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旋转圆柱等离子体中撕裂模和Kelvin-Helmholtz不稳定性的激发特性

毕海亮 魏来 范冬梅 郑殊 王正汹

旋转圆柱等离子体中撕裂模和Kelvin-Helmholtz不稳定性的激发特性

毕海亮, 魏来, 范冬梅, 郑殊, 王正汹
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  • 采用约化的磁流体力学模型,数值研究了柱位形等离子体中q剖面和极向旋转剖面对q=1撕裂模不稳定性和Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性的影响.随着旋转强度的增加,m/n=1/1模被逐渐抑制,而高阶谐波模式(如m/n=2/2,m/n=3/3等)会经历四个区间:撕裂模失稳区间、撕裂模致稳区间、稳定窗口区间和K-H不稳定性激发区间.更进一步,我们发现,m/n=1/1模的增长率随旋转强度的改变与剪切层所处位置有关,并且剪切层分布在有理面内外的结果基本一致;然而高阶谐波模式却没有此类现象.另外,有理面处磁剪切越小,撕裂模越容易被剪切流抑制,并且越容易激发K-H不稳定性.
      通信作者: 魏来, laiwei@dlut.edu.cn;zxwang@dlut.edu.cn ; 王正汹, laiwei@dlut.edu.cn;zxwang@dlut.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11322549,11275043,11305027)、大连市杰出人才基金(批准号:2015R001)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:DUT14RC(3)157,DUT15YQ103)资助的课题.
    [1]

    Fu S Y, Pu Z Y, Liu Z X 1995J. Geophys. Res. 100 5657

    [2]

    Hasegawa H, Fujimoto M, Phan T D, Rème H, Balogh A, Dunlop M W, Hashimoto C, TanDokoro R 2004Nature 430 755

    [3]

    Li J H, Ma Z W 2010J. Geophys. Res. 115 A09216

    [4]

    Burrell K H 1997Phys. Plasmas 4 1499

    [5]

    Terry P W 2000Rev. Mod. Phys. 72 109

    [6]

    Lin Z, Hahm T S, Lee W W, Tang W M, White R B 1998Science 281 1835

    [7]

    Diamond P H, Itoh S I, Itoh K, Hahm T S 2005Plasma Phys. Controlled Fusion 47 R35

    [8]

    Gerhardt S P, Brenman D P, Buttery R, La Haye R J, Sabbagh S, Strait E, Bell M, Fredrickson E, Gates D, LeBlanc B, Menard J, Stutman D, Tritz K, Yuh H 2009Nucl. Fusion 49 032003

    [9]

    La Haye R J, Pretty C C, Politzer P A, DⅢ-D Team 2011Nucl. Fusion 51 053013

    [10]

    Chen X L, Morrison P J 1990Phys. Fluids B 2 495

    [11]

    Lau Y Y, Liu C S 1980Phys. Fluids 23 939

    [12]

    Miura A, Prichett P L 1982J. Geophys. Res. 87 7431

    [13]

    Chandrasekhar S 1961Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability (Oxford:Clarendon)

    [14]

    Tatsuno T, Dorland W 2006Phys. Plasmas 13 092107

    [15]

    Takeji S, Tokuda S, Fujita T, Suzuki T, Isayama A, Ide S, Ishii Y, Kamada Y, Koide Y, Matsumoto T, Oikawa T, Ozeki T, Sakamoto Y, JT-60 Team 2002Nucl. Fusion 42 5

    [16]

    Chen W, Ding X T, Yang Q W, Liu Y, Ji X Q, Zhang Y P, Zhou J, Yuan G L, Sun H J, Li W, Zhou Y, Huang Y, Dong J Q, Feng B B, Song X M, Shi Z B, Liu Z T, Song X Y, Li L C, Duan X R, Liu Y, HL-2A Team 2010Phys. Rev. Lett. 105 185004

    [17]

    Edwards A W, Campbell D J, Engelhardt W W, Fahrbach H U, Gill R D, Granetz R S, Tsuji S, Tubbing B J D, Weller A, Wesson J, Zasche D 1986Phys. Rev. Lett. 57 210

    [18]

    Kadomtsev B B 1975Sov. J. Plasma Phys. 1 389

    [19]

    Wesson J A 1986Plasma Phys. Controlled Fusion 28 243

    [20]

