Generalized lower-hybrid mode with, density gradient, equilibrium ExB drift, collisions and finite electron Larmor radius: Numerical studies with MATLAB solver
MATLAB求解器的一般色散关系已被开发，以研究局部不稳定性的部分磁化等离子体的典型ExB放电。的西蒙-何，低混合和离子声不稳定性的典型参数潘宁放电的几个例子。该求解器允许参数化地研究宽范围等离子体参数的局部色散关系并准备报告。
2017-03-22 physics.plasm-ph
Quasilinear diffusion coefficients in a finite Larmor radius expansion for ion cyclotron heated plasmas
本文导出了托卡马克中离子回旋波频率范围内麦克斯韦方程组与福克-普朗克方程自洽耦合的小拉莫尔半径近似准线性扩散简化模型。简化模型通过Kennel-Engelmann扩散保证了完整模型的重要性质，如扩散方向、波偏振和H定理。的动能变化（W点）是用来推导出的基本阻尼和二次谐波阻尼的有限拉莫尔半径展开的最低阶的减少模型扩散系数。准线性扩散系数在具有介电张量等效约化模型的耦合代码（TORIC-CQL 3D）中实现。我们还提出了模拟ITER少数加热的情况下，在其中的简化模型进行了验证，在允许的误差范围内从完整的模型结果。
2017-04-24 physics.plasm-ph
Finite Larmor radius effects on non-diffusive tracer transport in a zonal flow
在一个简化的混沌输运模型的背景下，研究了有限拉莫尔半径（FLR）对具有漂移波的典型纬向流中非扩散输运的影响。该模型由线性化的长谷川-三马方程的漂移波和垂直于密度梯度的纬向剪切流的叠加组成。高频FLR效应被纳入陀螺平均ExB速度。在密度梯度的方向上的运输是可以忽略不计的，因此，我们专注于运输平行于纬向流。规定的不对称性产生粒子位移的强不对称非高斯PDF，其中Lévy飞行在一个方向上，而不是另一个方向。对于零拉莫尔半径，过渡观察到的颗粒位移的二阶矩的标度。然而，FLR效应似乎消除了这种转变。捕获和飞行事件的PDF显示出明显的证据，代数标度与衰减指数取决于拉莫尔半径的值。粒子位移的PDF的形状和时空自相似的反常标度准确地再现了一个中性的，不对称的有效分数扩散模型。
2008-07-28 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Role of electron inertia and electron/ion finite Larmor radius effects in low-beta, magneto-Rayleigh-Taylor instability
磁瑞利-泰勒（MRT）不稳定性已在以前的工作中使用磁流体动力学和动力学模型的低β等离子体进行了非常详细的研究。这里提出的工作扩展了以前的研究，这种不稳定的制度，有限拉莫尔半径（FLR）的影响可能是重要的。MRT不稳定性的比较是使用5矩和10矩两种流体模型，两种流体是离子和电子。5阶矩模型包括霍尔稳定，而10阶矩模型包括霍尔和FLR稳定。这两个模型使用不同的电子质量，以了解电子惯性的作用，在后期的非线性演变的MRT不稳定性的结果。对于五阶矩模型，后期非线性MRT演化并不显著依赖于电子惯性。然而，当FLR稳定是重要的，10矩的结果表明，较低的离子-电子质量比（即较大的电子惯性）预测的能量在高波数模式，由于较大的FLR稳定。
2018-09-12 physics.plasm-ph
Two-dimensional Finite Larmor Radius approximation in canonical gyrokinetic coordinates
本文利用双尺度收敛工具，在正则回旋动坐标下建立了强外磁场中Vlasov-Poisson系统向二维有限拉莫尔半径模型的近似，提供了新的证明视角。
2010-11-03 cs.NA math.AP math.NA
Pressure-gradient-induced Alfven eigenmodes: I. Ideal MHD and finite ion Larmor radius effects
在高β托卡马克等离子体的第二磁流体动力学（MHD）气球稳定区域中，理想MHD剪切Alfven波的Schroedinger方程具有与被困在压力梯度诱导势阱之间的驻波相对应的离散解。我们的目标是了解如何修改这些所谓的α-诱导环形阿尔芬本征模α-TAE的有限拉莫尔半径（FLR）和动力学压缩的热离子在无质量电子的限制的影响。在本文中，我们忽略了动力压缩，以隔离和详细检查的影响FLR条款。在回顾了理想MHD α-TAE的物理基础之后，利用参数扫描描述了FLR对薛定谔势、本征函数和本征值的影响。结果被用在一个配套文件，以确定在第二稳定域的波粒共振驱动的不稳定性。
