《電子電漿中的相干結構與二維湍流研究》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所,由陳實擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名:電子電漿中的相干結構與二維湍流研究
- 項目類別:青年科學基金項目
- 項目負責人:陳實
- 依託單位:中國工程物理研究院流體物理研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用磁化電子電漿研究二維理想流體動力學現象近年來已經發展為一個重要的研究領域,其中關於二維湍流中相干結構(即渦旋結構)的研究受到廣泛重視。本項目擬針對約束於潘寧阱中的磁化電子電漿,採用particle-in-cell(PIC)數值模擬及基於小波變換的多解析度分析(MRA)方法,研究二維湍流中的相干結構及其對湍流性質的影響。具體研究內容包括:採用軸對稱渦環這一特定幾何構型作為初始渦量場分布,系統地改變渦環內外徑大小及寬度,模擬渦量場隨時間的演化過程;對於不同渦旋數目的中間狀態,研究渦旋融合過程的性質,包括融合時間、融合前後渦旋內部場分布的變化、融合過程中伴隨的渦絲生成等過程;基於改進的MRA方法,對全過程湍流統計性質進行研究,獲得這些性質隨時間的演化規律;針對給定大小的初始渦環,研究初始數值擾動對後續湍流發展的影響。通過本項目的研究,力求加深對渦動力學及二維湍流過程的理解。
結題摘要
潘寧阱中的磁化電子電漿,製備簡單,易於約束,所受非理想因素少,渦動力學過程豐富,是研究二維理想流體動力學現象的重要對象。因此,本項目的研究目標是採用particle-in-cell(PIC)數值模擬及基於小波變換的多解析度分析(MRA)方法,研究二維湍流中的相干結構及其對湍流性質的影響。針對上述研究目標,本項目取得了如下主要成果:(1)研究了基於小波變換的MRA方法,將其推廣至非均勻、各向異性的情況,實現了電子電漿系統渦量場演化全過程湍流統計性質的提取;(2)針對初始渦量場為軸對稱渦環的情況,採用PIC數值模擬研究了渦環內外徑大小對渦量場演化過程的影響,包括:渦環幾何尺度對最易失穩模式的影響、失穩模式增長率與線性理論的比較、渦旋融合過程的性質、初始數值擾動對後續湍流發展的影響等;(3)針對初始渦量場為螺旋分布的情況,採用PIC數值數據研究了初始條件對湍流統計性質(如間歇性現象等)的影響,並與軸對稱渦環情況進行了比較;(4)選取若干特定外界激勵,研究了上述兩類初始條件下電子電漿的演化過程,包括:外界激勵對失穩模式的影響、外界激勵與電漿系統的能量耦合性質等。在自然科學基金的支持下,本項目共發表SCI收錄的期刊論文3篇。通過本項目的研究工作,加深了對渦動力學及二維湍流過程的理解。