    Hastie R J 1998Astrophys. Space Sci. 256 177

    [21]

    Aydemir A Y, Wiley J C, Ross D W 1989Phys. Fluids B 1 774

    [22]

    Lichtenberg A J, Itoh K, Itoh S I, Fukuyama A 1992Nucl. Fusion 32 495

    [23]

    Wang X, Bhattacharjee A 1993Phys. Rev. Lett. 70 1627

    [24]

    Qu Q 1995Nucl. Fusion 35 1012

    [25]

    Porcelli F, Boucher D, Rosenbluth M N 1996Plasma Phys. Controlled Fusion 38 2163

    [26]

    Matsumoto T, Tokuda S, Kishimoto Y, Takizuka T, Naitou H 1999J. Plasma Fusion Res. 75 1188

    [27]

    Chapman I T, Pinches S D, Graves J P, Akers R J, Appel L C, Budny R V, Coda S, Conway N J, de Bock M, Eriksson L G, Hastie R J, Hender T C, Huysmans G T A, Johnson T, Koslowski H R, Krämer-Flecken A, Lennholm M, Liang Y, Saarelma S, Sharapov S E, Voitsekhovitch I, MAST and TEXTOR Teams and JET EFDA Contributors 2007Plasma Phys. Controlled Fusion 49 B385

    [28]

    Halpern F D, Ltjens H, Luciani J F 2011Phys. Plasmas 18 102501

    [29]

    Nagayama Y, Taylor G, Yamada M, Fredrickson E D, Janos A C, McGuire K M 1996Nucl. Fusion 36 521

    [30]

    Yamaguchi S, Igami H, Tanaka H, Maekawa T 2004Plasma Phys. Controlled Fusion 46 1163

    [31]

    Chen W, Ding X T, Liu Yi, Yuan G L, Zhang Y P, Dong Y B, Song X Y, Zhou J, Song X M, Deng W, Yang Q W, Ji X Q, Duan X R, Liu Y, the HL-2A Team 2009Nucl. Fusion 49 075022

    [32]

    Igochine V, Dumbrajs O, Zohm H, Flaws A, ASDEX Upgrade Team 2007Nucl. Fusion 47 23

    [33]

    Sun Y, Wan B, Hu L, Chen K, Shen B, Mao J 2009Plasma Phys. Controlled Fusion 51 065001

    [34]

    Chen W, Ding X T, Yu L M, Ji X Q, Shi Z B, Zhang Y P, Zhong W L, Yuan G L, Dong J Q, Yang Q W, Liu Yi, Yan L W, Zhou Y, Jiang M, Li W, Song X M, Chen S Y, Duan X R, the HL-2A Team 2013Nucl. Fusion 53 113010

    [35]

    Chen W, Ding X T, Liu Yi, Yang Q W, Ji X Q, Isobe1 M, Yuan G L, Zhang Y P, Zhou Y, Song X Y, Dong Y B, Li W, Zhou J, Lei G J, Cao J Y, Deng W, Song X M, Duan X R, HL-2A Team 2010Nucl. Fusion 50 084008

    [36]

    Sauter O, Westerhof E, Mayoral M L, Alper B, Belo P A, Buttery R J, Gondhalekar A, Hellsten T, Hender T C, Howell D F, Johnson T, Lamalle P, Mantsinen M J, Milani F, Nave M F F, Nguyen F, Pecquet A L, Pinches S D, Podda S, Rapp J 2002Phys. Rev. Lett. 88 105001

    [37]

    Nave M F F, Lazzaro E, Coelho R, Belo P, Borba D, Buttery R J, Nowak S, Serra F, EFDA-JET Contributors 2003Nucl. Fusion 43 179

    [38]

    Furth H P, Killeen J, Rosenbluth M N 1963Phys. Fluids 6 459

    [39]

    Wang Z X, Wei L, Wang X 2012Phys. Plasmas 19 062108

    [40]

    Wei L, Wang Z X 2013Phys. Plasmas 20 012512

    [41]

    Fan D M, Wei L, Wang Z X, Zheng S, Duan P 2014Phys. Plasmas 21 092515

    [42]

    Bierwage A, Benkadda S, Hamaguchi S, Wakatani M 2005Phys. Plasmas 12 082504

    [43]

    Bierwage A, Yu Q, Gnter S 2007Phys. Plasmas 14 010704

    [44]

