收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

磁化等离子体中热交换与旋转不稳定性的理论研究

任海骏  
【摘要】: 当等离子体中粒子的回旋半径远远小于平均碰撞自由程的时候,等离子体中的热流集中沿磁力线方向流动。这种各向异性的热传导在重力场中会引起一种磁流体力学不稳定性即所谓的磁热不稳定性(Magnetothermal Instability,MTI),这种流体不稳定性在天体环境中广泛存在,近年来受到越来越多的关注。另外一种空间等离子体中较为常见的流体不稳定性是由差分旋转效应引起的磁旋转不稳定性(Magnetorotational Instability,MRI)。MRI从上个世纪六十年代被发现以来,一直受到广泛的重视,其在诸多天体如吸积盘、原行星盘、恒星盘、超新星等等环境中起着重要作用。由于这两种不稳定性都是典型的磁流体力学不稳定性,用磁流体力学(Magnetohydrodynamic,MHD)方程组能够很好地描述,从而为理论分析带来很大便利。本文是基于前人的研究结果和方法对MTI和MRI进行研究,具体内容包括: 1、以非理想MHD方程组研究了粒子回旋时间远远小于平均碰撞时间的情况下,各向异性的电阻和粘滞耗散效应对集中沿磁力线方向输运的热流引起的MTI的影响。利用WKB近似与Boussinesq近似简化线性化扰动MHD方程组,得到了完整的色散关系,讨论了电阻和粘滞效应对MTI的影响,分别获得了电阻(粘滞)效应较小以及很大情况下MTI增长率的表达式。当温度沿重力方向逐渐减小时,扰动将被阻尼;当温度沿重力加速度方向逐渐增大时,扰动是磁热不稳定的,电阻和粘滞效应会减小MTI的增长率,使得非理想MHD情况下的增长率都小于理想MHD下的增长率。 2、基于理想MHD方程组,考察了任意磁场强度下的磁热不稳定性,探讨了密度梯度效应对MTI的影响,我们得到了关于轴向扰动速度的二阶常微分方程以及固定边界条件下MTI发生的临界条件和增长率的表达式。发现当温度沿重力加速度方向增大时,扰动是磁热不稳定的。MTI增长率起初随着密度梯度标长LD的增加而增大,当LD超过临界密度梯度标长LDc之后,增长率则开始随着LD增加而减小。最后,磁场对MTI起致稳作用,并能完全抑制不稳定性的发生。 3、基于包含静止尘埃颗粒效应的非理想MHD方程组,我们研究了各向同性的电阻与粘滞耗散效应以及尘埃颗粒效应对MRI的影响,采用WKB近似与局域近似,求得了完整的色散关系,详细讨论了两种极限情况:(?)Rd/(?)lnrRd≥0以及RmRd,丨(?)Rd/(?)lnr丨Rd,这里,Rm是归一化的旋转频率,Rd是归一化的有效尘埃旋转频率。分别获得了这两种情况下的不稳定性判据,以及后一种情况下增长率的表达式。 4、利用包含静止尘埃颗粒效应的理想磁流体力学方程组考察了柱坐标系统下尘埃等离子体中的MTI与MRI,应用WKB近似和Boussinesq近似线性化方程组,得到了高-β极限下,MTI与MRI耦合下的色散关系。对于熵梯度模,密度不均匀性对MRI发生的临界条件有显著影响:当等离子体密度沿径向向外增大时,密度梯度效应起致稳作用;当等离子体密度沿径向向内增大时,密度梯度则起退稳作用。接下来我们讨论了MTI与MRI耦合的情况,得到了不稳定性判据以及各种情形下的增长率表达式,研究发现,尘埃颗粒对MTI起致稳作用;旋转效应则改变了MTI发生的临界条件,即使温度沿着重力加速度方向减小,只要rΩ2的值大于重力加速度9,依然会发生磁热不稳定性。 5、我们还考察了各向异性的电阻和粘滞耗散效应对MTI和MRI的影响,获得了完整的色散关系以及高-β极限下简化的色散关系与增长率的解析表达式,发现在现有模型下,各向异性的电阻和粘滞耗散对不稳定性发生的临界条件没有任何影响,不稳定性判据与理想磁流体情况下得到的结果完全一致:电阻与粘滞耗散都起着致稳作用,在其他参数固定的情况下,电阻项与粘滞项减小增长率γ的值,也就是说,尽管各向异性的耗散效应并没有改变不稳定性发生的临界条件,但对增长率的修正是显著的。 6、最后我们利用理想磁流体力学方程组研究了轴向磁场情况下,密度梯度效应和非轴对称效应对MRI的影响,发现密度梯度效应并不对MRI发生的判据产生影响。我们得到了增长率的表达式,重点分析了弱场近似下的增长率,考察了密度梯度效应对增长率的作用。