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等离子体湍流扰动诊断数据的系综平均与湍流物理概念的一致性问题

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核聚变与等离子体物理 2008年第2期28卷 132-135页

作者：秦运文核工业西南物理研究院成都610041

讨论了等离子体湍流诊断数据分析中的统计系综平均问题。指出时间平均和样本平均作为近似系综平均可能存在的问题。对前者,建议用扰动量的统计系综平均值与它的均方根值的比值,来判断扰动量的随机性程度;对后者,说明该近似的精度在很大... 详细信息

讨论了等离子体湍流诊断数据分析中的统计系综平均问题。指出时间平均和样本平均作为近似系综平均可能存在的问题。对前者,建议用扰动量的统计系综平均值与它的均方根值的比值,来判断扰动量的随机性程度;对后者,说明该近似的精度在很大程度上取绝于样本数据时间总长度与扰动关联时间之间的数量级关系。本文还列举一些与等离子体湍流物理概念不一致的实验数据分析方法,以引起重视和讨论。

关键词：等离子体湍流统计系综平均关联分析

电磁波在尘埃等离子体/等离子体湍流中的传播特性研究

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电磁波在尘埃等离子体/等离子体湍流中的传播特性研究

作者：王祖宇安徽大学

学位级别：硕士

尘埃等离子体是一种由固体,金属和非金属组成的独特的宏观带电等离子体,通常存在于星际空间、电离层、近地空间一些高速目标的尾焰和等离子体流场中。在地磁场和人为外加磁场的影响下,尘埃等离子体对雷达电磁波的传播产生严重的干扰,导... 详细信息

尘埃等离子体是一种由固体,金属和非金属组成的独特的宏观带电等离子体,通常存在于星际空间、电离层、近地空间一些高速目标的尾焰和等离子体流场中。在地磁场和人为外加磁场的影响下,尘埃等离子体对雷达电磁波的传播产生严重的干扰,导致空间通信质量变差、目标监测与定位失败等一系列问题。所以分析尘埃等离子体与电磁波的相互作用机理对研究近地空间的通信和临近空间高速目标实时监测和定位问题有重要的理论意义。此外,受高超声速飞行器气动外形和动态特性的影响,其周围等离子体中必然会存在湍流结构,产生等离子体湍流。电磁波在通过等离子体湍流中会被反射、折射,且电磁波的能量会被等离子体湍流吸收,这样会影响通信性能和通信质量。因此,开展电磁波与等离子体湍流之间的传播特性的研究对处理等离子体湍流的通信问题有着重要的理论意义。为了探索尘埃等离子体和电磁波相互作用机理,做了以下相关研究工作:首先,基于等离子体理论和BGK(Bhatnagar-Gross-Krook)碰撞模型,在外加磁场的情况下,研究了电磁波在全电离尘埃等离子体和弱电离尘埃等离子体中的传输特性。然后,利用等离子体湍流理论和标准k-ε湍流模型,进行了电磁波在等离子体湍流中传播特性的研究。论文主要工作如下:1.在外加磁场的情况下,研究全电离尘埃等离子体中电磁波的传播特性。从玻尔兹曼近似方程出发,推导了非均匀尘埃等离子体的BGK碰撞模型。在外部磁场情况下,结合了尘埃等离子体的碰撞效应和充电效应,得到了全电离BGK碰撞条件下尘埃等离子体的介电系数表达式。通过传输矩阵法,计算了电磁波在不同外加磁场下的传播系数,并且分析了在不同外加磁场的情况下,尘埃等离子体其他参数对电磁波在BGK碰撞模型下全电离尘埃等离子体的传播特性。这些研究成果为高超声速飞行器的黑障现象研究提供了理论参考。2.在外加磁场和电磁波的不同入射角的情况下,研究弱电离尘埃等离子体中电磁波的传播特性。在外加磁场情况下,通过尘埃充电理论和有限轨道理论,推导了复介电常数表达式,与以往的表达式相比,考虑了外加的磁场对碰撞效应和充电效应的影响,并采用了WKB方法,计算了不同入射角以及30°与45°入射时不同尘埃等离子体参数下的电磁波的衰减系数,讨论了不同入射角和在不同入射角情况下的尘埃等离子体参数对电磁波传输的影响。3.基于标准k-ε湍流模型下分析了电磁波在等离子体湍流中的传输特性。从标准k-ε湍流模型出发,建立了电磁波在等离子体湍流中的传播模型。结合气体电离的Saha方程和等离子体中的折射率,推导得到了k-ε等离子体湍流模型的介电系数表达式。使用了传输矩阵法,计算了电磁波在不同湍流个数和湍流外尺度和气体电离时温度下的反射系数和透射系数,探究了电磁波在等离子体湍流中的传播特性。结果表明,等离子体中湍流的存在会对电磁场波的传播特性产生一定的影响。

