剪切流剖面影響磁場重聯(lián)的混合模擬研究.pdf

1、磁場重聯(lián)在空間和實驗室等離子體研究過程中扮演著重要角色。它是許多重要空間物理現(xiàn)象和磁約束核聚變問題的重要物理過程。磁場重聯(lián)伴隨著磁場的拓撲結(jié)構發(fā)生變化，將磁場能量轉(zhuǎn)化為等離子體的內(nèi)能和動能，并且形成高速噴射的等離子體流。磁場重聯(lián)理論自提出以來一直處于不斷完善的過程中，這是由于問題的復雜性以及空間和實驗室觀測手段的局限性，所以對有些重要物理問題的解釋還存在著很多的爭議。由于能量原理的方法很難處理穩(wěn)態(tài)平衡位形下剪切流存在時的不穩(wěn)定性問題，因

2、此大多數(shù)學者對磁場重聯(lián)研究仍限于靜態(tài)平衡以及初值問題的解決。
　　在復雜的空間環(huán)境中剪切流是普遍存在的，并且剪切流會嚴重的影響磁場重聯(lián)過程。所以，本論文采用二維三分量的混合模擬方法，研究了極向（重聯(lián)之后粒子的出流方向）剪切流對空間等離子體重聯(lián)平面內(nèi)矩形區(qū)域中無碰撞磁場重聯(lián)的影響。研究結(jié)果表明，磁場重聯(lián)使得模擬區(qū)域的磁場拓撲結(jié)構發(fā)生明顯改變，使磁力線變得高度彎曲;在出流區(qū)，磁場減小，等離子體密度、流速、熱壓強增加。在電流片中X點附近

3、，由于離子和電子的動理學行為不同而產(chǎn)生了霍爾電流，它使得垂直重聯(lián)平面的磁場分量呈四極結(jié)構分布。在重聯(lián)區(qū)內(nèi)引入極向剪切流后，增強剪切流的流速或降低剪切流剪切層寬度，會明顯減小磁場重聯(lián)過程中飽和磁島的寬度。通過觀察磁場重聯(lián)率隨時間的變化，可以發(fā)現(xiàn)增強剪切流會推遲并且降低最大磁場重聯(lián)率，這說明該種剪切流對快速磁場重聯(lián)的爆發(fā)有明顯的抑制作用。另外，我們發(fā)現(xiàn)剪切流可以顯著地改變垂直于重聯(lián)平面磁場的四極結(jié)構，這會影響人們對快速磁場重聯(lián)的觀測和判斷。