用于具有完整输运现象等离子体流动直接数值模拟的高阶双流体等离子体求解器

针对单一离子种类的双流体等离子体方程，包含完整的输运项，如依赖于温度和磁场的离子与电子黏性应力及热通量、摩擦阻力以及欧姆加热项，已在CFDNS代码中实现，并采用六阶无耗散紧致有限差分求解多种不同状态下的等离子体流动。为了能够充分分辨所有动力学相关的时间与长度尺度，同时保持计算可行性，采用了光速无穷大与电子惯性可忽略的假设。双流体等离子体方程的无量纲分析表明，通过改变特征/背景数密度、长度尺度、温度与磁场强度，相应的Hall、电阻及理想磁流体动力学（MHD）方程可作为极限情形恢复。该双流体等离子体求解器在处理不同状态等离子体流动时的精度与鲁棒性已通过四个典型问题验证：Alfven与哨声波色散关系、电磁等离子体激波以及磁重联。对于所有测试案例，在使用物理耗散与扩散、数值耗散/扩散可忽略的情况下，当基于网格尺寸的离子雷诺数小于本研究中约2.3的阈值时，可获得完全收敛的类直接数值模拟（DNS）解。对于磁重联问题，结果表明当离子与磁雷诺数足够大时，磁通饱和时间与数值趋于收敛。因此，类DNS结果对具有更大雷诺数的实际问题具有参考意义。