用膨胀盒模型对等离子体膨胀的第一性原理描述
等离子体物理
2023-10-05 v1 高能天体物理现象
太阳与恒星天体物理
摘要
膨胀等离子体的多尺度建模对于理解如太阳风与恒星风等各类天体物理等离子体系统的动力学与演化至关重要。在此背景下，膨胀盒模型（EBM）提供了一个有价值的框架，用于在非惯性参考系中模拟等离子体膨胀，该系随膨胀共动但处于固定体积的盒中，对数值模拟尤为有用。在此，基于磁化等离子体的Vlasov方程与用于坐标变换的EBM形式体系，我们首次发展了EB参考系中径向膨胀等离子体的第一性原理描述。通过此方法，我们旨在填补微观尺度上模拟与理论之间的鸿沟，以在动理学层面建模等离子体膨胀。我们的结果表明，膨胀在Vlasov方程（EB系中）引入了非平凡改变，尤其通过纯粹与膨胀相关的非惯性力影响其守恒形式。为检验方程的一致性，我们还给出了修正Vlasov方程的积分矩，得到相关的膨胀矩（即连续性、动量与能量方程）。与文献比较，我们得到了相同的流体方程（理想磁流体力学），但始于第一性原理方法。我们还得到了EB系中能量/压力方程的张量形式。这些结果显示了动理学与MHD描述间的一致性。因此，膨胀Vlasov动理学理论为在复杂天体物理场景中探索微观与宏观尺度的等离子体物理提供了新颖框架。
引用
@article{arxiv.2310.02302,
title = {First Principle Description of Plasma Expansion Using the Expanding Box Model},
author = {Sebastian Echeverría-Veas and Pablo S. Moya and Marian Lazar and Stefaan Poedts and .},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.02302},
year = {2023}
}
备注
Manuscript subbmited to Universe (MDPI). 24 pages, 1 figure