三维离子温度梯度湍流中的Dimits转变
等离子体物理
2022-10-14 v2
摘要
我们将先前关于离子尺度湍流中二维Dimits转变的工作(Ivanov等人2020)推广到包含沿磁场方向变化的情况。我们考虑了一个三场流体模型，用于描述在无常磁剪切的常磁曲率几何中静电势、离子温度与离子平行流的扰动。该模型由陀螺动力学理论在冷离子、长波长的渐近极限下导出。正如在二维模型中一样，存在低输运(Dimits)区，并发现其由强环向流与环向温度的准静态阶梯状排列所主导。该环向阶梯由环向流的负湍流黏性形成并维持。与二维模型不同，三维模型在Dimits阈值之外不会出现非物理的发散，此时阶梯变为非线性不稳定；相反，会建立一个定义良好的有限振幅饱和态。这种二维与三维之间的定性差异源于小尺度“寄生”模的出现，这些模仅在我们允许扰动沿磁力线变化时存在。这些模从大尺度扰动中提取能量，并提供大尺度热扩散的有效增强，从而助力能量从大尺度注入尺度向小耗散尺度传递。我们表明，在我们的模型中，寄生模总是倾向于环向流主导态。事实上，只要系统沿磁场方向充分延伸且提供充分的平行分辨率，无论线性驱动强度如何，都能达到具有环向阶梯的Dimits态。
引用
@article{arxiv.2203.02769,
title = {Dimits transition in three-dimensional ion-temperature-gradient turbulence},
author = {Plamen G. Ivanov and Alexander A. Schekochihin and William Dorland},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.02769},
year = {2022}
}
备注
53 pages, 24 figures