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尘埃等离子体磁鞘特性和非线性撕裂膜不稳定性数值模拟

张强  
【摘要】:尘埃粒子大量的存在于自然界中,包括实验过程中。因此,越来越多的注意力集中到了对尘埃的研究中,尤其是尘埃等离子体。非线性撕裂膜不稳定性是空间物理中非常典型的现象,是了解和研究空间物理的基础之一。 本文的研究分为两部分: 第一部分用二维时变磁流体力学模拟非线性撕裂膜不稳定性的情况,可以得到以下结论:电流片中心流场的速度大于电流片外围速度,这是因为在电流片中心附近,磁场很弱,冻结效应很小,因此扩散效应导致这一速度差。但随着时间的积累,撕裂膜趋于稳定后,电流片的展宽以及磁能的转化变慢,速度场也将变小;随着扰动的大幅度增加,磁岛和重联变得更加容易,出现的时间也更早。由于扰动的加大,使得电流片中心处的扩散效应加强,因此速度流场较小扰动时更大,同时也导致磁岛宽度增加。 第二部分利用流体模型,我们讨论了磁场中尘埃粒子的特性。在考虑尘埃重力的情况下,尘埃粒子依旧做回旋运动。尘埃粒子所带电荷数越大,磁场对它的影响越明显。在倾斜磁场中,电子和离子密度分布以及静电势的变化非常小。磁场大小是导致尘埃粒子密度分布波动的主要原因。磁场越强,尘埃粒子密度分布的波动越明显。


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