低磁剪切装置中湍流模拟的平行边界条件
等离子体物理
2018-09-28 v2
摘要
仿星器和托卡马克中等离子体湍流的磁通管模拟通常采用与磁场线对齐的坐标。各向异性湍流涨落可以在这种场对齐坐标中得到非常高效的表示，但由此产生的非平凡边界条件涉及所有三个空间方向，必须谨慎处理。边界条件的标准“扭转与平移”公式 [Beer, Cowley, Hammett \textit{Phys. Plasmas} \textbf{2}, 2687 (1995)] 是在假设轴对称性的情况下推导出来的，并且因其高效性而被广泛使用，只要全局磁剪切不太小。本文提出了该公式的一种推广，适用于研究非轴对称、仿星器对称的构型，以及具有小全局剪切的轴对称构型。关键思想是用积分局部剪切代替标准方法中的“扭转”（仅考虑全局剪切）。这种推广允许在选择每个方向的模拟域范围时具有更大的自由度，而不会失去场线跟随坐标的天然效率。它还纠正了将轴对称边界条件天真地应用于非轴对称构型所产生的误差。使用广义边界条件的仿星器湍流模拟所需的分辨率远低于使用（不正确的轴对称）边界条件的模拟。我们还证明了一个令人惊讶的结果，即（至少在某些情况下）一种易于实现但明显不正确的边界条件公式确实不会改变重要的预测量，例如湍流热通量。
引用
@article{arxiv.1803.09049,
title = {The Parallel Boundary Condition for Turbulence Simulations in Low Magnetic Shear Devices},
author = {Mike F. Martin and Matt Landreman and Pavlos Xanthopoulos and Noah R. Mandell and William Dorland},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.09049},
year = {2018}
}