一、具有强剪切流等离子体中离子声波与涡旋的转化（论文文献综述）
孙悦[1]（2021）在《外加剪切流下非对称磁场重联的Hall MHD研究》文中进行了进一步梳理磁重联已经被广泛认为在空间和实验室等离子体中的某些爆发的不稳定性现象中起着关键作用,但是在非对称的磁场或密度、剪切流以及导向场等影响下的重联过程很少被深入理解。由于在空间观测上的实际困难以及在理论解析上的局限性,因此数值模拟成为理解重联最常用的方法。本文在霍尔磁流体力学模型下研究了外加剪切流下的非对称磁场重联过程,得到了以下结果:1、在外加剪切流下的非对称重联位型中,研究发现X点可以在X正方向上运动,同时在X点左侧磁通量堆积区形成负的重联电场Ey,在X点右侧磁通量堆积区形成正的重联电场Ey,双极结构的重联电场主要由（?）项贡献。我们进一步研究了重联过程中的能量转换现象,系统的分析了磁能、内能以及动能之间的相互转化。在平面内总能量基本守衡的情况下,磁通量堆积区的总能量出现能量转移现象,X点右侧磁通量堆积区的总能量损失转移到X点左侧磁通量堆积区。磁岛外的总能量转移主要来源于磁能的变化,而磁岛内的总能量转移主要来源于磁岛中内能的变化。2、在外加剪切流下磁场非对称重联位型中,在较高的等离子体比压下,也能形成激波。3、在亚Alfven剪切流下的对称位型中,当电流片的半宽度大于剪切流的半宽度时,在电流片中存在的剪切流很容易激发K-H不稳定,而由K-H不稳定引起的湍动使磁能增加。当di=0.2时,在较强的霍尔效应下,磁能由于磁岛合并进一步增大,形成第二个峰值。
钟志宏[2]（2020）在《伴随磁场重联的多尺度结构研究》文中研究说明磁场重联是自然界和实验室等离子体中普遍存在的基本物理过程,能改变磁场的宏观拓扑结构,并快速地将磁能转化为等离子体动能与热能。在日地空间环境中,磁场重联会导致诸多爆发性的空间天气,如磁层亚暴、太阳耀斑等。磁场重联涉及到系统流体尺度到动理学尺度的耦合。它经常发生在等离子体内的多尺度结构中,同时也会产生丰富的多尺度结构,如重联扩散区、磁通量绳、偶极化锋面、磁洞和湍流等。这些多尺度结构是如何产生的?它们在磁场重联的发生和演化中起着什么样的作用?它们是否会影响磁场重联中能量的转化与耗散,磁通量与物质输运,或者重联率?这些都是很重要但目前尚未被完全解答的问题。地球磁层是研究无碰撞磁场重联的理想天然等离子体实验室。研究地球磁层中的磁场重联既有利于深入理解爆发性空间天气的物理机制,也有助于理解天体和实验室等离子体中磁能的快速释放机制。历史上有很多针对地球磁层的卫星探测计划。磁层多尺度（MMS）之前的卫星计划主要在流体和离子尺度对磁场重联进行研究,而MMS任务开启了在电子尺度研究磁场重联的新时代。在本博士论文中,我们主要使用MMS卫星的高精度探测数据,对伴随磁场重联的多尺度结构进行研究,揭示或证明了一系列新颖的物理图像和过程,以下是本论文的主要研究成果:1、磁场重联中小尺度结构的特征与产生机制:首次证实了次级磁通量绳可以由电子Kelvin-Helmholtz不稳性产生。MMS卫星在磁层顶磁场重联扩散区内观测到一个亚离子尺度的磁通量绳镶嵌在一个电子流漩涡中,且在该磁通量绳边缘存在一个电子扩散区。该电子流漩涡由主重联形成的电子流剪切所激发的电子Kelvin-Helmholtz不稳性产生。产生后的电子流漩涡扭曲磁场并触发了次级磁场重联,进而产生了次级磁通量绳。我们通过粒子网格（PIC）数值模拟重现了这一过程。报道了磁场重联扩散区内存在动理学尺度电子漩涡磁洞的首个观测证据。磁洞内存在较强的电流和非理想电场,为磁场重联提供了除电子扩散区以外的能量耗散通道。该磁洞可能由Biermann电池效应产生的电子孤立波激发,通过被捕获电子的抗磁化漂移电流演化形成。发现了一个在重联X线下游延伸了至少20个离子惯性长度的电子扩散区。延伸的电子扩散区位于一个中等导向场非对称重联的出流区内。但这种延伸的电子扩散区没有降低重联率;该重联仍然是重联率约为0.1的快重联。目前的理论和数值模拟结果尚无法解释该电子扩散区的形成。2、多尺度结构中的磁场重联:首次报道了在主重联分界线区域发生的次级磁场重联。该次级磁场重联发生在磁层侧磁场和离子尺度磁通量绳的核心磁场之间,无法用二维的磁层顶重联模型进行解释,是一个三维磁场重联。该次级重联电流片在三个方向上的尺度都有限,且离子对该电子尺度电流片无响应,表明这是一个电子重联。这种三维电子重联展示了一种新的三维磁通量绳的演化方式,其可能在重联驱动的湍流演化中起着关键性的作用。报道了在准垂直激波下游磁鞘中发生的磁场重联。这是一个多尺度不稳定性级联的磁场重联。离子镜像模不稳定性在流体尺度调制重联,改变电流片背景条件;倾斜的撕裂不稳定性在离子尺度调控重联,导致了电子扩散区的分叉结构和强烈的电子流剪切;电子Kelvin-Helmholtz不稳定性在电子尺度调制重联,在重联扩散区内形成若干电子流漩涡,磁洞和磁峰结构。这些结果提供了磁场重联中一种新的多尺度不稳定性级联方式,展示了一种新的重联扩散区电子动力学。3、多尺度结构在磁场重联能量转化中的作用:量化研究了磁通量绳内的电子绝热加速效率,直接证明了磁通量绳可以通过局地绝热加速产生高能电子。Betatron加速和费米加速都在该磁通量绳内加速电子;其中betatron加速可以在极短的时间内产生能量超过100 ke V的电子,而费米加速只能产生热电子,无法产生高能电子。统计研究了122个偶极化锋面上的能量转化与耗散。结果表明,偶极化锋面上主要是磁能转化为等离子体能量;其中释放的磁能主要传给了离子而不是电子。离子在整个偶极锋面上获得能量;而电子在偶极化锋面的前端获得能量,在其后端则失去能量。此外,偶极化锋面上的焦耳耗散（J?′）很小,而描述局部流体能量与热能相互转化的动理学能量耗散参数Pi-D不适合描述偶极化锋面上的能量耗散现象。研究了磁层顶重联扩散区内的哨声波和宽带静电波。哨声波主要分布在重联分界线区域,宽带静电波主要分布在靠近电流片中心的区域。这些波动由局地的电子或离子速度分布函数中的不稳定结构产生,表明等离子体能量转化为等离子体波动能量。哨声波和Buneman波通过电子Pacman分布联系在一起,而不是通过波-波相互作用。倾斜的宽带静电波和多X线重联产生的离子束密切相关。这些成果更新或加深了对磁场重联中的电子动力学、磁场重联的触发和演化、磁场重联中的能量转化、电子加速、等离子体波动激发的理解,同时也提出了一些新的问题和挑战,对未来的磁场重联研究有一定的指导性意义。
