磁尾磁场重联的二维混合模拟研究

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本文利用二维三分量(2.5D)的混合模拟方法研究了远磁尾磁场重联的过程及出流区离子的动力学问题。我们模拟的区域是远磁尾X线周围xz平面内的一个矩形区域。初始电流片将在x方向上具有反平行磁场分量的模拟区域分成两部分。在模拟区域的中心处我们用电子与离子的有效碰撞频率等效固定的非均匀电阻率来控制和触发重联。研究结果发现,磁场重联过程中形成了一种凸起状的重联位形。重联发生后,从两尾瓣到等离子体片中心,磁场减小,等离子体流速、温度、密度、热压强都增加,同时我们还发现等离子体片边界层中出现了很明显的温度各向异性。研究表明,虽然初始导向场By=o,但重联后X点附近B会出现四极形分布。此外,对出流区离子动力学特性的研究表明,出流区离子速度分布偏离了初始的麦克斯韦分布。 本文第一章简要介绍了空间等离子体磁场重联的概念及基本过程、经典的理论模型和研究概况等; 第二章比较了磁流体动力学模拟方法、全粒子模拟方法与混合模拟方法的优缺点,并简单介绍了本文研究工作中所选用的混合模拟方法; 第三章给出了模拟的模型,包括基本方程、无量纲化尺度与无量纲之后的方程、初始条件、边界条件及参数的选取。在这一部分当中我们还简要介绍了我们所用的混合程序中关于离子速度和位置以及磁场推进的算法要点; 第四章中给出了数值模拟的结果,描绘了磁场重联的重联位形及各个物理量随时间演化的情况,并给出了导向场的四极形分布图;在分析了重联过程中温度各向异性特征之后,给出了离子在速度相空间中的分布情况,并对各个结果作了详细讨论; 最后对本文的工作做了总结和展望。
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