关键词：电磁波传输尘埃等离子体等离子体湍流传输矩阵法 WKB方法

激光在各向异性等离子体湍流中的传播特性研究

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激光在各向异性等离子体湍流中的传播特性研究

作者：朱国胜安徽大学

学位级别：硕士

临近空间高超声速飞行器作为各国航空航天和军事国防领域关注的焦点，其飞行速度高达十几马赫。高超声速飞行器飞行过程中与空气摩擦使空气电离成带电粒子包覆在飞行器周围形成等离子体鞘套。等离子体鞘套的存在会对电磁波产生吸收、折... 详细信息

临近空间高超声速飞行器作为各国航空航天和军事国防领域关注的焦点，其飞行速度高达十几马赫。高超声速飞行器飞行过程中与空气摩擦使空气电离成带电粒子包覆在飞行器周围形成等离子体鞘套。等离子体鞘套的存在会对电磁波产生吸收、折射、散射的作用从而造成外界与飞行器的通信障碍。此外，等离子体鞘套的流体结构会产生强烈的湍流效应，从而形成大量形状不同的湍涡，这是影响激光通过等离子体鞘套传播的重要原因。研究激光在等离子体湍流中传播机理的研究是解决该问题的关键。本论文将基于等离子体湍流这一随机介质，结合光传播与等离子体湍流基本理论，研究激光在各向异性等离子体湍流介质中的传播特性，仿真分析各向异性等离子体湍流对光通信性能的影响。论文主要工作包括:　　1.介绍等离子体湍流模型，包括基本特性以及湍流参数。等离子体湍流与大气湍流和海洋大气湍流类似，都属于随机介质的范畴，虽然它们结构存在差异化，但是都可以运用随机介质中的经典波传播方法去研究。Rytov近似方法是求解波在弱起伏湍流介质传播的经典方法，通过结合等离子体湍流折射率起伏功率谱是解决等离子体湍流中波传播问题的基本思路。本文介绍了各向同性与各向异性等离子体湍流功率谱模型。　　2.基于高斯波束的基本传输理论，选取高斯波束为入射源，利用各向异性等离子体湍流折射功率谱模型，推导了高斯波束通过各向异性等离子体湍流传播的到达角起伏、长期波束展宽、闪烁指数和平均强度，并仿真分析湍流参数对传播特性的影响。结果表明:增大湍流外尺度可以减弱湍流对波传播的影响;折射率起伏方差越大，湍流结构越复杂，对波场的影响也就越明显;各向异性参数越大，湍流的各向异性特性越强，湍流对波传播的干扰越小。　　3.现有的关于等离子体湍流的研究都是针对改善飞行器的光通信性能，而为了研究等离子体湍流介质对成像系统的影响，本文基于各向同性等离子体湍流模型，推导了平面波和球面波经过等离子体湍流介质传播的波结构函数解析表达式，并在此基础上引入等离子体湍流调制传递函数。它可以估计等离子体湍流对飞行器成像质量衰减的影响。结果表明:折射率起伏方差越大，成像质量越差;湍流外尺度越大，成像效果越好;球面波比平面波更容易通过等离子体湍流。

关键词：激光等离子体湍流各向异性传播特性

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等离子体湍流对电子的加速

地球物理学报 1984年第3期27卷 209-219页

作者：刘振兴黄迎雷中国科学院力学研究所中国科学院空间物理研究所

本文讨论了等离子体湍流对电子加速的两种模型:(1)假定在空间中存在一个空间均匀的等离子体湍流区,当具有一定初始分布的电子束通过此湍流区时,研究湍流场对电子束的加速过程;(2)在某一封闭的区域中,存在着具有一定初始分布和空间均匀... 详细信息

本文讨论了等离子体湍流对电子加速的两种模型:(1)假定在空间中存在一个空间均匀的等离子体湍流区,当具有一定初始分布的电子束通过此湍流区时,研究湍流场对电子束的加速过程;(2)在某一封闭的区域中,存在着具有一定初始分布和空间均匀的等离子体,当某种类型的等离子体波突然传入此等离子体区,然后考察此区中电子的加速过程。在这两种模型中,可能存在着某种电子消失机制。假定湍谱是幂指数形式,我们给出了不同类型湍流扩散系数的普遍形式。利用较简单的数学方法,求解了包括消失过程的一维准线性动力学方程,对于给定的初始分布,得出了分布函数的解析解,并给出了平均能量时间关系的表达式。另外,对于特定的湍谱指数,解出了当平行电场和湍流同时存在时的分布函数。最后,对所得结果进行了数值分析和讨论。

关键词：等离子体湍流刘振兴分布函数磁流体力学湍流电子加速平行电场空间等离子体湍流扩散系数等离子体波磁流体动力波

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等离子体湍流理论研究的最新进展

原子核物理评论 2005年第4期22卷 334-336页

作者：邱孝明彭晓东李继全王晓钢核工业西南物理研究院四川成都610041 大连理工大学高科技研究院辽宁大连116024

评述和分析了磁约束核聚变理论研究、数值模拟和实验研究等方面最近几年共同关心的一个重要问题———寻找托卡马克等离子体湍流中的带状剪切流(zonal flows)。简要介绍了作者最近对电阻性-重力模湍流中的带状剪切流的研究结果。