江堤[3]（2020）在《利用电荷交换复合光谱诊断对EAST上径向电场对于输运影响的实验研究》文中提出径向电场对磁约束等离子体的约束和输运起到了至关重要的作用。但是其固有的复杂和多样性迄今还未能被充分的认识。如在低约束模向高约束模转换的过程以及内部输运垒的稳定维持中,径向电场以及带来的输运和约束问题仍不太明确。本论文依托于EAST超导托卡马克,利用高时空分辨的电荷交换复合光谱诊断,以L-H转换和内部输运垒作为出发点,对EAST上的径向电场对输运的影响进行了系统的实验研究。本论文首先介绍了 EAST上的电荷交换复合光谱诊断,电荷交换复合光谱（Charge-Exchange Recombination Spectroscopy,CXRS）诊断已经在 EAST 托卡马克装置上成功的测量到了数据并且可以用于研究等离子体中的径向电场等物理问题,该系统可以提供高时空分辨的特定杂质温度和旋转的测量。但是在实际诊断中却发现存在其他杂质的被动发射谱会出现在观测波长范围内。例如,由于边界CXRS视线落点有些位于离子回旋辐射加热的不锈钢波加热天线上,诊断会由此收集到铁的被动发射谱线,因此,本论文通过评估杂质离子的组份建立了一个拟合模型来模拟杂质发射谱,通过谱线拟合和电荷交换分量的仔细识别,提高了离子温度和旋转的信息精度。除此之外,本论文还利用谱分析的手段对羽化粒子进行了评估,在实验中也通过束调制的手段对羽化粒子效应进行了一定的观察,发现了羽化粒子效应对CXRS谱分析有一定的影响,需要进行拟合扣除。本论文还通过解哈密顿量的手段对塞曼效应以及精细结构的影响进行了一定的评估研究工作,发现塞曼效应在EAST上的CXRS谱分析中不能忽略,同样需要扣除,在经过这些效应的评估和扣除后,CXRS诊断的精度得到了提高。高约束模（H模）是未来ITER获得高参数等离子体的基础运行模式,但是从1982年第一次获得H模开始,L-H转换的机理就一直是等离子体物理研究的难题。本论文研究了 L-H转换发生前的径向电场的演化,同时对比分析了径向电场中压强项以及旋转项的贡献,发现了在逆磁项起主导作用的情况下,边界的环向旋转对于L-H转换也起到了一定的贡献,通过数据统计发现,较低的边界环向旋转更容易实现L-H转换,这也意味着未来惯性大,旋转低的大型装置更容易实现L-H转换。除此之外,本论文对磁扰动以及密度扰动下的L-H转换以及H-L转换也进行了一定的分析,发现了对RMP投入下以及SMBI的注入会对边界区域的径向电场形状产生改变,进而触发L-H转换以及H-L转换的结论。本论文还利用了边界电荷交换复合光谱诊断发现了台基附近的环向旋转对边界局域模的行为有影响,发现了较高的边界环向旋转及其剪切破坏边界局域剥离-气球模的稳定性,进而影响边界局域模的行为。本论文还通过对EAST高比压放电中的内部输运垒和E × B剪切的关系进行了研究,发现E×B剪切的存在抑制了芯部区域的离子温度梯度模不稳定性,并且还运用了回旋动力学模拟程序TGLF进行了验证。除此之外,本论文还对鱼骨模下的内部输运垒的形成进行了实验观察和模拟的研究,发现由于高能粒子爆发而形成的J × B力驱动径向剪切等离子体流和离子温度梯度模增长率相当时,也可以认为湍流输运被抑制,这也可以被认为是内部输运垒形成的另一种机制。
刘文斌[4]（2020）在《托卡马克芯部湍流行为及流剪切作用的研究》文中提出在托卡马克等离子体中,湍流是引起反常输运,决定等离子体约束水平的关键问题。到目前为止,人们已经对托卡马克边界的湍流行为及其引起的输运进行了广泛的研究,但由于诊断技术的限制,对芯部湍流的研究还比较少。为了加深对芯部湍流及相关物理问题的理解,探索等离子体约束改善的运行模式,本论文在SUNIST和HL-2A托卡马克上开展了芯部湍流及流剪切作用的实验研究。论文首先对SUNIST的电源系统进行了全面升级,大大提升了装置的运行水平,不仅增强了对放电参数的控制能力,也显着提高了等离子体的稳定性,获得了更长的平顶时间。在等离子体诊断方面,论文开发了一套基于线圈炮的超高速往复探针系统,最高移动速率超过20m/s。在此基础上,本论文研究了 SUNIST中的芯部湍流行为。随着等离子体密度的升高,SUNIST芯部等离子体的湍流和磁流体力学（MHD）行为存在四种状态:（1）低密度（～1.3 × 1018 m-3）下,低频（～10kHz）MHD与一种～50kHz的静电准相干模共存;（2）较低密度（～1.6 × 1018m-3）下,MHD活动很弱,静电湍流由上述准相干模主导;（3）密度较高（～2.0 × 1018 m-3）时,MHD和湍流活动都很弱,总体比较平稳;（4）高密度（>2.3 × 1018 m-3）时,出现～20 kHz的MHD活动,静电涨落增强,但表现为宽谱。本论文重点研究了较低密度等离子体中的静电准相干模。分析表明,该模式在频率、波数、传播方向和碰撞率等方面都与耗散俘获电子模（DTEM）的特征相符。这是首次在球形托卡马克相关实验研究中观察到类DTEM的现象。在更高的等离子体参数下,论文研究了 HL-2A托卡马克等离子体芯部的E × B台阶现象。E × B台阶指托卡马克芯部不同径向位置处通过雷诺应力形成的E × B剪切层,其环向模数n和极向模数m均为0。本论文在HL-2A托卡马克上确认了E × B台阶现象,并从E × B台阶对平均参数剖面和湍流输运的影响两个方面,首次在实验上证实了理论和模拟预测的E × B台阶的多个重要特征。
谭耀[5]（2020）在《高磁雷诺数下剪切流对双撕裂模影响的磁流体模拟研究》文中提出多电流片较为广泛地存在于空间等离子体和实验等离子体中,如太阳风、日冕以及有反剪切磁位型的托卡马克中。它们往往可以发展产生双撕裂模不稳定性。在经历撕裂模各自独立发展的非线性演化阶段后,两个有理面上的磁岛会相互驱动发展从而爆发更加剧烈的磁场重联,磁场能量迅速转化成等离子体的动能,这种不稳定性严重影响着实验装置的稳定。而在高磁雷诺数下,重联区域的电流片由于受到两个有理面磁岛的相互驱动而变得细长。当电流片的横纵比大于一定值时,电流片变得不稳定从而产生二级磁岛。二级磁岛的产生影响着磁场的拓扑结构,同时也会加速磁场能量的释放。模拟研究高磁雷诺数下双撕裂模的演化,高精度的数值算法至关重要。我们从守恒磁流体方程出发,推导得到扰动形式的守恒磁流体方程,采用矢通量分裂（FVS）并结合加权本质无振荡格式（WENO）的有限差分方法,发展了高精度的磁流体数值模拟程序。通过此程序既可以模拟磁流体的线性发展过程,也可以用来研究磁流体的非线性演化。二维磁流体数值模拟程序计算量较大,为了使程序在计算机集群上高效并行运算,我们利用共享存储并行编程（OpenMP）和信息传递接口（MPI）的程序库设计了主从结构的并行程序。程序在节点间采用MPI进行通讯,在计算节点内部采用OpenMP进行并行化计算。同时程序会根据每个计算节点的计算能力对计算负载进行均衡化处理,从而降低各计算节点等待同步的时间,提高并行计算的效率。通过一系列的算例测试验证了程序的高精度以及模拟磁流体不稳定性的准确性,并将程序运行在计算集群多个节点上,检验了其并行加速的效果。剪切流在空间等离子体中和实验室等离子体中都普遍存在,对于磁场重联有着重要影响。我们在模拟中加入了反对称分布的极向剪切流,用数值模拟的方法探究了高磁雷诺数下剪切流对双撕裂模演化及二级磁岛发生过程的影响,研究发现:弱的极向剪切流对双撕裂模的线性发展和非线性发展都具有致稳的作用,且流速越大、流剪切越强,致稳效果越明显。当发生二级磁岛不稳定性时,剪切流会抑制磁场重联区域的入流驱动,使得形成的二级磁岛数目随着剪切流的大小以及剪切率的增加而下降。当剪切流到达一定强度时,二级磁岛不稳定性被完全抑制。因此在具有反剪切磁场位型的托卡马克中加入剪切流可以抑制双撕裂模不稳定性的发展。
