發(fā)布時(shí)間：2018-03-19 19:53

  本文選題：磁場重聯(lián)　切入點(diǎn)：剪切流　出處：《浙江大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)間尺度是一個(gè)很重要的判據(jù),即重聯(lián)的時(shí)間尺度要比擴(kuò)散的時(shí)間尺度快很多。剪切流不論在空間等離子體還是實(shí)驗(yàn)室等離子體中都廣泛存在,所以有必要去研究等離子體中剪切流對磁場重聯(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(shí)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(shí),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諺變大強(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(shí),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vswz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(shí),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=BIMFsinθ)時(shí),地球磁尾附近出現(xiàn)的磁場島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,BIMFy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(shí),向陽面磁層頂?shù)拇艌鲋芈?lián)過程減弱,地球的磁尾區(qū)域的磁場By減弱且分布結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化。這些結(jié)果詳細(xì)討論了三維磁場重聯(lián)動力學(xué)過程,可能可以用來解釋一些衛(wèi)星觀測現(xiàn)象。
[Abstract]:Magnetic reconnection is an effective mechanism for converting magnetic energy into kinetic energy and heat energy. Energy can be exchanged. Magnetic reconnection is considered to be an effective mechanism for explaining many explosive physical phenomena in magnetized ion bodies such as space and laboratories, such as solar flares. Substorms in the earth's magnetosphere and sawtooth oscillations in Tokkkari's magnetosphere. In order for magnetic field reconnection to explain some observational phenomena, its time scale is a very important criterion. That is, the time scale of reconnection is much faster than that of diffusion. Shear flow is widespread in both space plasma and laboratory plasma. Therefore, it is necessary to study the influence of shear flow in plasma on the magnetic reconnection process. The compressible resistance magnetohydrodynamic model and the compressible Hall magnetohydrodynamic model are used in the numerical simulation. Two different initial magnetic field configurations, That is, three-dimensional plate configuration and dipole field configuration to study the dynamic process of three-dimensional magnetic reconnection. Firstly, we adopt the plate configuration of magnetic field, and the current sheet width changes with y. We find that the magnetic reconnection velocity is greatly weakened. The intensity of shock wave produced by the applied shear flow is also relatively weak. In different y plane, although the shape of the current sheet is very different, that is, the reconnection process, the structure of the shock wave formed in the reentrant flow region is very consistent. The position and intensity are very similar. Then, The reconnection of the magnetic field in the interaction between the solar wind and the earth's magnetosphere is studied by using a similar dipolar configuration of the real magnetic field of the earth. When the interplanetary magnetic field carried by the solar wind is south and north respectively, The results are consistent with some observational phenomena. With the addition of the Hall effect, the intensity distribution of the asymmetric Hall quadrupole field increases with the ion inertial length saying. When the plasma current carried by the solar wind exists in the z direction of velocity vswz, The magnetic reconnection to the positive magnetopause is basically unchanged, and the magnetic reconnection speeds up with the increase of vswz. The angle of deflection of the magnetic tail current sheet is linearly related to the vswz. When the BIMF carried by the solar wind has y component, we find for the first time that the magnetic field Bynear the magnetic tail region of the earth appears in the vicinity of the earth's magnetohydrodynamic model through the 3D global magnetohydrodynamic model. The maximum value of the magnetic island near the earth's magnetic tail is mainly distributed in the region of the current sheet of the magnetic tail and the existence of the BIMFyBIMFy can also promote the magnetic reconnection to the positive magnetopause. The magnetic reconnection to the positive magnetopause is weakened, and the magnetic field by in the magnetic tail region of the earth is weakened and the distribution structure is greatly changed. These results discuss in detail the dynamic process of the three-dimensional magnetic reconnection. It may be used to explain some satellite observations.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O361.3

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本文編號：1635760