多流体、磁流体力学冲击波带尘埃动力学 II. 尘埃与C型冲击波临界速度

本文是关于尘埃对弱离子化分子气体中多流体、磁流体力学冲击波影响的第二篇。我们探讨了尘埃对临界冲击速度v_crit的影响，而该速度是C型冲击波不再存在的上限。Chernoff指出，如果尘埃颗粒与磁场动力学良好耦合，其临界速度不能超过尘埃磁声速v_gms。我们采用能随时间变化的多流体MHD代码，对稳态冲击波进行数值模拟，其中颗粒可能与磁场耦合或不耦合。该代码将等离子体建模为由中性粒子、离子、电子以及由不同尺寸和电荷的颗粒组成的若干“尘埃流体”的相互作用系统。我们的模拟包含颗粒惯性和颗粒电荷波动，但为突出基本物理，我们假设绝热流、单尺寸颗粒，忽略化学效应。我们发现，若存在相速v_phi，并不一定意味着所有冲击速度v_s小于v_phi的冲击波都会形成C型冲击波。当颗粒与磁场耦合较弱时，稳态、绝热冲击波类似于无尘埃的冲击波：向J型流动的过渡发生在v_crit = 2.76 v_nA处，其中v_nA为中性阿尔芬速度，v_s > 2.76 v_nA的稳态冲击波为具有离子-电子流体磁前驱的J型冲击波。当颗粒与磁场耦合较强时，v_crit = min(2.76 v_nA, v_gms)。当v_crit < v_s < v_gms时，冲击波在离子-电子-尘埃流体中具有磁前驱；当v_s > v_gms时，任何流体中都不存在磁前驱。我们进行时依赖计算以研究稳态多流体冲击波的形成。根据颗粒与场是否良好耦合，动力学在本质上有所不同。