李智[6]（2020）在《磁场重联的结构及其磁能转换》文中进行了进一步梳理磁场重联是空间等离子体中普遍存在的物理现象,同时也是实验室等离子体和模拟研究的重点。特殊的近地空间环境,为磁场重联的产生提供了良好的条件。卫星观测是研究磁场重联的重要方法,本文利用MMS卫星观测的高精度数据,研究了与磁场重联相关的哨声波,磁洞,以及扩散区的结构和能量耗散,同时研究了小尺度的磁场重联。通过分析,得到了一些重要的结果,具体如下:1.在磁层顶磁场重联中观测到的哨声波与磁洞利用MMS卫星在2015年11月12日观测的数据,分析了与磁场重联相关的物理过程。在观测中,磁场重联的分界线附近出现了哨声波。在磁层侧的哨声波,具有较高的发射频率（>0.5 fce）,较高的共振能量,同时坡印廷矢量表明波动沿着磁力线朝向X-line传播;反之,磁鞘侧观测到的哨声波的发射频率较低,共振能量较低,并且沿着磁力线反向传播,即远离X-line。虽然哨声波的性质有所不同,但是都与垂直方向电子通量的增加相关。哨声波与电子之间的强烈作用,可以影响等离子体的动力学过程。同时在远离X-line的下游区域,观测到了小尺度的磁洞。因为磁洞内部的电子温度增加,所以磁洞是加热电子的重要结构。该结构很少在近地空间的磁场重联事例中观测到,事实证明X-line的下游区域也是能量产生的重要区域。进一步的研究显示,磁洞的边界处存在着微观物理过程,对应着明显的能量转换过程。磁洞的边界是磁洞加热电子的可能途径。综上所述,与磁场重联相关联的物理过程对粒子的能量化有重要作用。2.磁鞘中观测到的小尺度磁场重联太阳风与地球磁场之间强烈的相互作用,导致了近地空间复杂多变的环境。其中磁鞘区域包含大量的湍动等离子体,因此预期可以产生很多小尺度的电流片。MMS卫星在磁鞘环境中,探测到了位于通量管中心的电子磁场重联。分析发现,每个重联电流片都对应着能量转换。通量管中心的剪切流是导致重联发生的可能机制。所有的电子尺度重联都没有相应的离子流响应。更多的数据表明,这类重联对电子的加热有限,即所有加热电子都位于一个较低的能段100-200 eV。作为磁鞘等离子体中普遍存在的结构,小尺度磁场重联没法产生高能电子。在另一个强引导场存在重联事例的观测中,重联的分界线有重要的结构特征。同时对应着单极的平行电场和明显的能量耗散,加速的电子沿着分界线流向X-line,与入流的其他电子相混合,导致了电子温度在平行方向的急剧增加。因为电子加速只存在于其中的一条分界线,所以电子加热只在电流片的一侧比较明显,导致电流片两侧的温度不对称。剪切流的存在有利于平行电场的产生。3.非对称磁场重联的结构磁层顶的磁场重联大多是不对称重联,即等离子体片两侧的磁场强度以及密度有很大的差别。在2016年1月1日观测到的不对称重联中,在离X-line为9个离子惯性长的位置,可以观测到四极型的Hall磁场和双极的Hall电场。该结构一般认为存在于理想磁场重联中。进一步的分析表明,磁鞘侧（高密度侧）的Hall电场要远小于磁层侧的电场。广义欧姆定律的结果证明,Hall效应是电场产生的主要原因。同时耗散区的电流是高度丝状的,对应的能量耗散也是不连续的。耗散区的电子加热主要来自于平行方向,这是因为强引导场的存在,抑制了垂直方向的电子加热。磁场重联的分界线有很强的能量耗散和电子加热。在分界线,单极的平行电场有效的加速了电子,betatron机制导致了垂直方向的电子温度升高。因此,分界线区域的多种微观物理过程,对电子的加热和加速起到至关重要的作用。
刘博[7]（2019）在《托卡马克等离子体中L-H转换特性的简化模型研究》文中指出能源问题是经济可持续发展的重要瓶颈。传统的化石能源储量有限,因此发展可替代能源是当前科学研究的重要任务之一。核能与传统化石能源相比有很多优势,是目前解决能源问题的重要方案,其中利用磁约束聚变装置实现氘氚聚变反应是获得聚变清洁能源的有效途径。在托卡马克装置（磁约束装置的一种）中,强磁场能使带电粒子绕磁力线运动,从而有效的将氘氚等离子体约束在环形的“磁容器”中,为聚变反应提供有利的条件。然而带电粒子之间的碰撞（集体相互作用）会引起粒子跨越磁力线的输运,考虑了托卡马克环效应后的新经典输运系数有显着提高,但仍不足以解释托卡马克实验中的观测值。这种高于新经典理论预测值的反常输运通常是由等离子体湍流所引起。在托卡马克边界区域,湍流幅度较强时压强梯度较弱,湍流引起的反常输运导致装置的约束性能较低（低约束运行模式,L-模）。通过对微观湍流的控制可以使边界的压强梯度变陡,形成边界的台基区,从而提高等离子体的约束性能（高约束运行模式,H-模）。本论文主要针对托卡马克装置中的约束模式转换现象（L-H转换）,建立简化的“湍流-带状流-测地声模-平均流”模型,数值分析了L-H转换过程中的典型物理特征。论文的结构安排如下:第一章绪论部分主要介绍低约束模式和高约束模式的基本特征。第二章介绍“捕食者-被捕食者”模型在“湍流-剪切流”系统中的推广和应用。第三章中,采用包含“湍流-带状流-测地声模”的四场模型数值分析了湍流的增长率对系统各成分能量演化的影响。结果表明:即使不存在带状流的碰撞阻尼,测地声模的朗道阻尼也可以引起周期振荡。湍流、带状流和测地声模的振荡频率随着湍流增长率幅值的增加。带状流在每个振荡周期内会逐渐的累积能量,最终抑制湍流。在“湍流-离子声波”的耦合参数小于零且带状流有阻尼的情况下,即使“湍流-带状流”的耦合参数大于“湍流-测地声模”耦合参数,测地声模也会优先于带状流增长。第四章中,我们在前序研究的基础上加入了压强梯度演化方程,构建了包含“湍流-带状流-测地声模-平均流”的五场模型,数值分析了L-H转换及L-H-L逆转换过程中的动力学特性。研究结果表明:触发H模的功率阈值以及L-H转换过渡阶段的动力学特征依赖于“湍流-带状流”的耦合参数和“湍流-测地声模”的耦合参数;在L-H转换的过渡阶段可以明显的观测到与HL-2A托卡马克装置诊断结果类似的两种极限环振荡;当增加功率再降低功率时,可以观测到L-H-L过程的迟滞现象。
吴捷[8]（2021）在《径向速度剪切驱动的向内输运现象和GAM磁分量的实验研究》文中指出本论文有关涨落量驱动的向内输运实验是在中国环流器2号A（Huanliuqi-2A,HL-2A成都）托卡马克装置上使用特殊结构的径向双台阶十探针阵列完成的。通过测量HL-2A边界等离子体涨落驱动的径向粒子输运通量,首次观测到在自发L-H转换过程中,长寿模（long-livedmode,LLM）驱动的径向粒子输运通量方向发生反向的现象,即长寿模的粒子输运方向由L模中的径向向外输运变成了 H模中的径向向内输运。长寿模是一支可存续上百毫秒以上的m/n=1/1的高能粒子模,其本质是是若剪切下压强梯度驱动的内扭曲模,其与高能粒子发生相互作用进而成为高能粒子模,而长寿模的产生会一般会导致等离子体密度梯度变平甚至约束性能变差等。我们通过分析径向粒子输运通量的频域展开式可以发现,导致涨落输运通量方向发生变化的直接原因是由于密度涨落ne和极向电场涨落Eθ的互相角项cos αnV变负所导致（其中Vr=Eθ//Bφ,所以一般用径向速度代替极向电场表示互相角）。通过与芯部的软x射线信号作长程互相关,发现了导致互相角项cos αnV发生翻转的原因是由于等离子体边界长寿模频段下的极向电场涨落Eθ的相位发生了反相,从而直接导致了互相角项cos αnV变负以致发生输运方向向内的现象,由此证明了边界长寿模频段的极向电场结构在L-H转换过程中发生的剧烈变化是导致向内输运产生的根本原因。同时我们还通过对比极向间距80mm的另一组四探针测量到的极向电场涨落与软x射线信号的互相关,确认了这种向内输运现象并非只是发生在边界的某个局部位置,而极有可能是一种全局性的输运现象。另外在低功率NBI加热的L模实验以及ECRH加热的L模实验中,我们也发现了全频域涨落驱动的向内输运现象,并且与长寿模驱动的向内输运实验现象相同,涨落驱动的向内输运通量的大小与径向速度剪切率dVr/dr存在着明显的线性关系,而在H模中这种线性关系的斜率比I-phase过程以及L模过程中更加陡峭。即在一定功率的辅助加热条件下,强径向速度剪切梯度驱动了涨落引起的向内输运通量。