外加剪切流下三維磁重聯(lián)動力學(xué)過程的研究.pdf

1、磁場重聯(lián)是一種將磁能轉(zhuǎn)化為動能和熱能的有效機(jī)制，磁場重聯(lián)發(fā)生時電流片兩側(cè)之間的質(zhì)量、動量、能量可以進(jìn)行交換。磁場重聯(lián)被認(rèn)為是解釋在空間和實驗室等磁化離子體中的許多爆發(fā)性物理現(xiàn)象的有效機(jī)制，例如太陽耀斑、地球磁層中的亞暴以及托克馬克里的鋸齒振蕩等現(xiàn)象。為了使磁場重聯(lián)可以解釋一些觀測現(xiàn)象，其時間尺度是一個很重要的判據(jù)，即重聯(lián)的時間尺度要比擴(kuò)散的時間尺度快很多。剪切流不論在空間等離子體還是實驗室等離子體中都廣泛存在，所以有必要去研究等離子體中

2、剪切流對磁場重聯(lián)過程的影響。
　　我們應(yīng)用數(shù)值模擬的方法采用可壓縮電阻磁流體力學(xué)模型和可壓縮Hall磁流體力學(xué)模型。模擬中采用了兩種不同的初始磁場位形，即三維平板位形和偶極場位形，來研究三維磁場重聯(lián)的動力學(xué)過程。
　　首先，我們采用磁場的平板位形，其電流片寬度隨y變化。我們發(fā)現(xiàn)磁場重聯(lián)速度大幅度減弱，外加剪切流后，所產(chǎn)生的激波強(qiáng)度也相對減弱，在不同y平面內(nèi)盡管電流片的形態(tài)即重聯(lián)過程十分不同，可在重聯(lián)入流區(qū)所形成的激波的結(jié)構(gòu)卻

3、十分的一致，無論是所處的位置還是強(qiáng)度都極其相似。
　　接著，我們采用地球真實磁場結(jié)構(gòu)類似的偶極場位形來研究太陽風(fēng)和地球磁層相互作用中的磁場重聯(lián)過程。當(dāng)太陽風(fēng)攜帶的行星際磁場分別為南向和北向時，所得結(jié)果與一些觀測現(xiàn)象一致。加入Hall效應(yīng)之后，出現(xiàn)的非對稱Hall四極場隨著離子慣性長度di變大強(qiáng)度變強(qiáng)分布范圍更廣。當(dāng)太陽風(fēng)攜帶的等離子體流存在z方向的流速vswz時，向陽面磁層頂?shù)拇艌鲋芈?lián)發(fā)生的區(qū)域基本沒有改變，磁場重聯(lián)速度隨著vsw

4、z的增加而加快。地球磁尾區(qū)域會發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn)，磁尾電流片偏轉(zhuǎn)的角度與vswz呈線性增長關(guān)系。
　　當(dāng)太陽風(fēng)攜帶的BIMF存在y分量時，我們第一次通過三維全球性磁流體動力學(xué)模型發(fā)現(xiàn)在地球的磁尾區(qū)域附近出現(xiàn)了磁場By。當(dāng)θ=30°（BIMFy=BIMF sinθ）時，地球磁尾附近出現(xiàn)的磁場By的最大值主要分布在磁尾電流片區(qū)域且大小已經(jīng)超過BIMFy，IMFy的存在還可以促進(jìn)向陽面磁層頂?shù)拇艌鲋芈?lián)過程。當(dāng)θ變大時，向陽面磁層頂?shù)拇艌鲋芈?lián)