动力学效应在大尺度磁重联中的影响：多层次仿真代码 KAMMUY

磁重联是一种多尺度现象，其中流体尺度和粒子尺度过程相互作用。粒子-in-cell (PIC) 方法能够解析粒子尺度 (动力学) 物理，广泛用于研究磁重联中的动力学效应。然而，由于计算成本的高昂，PIC 仿真无法捕捉动力学与流体动力学之间的相互作用，这构成了理解大尺度现象（如太阳耀斑）中磁重联的主要障碍。将磁流体动力学 (MHD) 和 PIC 组合的多层次仿真提供了一个克服这些空间和时间尺度鸿沟的有前景的方案。我们开发了多层次仿真代码 KAMMUY (动力学与磁流体动力学多层次仿真代码)，在该代码中，对大尺度域求解的理想 MHD 仿真与对小尺度域求解的 PIC 仿真并行求解，并相互交换信息。为验证该代码，我们进行了 MHD 波传播和冲击管问题的仿真测试。结果表明，PIC 区域生成的短波长、高频波不会向 MHD 区域传播，而且 MHD 尺度的结构能够顺畅地向 PIC 区域传播，凸显了该代码在数值研究磁重联中的能力。将 KAMMUY 代码应用于磁重联仿真时，通过变更 PIC 区域的大小，我们发现重联速率不变，无论 Hall 磁场存在的 PIC 区域范围如何。这表明，尺度为 $10 \sim 100 \lambda_i$ 的 Hall 磁场的空间扩展对重联速率没有影响。