絕熱指數(shù)γ對(duì)可壓縮磁流體力學(xué)湍流能譜指數(shù)的影響.pdf

1、本文通過(guò)對(duì)2.5維的周期邊界可壓縮等離子體中的磁流體動(dòng)力學(xué)湍流(MHD)的高精度數(shù)值模擬。研究了其能譜指數(shù)的相應(yīng)性質(zhì)。初始條件中我們引入了強(qiáng)的平均背景磁場(chǎng)。我們主要關(guān)注不同絕熱指數(shù)γ對(duì)湍流能譜指數(shù)以及湍流能量衰減速率的影響。模擬中,系統(tǒng)逐漸達(dá)到湍流狀態(tài),隨著系統(tǒng)的不斷演化我們發(fā)現(xiàn)如下事實(shí):能譜指數(shù)隨時(shí)間并不是不變的,而是在較寬的范圍內(nèi)變動(dòng)；在取較小的絕熱指數(shù)情形下(γ<3),能譜指數(shù)變動(dòng)的范圍在整個(gè)湍流期都局限于Kolmogorov的5

2、／3和IK的3／2的數(shù)值附近而不超過(guò)2,但是對(duì)于較大的絕熱指數(shù)(γ>5),測(cè)得的能譜指數(shù)值在小量級(jí)范圍內(nèi)波動(dòng)后于t～50τA開(kāi)始穩(wěn)步增大,而且能譜指數(shù)增長(zhǎng)的速率隨絕熱指數(shù)值的增大而增大。我們發(fā)現(xiàn),在模擬后期耗散區(qū)擴(kuò)張而慣性區(qū)縮小,這導(dǎo)致能譜指數(shù)值的計(jì)算變得不精確。絕熱指數(shù)值的增大無(wú)疑使這種效應(yīng)放大了,因?yàn)槟茏V指數(shù)值的增大僅發(fā)生在上述大的絕熱指數(shù)值下。在后期,系統(tǒng)經(jīng)歷的是反串級(jí)過(guò)程。到晚期,系統(tǒng)由分散尺度的許多小結(jié)構(gòu)構(gòu)成了形態(tài)規(guī)則的大結(jié)構(gòu)