非线性 Kelvin–Helmholtz 不稳定性中的离子–中性粒子退耦：沿磁场流动情形
太阳与恒星天体物理
2020-01-29 v1 星系天体物理
流体动力学
等离子体物理
摘要
非线性磁化 Kelvin-Helmholtz 不稳定性（KHi）及其产生的湍流出现在许多天体物理系统中。这包括局部等离子体条件使等离子体未完全电离的系统，例如太阳低层大气与分子云。在部分电离系统中，流体通过以特征频率发生的碰撞耦合，因此对于足够高频的动力学过程，中性粒子与等离子体组分会发生退耦。在此我们给出非线性 KHi 的高分辨率二维双流体模拟，系统跨越退耦流体与耦合动力学之间的动力学尺度。我们发现了一些有趣现象，包括存在一种独立于速度耦合的密度耦合。利用这些模拟我们分析了加热率，并出现两种机制。第一种是中性流与磁场退耦的机制，其特征是恒定加热率；然后在更大尺度上强耦合近似成立，加热率随 KHi 层宽度的 -2 次方变化。模拟中存在能量级联，但摩擦加热的性质意味着加热率由湍流运动的最大尺度决定，这一事实对理解多流体系统中的湍流耗散具有重要意义。
引用
@article{arxiv.1907.12507,
title = {Ion-neutral decoupling in the nonlinear Kelvin--Helmholtz instability: Case of field-aligned flow},
author = {Andrew Hillier},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.12507},
year = {2020}
}
备注
18 pages, 15 figures, accepted for publication in Physics of Plasma