由于我们在不同的等离子体状态下均观测到了在等离子体边界形成的这种径向速度剪切层,所以我们提出了一个新的概念—“反向输运层”,尝试解释向内输运现象与输运垒之间的联系。这种“反向输运层”可以理解为一种垒结构,是一种会导致输运发生反向的速度剪切层。根据经典的E×B流剪切模型对于H模产生的解释,H模的产生是由于强E×B剪切通过减小湍流的径向长度、抑制湍流的径向输运通量,从而在边界形成密度梯度垒所产生。另外根据雷诺协强理论,由于径向通量的累积从而通过雷诺协强梯度的作用而产生极向的加速度,进而形成了极向流。所以我们根据这个理论的逻辑思路,可以维象的认为“反向输运垒”有可能并不仅仅只是通过雷诺协强使得径向流转变成为极向流,而也很可能通过速度剪切的作用使得径向流发生反向进而形成径向向内的粒子输运。另外我们还发现的涨落量的向内输运实际是具有一定的密度累积作用,即在不同的等离子体状态下对于密度梯度的建立均具有不同程度的助益,所以深刻理解向内输运的内在物理机制将有益于我们研究抑制湍流以致输运垒建立的内在物理机制和H模产生的根本原因。在近二十年以来针对测地声模（geodesic acoustic mode,GAM）特别是其对于湍流幅度的调制和抑制湍流输运方面已经有了相当大量的研究。GAM作为带状流的一支高频分支,具有很强的静电涨落以及相对并不明显的磁场涨落。然而对于未来高磁压比β的大型托卡马克装置,由于其磁涨落比重显着增强使得GAM的磁场涨落不可忽略,从而导致这种大型托卡马克装置上的GAM磁分量带来的影响较大,这也就使得我们深入研究GAM的磁分量变得非常重要。本论文关于GAM磁涨落分量的测量是在J-TEXT托卡马克装置上完成的。通过在J-TEXT两个环向分开的窗口中先后打入电磁探针组,并将同一位置处测量到的静电涨落φf与空间三维磁场涨落Br,θ,φ做互相关,可以将GAM的磁涨落信号从背景湍流的磁涨落噪声中提取出来,从而得到GAM的三维磁场分量。另外还可以利用电磁探针组分别与J-TEXT的极向和环向Mirnov磁探针阵列做互相关,得到GAM的极向磁场涨落Bθ的环向对称性n<1 ≈0以及其极向模数m=2。另外我们通过分析径向不同位置GAM的磁涨落与固定径向位置静电涨落的互相角发现,GAM的磁场涨落分量在不同径向位置具有不同的方向,结合之前GAM的研究结论,我们推测GAM可能是具有类似于电流片一样的径向结构。
王勇[9]（2019）在《亚Alfvén剪切流无碰撞磁重联中的带电粒子加速》文中研究指明本论文通过计算机数值模拟的方法,研究分析了在可压缩Hall MHD框架下的亚Alfve?n剪切流无碰撞磁重联中的带电粒子加速的物理机制,给出了其中粒子加速的物理图像。我们发现亚Alfve?n剪切流无碰撞磁重联中的广泛地存在涡旋电场加速机制,并定义了判断涡旋电场加速作用强弱的指标量?????/?,进一步分析了在指标下的带电粒子运动特性,我们不仅发现电磁场中?0的区域能够对粒子进行加速,还发现?0的区域能吸引带电粒子向其核心区域运动,?0的区域能有效地排斥带电粒子。通过分析剪切流产生的慢激波我们发现,在慢激波上游出现强的减速涡旋电场,运动到上游的带电粒子被阻挡,激波下游出现强的加速涡旋电场,并且激波面处会形成磁镜位形,这样运动到激波下游附近的带电粒子会被约束在激波面处的磁镜位形中并被涡旋电场加速,这是一种带电粒子持续加速并获得高能的有效机制。我们对磁岛及磁力线堆积区的粒子加速进行研究发现,次级磁岛中不仅有涡旋电场加速,还有由粒子扩散与垂向电场共同作用产生的带电粒子加速;磁岛结构能有效的约束带电粒子,使其能够反复的获得加速;磁力线堆积区的电流片附近会形成磁镜位形,能有效地约束带电粒子在很小的范围内,可以在并不强大的涡旋电场的作用下获得很高的动能。
刘迎[10]（2019）在《自由剪切层的磁场控制特性研究》文中进行了进一步梳理Kelvin-Helmholtz（KH）不稳定性现象广泛存在于天体物理、大气学、地球物理、核聚变以及工业生产等相关应用领域,研究其不稳定性控制方法及机理对以上领域内的工程研究具有重要意义和价值。本文基于非理想MHD方程组,采用CTU+CT算法,使用带特征变量限制的三阶空间重构以及HLLC和HLLD格式Riemann求解器,数值研究了不同磁场及物理参数对完全导电、非完全导电、各向异性磁流体中KH不稳定性的作用,揭示了磁场对KH不稳定性的控制机理和规律。研究了磁场作用下完全导电自由剪切层中KH不稳定性的流动结构特征与演变规律,揭示了流向均匀磁场的致稳作用和剪切磁场的破坏稳定作用的机理,以及KH不稳定性对于扰动波的色散关系。流向均匀磁场的致稳作用由垂直于磁感线的横向磁压力和指向磁感线曲率中心的抗弯磁张力共同完成。前者能阻止剪切界面两侧的流体相互掺混,后者则使卷起的界面曲率趋于零。流向均匀磁场主要抑制短波不稳定性,较小的流体粘性和/或压缩性会引入一个小范围波长的不稳定性。流向剪切磁场则有两种作用,一是在整体上抑制大的卷起结构,这一点与流向均匀磁场作用是一致的;二是在剪切界面上产一系列磁岛,磁岛之间发生合并和分裂,在磁冻结效应下生成涡流,最终形成新的不稳定流动。这种不稳定性与磁场强度相关,且磁场剪切程度越大,不稳定性越强。研究了磁场作用下非完全导电磁流体中KH不稳定性流动结构特征与演变规律,揭示了电阻、霍尔效应、双极扩散等非理想效应对KH不稳定性的作用与机理。电阻使磁场发生扩散,减弱了磁冻结效应,导致流体微元与磁感线耦合程度降低。因此剪切界面处的磁场梯度下降,磁能量降低,从而降低横向磁压力和抗弯磁张力,减弱磁场的致稳作用。霍尔效应不会破坏磁冻结效应,但会局部改变磁感线的曲率,导致横向磁压力不能有效集中作用于界面,从而降低了磁场的稳定性作用。此外,霍尔效应还能有效降低线性增长时间,提高线性增长率。双极扩散效应只能稍微降低线性增长时间,对线性增长率大小影响非常小。在饱和之后,由于双极扩散效应使涡内部卷起的磁感线卷曲程度降低,并且会产生较大的磁岛,导致磁场强度降低;但双极扩散导致的逆电阻式扩散使剪切界面磁感线聚集,会使磁场强度放大。因而,双极扩散效应在前期对KH不稳定性的影响较小,在饱和后由于磁场螺旋结构从内到外大部分被破坏,降低了横向磁压力的稳定作用,而抗弯磁张力作用虽然没有明显降低,但其范围非常有限,因而无法抑制流动不稳定。通过研究电阻与粘性同时存在能抑制不稳定性的临界阿尔文马赫数后发现,对于小雷诺数（10～100）,电阻破坏稳定的作用不显着;对于大雷诺数（>300000）,电阻破坏稳定的作用较明显。研究电阻与霍尔效应同时存在的KH不稳定性发现,流动最终会失稳,但会比电阻或霍尔效应单独存在情形要稳定。研究了各向异性磁流体中KH不稳定性的流动特征与演变规律,揭示了粘性各向异性与热导率各向异性对KH不稳定性的影响。粘性各向异性,热导率各向异性都对KH不稳定具有抑制作用,但其作用机制不同。对于各向异性粘性情形,由于沿磁感线方向上的粘性系数比垂直于磁感线方向要大得多,导致界面卷起过程中沿剪切面上的剪切速度变小,从而使内部卷起圈数减少,且卷曲程度下降。在这个过程中,粘性使得卷起结构中小涡产生增殖,特别是在边缘和内部分裂出数个逆时针的小涡。这些小涡还会发生合并,破坏了卷起结构常规增长,从而使流动变得稳定。对于各向异性热导率情形,直到饱和中后期,由于磁感线卷起结构内部被破坏,导致内部温度较高,而外部温度低;同时由于卷起结构被斜向拉伸从而导致磁感线分布不均匀,因此垂直于磁感线方向上出现大规模的热量交换过程。这一过程会有效地降低垂直于磁感线方向上的温度梯度,从而改变剪切界面两侧内能的不均匀性,降低纵向动能,从而有利于流动的稳定。在相干结构影响方面,各向异性粘性使原随时间增长的小尺度高频涡旋结构变成随时间衰减,各向异性热导率则使得低频主要相干结构的增长或衰减率降低,并略微增加了高频相干结构的振荡频率。
