经典瑞利-泰勒不稳定性的动理解释
等离子体物理
2022-07-13 v1 流体动力学
摘要
瑞利-泰勒（RT）不稳定性普遍存在于从天体物理到实验室等离子体的许多物理 regime 中，且主要使用流体模型研究，其中大多为理想流体模型。本工作是同类研究中首次采用连续介质动力学（continuum-kinetic）模型进行五维（2个空间维度、3个速度空间维度）模拟，以研究碰撞平均自由程与输运对不稳定性增长的影响。连续介质动力学模型可无噪声地获取完整粒子分布函数，从而允许详细探究动力学物理在诸如RT不稳定性等流体动力学现象中的作用。对于长平均自由程，不存在RT不稳定性增长；但随着碰撞性增强，粒子弛豫至麦克斯韦速度分布，动力学模拟重现了流体模拟结果。本工作的一个重要且新颖的贡献在于传统流体模型无法处理、而需要动力学建模的中间碰撞情形。中间碰撞情形的模拟表明，与高碰撞类流体情形相比，RT不稳定性的演化被显著改变。具体而言，中间碰撞性RT不稳定性的增长率低于高碰撞情形，同时产生明显更为扩散的界面。在RT不稳定性界面演化过程中，对于中间碰撞性，分布函数的高阶矩相对于惯性项发挥着更显著的作用。由分布函数矩计算的粒子能流表明，在中间碰撞情形下输运被显著改变，且比流体 regime 的高碰撞极限偏离得多得多。
引用
@article{arxiv.2205.01815,
title = {A kinetic interpretation of the classical Rayleigh-Taylor instability},
author = {John Rodman and Petr Cagas and Ammar Hakim and Bhuvana Srinivasan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.01815},
year = {2022}
}