从湍流到Zonal流的相变：Hasegawa-Wakatani系统中的分析
等离子体物理
2025-01-31 v2 流体动力学
摘要
在修改后的Hasegawa-Wakatani系统中，考察了二维水动力湍流与准一维浑沌湍流之间的过渡。该系统被视为具有内在不稳定性的面类漂浪湍流的最小模型。进行了广泛的参数扫描，扫描范围覆盖描述C值（即两个方程耦合强度的adiabaticity参数）的广泛数值范围。使用zonal模式动能比例作为序数，观察到从2D各向同性湍流到以zonal流为主导的准一维系统的尖锐相变，发生在处。证明了该相变在相变点附近 exhibits hysteresis 回路，其中adiabaticity参数发挥其非线性自组织的控制参数作用。还观察到径向粒子通量随adiabaticity参数的标度遵循两个不同 regimes 中的两种不同的幂律依赖。提出了一种简单的数理饱和规则，能解释zonal流的存在，亦与观察到的非线性通量良好一致。针对高C值下系统准一维化的现象，研究了基于有限模式数的若干简化方案，并与直接数值模拟进行了比较。特别地，观察到由2个水心模式和2个径向模式构成的最小简化模型能够复制相变行为，而进一步的简化则未能捕捉这一行为。
引用
@article{arxiv.2410.01406,
title = {Phase Transition From Turbulence To Zonal Flows In The Hasegawa-Wakatani System},
author = {Pierre L. Guillon and Özgür D. Gürcan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.01406},
year = {2025}
}