粒子云网格方法在大尺度湍流磁重联研究中的应用和进展
Applications and Development in Particle-in-Cell Methods for Investigating Large-Scale Turbulent Magnetic Reconnection
查看参考文献195篇
|
文摘
|
作为汪景琇院士主持的中国科学院数理学部“天体辐射磁流体力学”战略研究项目组成部分[1],从等离子体的动力学属性出发,介绍了用于研究等离子体与周围磁场结构相互作用的粒子云网格方法,及其在研究具有复杂等离子体和磁场结构的磁重联过程中的应用。这里提到的磁场与等离子体的复杂性包括变化的等离子体fi值,磁重联电流片中包含有多种尺度的结构,以及这些结构之间的相互作用,而且这些结构的尺度变化范围很大(从10~5 km变化到10~2 km)。进一步探讨了该方法在太阳物理领域,特别是在太阳爆发磁重联过程方面的可能应用以及未来的发展;并为项目研究中其他部分在数值方法[2-5]和太阳物理[6, 7]方面提供借鉴和补充。 |
|
其他语种文摘
|
The particle-in-cell (PIC) method, employed since the 1940s, has become one of the preferred tools since 1980s in Magnetohydrodynamics numerical simulation field. In this work, the history, fundamentals, recent advances and future challenges of PIC are introduced from the statistical mechanics and solar fractal turbulent magnetic reconnection aspect. The fractal turbulent current sheet (FTCS) structure as a source for both small-scale reconnections, leading to nano-flares and to larges-scales one, leading to long-duration flares or giant arcades. It becomes now very attractive in solar flare and flare-like (e.g. CME) phenomena research as it can address many open issues in coronal heating and particle acceleration field. The large scale single FTCS involving multiple current sheets inevitably inherit the same sizeand time-step problems, allowing us to simulate macro turbulent and particle acceleration in only a very small region. PIC, a full kinetic approach, is suitable to exploring the turbulent dynamic mechanism and multiple turbulent fractal properties. But the narrowness of the simulation region still imposes strong limitations on the number of particles being accelerated in PIC simulations. In the paper, the improved PIC algorithm is given through combined Yee Grid and Lattice Grid in Boris pusher and finite-difference time-domain (FDTD) framework, and relatively hybrid PIC and Lattice Boltzmann (HPIC-LBM) numerical simulation approach is established. In HPIC-LBM, the super-particle is re-defined to permit simulating high particle density of fi plasmoid (photosphere, chromosphere and corona), the simulation regime up to size compatible with observations; The distribution function is re-defined to extend the computating region well beyond the null point, to explore the effect on the acceleration of different magnitudes of the transverse magnetic filed, to investigate self-consistently include the electric and magnetic fields induced by the acceleration particles, to analyze the electric and magnetic filed induced by the particles acceleration as well as background field in the whole computation region. All these new features of HPIC-LBM will make the PIC based virtual test of large scale FTMR can be done on Tianhe series supercomputer platform. |
|
来源
|
天文学进展
,2016,34(4):459-476 【核心库】
|
|
DOI
|
10.3969/j.issn.1000-8349.2016.04.08
|
|
关键词
|
等离子体动力学属性
;
粒子云网格方法
;
玻尔兹曼方法:大尺度湍流磁重联
;
太阳耀斑及日冕物质抛射
|
|
地址
|
1.
中国科学院云南天文台, 现代天文与天体物理教育部重点实验室, 昆明, 650216
2.
中国科学院云南天文台, 昆明, 650216
|
|
语种
|
中文 |
|
文献类型
|
综述型 |
|
ISSN
|
1000-8349 |
|
学科
|
天文学 |
|
基金
|
国家自然科学基金
;
中国科学院前沿科学重点研究计划项目
;
中国科学院“宇宙结构起源”B类先导专项
;
国家973计划
;
南京大学现代天文与天体物理教育部重点实验室开放基金
;
国家自然科学基金—广东联合基金超级计算科学应用研究专项资助
|
|
文献收藏号
|
CSCD:5892130
|
参考文献 共
195
共10页
|
|
1.
汪景琇. 辐射磁流体力学数值实验研究(代前言).
天文学进展,2016,34:365
|
CSCD被引
13
次
|
|
|
|
|
2.
叶景. 在天体物理研究中常用的计算程序ZEUS,ATHENA和NIRVANA的发展及应用.
天文学进展,2016,34:532
|
CSCD被引
4
次
|
|
|
|
|
3.
毛基荣. 高能天体物理中关于小尺度无序磁场的若干物理过程.
天文学进展,2016,34:486
|
CSCD被引
2
次
|
|
|
|
|
4.
余聪. 行星形成数值模拟的研究现状与未来需求II:行星迁移、核吸积以及大气逃逸.
天文学进展,2016,34:385
|
CSCD被引
3
次
|
|
|
|
|
5.
部德福. 黑洞吸积数值模拟研究的近期进展.
天文学进展,2016,34:522
|
CSCD被引
4
次
|
|
|
|
|
6.
李波. 日地空间太阳风的辐射磁流体数值模拟研究.
天文学进展,2016,34:415
|
CSCD被引
4
次
|
|
|
|
|
7.
熊明. 外日球层太阳风“磁流体-能量粒子”强耦合系统的数值模拟.
天文学进展,2016,34:425
|
CSCD被引
4
次
|
|
|
|
|
8.
Goldston R J.
Introduction to Plasma Physics,1995:3
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
9.
Birdsall C K.
Plasma Physics via Computer Simulation,1991:5
|
CSCD被引
2
次
|
|
|
|
|
10.
Jones F C.
SPACE SCI REV,1991,58:259
|
CSCD被引
7
次
|
|
|
|
|
11.
Nishizuka N.
PRL,2013,110:051101
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
12.
Haugbolle T.
PoP,2013,20:062904
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
13.
Shibata K.
ApJ,1995,451:L83
|
CSCD被引
15
次
|
|
|
|
|
14.
Tsuneta S.
ASJ,1992,44:L63
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
15.
Masuda S.
Nature,1994,371:495
|
CSCD被引
46
次
|
|
|
|
|
16.
Nishizuka N.
ApJ,2009,694:L74
|
CSCD被引
2
次
|
|
|
|
|
17.
Walter G.
Magnetic Reconnection Concepts and Applicaitions,2016:3
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
18.
Narita Y.
Plasma Turbulence in the Solar System,2012:3
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
19.
Lin J.
SPACE SCI REV,2015,194:237
|
CSCD被引
10
次
|
|
|
|
|
20.
Tanuma S.
ApJ,2001,551:312
|
CSCD被引
2
次
|
|
|
|
|
了解气象卫星更多信息，请访问