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：陸啟明申請學(xué)位級別：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現(xiàn)方法、計算效率、適用范圍、計算精度等方面

2、的特點，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，并建立實際的模擬系統(tǒng)。通過與無碰撞激波的粒子模擬結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，在忽略動力學(xué)效應(yīng)的情況下，對無碰撞激波的MHD模擬是可行的，可以得到與粒子模擬類似的結(jié)果。同時，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模擬有著相對較高的計算效率，容易拓展至二維或者三

3、維的情況。利用該模擬系統(tǒng)，本文對一維和二維情況下涉及等離子體激波的幾個體系，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行了模擬和研究。在對空間無碰撞舷激波的數(shù)值研究中發(fā)現(xiàn)，反向磁場結(jié)構(gòu)與高密度等離子體團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，同時激波也能保持原先的狀態(tài)。在高密度等離子團與激波作用過程中激發(fā)出了一個新的快波，并且發(fā)現(xiàn)，如果存在兩個有共同下游區(qū)域且反向運動的無碰撞激波，則所有的線性特征波只能在這兩個激波

4、面之間來回反射。即被限制在兩個激波面之間的區(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。而對二維OrszagTang渦流的模擬證明了本文使用的磁場散度源方法修正磁場散度的誤差是完全可行的，穩(wěn)定計算時間從無修正下的f～39延長到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。對熱爆炸等離子體的二維模擬中