二、具有强剪切流等离子体中离子声波与涡旋的转化（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、具有强剪切流等离子体中离子声波与涡旋的转化（论文提纲范文）
（1）外加剪切流下非对称磁场重联的Hall MHD研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 磁场重联物理图像 |
| 1.2 磁场重联的理论模型 |
| 1.2.1 Sweet-Parker模型 |
| 1.2.2 Petschek模型 |
| 1.2.3 无碰撞磁场重联 |
| 1.3 地球磁层顶磁场重联 |
| 1.3.1 地球磁层顶简介 |
| 1.3.2 磁层顶重联条件 |
| 1.4 非对称性条件对磁场重联的影响 |
| 1.5 剪切流对磁场重联的影响 |
| 1.6 本文研究内容及安排 |
| 2 模拟模型和数值模拟方法 |
| 2.1 磁流体力学方程组 |
| 2.2 定解条件 |
| 3 外加剪切流下的非对称磁场重联 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 X点的运动速度 |
| 3.3 重联电场E_y的结构 |
| 3.4 能量转化 |
| 3.5 外加剪切流下磁场非对称性对慢激波的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 外加剪切流系统中的K-H不稳定性 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 K-H不稳定性 |
| 4.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（2）伴随磁场重联的多尺度结构研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 磁场重联 |
| 1.1.1 磁场重联的定义 |
| 1.1.2 磁场重联模型 |
| 1.2 多尺度结构 |
| 1.2.1 重联扩散区 |
| 1.2.2 偶极化锋面 |
| 1.2.3 磁通量绳 |
| 1.2.4 动理学尺度磁洞 |
| 1.3 日地空间环境中的磁场重联 |
| 第2章 MMS卫星计划、数据和分析方法 |
| 2.1 MMS卫星计划 |
| 2.2 MMS卫星仪器与数据 |
| 2.3 空间坐标系 |
| 2.4 卫星数据分析方法 |
| 2.4.1 最小与最大变量分析法 |
| 2.4.2 多卫星Timing分析 |
| 2.4.3 Curlometer方法 |
| 2.5 Particle-in-Cell(PIC)数值模拟 |
| 第3章 磁场重联产生的小尺度结构研究 |
| 3.1 重联扩散区内亚离子尺度的磁通量绳 |
| 3.1.1 MMS卫星观测 |
| 3.1.2 PIC数值模拟 |
| 3.2 重联扩散区内动理学尺度的磁洞 |
| 3.3 延伸的电子扩散区 |
| 3.4 总结和讨论 |
| 第4章 多尺度结构中的磁场重联研究 |
| 4.1 磁通量绳边界上的三维电子磁场重联 |
| 4.2 磁鞘湍流中的磁场重联 |
| 4.3 总结和讨论 |
| 第5章 多尺度结构内的能量转化与粒子加速研究 |
| 5.1 离子尺度磁通量绳内的电子加速 |
| 5.2 偶极化锋面上的能量转化与耗散 |
| 5.3 多X线重联扩散区内的哨声波与宽带静电波 |
| 5.4 总结和讨论 |
| 第6章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 A:偶极化锋面事件列表 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（3）利用电荷交换复合光谱诊断对EAST上径向电场对于输运影响的实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 能源问题 |
| 1.2 什么是核聚变 |
| 1.3 磁约束聚变 |
| 1.4 EAST以及EAST上的中性束系统简介 |
| 1.5 tokamak等离子体的几种运行模式 |
| 1.5.1 欧姆加热 |
| 1.5.2 低约束模(L-mode) |
| 1.5.3 高约束模(H-mode)以及I-mode |
| 1.5.4 内部输运垒(ITB) |
| 1.6 径向电场以及E×B剪切 |
| 1.7 电荷交换复合光谱诊断简介 |
| 1.8 第一章小结 |
| 本章参考文献 |
| 第2章 电荷交换复合光谱诊断及其在EAST上的应用 |
| 2.1 电荷交换复合光谱诊断原理及数据处理 |
| 2.1.1 电荷交换复合光谱诊断原理 |
| 2.1.2 电荷交换碰撞截面 |
| 2.1.3 光子发射模型 |
| 2.1.4 发射系数 |
| 2.1.5 电荷交换观测谱的组成 |
| 2.1.5.1 主动电荷交换谱Active charge exchange (ACX) |
| 2.1.5.2 被动电荷交换谱Passive charge exchange (PCX) |
| 2.1.6 通过主动谱给出杂质离子温度和与旋转速度信息 |
| 2.1.7 结合BES诊断提供杂质离子密度信息 |
| 2.2 EAST上电荷交换复合光谱诊断硬件介绍以及系统标定 |
| 2.2.1 收光系统 |
| 2.2.1.1 环向系统 |
| 2.2.1.2 极向系统 |
| 2.2.2 收光系统保护措施 |
| 2.2.3 高通光量光谱仪系统 |
| 2.2.4 电荷耦合元件Charge coupled Device(CCD) |
| 2.2.5 EAST上电荷交换复合光谱诊断系统的标定 |
| 2.2.5.1 空间标定 |
| 2.2.5.2 波长标定 |
| 2.2.5.3 强度标定 |
| 2.3 EAST上影响电荷交换光谱的诊断数据精度的一些干扰效应评估及处理 |
| 2.3.1 杂质谱对EAST上边界电荷交换复合光谱诊断的影响处理 |
| 2.3.2 韧致辐射背景谱的影响及其在EAST电荷交换复合光谱诊断上的评估 |
| 2.3.3 束晕效应及其在EAST电荷交换复合光谱诊断上的评估 |
| 2.3.4 羽化粒子效应对EAST上电荷交换复合光谱诊断数据处理的影响 |
| 2.3.5 EAST上电荷交换复合光谱诊断上塞曼效应及精细结构效应评估 |
| 2.4 第二章小结 |
| 本章参考文献 |
| 第3章 托卡马克上的输运理论 |
| 3.1 粒子径向输运理论 |
| 3.2 经典理论以及粒子漂移 |
| 3.3 新经典输运理论 |
| 3.4 湍流输运理论 |
| 3.4.1 等离子体湍流形式 |
| 3.4.2 回旋动力学方程组 |
| 3.4.3 等离子体湍流通量计算 |
| 3.5 湍流抑制 |
| 3.5.1 漂移波湍流 |
| 3.5.2 湍流抑制 |
| 3.5.2.1 磁剪切 |
| 3.5.2.2 平衡流剪切 |
