FINMHD：用于磁流体力学中磁重联与 plasmoid 链形成的自适应有限元代码
高能天体物理现象
2019-08-07 v2 等离子体物理
摘要
解决磁主导天体物理等离子体中的快速爆发事件问题需要使用特别适配的数值工具。事实上，基于磁重联的核心机制由复杂行为决定，其具有准奇异形成的电流层，并富含相关的称为 plasmoid 的小尺度磁岛。为此，本文提出一个专门开发的、在笛卡尔几何下求解二维耗散磁流体力学 (MHD) 方程的新代码。选取代表不可压缩模型的电流-涡度公式，以追踪电流片的形成及随后的磁重联过程。采用非结构网格上带二次基函数的三角形有限元离散，并通过高度自适应的特征-伽辽金格式实现。该代码的自适应性在简化测试方程上得到展示，并最终用于两个排斥电流通道间倾斜不稳定性非线性发展相关的磁重联。改变 Lundquist 数 S，得以研究稳态 Sweet-Parker 重联区 (S < 10^4) 与 plasmoid 主导重联区 (S > 10^5) 之间的转变。简要讨论了其对理解太阳日冕等天体物理环境中自由磁能快速转换机制的含义。
引用
@article{arxiv.1904.11173,
title = {FINMHD: an adaptive finite element code for magnetic reconnection and plasmoid chains formation in Magnetohydrodynamics},
author = {Hubert Baty},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.11173},
year = {2019}
}