抑制。而增加離子溫度，對重聯只有抑制作用，但是這個抑制作用有個明顯的閾值。其結論對目前的hall重聯理論發起了挑戰。我們通過採用兩種不同邊界的模型對重聯過程進行模擬，分析其產生的高速流的特性以及高速流對電磁能的傳輸的影響，其結論為進一步的空間觀測及其數據分析，確定高速流與重聯發生之間的具體關係，提供某些指導性的數據。在本項目的支持下，項目負責人多次參加國內學術會議和學術交流，招收了三名研究生。