基于动理熵的分布函数非麦克斯韦性度量：理论与模拟
等离子体物理
2020-10-28 v1
摘要
我们研究了等离子体中分布函数非麦克斯韦性的基于动理熵的度量，即分布函数相对于具有相同密度、整体流动和温度的局部关联麦克斯韦分布函数的偏离的基于熵的度量。首先，我们考虑了 Kaufmann 和 Paterson [J. Geophys. Res., 114, A00D04 (2009)] 先前采用的一种形式，评估其性质并推导等价形式。为提供对其的定量理解，我们推导了三种常见非麦克斯韦等离子体分布函数的解析表达式。我们表明该非麦克斯韦性度量存在不良特性，包括其在多种物理极限下可能发散，并阐明了发散的原因。随后我们引入了一种基于速度空间动理熵密度的新动理熵非麦克斯韦性度量，其具有明确的物理意义且不会发散。我们使用二维反平行磁重联的无碰撞粒子网格模拟来评估基于动理熵的非麦克斯韦性度量。我们表明非零非麦克斯韦性的区域与磁重联过程中发生的动理过程相关联。我们还表明模拟的非麦克斯韦性与对类似解析计算分布的预测相当吻合。这些结果对应用十分重要，因为非麦克斯韦性可用于识别等离子体中的动理尺度物理区域或增强的耗散。
引用
@article{arxiv.2008.06669,
title = {Kinetic Entropy-Based Measures of Distribution Function Non-Maxwellianity: Theory and Simulations},
author = {Haoming Liang and M. Hasan Barbhuiya and P. A. Cassak and O. Pezzi and S. Servidio and F. Valentini and G. P. Zank},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.06669},
year = {2020}
}
备注
29 pages, 9 figures