尺度分离对等离子体湍流模拟的影响

理解等离子体湍流需要综合实验、观测、理论和模拟。对于诸如太阳风等无碰撞动力学等离子体，缺乏碰撞使得粘性等流体闭合失去意义，需要采用高阶流体模型或动力学模型。通常，这类模型的计算开销通过模拟某些参数的人工值来管理，例如阿尔文速度与光速之比（$v_A/c$）或离子与电子的质量比（$m_i/m_e$）。尽管通常会在计算约束下尽可能使用接近实际值的数值，但这些人工值可能会引入非物理效应。这些非物理效应在亚离子尺度上可能显著，因为此时动力学效应最为重要。在本文中，我们使用Gkeyll框架中的十矩流体模型进行受控数值实验，系统地将离子-电子质量比从小值变化到真实的质子-电子质量比。我们表明，非物理质量比对动力学范围动力学以及两种等离子体物种的加热都有显著影响。离子和电子的耗散过程都变得更具有压缩性，尽管在所有情况下离子几乎保持不可压缩。电子从以不可压缩粘性类加热/耗散为主转变为以压缩/稀疏为主的非常压缩的加热/耗散。虽然加热变化对电子显著，但质量比 $m_i/m_e \sim 250$ 捕获了电子加热的渐近行为。