    Bell R E, Levinton F M, Batha S H, Synakowski E J, Zarnstorff M C 1998Phys. Rev. Lett. 81 1429

  • [1]

    Fu S Y, Pu Z Y, Liu Z X 1995J. Geophys. Res. 100 5657

    [2]

    Hasegawa H, Fujimoto M, Phan T D, Rème H, Balogh A, Dunlop M W, Hashimoto C, TanDokoro R 2004Nature 430 755

    [3]

    Li J H, Ma Z W 2010J. Geophys. Res. 115 A09216

    [4]

    Burrell K H 1997Phys. Plasmas 4 1499

    [5]

    Terry P W 2000Rev. Mod. Phys. 72 109

    [6]

    Lin Z, Hahm T S, Lee W W, Tang W M, White R B 1998Science 281 1835

    [7]

    Diamond P H, Itoh S I, Itoh K, Hahm T S 2005Plasma Phys. Controlled Fusion 47 R35

    [8]

    Gerhardt S P, Brenman D P, Buttery R, La Haye R J, Sabbagh S, Strait E, Bell M, Fredrickson E, Gates D, LeBlanc B, Menard J, Stutman D, Tritz K, Yuh H 2009Nucl. Fusion 49 032003

    [9]

    La Haye R J, Pretty C C, Politzer P A, DⅢ-D Team 2011Nucl. Fusion 51 053013

    [10]

    Chen X L, Morrison P J 1990Phys. Fluids B 2 495

    [11]

    Lau Y Y, Liu C S 1980Phys. Fluids 23 939

    [12]

    Miura A, Prichett P L 1982J. Geophys. Res. 87 7431

    [13]

    Chandrasekhar S 1961Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability (Oxford:Clarendon)

    [14]

    Tatsuno T, Dorland W 2006Phys. Plasmas 13 092107

    [15]

    Takeji S, Tokuda S, Fujita T, Suzuki T, Isayama A, Ide S, Ishii Y, Kamada Y, Koide Y, Matsumoto T, Oikawa T, Ozeki T, Sakamoto Y, JT-60 Team 2002Nucl. Fusion 42 5

    [16]

    Chen W, Ding X T, Yang Q W, Liu Y, Ji X Q, Zhang Y P, Zhou J, Yuan G L, Sun H J, Li W, Zhou Y, Huang Y, Dong J Q, Feng B B, Song X M, Shi Z B, Liu Z T, Song X Y, Li L C, Duan X R, Liu Y, HL-2A Team 2010Phys. Rev. Lett. 105 185004

    [17]

    Edwards A W, Campbell D J, Engelhardt W W, Fahrbach H U, Gill R D, Granetz R S, Tsuji S, Tubbing B J D, Weller A, Wesson J, Zasche D 1986Phys. Rev. Lett. 57 210

    [18]

    Kadomtsev B B 1975Sov. J. Plasma Phys. 1 389

    [19]

    Wesson J A 1986Plasma Phys. Controlled Fusion 28 243

    [20]

    Hastie R J 1998Astrophys. Space Sci. 256 177

    [21]

    Aydemir A Y, Wiley J C, Ross D W 1989Phys. Fluids B 1 774

    [22]

    Lichtenberg A J, Itoh K, Itoh S I, Fukuyama A 1992Nucl. Fusion 32 495

    [23]

    Wang X, Bhattacharjee A 1993Phys. Rev. Lett. 70 1627

    [24]

    Qu Q 1995Nucl. Fusion 35 1012

    [25]

    Porcelli F, Boucher D, Rosenbluth M N 1996Plasma Phys. Controlled Fusion 38 2163

    [26]

    Matsumoto T, Tokuda S, Kishimoto Y, Takizuka T, Naitou H 1999J. Plasma Fusion Res. 75 1188

    [27]

    Chapman I T, Pinches S D, Graves J P, Akers R J, Appel L C, Budny R V, Coda S, Conway N J, de Bock M, Eriksson L G, Hastie R J, Hender T C, Huysmans G T A, Johnson T, Koslowski H R, Krämer-Flecken A, Lennholm M, Liang Y, Saarelma S, Sharapov S E, Voitsekhovitch I, MAST and TEXTOR Teams and JET EFDA Contributors 2007Plasma Phys. Controlled Fusion 49 B385

    [28]

