大Δ’和磁性普朗特数区域的非线性撕裂模发展及等离子体团形成

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众所周知,Plasmoid不稳定性(PI)是在外部驱动的Sweet-Parker(SP)重联期间形成的拉长电流片上发展起来的,或者内部生长的非线性扭曲模或撕裂模中发展起来的。一般来说,如果拉长电流片的纵横比变得足够大,不稳定的次级撕裂会导致等离子体团的形成。从层重联(到早期非线性阶段)过渡到随后高度不稳定的层重联阶段,其特点是在电流片内部零星地产生等离子体团,平均重联速率更快,这个问题已通过一些过去的理论模拟研究得到解决。在本文中,我们专注于内部的非线性撕裂模式研究,以考察粘性对等离子体团形成的影响。在内部强驱动系统的大不稳定参数Δ’极限中,电阻撕裂模式的非线性动力学在卢瑟福慢非线性阶段之后呈现出突然的生长阶段,随之而来的是典型的X点位形的坍塌以及Y型电流片和等离子体团的形成。粘度在从缓慢生长阶段过渡到突然增长阶段和等离子体团形成中的作用在以前的著作中尚未得到广泛研究。因此,本文一部分是利用NIMROD模拟,在完整的MHD模型框架下,在单个哈里斯电流片中研究粘度在等离子体团形成和合并中的作用。为此,我们分析了不同Prandtl数下单撕裂模式的线性和非线性,发现在原本m=1岛的初始非线性增长之后,X点发展成次要拉长电流片,最终分解成等离子体团。在两种独特的粘性区域下研究了等离子体团形成和饱和阶段的不同表现。在低粘度系统(i.e.Pr(?)1)中,等离子体团的宽度随着粘度的增加而急剧增加,而在粘度占主导地位的系统(i.e.Pr(?)1)中,等离子体团的大小随着粘度的增加而逐渐缩小。这一发现通过粘度对等离子体流和重联本身的影响,量化了粘度在等离子体团形成过程中的作用。在本文的另一个主要部分,发现随着粘度增加,在双撕裂模的非线性演化过程中,等离子体团生成的开始时间出现延迟。较低的Pr<1系统,与Pr>1系统相比,动能在线性阶段迅速增长,很快达到快速流驱动的重联阶段,等离子体团的生成数量变得更多。在Pr<1的情况下,正常等离子体团(小等离子体团)的生成增多,而在Pr>1系统中,正常等离子体团停止产生。在Pr=1的系统中,观察到正常等离子体团的生成中发生了转变。此外,通过增加Pr到某些特定值,巨大等离子体团的生成也停止了。我们研究发现,双有理面之间的距离、电阻和粘度是影响双撕裂模非线性动力学以及等离子体团生成的关键参数。
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