| 3.5.2.3 带状流 |
| 3.5.2.4 沙哈洛夫位移 |
| 3.6 第三章小结 |
| 本章参考文献 |
| 第4章 EAST托卡马克上的L-H转换与径向电场的相关研究 |
| 4.1 国外聚变装置上L-H转换下径向电场的实验观察 |
| 4.2 基于电荷交换复合光谱诊断分析EAST上边界相关物理 |
| 4.2.1 EAST上L模和H模边界离子温度和旋转速度典型剖面 |
| 4.2.2 EAST上L-H转换发生前径向电场中各项贡献以及H模阈值和边界环向旋转关系 |
| 4.2.3 EAST上通过外部添加扰动情况下的L-H转换物理分析 |
| 4.2.3.1 径向磁扰动影响粒子输运 |
| 4.2.3.2 SMBI注入触发H-L转换 |
| 4.2.3.3 等离子体电流爬升触发L-H转换 |
| 4.2.4 边界环向旋转剪切同边界MHD不稳定性之间的关系 |
| 4.3 第四章小结 |
| 本章参考文献 |
| 第5章 EAST托卡马克中具有内部输运垒的稳态运行模式的实验研究 |
| 5.1 具有高比压的ITB稳定运行模式放电的优势 |
| 5.2 ITB的形成原因概述 |
| 5.3 ITB和ETB的联系与区别 |
| 5.4 EAST上高比压放电中内部输运垒的特征 |
| 5.4.1 内部输运垒的观察 |
| 5.4.2 E×B流剪切以及ITG线性增长率 |
| 5.4.3 不稳定性数值模拟 |
| 5.4.4 低阶有理q以及α-stabilization影响 |
| 5.4.5 内部输运垒的崩塌 |
| 5.5 内扭曲模下芯部输运垒相关实验研究 |
| 5.5.1 n=m=1内扭曲模 |
| 5.5.1.1 锯齿振荡(sawtooth osillations) |
| 5.5.1.2 鱼骨模(fishbone) |
| 5.5.2 EAST上内扭曲模下旋转变化的相关研究 |
| 5.5.2.1 鱼骨模-→锯齿振荡 |
| 5.5.2.2 阿尔芬本征模→鱼骨模→锯齿震荡 |
| 5.5.3 内部扭曲模稳定性理论 |
| 5.5.4 鱼骨模下输运垒形成理论 |
| 5.6 第五章小结 |
| 本章参考文献 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结以及创新性结论 |
| 6.2 未来计划以及研究展望 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（4）托卡马克芯部湍流行为及流剪切作用的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号和缩略语说明 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 磁约束聚变 |
| 1.2 托卡马克等离子体的约束模式 |
| 1.2.1 欧姆约束模 |
| 1.2.2 低约束模 |
| 1.2.3 高约束模 |
| 1.2.4 约束模式小结 |
| 1.3 等离子体约束与湍流输运 |
| 1.3.1 碰撞输运 |
| 1.3.2 湍流输运 |
| 1.3.3 LOC-SOC转换与湍流特征 |
| 1.4 流剪切及其与湍流的相互作用 |
| 1.4.1 流剪切抑制湍流的理论模型 |
| 1.4.2 E×B剪切与输运垒 |
| 1.4.3 带状流 |
| 1.4.4 E×B台阶结构 |
| 1.5 磁场位形结构对湍流的影响 |
| 1.5.1 磁剪切 |
| 1.5.2 Shafranov位移 |
| 1.5.3 拉长比和三角形变 |
| 1.5.4 环径比 |
| 1.6 芯部与边界湍流 |
| 1.6.1 芯部与边界的等离子体参数 |
| 1.6.2 不同区域的湍流特征 |
| 1.6.3 湍流的实验研究 |
| 1.7 课题研究内容和论文结构 |
| 第2章 湍流诊断技术与数据处理方法 |
| 2.1 静电探针诊断技术 |
| 2.1.1 基本原理 |
| 2.1.2 单探针 |
| 2.1.3 双探针 |
| 2.1.4 三探针 |
| 2.1.5 四探针 |
| 2.1.6 马赫探针 |
| 2.1.7 涨落量测量 |
| 2.1.8 静电探针系统简介 |
| 2.2 微波诊断 |
| 2.2.1 多普勒反射计 |
| 2.2.2 电子回旋辐射 |
| 2.3 束发射谱诊断 |
| 2.4 喷气成像技术 |
| 2.5 激光诊断技术 |
| 2.6 数据处理方法 |
| 2.6.1 傅立叶变换 |
| 2.6.2 相关性分析 |
| 2.6.3 两点法 |
| 第3章 实验平台——SUNIST和 HL-2A托卡马克 |
| 3.1 SUNIST球形托卡马克基本情况介绍 |
| 3.2 SUNIST电源系统的升级改造 |
| 3.2.1 环向场电源的升级 |
| 3.2.2 欧姆场电路的改进与环电压的调整 |
| 3.2.3 垂直场电路的改造 |
| 3.3 HL-2A托卡马克 |
| 第4章 新型超高速往复探针系统的研发 |
| 4.1 往复探针简介 |
| 4.2 传统往复探针系统的应用局限 |
| 4.3 基于线圈炮的新型超高速往复探针系统 |
| 4.3.1 线圈炮的基本原理 |
| 4.3.2 结构设计 |
| 4.3.3 电路与控制系统 |
| 4.3.4 测试结果 |
| 第5章 SUNIST托卡马克芯部湍流 |
| 5.1 对SUNIST以往湍流研究的回顾 |
| 5.2 本论文的研究目的 |
| 5.3 放电条件及诊断设置 |
| 5.4 密度对MHD活动和湍流行为的影响 |
| 5.5 SUNIST中的芯部静电准相干模 |
| 5.5.1 电子温度和密度剖面 |
| 5.5.2 准相干模的空间分布 |
| 5.5.3 准相干模的色散关系 |
| 5.5.4 特征频率的分析 |
| 5.5.5 准相干模的总结与讨论 |
| 5.6 湍流模式转换 |
| 5.7 小结 |
| 第6章 HL-2A托卡马克芯部剪切流 |
| 6.1 实验设置 |
| 6.1.1 等离子体诊断系统 |
| 6.1.2 放电条件 |
| 6.2 数据处理 |
| 6.3 实验结果 |
| 6.3.1 等离子体参数的剖面特征 |
| 6.3.2 湍流特征 |
| 6.4 总结与讨论 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 论文研究总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间完成的相关学术成果 |
| 指导教师学术评语 |
| 答辩委员会决议书 |
（5）高磁雷诺数下剪切流对双撕裂模影响的磁流体模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 磁场重联及其物理机制 |
| 1.2 双撕裂模不稳定性 |
| 1.3 剪切流对双撕裂模的影响 |
| 1.4 论文章节安排 |
| 第2章 磁流体模型与数值模拟方法简介 |
| 2.1 磁流体模型简介 |
| 2.1.1 磁流体方程 |
| 2.1.2 扰动形式的守恒磁流体方程 |
| 2.2 数值模拟方法简介 |
| 2.2.1 扰动形式的GLM-MHD方程 |
| 2.2.2 Lax-Friedrichs矢通量分裂 |
| 2.2.3 WENO重构格式 |
