等離子體激波的數(shù)值模擬.pdf

1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文等離子體激波的數(shù)值模擬姓名：陸啟明申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：等離子體物理指導(dǎo)教師：楊維紘20040501陸啟明中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碗1’學(xué)位畢業(yè)論文摘要本文的主要工作是在一維和二維的情況下建立一個(gè)有關(guān)等離子體激波的模擬系統(tǒng)，并以此為工具開展涉及等離子體激波的相關(guān)理論研究。為此本文首先系統(tǒng)研究了用于等離子體模擬的全粒子模擬、混合模擬和MHD模擬三種方法，分別比較了它們之間在實(shí)現(xiàn)方法、計(jì)算效率、適用范圍、計(jì)算精度等方面

2、的特點(diǎn)，并在其中篩選出理想MHD模擬的方法。然后仔細(xì)研究了理想MHD系統(tǒng)在等離子體系統(tǒng)，特別是等離子體激波模擬中的使用的方法和存在的問題，并建立實(shí)際的模擬系統(tǒng)。通過與無碰撞激波的粒子模擬結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在忽略動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的情況下，對(duì)無碰撞激波的MHD模擬是可行的，可以得到與粒子模擬類似的結(jié)果。同時(shí)，在MHD模擬的結(jié)果中也發(fā)現(xiàn)了粒子模擬下淹沒于背景噪聲的一些現(xiàn)象。另外，在相同的模擬尺度下，MHD模擬有著相對(duì)較高的計(jì)算效率，容易拓展至二維或者三

3、維的情況。利用該模擬系統(tǒng)，本文對(duì)一維和二維情況下涉及等離子體激波的幾個(gè)體系，如空間無碰撞舷激波、熱爆炸等離子體和渦流等各種情況進(jìn)行了模擬和研究。在對(duì)空間無碰撞舷激波的數(shù)值研究中發(fā)現(xiàn)，反向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)與高密度等離子體團(tuán)可以穿過垂直無碰撞激波，而且本身性質(zhì)沒有太大的改變，同時(shí)激波也能保持原先的狀態(tài)。在高密度等離子團(tuán)與激波作用過程中激發(fā)出了一個(gè)新的快波，并且發(fā)現(xiàn)，如果存在兩個(gè)有共同下游區(qū)域且反向運(yùn)動(dòng)的無碰撞激波，則所有的線性特征波只能在這兩個(gè)激波

4、面之間來回反射。即被限制在兩個(gè)激波面之間的區(qū)域，而無法從下游穿越激波面。另外模擬中還發(fā)現(xiàn)了無碰撞激波的激波面的“海綿”特性，即激波面的位置不固定，而是隨著上游參數(shù)的變化在一定的范圍內(nèi)移動(dòng)。而對(duì)二維OrszagTang渦流的模擬證明了本文使用的磁場(chǎng)散度源方法修正磁場(chǎng)散度的誤差是完全可行的，穩(wěn)定計(jì)算時(shí)間從無修正下的f～39延長(zhǎng)到t8的水平。并在模擬結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了若干弱激波，包括中間激波，以及激波之間的相互作用現(xiàn)象。對(duì)熱爆炸等離子體的二維模擬中