尘埃等离子体中几类孤波的传播特征研究

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尘埃等离子体是等离子体物理中的一个重要研究领域。尘埃等离子体中的非线性波动现象一直以来都是该领域中的热点研究方向。本文围绕尘埃等离子体中孤波的传播特征展开研究,基于磁流体力学理论,研究了不同环境和条件下尘埃等离子体中的尘埃声孤波和尘埃离子声孤波。研究给出了尘埃声孤波和尘埃离子声孤波的物理图像,丰富了尘埃等离子体中局域静电孤立结构的非线性特征研究,为解释相关空间观测现象和实验现象提供一定理论基础。本文主要研究了以下几个方面:1.研究了由非热离子,电子和尘埃颗粒所组成的非磁化热尘埃等离子体中的(2+1)维非线性尘埃声孤波的传播特征。首先,使用约化摄动法推导得出用来描述(2+1)维非线性尘埃声孤波的Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程,并采用行波解法进行定性分析,从而获得了该系统的相图及Sagdeev势方程。然后,利用数学软件的数值模拟方法,分析讨论了在等温和绝热两种状态下,热尘埃等离子体系统中不同参数对KP方程的非线性系数、色散系数、系统相图、Sagdeev势函数及孤立波解的影响。2.利用Sagdeev势方法对磁化尘埃等离子体中尘埃声孤波的斜向传播特征进行了研究。分别得到了在Sagdeev势扩展到三次方项和四次方项时的Sagdeev势方程,并绘制了系统相图和势能图,判断了系统中存在的孤波类型以及随着系统参数变化孤波类型的转变。由孤立波解给出了尘埃声孤波的波形图,并分析讨论了当系统参数诸如马赫数、非热离子数、外加磁场、未扰动状态下电子和离子数密度、电子和离子的温度以及传播方向等取值不同时,压缩孤立波和稀疏孤立波的传播特征受到的影响。3.应用Sagdeev势方法研究了由双温呈非广延分布的电子、离子以及带电尘埃颗粒组成的尘埃等离子体中非线性尘埃离子声孤波的传播特征,得到了用来描述尘埃离子声孤波的Sagdeev势方程。并利用数学软件的数值模拟分析方法讨论了尘埃颗粒带负电与带正电两种情况下,系统中各个参量对尘埃离子声孤波传播特征的重要影响。
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