    Halpern F D, Ltjens H, Luciani J F 2011Phys. Plasmas 18 102501

    [29]

    Nagayama Y, Taylor G, Yamada M, Fredrickson E D, Janos A C, McGuire K M 1996Nucl. Fusion 36 521

    [30]

    Yamaguchi S, Igami H, Tanaka H, Maekawa T 2004Plasma Phys. Controlled Fusion 46 1163

    [31]

    Chen W, Ding X T, Liu Yi, Yuan G L, Zhang Y P, Dong Y B, Song X Y, Zhou J, Song X M, Deng W, Yang Q W, Ji X Q, Duan X R, Liu Y, the HL-2A Team 2009Nucl. Fusion 49 075022

    [32]

    Igochine V, Dumbrajs O, Zohm H, Flaws A, ASDEX Upgrade Team 2007Nucl. Fusion 47 23

    [33]

    Sun Y, Wan B, Hu L, Chen K, Shen B, Mao J 2009Plasma Phys. Controlled Fusion 51 065001

    [34]

    Chen W, Ding X T, Yu L M, Ji X Q, Shi Z B, Zhang Y P, Zhong W L, Yuan G L, Dong J Q, Yang Q W, Liu Yi, Yan L W, Zhou Y, Jiang M, Li W, Song X M, Chen S Y, Duan X R, the HL-2A Team 2013Nucl. Fusion 53 113010

    [35]

    Chen W, Ding X T, Liu Yi, Yang Q W, Ji X Q, Isobe1 M, Yuan G L, Zhang Y P, Zhou Y, Song X Y, Dong Y B, Li W, Zhou J, Lei G J, Cao J Y, Deng W, Song X M, Duan X R, HL-2A Team 2010Nucl. Fusion 50 084008

    [36]

    Sauter O, Westerhof E, Mayoral M L, Alper B, Belo P A, Buttery R J, Gondhalekar A, Hellsten T, Hender T C, Howell D F, Johnson T, Lamalle P, Mantsinen M J, Milani F, Nave M F F, Nguyen F, Pecquet A L, Pinches S D, Podda S, Rapp J 2002Phys. Rev. Lett. 88 105001

    [37]

    Nave M F F, Lazzaro E, Coelho R, Belo P, Borba D, Buttery R J, Nowak S, Serra F, EFDA-JET Contributors 2003Nucl. Fusion 43 179

    [38]

    Furth H P, Killeen J, Rosenbluth M N 1963Phys. Fluids 6 459

    [39]

    Wang Z X, Wei L, Wang X 2012Phys. Plasmas 19 062108

    [40]

    Wei L, Wang Z X 2013Phys. Plasmas 20 012512

    [41]

    Fan D M, Wei L, Wang Z X, Zheng S, Duan P 2014Phys. Plasmas 21 092515

    [42]

    Bierwage A, Benkadda S, Hamaguchi S, Wakatani M 2005Phys. Plasmas 12 082504

    [43]

    Bierwage A, Yu Q, Gnter S 2007Phys. Plasmas 14 010704

    [44]

    Bell R E, Levinton F M, Batha S H, Synakowski E J, Zarnstorff M C 1998Phys. Rev. Lett. 81 1429

