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本文应用Evstatiev等提出的方法,数值模拟了等离子体压强对直圆柱位形下line-tied扭曲不稳定性的影响。并分别对等离子体压强为零、均匀等离子体压强和非均匀等离子体压强三种情形下的增长率和复本征谱进行了分析。本文还讨论了非理想磁流体中粘滞项和电阻项对line-tied扭曲不稳定性的影响,并从撕裂模等方面进行了分析,得到如下一些结论:
1.等离子体压强为零时的增长率曲线是一组嵌套的曲线族,而且所有的曲线都交于点k=-1,γ=0,这是由本文给定的磁场位形的特殊性决定的。也就是说,点k=-1,γ=0是奇点,为了保证方程仍然成立,本征函数必然为零。
2.对等离子体压强P0=0.001和P0=0.01模拟的结果表明,均匀等离子体压强使不稳定性的增长率减小了。另外,轴向波数k的范围并不随着均匀等离子体压强的变化而变化。不同压强下相对应的增长率曲线仍然交于同一点,这说明均匀等离子体压强没有使不稳定性的范围扩大。
3.与等离子体压强为零时的情形比较,当等离子体压强非均匀时,所有的增长率曲线没有共同交点。轴向波数k的范围和增长率的最大值都增大了,即使当等离子体的β值仅为2%时,这种差别仍然很明显。这说明非均匀等离子体压强使不稳定性的范围增大了,很明显,这种变化是由等离子体的压强梯度引起的。
4.粘滞作用会使增长率和二维本征函数的最大值都减小。这是因为粘性会使流体层之间的速度剪切减小,从而对磁流体系统有稳定作用,而且这种稳定作用对短波模式影响较大。粘性对不稳定性的稳定作用随着粘滞系数的减小而减小,当粘滞系数小于10-5时,其对增长率的影响基本可以忽略。电阻率对磁流体的影响是导致撕裂模等不稳定性的发生,当电阻率小于10-6时,可以不予考虑。
5.本文的最后一章,应用能量原理分析了磁流体不稳定性。将最速下降法用在等离子体区域和真空区域对位能E的变分原理上,分析了D型托卡马克磁流体的不稳定性。