结果显示,在κ20时,这里κ是周转频率,密度梯度标长较小的时候起退稳作用;密度梯度标长超过临界长度时对MRI有抑制作用。在其他参数不变的情况下,当密度梯度标长超过ge/κ2时,MRI完全被抑制。在κ20时,密度梯度起类似作用,但MRI不会完全被抑制,增长率最终趋于与LD无关的常数。在忽略密度梯度效应而关注非轴对称效应的情况下,我们求得了非轴对称效应修正下的色散关系以及弱场极限下的不稳定性判据。与密度梯度效应类似的是,此时的非轴对称效应对磁化等离子体中的旋转不稳定性发生的临界条件没有任何影响。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王宝兴,裴惠芬,杜兰平,胡英年;一立方米爆炸泄压试验和它的实用价值[J];力学与实践;1987年05期
2 李林,王振宇,汪青春,秦宁生;河湟谷地暴雨频率的研究[J];气象;2005年08期
3 王鹏;张家其;田亚平;钟顺清;;基于分形理论的土地利用时空变化特征分析——以常宁市松柏镇为例[J];国土与自然资源研究;2011年01期
4 伍卓羣;;关于按第一近似决定稳定性的定理[J];吉林大学学报(理学版);1956年01期
5 杭永珍;;一类线性非自治系统的一致稳定与不稳定性[J];上海师范大学学报(自然科学版);1984年01期
6 肖昌汉;杨兰田;杨丕博;;磁流体力学间断不稳定性[J];海军工程大学学报;1986年01期
7 林鸿滨;戚冠发;;对Ⅲ_A、Ⅳ_A、Ⅴ_A族元素的最高氧化态(族数N)及较族数少二(N-2)氧化态稳定性的看法[J];贵州师范大学学报(自然科学版);1987年02期
8 张春燕;冯启元;;失谐的驻波腔激光器的稳定性分析[J];内蒙古大学学报(自然科学版);1988年03期
9 蔡开仁,徐慧群;球面中紧致子流形上Yang-Mills场的不稳定性和孤立性[J];工程数学学报;2005年05期
10 尚智;李小燕;杨燕华;;用迭代函数系统提取两相流不稳定性的分形码[J];原子能科学技术;2006年01期
11 蔺丰奇;刘益;;知识联盟中关系风险的成因及影响因素分析[J];中国科技论坛;2007年03期
12 陆明;马加佳;;子流形上的F-调和映射[J];杭州师范学院学报(自然科学版);2007年06期
13 李熙;;翻转实验中瑞利泰勒不稳定性引致的血液湍流前锋运动及有限时间爆破[J];水动力学研究与进展A辑;2008年02期
14 朱丹;周军;;大学生恋爱的特点与利弊[J];科技信息(学术研究);2008年24期
15 张红波;王国顺;;企业价值不确定下职业经理人与企业融合的不稳定性研究[J];经济评论;2008年05期
16 陈咏梅;;论等离子切割机电弧不稳定的原因和解决方法[J];科技风;2008年12期
17 巢纪平;徐昭;;热带扰动在大尺度经圈中的行为[J];地球物理学报;2008年06期
18 宗海锋;陈烈庭;张庆云;;ENSO与中国夏季降水年际变化关系的不稳定性特征[J];大气科学;2010年01期
19 赵宏宇;蔡禄;赵秀娟;王晶妍;陈元秀;刘水峰;;化学药物对与人遗传病相关的DNA重复序列不稳定性的影响[J];生物技术通报;2010年11期
20 J. G. Charney;J. Shukla;任合;;季风的可预报性[J];气象科技;1983年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 易仕和;赵玉新;田立丰;何霖;尹光辉;程忠宇;周勇为;;超声速混合层转捩过程实验研究进展[A];第十三届全国激波与激波管学术会议论文集[C];2008年
2 刘金宏;邹立勇;黄文斌;谭多望;;Air/SF_6界面Richtmyer-Meshkov不稳定性实验研究[A];第十二届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2009年
3 廖继志;王黄生;;γ—不稳定性和三轴转子核谱的鉴别[A];第九届全国核物理大会论文摘要汇编[C];1994年
4 闫兴篡;殷建平;蔡志平;李慰;;路由不稳定性及其对网络端到端性能的影响[A];2006年全国理论计算机科学学术年会论文集[C];2006年
5 赵玉新;易仕和;刘卫东;王振国;;超声速混合层时空结构的实验研究[A];第一届高超声速科技学术会议论文集[C];2008年