| 2.3 方程离散化 |
| 2.3.1 空间离散化 |
| 2.3.2 时间离散化 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 程序设计与测试 |
| 3.1 并行程序设计 |
| 3.1.1 并行框架设计 |
| 3.1.2 负载均衡化处理 |
| 3.2 算例测试以及性能分析 |
| 3.2.1 精度测试 |
| 3.2.2 对磁流体不稳定性的测试 |
| 3.2.3 性能分析 |
| 3.3 小结 |
| 第4章 高磁雷诺数下剪切流对双撕裂模的影响 |
| 4.1 初始参数设定 |
| 4.2 无流高磁雷诺数下双撕裂模中二级磁岛的形成 |
| 4.3 高磁雷诺数下剪切流对双撕裂模演化的影响 |
| 4.3.1 剪切流对双撕裂模线性演化的影响 |
| 4.3.2 剪切流对双撕裂模非线性演化的影响 |
| 4.4 高磁雷诺数下剪切流对双撕裂模中二级磁岛的影响 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 总结与期望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（6）磁场重联的结构及其磁能转换（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 磁场重联概述 |
| 1.2 磁场重联模型及其发展 |
| 1.2.1 Sweet-Parker模型 |
| 1.2.2 Petschek模型 |
| 1.3 无碰撞磁场重联 |
| 1.4 磁场重联的空间观测 |
| 1.4.1 太阳活动与磁场重联 |
| 1.4.2 地球磁层和磁场重联 |
| 1.4.3 行星际磁场重联 |
| 1.5 磁场重联中的波动与电子加速 |
| 1.5.1 磁场重联中的波动 |
| 1.5.2 电子加速 |
| 1.6 小尺度的磁场重联 |
| 第2章 磁场重联与哨声波 |
| 2.1 磁层顶简介 |
| 2.1.1 磁层坐标系 |
| 2.1.2 条件 |
| 2.2 磁层顶磁场重联与哨声波 |
| 2.3 与磁场重联耦合的磁结构 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 磁鞘中的磁场重联 |
| 3.1 磁鞘磁场重联观测 |
| 3.2 本章小结 |
| 第4章 分界线电子加速 |
| 4.1 磁场重联观测 |
| 4.2 本章小结 |
| 第5章 不对称磁场重联结构与电子加热 |
| 5.1 磁场重联观测 |
| 5.2 耗散区结构 |
| 5.3 Hall结构分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结和展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 博士期间的研究结果 |
（7）托卡马克等离子体中L-H转换特性的简化模型研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 能源与聚变 |
| 1.2 等离子体不稳定性 |
| 1.2.1 磁流体不稳定性的描述方程 |
| 1.2.2 约束与输运 |
| 1.3 L模和H模 |
| 1.3.1 边界输运垒中径向电场 |
| 1.3.2 边界局域模 |
| 1.3.3 剪切流 |
| 1.4 研究的工作和内容安排 |
| 2 捕食者-被捕食者模型在湍流输运中的推广和应用 |
| 2.1 人口数量模型 |
| 2.1.1 模型的建立 |
| 2.2 鱼和鲨鱼的捕食者-被捕食者模型 |
| 2.3 湍流、带状流和压强梯度的物理模型 |
| 2.4 湍流、带状流、测地声模和压强梯度的物理模型 |
| 2.5 湍流与压强扰动耦合的四场捕食者被捕食者模型 |
| 2.5.1 测地声模的背景 |
| 2.5.2 湍流、带状流和测地声模方程的推导 |
| 3 湍流、带状流和测地声模的数值结果 |
| 3.1 带状流无阻尼的情况 |
| 3.1.1 “湍流-测地声模”耦合占优的数值结果 |
| 3.1.2 “湍流-带状流”耦合占优的数值结果 |
| 3.1.3 “湍流-离子声波”耦合系数为负数的数值结果 |
| 3.2 带状流有阻尼的情况 |
| 3.2.1 “湍流-测地声模”耦合占优的数值结果 |
| 3.2.2 “湍流-带状流”耦合占优的数值结果 |
| 3.2.3 “湍流-离子声波”耦合系数为负数的数值结果 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 湍流、带状流、测地声模和压强梯度的物理模型和数值结果 |
| 4.1 五场湍流、带状流、测地声模和压强梯度物理模型 |
| 4.2 数值结果与分析 |
| 4.2.1 耦合参数对L-H转换过程的影响 |
| 4.2.2 极限环振荡的物理特性 |
| 4.2.3 L-H-L转换的迟滞现象 |
| 4.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（8）径向速度剪切驱动的向内输运现象和GAM磁分量的实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 粒子输运物理及向内输运的实验研究现状概述 |
| 1.1 核聚变研究的意义与现状 |
| 1.1.1 核聚变研究的意义 |
| 1.1.2 磁约束聚变装置的研究现状 |
| 1.2 湍流驱动的反常输运的实验研究 |
| 1.2.1 静电涨落驱动的输运研究 |
| 1.2.2 高约束模的产生机制 |
| 1.2.3 测地声模的实验研究 |
| 1.2.4 长寿模的实验研究 |
| 1.3 向内输运的研究综述 |
| 1.3.1 向内输运的实验研究现状 |
| 1.3.2 向内输运物理机制的研究 |
| 1.3.3 小结 |
| 第2章 探针诊断原理与数据处理方法 |
| 2.1 静电探针原理 |
| 2.1.1 单探针 |
| 2.1.2 双探针 |
| 2.1.3 三探针和四探针 |
| 2.1.4 马赫探针 |
| 2.2 磁场涨落量测量 |
| 2.2.1 磁探针 |
| 2.2.2 电磁探针 |
| 2.3 数字谱分析方法简介 |
| 2.3.1 傅里叶变换 |
| 2.3.2 涨落的功率谱测量 |
| 2.3.3 径向涨落输运通量及其频域分解 |
| 2.3.4 双谱分析 |
| 第3章 诊断设备和实验安排 |
| 3.1 实验装置的简介 |
| 3.1.1 中国环流器二号A装置HL-2A |
| 3.1.2 J-TEXT托卡马克装置 |
| 3.2 气动探针的设置 |
| 3.2.1 HL-2A静电探针设置 |
| 3.2.2 J-TEXT电磁探针实验安排 |
| 3.3 数据采集系统 |
| 第4章 向内输运的实验研究 |
| 4.1 L-H转换过程中的向内输运 |
| 4.1.1 长寿模的向内输运现象 |
| 4.1.2 极向电场主导的互相角变化 |
| 4.1.3 径向速度剪切率对LLM向内输运的影响 |
| 4.1.4 热传导输运通量变化 |
| 4.1.5 讨论 |
| 4.2 低功率NBI加热L模中的向内输运 |
| 4.2.1 平衡量引起的向内输运现象 |
