束流对磁重联过程影响的MHD数值研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuxing20090113
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磁场重联是等离子体物理中的一个基本过程,通常发生在剪切磁场区域,也易受到各种等离子体周围环境影响。束流在空间和实验室等离子体中普遍被观测到,通过对在外部束流下的磁场重联过程的研究有助于我们了解束流对重联影响的物理机理。  本文在可压缩电阻磁流体(MHD)模型基础上,采用数值方法详细研究了各种平衡位形参数下,如束流的宽度和强度、以及磁压比β对磁场重联的影响,也对重联过程中形成的不连续层结构进行了分析,具体内容包括:  第一章,介绍了磁场重联的概念和几种重联模型以及撕裂模、激波的一些理论基础,并综述了剪切流对磁场重联作用的重要性。  第二章,我们研究了在不同宽度的亚阿尔芬速度束流作用下,撕裂模不稳定性在线性阶段演化的特征。研究结果表明,束流作用下的撕裂模不稳定增长率远大于无束流的撕裂模增长率。有束流时,中心电流片附近出现一对阿尔芬共振层,它们改变着撕裂模的发展。当束流宽度较窄时,这对阿尔芬共振层会互相重合,从而加速撕裂模的发展。当束流宽度增加到一定值时,这对阿尔芬共振层将成为对称的阻挡层,这对阻挡层阻止驱动流直接进入重联区,使得撕裂模的线性增长率降低。随着束流宽度的增加,撕裂不稳定的线性增长率开始减少。研究也发现,等离子体比压β对磁场重联的发展有着重要的影响。对于一定强度的剪切流,存在一个特殊的对应于最大增长率的等离子体比压值β5,这是由于等离子体比压对磁重联的抑制作用与束流的促进重联作用之间的竞争决定。  第三章,我们主要研究了不同流宽的亚阿尔芬速度束流对电流片中的撕裂不稳定性在非线性发展阶段演化的影响。研究发现,磁流体力学方程中非线性对流项-→(v)·▽→(v)主要是起到了对重联出流区的排流作用,而挤压中性片主要由电磁力和热压力竞争决定。随着束流宽度的增加,磁重联率随时间演化曲线逐渐由多峰形态变为单峰结构。由束流和磁剪切的共同作用,初始电流片形状发生变化,呈现出与地磁尾空间观测结果相符的分叉形状,中性电流片受到强烈挤压,中心电流密度大幅增加。研究表明,电流片中最大中心电流密度的量值也与等离子体比压β大小有关。当等离子体比压β越大,中心电流密度值越小。  第四章,我们研究了亚和超阿尔芬速束流对磁场重联进入非线性发展阶段时重联层结构的影响,探讨了形成的激波特征。研究发现,束流的作用将使重联入流区形成一对激波,激波之间的相对距离随时间发生变化,导致重联率分布出现振荡结构。  最后一部分是对工作的总结并提出展望。
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