6 郝彪;盛政明;张杰;;碰撞效应对相对论性束流等离子体作用中全k空间不稳定性的影响——应用于快点火[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
7 顾国庆;余建华;;迷宫不稳定性的随机行走模型[A];科学决策与系统工程——中国系统工程学会第六次年会论文集[C];1990年
8 谢平;王鹏业;戴建华;;光折变自泵浦位相共轭镜中频移和不稳定性机理的理论和实验研究[A];第四届全国光学前沿问题研讨会论文摘要集[C];1999年
9 李增文;;高超声速全动翼面热颤振特性分析[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
10 施鸿飞;熊进;王守丰;陈一心;王骏飞;骆东山;;老年不稳定性股骨转子间骨折髓内固定方法的比较[A];第七届全国创伤学术会议暨2009海峡两岸创伤医学论坛论文汇编[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 任海骏;磁化等离子体中热交换与旋转不稳定性的理论研究[D];中国科学技术大学;2010年
2 王春华;尘埃等离子体中静电波的研究[D];大连理工大学;2006年
3 崔少燕;等离子体流驱动的电阻壁模式的数值研究[D];大连理工大学;2007年
4 蔡继荣;战略联盟稳定性机理及联盟治理研究[D];西南交通大学;2006年
5 陈学梅;国际合资企业不稳定性及其影响因素研究[D];重庆大学;2009年
6 张鹏;二甲醚闪急沸腾喷雾的数值模拟和实验研究[D];华中科技大学;2009年
7 陈凤娟;细胞神经网络和不可压缩弹性体的混沌动力学[D];昆明理工大学;2008年
8 李家辉;同时存在剪切磁场和剪切流的等离子体的不稳定性研究[D];浙江大学;2012年
9 甘在会;关于三维空间中的Klein-Gordon-Zakharov方程[D];四川大学;2005年
10 吴明雨;地球磁层中等离子体波动的研究[D];中国科学技术大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 房镜;分支过程及其应用研究[D];重庆师范大学;2007年
2 李艳;外资银行进入中国的影响分析与中国银行业的发展[D];东北财经大学;2007年
3 王守刚;妊娠期不稳定性骨盆骨折一例的病例分析报告[D];兰州大学;2010年
4 何立智;胰腺癌微卫星不稳定性及其临床病理特点的研究[D];江西医学院;2000年
5 方丽;原发性肝癌线粒体DNA微卫星不稳定性研究[D];第三军医大学;2002年
6 刘献志;颅颈连接畸形临床研究[D];郑州大学;2005年
7 余翔;我国股票市场内在不稳定性模型分析及非线性性研究[D];华中科技大学;2005年
8 江南;戏中戏—《赎罪》文本的不稳定性[D];大连理工大学;2009年
9 胡家萍;散发性大肠癌微卫星不稳定性的研究[D];江西医学院;2000年
10 徐翔;电弧的温度场、速度场及辐射对螺旋不稳定性影响的数值模拟[D];大连理工大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 孙定;问责取消世界杯3D转播[N];计算机世界;2010年
2 孙燕燕;脑电波检测能否界定网络成瘾[N];北京科技报;2007年
3 陆珊;美国《时代》周刊评出2008年十大医学突破[N];大众卫生报;2008年
4 主管护师 于英杰;卧位选择:舒适与安全并重[N];医药经济报;2009年
5 周天勇;“放热”、“控冷”原因何在?[N];中国城乡金融报;2005年
6 颜冬竹;大盘将反复拉锯[N];中国证券报;2007年
7 长城伟业期货 黄聘;外盘糖市 巴西印度谁主沉浮[N];中国证券报;2007年
8 辽阳市文圣区检察院 李莉;查处贪污受贿,如何防范证据不稳定[N];检察日报;2007年
9 邹声文 卫敏丽;气候变化将增加农业生产不稳定性[N];人民日报;2007年
10 本报记者 朱湘莲;三口之家:财务保护伞一个都不能少[N];华夏时报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978