2009-12-08 physics.plasm-ph
Determination of turbulent heating rate and relaxed states in finite Larmor radius magnetohydrodynamic turbulence with helicity barrier
Indian Institute of Technology Kanpur（印度坎普尔理工学院）
本文研究了有限兰姆半径磁流体动力学湍流中能量和广义螺旋度的 cascade 法律，揭示了强螺旋度失衡导致的 helicity 障碍，从而得出离子加热率的计算方法，并推导了松弛状态的特性。
2026-04-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic-scale magnetic turbulence and finite Larmor radius effects at Mercury
我们使用的高阶结构函数技术的非平稳泛化调查的磁场波动记录的信使号航天器在其第一次飞越（01/14/2008）通过近水星的空间环境的统计特性，重点是关键的边界区域参与的太阳风-磁层相互作用。我们的分析表明，第一次，动力学尺度的波动发挥了重要作用，在水星的磁层最大的可分辨的时间尺度~20 s所施加的信号的非平稳性，这表明在这个星球上的湍流在很大程度上是由有限的拉莫尔半径的影响。特别是，我们报告了一个高度动荡和扩展的前震系统充满了包的超低频振荡，宽带间歇性波动的磁鞘，离子动力学湍流在中央等离子体片的水星的磁尾，和动力学尺度的波动，内电流片遇到的出站（黎明侧）磁层顶。总的来说，我们的测量表明，Hermean磁层，以及周围地区，强烈的影响，由有限大小的回旋轨道的构成离子物种的非MHD效应。这些效应的物理机制及其对水星磁场结构和动力学的潜在关键影响仍有待了解。
2011-04-13 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph physics.space-ph
Direction of cascades in a magnetofluid model with electron skin depth and ion sound Larmor radius scales
本文研究了考虑电子惯性和离子声Larmor半径的二维模型中级联的方向，得到了能量和螺旋度的绝对平衡态的解析表达式。结果发现，通常都在尺度短于电子趋肤深度的能量和磁螺旋度有直接级联，而在大尺度的螺旋度有一个逆级联，如早先建立的减少磁流体动力学（MHD）。研究还发现，陀螺效应的引入允许负温度态（与能量共轭）的存在和能量向大尺度的凝聚。二维和三维扩展MHD模型（MHD与双流体效应）之间的比较表明两者之间的定性协议。
2018-08-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Ion temperature gradient instability at sub-Larmor radius scales with non-zero ballooning angle
线性陀螺动力学稳定性计算预测不稳定的环形离子温度梯度模式与归一化极向波矢量远高于一个（$k_θρ_i > 1$）的标准参数和绝热电子。这些模式在远离低场侧（$θ\ne 0$）偏移的极向角$θ$处具有最大振幅。的物理机制是通过使用流体模型澄清。它示出的模式远离低场侧（$θ\ne 0$）的移位降低了有效漂移频率，并允许不稳定性的发展。使用陀螺动力学模型的数值试验证实了这一物理机制。它还表明，模式与$θ\ne 0$也可以是重要的$k_θρ_i < 1$接近ITG的阈值。事实上，对于低于$θ= 0$获得的ITG阈值的归一化温度梯度长度，可以存在具有$θ\ne 0$的模式。
2012-11-12 physics.plasm-ph
Gyro-gauge-independent formulation of the guiding-center reduction to arbitrary order in the Larmor radius
利用陀螺仪独立坐标系研究了制导中心的归约问题。在不引入陀螺规范的情况下，直接用垂直于磁场的速度分量的单位矢量作为对应于Larmor回转的坐标，对带电粒子动力学的Lagrangian 1形式进行了Lie变换.减少示出提供了一个最大的减少拉格朗日和工作的所有订单的拉莫尔半径，以下完全相同的程序时，与标准规范相关的坐标工作。通过使用陀螺角的约束变量，从坐标系中去除了量规依赖性。封闭的1-形式d teta被更一般的非封闭的1-形式所取代，在规范依赖的情况下，它等于d θ。在梯度的定义中，规范矢量被一个更一般的联系所取代，它表现为协变导数，与圆丛图像完全一致。这就解释了以前工作中的某些结果，这些结果的与规范无关的表达式并不对应于一个规范固定，而实际上对应于一个连接固定。此外，还得到了制导中心减缩的一些一般性结果。作为拉格朗日量的结构的影响，在俯仰角的余切中的展开是多项式的，由李导数保存。减少的感应依赖于一个矩阵的逆，这是相同的所有订单高于三。它是倒置和明确的感应关系，获得去任意阶的微扰展开。恢复了导引中心约化的哈密顿和辛表示，但强调了各阶辛表示的条件。