| 4.2.2 “相锁”与“相滑”理论 |
| 4.2.3 径向速度剪切率对湍流向内输运的影响 |
| 4.2.4 向内输运的影响 |
| 4.2.5 小结与讨论 |
| 4.3 ECRH加热L模中的向内输运 |
| 4.3.1 ECRH约束改善实验的实验安排 |
| 4.3.2 测地声模GAM的测量 |
| 4.3.3 湍流的向内输运 |
| 4.3.4 径向速度剪切率对湍流向内输运的影响 |
| 4.3.5 小结与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 GAM磁分量的测量研究 |
| 5.1 J-TEXT装置上GAM磁分量的特征 |
| 5.1.1 GAM磁分量的探测 |
| 5.1.2 GAM磁分量的幅值 |
| 5.1.3 GAM磁分量的模结构 |
| 5.1.4 GAM磁分量的电流片模型 |
| 5.1.5 HL-2A上测量GAM磁分量实验的介绍 |
| 5.2 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（9）亚Alfvén剪切流无碰撞磁重联中的带电粒子加速（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 引言 |
| 1 绪论 |
| 1.1 等离子体 |
| 1.2 磁流体力学 |
| 1.2.1 磁流体力学的数学表达 |
| 1.2.2 磁扩散与磁冻结效应 |
| 1.2.3 磁压力、磁张力与Alfve?n速度 |
| 1.2.4 霍尔磁流体 |
| 1.3 亚Alfve?n剪切流无碰撞磁重联 |
| 1.3.1 磁重联的物理概念 |
| 1.3.2 磁重联模型 |
| 1.3.3 亚Alfve?n剪切流无碰撞磁重联及其实际意义 |
| 2 模拟的物理模型与数值计算方法 |
| 2.1 Hall MHD模型 |
| 2.1.1 Hall MHD方程组 |
| 2.1.2 定解条件 |
| 2.2 带电粒子运动模型 |
| 2.3 模拟中使用的数值计算方法 |
| 3 亚Alfve?n剪切流无碰撞磁重联中的带电粒子加速机制 |
| 3.1 电子的高效加速区及高效加速模型 |
| 3.1.1 电子高效加速区 |
| 3.1.2 高效加速区电子加速模型 |
| 3.2 涡旋电场加速机制、Ω_E指标与Ω_E指标下的带电粒子运动特性 |
| 3.2.1 涡旋电场加速机制与Ω_E指标 |
| 3.2.2 Ω_E指标下的带电粒子运动特性 |
| 3.3 激波对带电粒子的阻挡与加速 |
| 3.4 磁岛中的带电粒子加速以及带电粒子扩散加速与电荷分离 |
| 3.4.1 次级磁岛中的带电粒子加速 |
| 3.4.2 带电粒子扩散加速与电荷分离 |
| 3.4.3 磁力线堆积区的带电粒子加速 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（10）自由剪切层的磁场控制特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 理想磁流体KH不稳定性的研究 |
| 1.2.2 非理想磁流体KH不稳定性的研究 |
| 1.2.3 各向异性磁流体KH不稳定性的研究 |
| 1.2.4 MHD方程组数值技术的发展 |
| 1.3 本文主要内容 |
| 2 控制方程和数值方法 |
| 2.1 控制方程 |
| 2.1.1 非理想MHD方程组 |
| 2.1.2 理想MHD方程组 |
| 2.1.3 等离子体参数估计 |
| 2.2 数值方法 |
| 2.2.1 PPM空间重构 |
| 2.2.2 Rieaman求解器 |
| 2.2.3 CT算法 |
| 2.2.4 CTU算法 |
| 2.2.5 STS技术 |
| 2.3 局部网格加密 |
| 3 完全导电磁流体KH不稳定性的磁场控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 流向均匀磁场的影响 |
| 3.2.1 计算模型 |
| 3.2.2 计算结果和讨论 |
| 3.3 磁场抑制不稳定性的机理 |
| 3.4 流向剪切磁场的影响 |
| 3.4.1 双曲正切剪切磁场 |
| 3.4.2 均匀间断剪切磁场 |
| 3.5 热导率对KH不稳定性的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 非完全导电磁流体KH不稳定性的磁场控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 电阻率的影响 |
| 4.2.1 纯电阻情形 |
| 4.2.2 电阻和粘性同时存在情形 |
| 4.3 霍尔效应的影响 |
| 4.3.1 纯霍尔效应情形 |
| 4.3.2 电阻和霍尔效应同时存在的情形 |
| 4.4 双极扩散效应的影响 |
| 4.4.1 计算结果与讨论 |
| 4.4.2 双极扩散效应作用机理分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 各向异性磁流体KH不稳定性的磁场控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 粘性各向异性 |
| 5.2.1 计算模型 |
| 5.2.2 计算结果与讨论 |
| 5.3 热导率各向异性 |
| 5.3.1 计算模型 |
| 5.3.2 计算结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结和展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
四、具有强剪切流等离子体中离子声波与涡旋的转化（论文参考文献）
- [1]外加剪切流下非对称磁场重联的Hall MHD研究[D]. 孙悦. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]伴随磁场重联的多尺度结构研究[D]. 钟志宏. 南昌大学, 2020(02)
- [3]利用电荷交换复合光谱诊断对EAST上径向电场对于输运影响的实验研究[D]. 江堤. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [4]托卡马克芯部湍流行为及流剪切作用的研究[D]. 刘文斌. 清华大学, 2020(01)
- [5]高磁雷诺数下剪切流对双撕裂模影响的磁流体模拟研究[D]. 谭耀. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [6]磁场重联的结构及其磁能转换[D]. 李智. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [7]托卡马克等离子体中L-H转换特性的简化模型研究[D]. 刘博. 大连理工大学, 2019(02)
- [8]径向速度剪切驱动的向内输运现象和GAM磁分量的实验研究[D]. 吴捷. 中国科学技术大学, 2021(06)
- [9]亚Alfvén剪切流无碰撞磁重联中的带电粒子加速[D]. 王勇. 大连理工大学, 2019(02)
- [10]自由剪切层的磁场控制特性研究[D]. 刘迎. 南京理工大学, 2019(06)