絕熱指數γ對可壓縮磁流體力學湍流能譜指數的影響.pdf

1、本文通過對2.5維的周期邊界可壓縮等離子體中的磁流體動力學湍流(MHD)的高精度數值模擬。研究了其能譜指數的相應性質。初始條件中我們引入了強的平均背景磁場。我們主要關注不同絕熱指數γ對湍流能譜指數以及湍流能量衰減速率的影響。模擬中,系統(tǒng)逐漸達到湍流狀態(tài),隨著系統(tǒng)的不斷演化我們發(fā)現(xiàn)如下事實:能譜指數隨時間并不是不變的,而是在較寬的范圍內變動；在取較小的絕熱指數情形下(γ<3),能譜指數變動的范圍在整個湍流期都局限于Kolmogorov的5

2、／3和IK的3／2的數值附近而不超過2,但是對于較大的絕熱指數(γ>5),測得的能譜指數值在小量級范圍內波動后于t～50τA開始穩(wěn)步增大,而且能譜指數增長的速率隨絕熱指數值的增大而增大。我們發(fā)現(xiàn),在模擬后期耗散區(qū)擴張而慣性區(qū)縮小,這導致能譜指數值的計算變得不精確。絕熱指數值的增大無疑使這種效應放大了,因為能譜指數值的增大僅發(fā)生在上述大的絕熱指數值下。在后期,系統(tǒng)經歷的是反串級過程。到晚期,系統(tǒng)由分散尺度的許多小結構構成了形態(tài)規(guī)則的大結構