2013-10-05 physics.plasm-ph
Structure and evolution of magnetohydrodynamic solitary waves with Hall and finite Larmor radius effects
在一维霍尔磁流体动力学模型和双绝热等离子体压力模型的框架下研究了非线性低频孤立波。这些局部化结构的组织相对于周围的磁场$θ$和传播速度$C$的传播角度进行了讨论。在$θ-C$平面中有三种类型的区域，它们对应于孤立波不存在、以分支形式组织或具有连续谱的区域。后两种情况下，严格证明了波的存在，有效的数值方法，并用于定位许多波，包括明亮和黑暗的结构。其中一些属于参数域的孤立波没有发现在以前的作品。的结构的稳定性进行了研究，首先进行线性分析的背景等离子体状态，第二通过数值模拟。他们表明，一些波的核心可以是强大的，但在分析中考虑的参数，尾部是不稳定的。等离子体压力的演化方程的双绝热模型的替代出现抑制在某些情况下的不稳定性，并允许在长时间的孤波的传播。
2018-10-30 physics.plasm-ph
Molecular Cloud Formation Via Thermal Instability of Finite Resistive Viscous Radiating Plasma with Finite Larmor Radius Corrections
研究了辐射热损失函数和有限离子拉莫尔半径（FLR）修正对无限大均匀粘性等离子体热不稳定性的影响，并考虑了分子云形成过程中热导率和有限电阻率的影响。利用简正模分析方法，借助于相应的线性化微扰方程，导出了一般色散关系。此外，还讨论了波沿外磁场方向和垂直于外磁场方向的传播。应用Routh Hurwitz判据讨论了介质的稳定性，发现热不稳定性判据决定了介质的稳定性。我们发现，辐射热损失函数和热导率的存在修改了基本的热不稳定性判据辐射驱动的热不稳定性判据。在纵向FLR修正中，粘性、磁场和有限电阻率对热不稳定判据没有影响。辐射热损失函数和热导率的引入将基本的热不稳定性判据修正为辐射驱动的热不稳定性判据。FLR修正也修正了Alfven模的增长率。对于横波传播FLR修正，辐射热损失函数、磁场和热导率修正了热不稳定性判据。从曲线可以看出，热损失函数，FLR修正和粘度有稳定的效果，而有限的电阻率有不稳定的效果的热模式。结果表明，FLR修正和辐射热损失函数影响星际分子云的演化和恒星的形成。
2017-04-26 physics.plasm-ph
Isotope effect on gyro-fluid edge turbulence and zonal flows
本文用局部电磁多组分回旋流体计算方法研究了离子极化和有限拉莫尔半径对同位素效应对湍流托卡马克边缘输运和流动的影响。运输被认为是减少与有效的等离子体质量的氚，氘和混合物。这种同位素效应被发现为冷和暖离子模型，但有限的拉莫尔半径和极化效应的显着影响。剪切流减少运输通过自生湍流纬向流和测地线声学模式在本模型中（不包括新古典流）被发现只发挥了很小的作用，调节同位素改善禁闭。
2016-04-04 physics.plasm-ph
Gyrofluid analysis of electron $β_e$ effects on collisionless reconnection
基于双场哈密顿陀螺流体模型，分析了强引导场作用下无碰撞等离子体撕裂不稳定性的线性和非线性演化。该模型适用于低离子温度和有限的$β_e$。有限$β_e$效应意味着沿导场方向的磁扰动和电子有限拉莫尔半径效应。一个哈密顿推导模型。推导了$β_e=0$情形下撕裂不稳定性的新色散关系，并与数值模拟结果进行了比较。对于$β_e \ll 1$的平衡电子温度被认为是提高线性增长率，而我们观察到的稳定作用时，电子有限拉莫尔半径的影响变得更加相关。在非线性阶段，观察到一个双“快于指数”的增长，类似于在离子有限拉莫尔半径效应的存在下发生的。能量转移进行了分析，并与模型的Casimir不变量的守恒律进行了讨论。数值模拟似乎表明，有限的$β_e$效果不产生定性的修改与卡西米尔模型的拉格朗日不变量的结构。
2021-10-06 physics.plasm-ph
Area-preserving maps models of gyro-averaged ${\bf E} \times {\bf B}$ chaotic transport
离散映射已被广泛用于模拟等离子体和流体中的二维混沌输运。在这里，我们专注于面积保持地图描述有限拉莫尔半径（FLR）的影响${\bf E} \times {\bf B}$在磁化等离子体与静电漂移波扰动的纬向流混沌输运。FLR效应包括陀螺平均的地图，根据纬向流剖面，可以有单调或非单调的频率的哈密顿。在零Larmor半径的极限下，单调频率映射退化为标准Chirikov-Taylor映射，而在非单调频率的极限下，单调频率映射退化为标准非扭曲映射.我们表明，在这两种情况下，FLR导致混沌抑制，不动点的稳定性的变化，和鲁棒性的运输障碍。FLR效应也负责相空间拓扑结构和带状流分叉的变化。基于递归时间统计的动力系统方法被用来量化依赖于拉莫尔半径的阈值的破坏运输障碍。
