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撕裂模不稳定性与边界扰动驱动磁场重联

作　者: 赵飞
导　师: 刘金远
学　校: 大连理工大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 磁场重联入流扰动撕裂模不稳定性二维三分量
分类号: P354
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

磁场重联是天体等离子体物理中的一种局域现象，是太阳系等离子体物理学中的重要研究课题，也是空间等离子体和实验室等离子体中的普遍存在的基本物理现象。这种现象广泛存在于地球磁层、太阳大气、其它行星磁层、彗星磁尾及受控聚变装置中。但是，磁场重联的真实物理过程还需要进一步深入研究，磁场重联过程与太阳系等离子体中各种物理现象的内在联系尚未能完全搞清，这些都是当今太阳物理学家和空间物理学家极为关注的前沿课题。本文首先简单介绍了空间等离子体物理的基本知识，并简单叙述了空间探测的现状，包括我国“双星计划”的发展概况。在随后的章节中，本文依次介绍了磁场重联，等离子体宏观不稳定性及驱动磁场重联的各种基本物理概念及各种经典的物理模型以供本文后续的介绍和计算作铺垫。本文运用MHD流体理论，结合四阶龙格-库塔法计算方法探讨磁场重联问题，分别依次模拟计算了二维撕裂模不稳定性，二维余弦边界扰动入流磁场重联，二维含时扰动入流磁场重联及二维三分量撕裂模不稳定性。通过计算得出的结果，本文得到了二维撕裂模不稳定性，二维余弦边界扰动入流磁场重联，二维含时扰动入流磁场重联及二维三分量撕裂模不稳定性在不同时刻的磁场位形图及流场位形图，并分析了其中的物理过程。本文运用MHD流体理论及经典模型得出了一些较好的结果，揭示了磁场重联中一些物理过程与物理现象，对于研究磁场重联做了一些有意义的实际工作。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
引言  8-10
1 磁场重联  10-26
  1.1 空间等离子体物理与空间探测  10-18
    1.1.1 空间等离子体物理  10-16
    1.1.2 空间探测  16-18
  1.2 磁场重联的概念与物理过程  18-22
    1.2.1 磁场重联的概念  18-19
    1.2.2 物理过程  19-22
  1.3 等离子体宏观不稳定性  22-26
    1.3.1 等离子体的宏观不稳定性简介  22-23
    1.3.2 电阻撕裂模不稳定性  23-26
2 驱动磁场重联  26-34
  2.1 稳态磁场重联  26-30
    2.1.1 Sweet-Parker模型  26-27
    2.1.2 Petschek模型  27-29
    2.1.3 Taylor平板模型  29-30
  2.2 边界扰动对磁场重联的研究  30-31
    2.2.1 模拟唯象描述  30-31
    2.2.2 边界情况与入流驱动模型  31
  2.3 四阶龙格-库塔法  31-34
3 撕裂模不稳定性的数值研究  34-43
  3.1 二维可压缩 MHD撕裂模不稳定性磁场重联  34-41
    3.1.1 方程组  34
    3.1.2 差分方程  34-36
    3.1.3 初始条件  36-37
    3.1.4 边界条件  37-38
    3.1.5 差分格式选取  38
    3.1.6 参数选取  38
    3.1.7 模拟结果及分析  38-41
  3.2 二维三分量撕裂模不稳定性  41-43
    3.2.1 二维三分量 MHD流体方程组  41-42
    3.2.2 计算结果及分析  42-43
4 驱动磁场重联的数值研究  43-52
  4.1 二维可压缩 MHD余弦形式驱动扰动磁场重联  43-46
  4.2 二维含时扰动驱动磁场重联  46-48
  4.3 Hall效应下的边界扰动磁场重联  48-52
综述与展望  52-54
参考文献  54-56
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  56-57
致谢  57-58

撕裂模不稳定性与边界扰动驱动磁场重联

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