关键词：核聚变托卡马克等离子体湍流湍流输运带状剪切流

一种等离子体湍流实验数据分析程序的设计与应用

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核聚变与等离子体物理 2017年第1期37卷 1-7页

作者：沈勇董家齐石中兵赵开君核工业西南物理研究院成都610041 浙江大学聚变理论与模拟中心杭州310013

针对磁约束聚变等离子体边缘湍流中非线性能量传递过程的问题,开发了数据分析程序。该程序基于数字谱分析技术来求解波耦合方程,进而计算与三波相互作用相关联的线性和非线性耦合系数以及能量转移。介绍了算法设计和程序开发的主要思想... 详细信息

针对磁约束聚变等离子体边缘湍流中非线性能量传递过程的问题,开发了数据分析程序。该程序基于数字谱分析技术来求解波耦合方程,进而计算与三波相互作用相关联的线性和非线性耦合系数以及能量转移。介绍了算法设计和程序开发的主要思想,并对程序进行了仿真测试。然后应用该程序分析了反场箍缩装置实验的一次放电实验数据,观察到湍流之间的波耦合和能量级联现象,发现或证实了聚变等离子体湍流激发与增长的一种内在机制。

关键词：等离子体湍流数据分析程序开发谱估计

基于谱估计方法的等离子体湍流三波耦合数据处理算法

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核聚变与等离子体物理 2015年第3期35卷 193-197页

作者：沈勇董家齐石中兵赵开君核工业西南物理研究院成都610041 浙江大学聚变理论与模拟中心杭州310013

基于数字谱分析技术求解波耦合方程,进而计算与三波相互作用相关联的线性耦合系数和能量转移,以此开发了数据处理程序用于研究HL-2A装置等离子体边缘湍流中的非线性能量传递过程。介绍了算法设计和开发的主要思想。应用该程序对与带状... 详细信息

基于数字谱分析技术求解波耦合方程,进而计算与三波相互作用相关联的线性耦合系数和能量转移,以此开发了数据处理程序用于研究HL-2A装置等离子体边缘湍流中的非线性能量传递过程。介绍了算法设计和开发的主要思想。应用该程序对与带状流相关的一次放电的实验数据进行了数据处理研究。结果表明,带状流是由等离子体湍流的能量逆级联所驱动的。

关键词：谱估计方法等离子体湍流波耦合能量级联

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地球近磁尾等离子体湍流的卫星观测研究

地球近磁尾等离子体湍流的卫星观测研究

木星Io通量管中等离子体湍流及低频无线电波的激发和功率

2023年中国地球科学联合学术年会

作者：尹斌周猛钟志宏庞烨邓晓华金润清

磁层亚暴是地球磁层中基本且重要的空间天气现象之一。地球近磁尾(～-10 RE)处的能量转化过程被认为与磁层亚暴的发生息息相关,由于数据精度的限制,在MMS卫星计划之前人们对近磁尾处的等离子体特征和能量转化过程并不完全清楚。基于MMS... 详细信息

磁层亚暴是地球磁层中基本且重要的空间天气现象之一。地球近磁尾(～-10 RE)处的能量转化过程被认为与磁层亚暴的发生息息相关,由于数据精度的限制,在MMS卫星计划之前人们对近磁尾处的等离子体特征和能量转化过程并不完全清楚。基于MMS卫星的高精度探测数据,我们研究了近磁尾中的等离子体湍流特征和不同尺度的能量转化。我们挑选了多个磁层亚暴期间MMS卫星在近磁尾X=-10 RE左右的观测事件。这些事件的电磁场功率谱呈现幂律分布,表明在亚暴期间近磁尾区域往往伴随着等离子体湍流的产生。这些等离子体湍流中的能量转化主要发生在电子尺度,由电子电流贡献。

关键词：等离子体湍流磁层亚暴卫星观测

来源： cnki会议评论

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地球物理学报 1983年第3期26卷 214-223页

作者：刘振兴中国科学院空间物理研究所

本文对木星极区（1000—6000公里）Io通量管中的等离子体湍流和低频无线电波的激发机制进行了理论分析,并对它们的能量密度作了数值估计。指出:在Io通量管中可能存在着两种主要的不稳定性,一是电流驱导不稳定,这种不稳定可以激发离子声... 详细信息

本文对木星极区（1000—6000公里）Io通量管中的等离子体湍流和低频无线电波的激发机制进行了理论分析,并对它们的能量密度作了数值估计。指出:在Io通量管中可能存在着两种主要的不稳定性,一是电流驱导不稳定,这种不稳定可以激发离子声湍流,离子声湍流通过离子的非线性散射可以转化为哨声湍流。这两种湍流的能量密度大致相等,约为10;—10;焦耳/厘米;。另外一种不稳定性是由于高能粒子沉降引起的束流不稳定,可以激发朗缪尔湍流和迴旋频率等离子体湍流,能量密度分别为10;焦耳/厘米;和10;焦耳/厘米;的量级。这两种湍流可转化为低频无线电波,最大的能通量可达10;—10;瓦/厘米;·赫兹。

关键词：等离子体湍流通量管磁流体力学湍流 Io 朗缪尔波十米波无线电波电磁波木星行星