  • [1] 范征锋, 叶文华, 孙彦乾, 郑炳松, 李英骏, 王立锋. 二维可压缩流体Kelvin-Helmholtz不稳定性. 物理学报, 2009, 58(9): 6381-6386. doi: 10.7498/aps.58.6381
    [2] 叶文华, 范征锋, 滕爱萍, 陶烨晟, 林传栋, 李英骏, 王立锋. 超声速流体Kelvin-Helmholtz不稳定性速度梯度效应研究. 物理学报, 2009, 58(12): 8426-8431. doi: 10.7498/aps.58.8426
    [3] 范征锋, 叶文华, 李英骏, 王立锋. 二维不可压流体Kelvin-Helmholtz不稳定性的弱非线性研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4787-4792. doi: 10.7498/aps.58.4787
    [4] 叶文华, 王立锋, 李英骏. 二维不可压缩流体Kelvin-Helmholtz不稳定性的二次谐波产生. 物理学报, 2008, 57(5): 3038-3043. doi: 10.7498/aps.57.3038
    [5] 刘迎, 陈志华, 郑纯. 黏性各向异性磁流体Kelvin-Helmholtz不稳定性: 二维数值研究. 物理学报, 2019, 68(3): 035201. doi: 10.7498/aps.68.20181747
    [6] 郑殊, 张甲鹏, 段萍, 魏来, 王先驱. 黏滞等离子体中双撕裂模不稳定性的数值模拟研究. 物理学报, 2013, 62(2): 025205. doi: 10.7498/aps.62.025205
    [7] 庞 晶, 陈小刚, 宋金宝. 有流存在时三层流体界面波的二阶Stokes波解. 物理学报, 2007, 56(8): 4733-4741. doi: 10.7498/aps.56.4733
    [8] 夏蒙棼, 周如玲. 逃逸电子不稳定性. 物理学报, 1980, 177(6): 788-793. doi: 10.7498/aps.29.788
    [9] 李文飞, 张丰收. 非对称核物质的化学不稳定性与力学不稳定性. 物理学报, 2001, 50(10): 1888-1895. doi: 10.7498/aps.50.1888
    [10] 周国成, 曹晋滨, 魏新华, 李柳元. 无碰撞电流片低频电磁模不稳定性:MHD模型. 物理学报, 2005, 54(7): 3228-3235. doi: 10.7498/aps.54.3228
    [11] 卞伯达, 林景, 郭世宠, 蔡诗东. 弱相对论捕获电子哨声模不稳定性. 物理学报, 1990, 39(2): 218-224. doi: 10.7498/aps.39.218
    [12] 黄朝松, 李钧. 等离子体交换不稳定性的模耦合理论. 物理学报, 1992, 41(5): 783-791. doi: 10.7498/aps.41.783
    [13] 周玉美, 蔡诗东. 磁化等离子体里高频模和低频模耦合的参量不稳定性. 物理学报, 1980, 178(7): 916-926. doi: 10.7498/aps.29.916
    [14] 徐学桥, 霍裕平. 托卡马克中宏观束-等离子体扭曲模不稳定性研究. 物理学报, 1986, 35(10): 1259-1270. doi: 10.7498/aps.35.1259
    [15] 吴汉明, 潘良儒. 用变分法近似计算椭球马克中的倾斜模不稳定性. 物理学报, 1984, 33(8): 1100-1111. doi: 10.7498/aps.33.1100
    [16] 顾永年. 小环径比锐边界等离子体的扭曲模不稳定性. 物理学报, 1984, 33(4): 554-560. doi: 10.7498/aps.33.554
    [17] 王传兵, 陈雁萍, 周国成. 损失锥-束流分布电子驱动的回旋激射不稳定性. 物理学报, 2005, 54(7): 3221-3227. doi: 10.7498/aps.54.3221
    [18] 郭媛媛, 陈晓松. 二元高斯核模型的相不稳定性研究. 物理学报, 2005, 54(12): 5755-5762. doi: 10.7498/aps.54.5755
    [19] 石长和. 等离子射流的磁流不稳定性. 物理学报, 1965, 125(9): 1700-1704. doi: 10.7498/aps.21.1700
    [20] 王光军, 王 芳, 沈保根. LaFe11.5Si1.5中的磁不稳定性. 物理学报, 2005, 54(6): 2868-2872. doi: 10.7498/aps.54.2868
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-19
  • 修回日期:  2016-08-18
  • 刊出日期:  2016-11-20

旋转圆柱等离子体中撕裂模和Kelvin-Helmholtz不稳定性的激发特性

    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11322549,11275043,11305027)、大连市杰出人才基金(批准号:2015R001)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:DUT14RC(3)157,DUT15YQ103)资助的课题.

摘要: 采用约化的磁流体力学模型,数值研究了柱位形等离子体中q剖面和极向旋转剖面对q=1撕裂模不稳定性和Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性的影响.随着旋转强度的增加,m/n=1/1模被逐渐抑制,而高阶谐波模式(如m/n=2/2,m/n=3/3等)会经历四个区间:撕裂模失稳区间、撕裂模致稳区间、稳定窗口区间和K-H不稳定性激发区间.更进一步,我们发现,m/n=1/1模的增长率随旋转强度的改变与剪切层所处位置有关,并且剪切层分布在有理面内外的结果基本一致;然而高阶谐波模式却没有此类现象.另外,有理面处磁剪切越小,撕裂模越容易被剪切流抑制,并且越容易激发K-H不稳定性.

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