2014-09-10 nlin.CD physics.plasm-ph
Two-dimensional gyrokinetic turbulence
二维回旋动力学是研究动力学磁化等离子体湍流的一个简单范例。在本文中，我们提出了一个全面的理论框架，这种动荡。我们研究的逆和直接级联（“双级联”），由均匀和各向同性的随机强迫。陀螺动力学的关键特征长度，拉莫尔半径，将尺度分为两个物理上不同的范围。对于尺度大于Larmor半径，我们从陀螺动力学系统中推导出熟悉的Charney-Hasegawa-Mima（CHM）方程，并解释了它与陀螺动力学的关系。在小于拉莫尔半径的尺度上，通过非线性相混合过程，在相空间（位置空间中的二维加上速度空间中的一维）中发生双级联。我们发现，在这些次拉莫尔尺度，湍流是自相似的，并表现出幂律谱的位置和速度空间。我们提出了一个Hankel变换的形式主义的速度空间谱。我们推导出三阶结构函数的精确关系，类似于Kolmogorov的五分之四和Yaglom的三分之四定律，在长波长和短波长都有效。我们展示了如何一般的gyrokinetic不变量相关的特定的不变量，控制双级联的长波长和短波长的限制。我们描述了从流体到完全动力学范围的级联的全范围。
2010-07-10 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Fluid simulations of plasma turbulence at ion scales: comparison with Vlasov-Maxwell simulations
比较的混合Vlasov-Maxwell（HVM）模拟的湍流在无碰撞等离子体和流体减少。这些模型包括霍尔磁流体力学（HMHD）和朗道流体（LF）或FLR-Landau流体（FLR-LF）模型，这些模型保留了压力各向异性和低频动力学效应，如朗道阻尼，对于最后一个模型，有限拉莫尔半径（FLR）校正。这个问题被认为是在两个空间维度，当初始条件涉及中等振幅扰动的均匀平衡等离子体受到平面外磁场。LF原来提供了一个准确的描述的速度场的离子拉莫尔半径尺度，甚至更小的尺度的磁场。然而，可压缩性似乎显着更大的亚离子尺度的流体模型比在HVM模拟。高频动力学效应，如回旋共振，没有保留的流体描述，可能是这种差异的起源。一个显着的温度各向异性的产生，与朝向垂直分量的偏置，更强烈的波动，而分散，并位于一个广泛的附近的电流片。非回旋压力张量分量的测量和它们的波动被证明达到总压力波动的一个显着的分数，与电流片密切相关的激烈的区域。
2018-04-04 physics.plasm-ph
(Quasi-)collisional Magneto-optic Effects in Collisionless Plasmas with sub-Larmor-scale Electromagnetic Fluctuations
在高能量密度的实验室和天体物理等离子体中，高振幅的混沌/湍流电磁涨落是普遍存在的，它们可以被各种动力学流和/或各向异性驱动的不稳定性激发，如韦伯不稳定性。这些场通常存在于“亚拉莫尔尺度”--比电子拉莫尔半径小的尺度。通过这种磁场运动的电子经历其俯仰角的小角度随机偏转，从而在长时间尺度上建立扩散输运。我们表明，这种行为，在一定条件下，是等价于碰撞等离子体中的库仑碰撞。磁俯仰角扩散系数，作为一个有效的“碰撞”频率，可能是在这些，否则，碰撞环境中的实质。我们表明，这种效果，俗称为等离子体的“准碰撞”，可能会从根本上改变预期的候选等离子体的辐射输运性质。我们认为，这些等离子体中的修改后的磁光效应提供了一个有吸引力的，新颖的辐射诊断工具的探索和表征的小尺度磁湍流，以及影响惯性约束聚变和其他激光等离子体实验。
2015-08-05 astro-ph.IM physics.plasm-ph
Energy-conserving Finite-beta Electromagnetic Drift-fluid Equations
从变分原理出发，导出了描述非均匀各向异性磁化等离子体中自洽的有限β低频电磁（drift-Alfven）湍流涨落的非线性能量守恒漂移流体方程.的变分原理是基于漂移流体拉格朗日，其中包含线性和非线性E × B速度直接从相应的单粒子有限β陀螺中心哈密顿量（在零拉莫尔半径限制）。协变电磁效应引入了标准离子极化密度的磁概括，并引入了新的离子磁化电流，这两者都是现有的陀螺流体和漂移流体Poisson-Ampere方程中缺少的。精确的能量守恒定律也直接从漂移流体拉格朗日应用Noether方法。
2005-06-07 physics.plasm-ph
Electron-scale reduced fluid models with gyroviscous effects
减少流体模型的碰撞无等离子体，包括电子惯性和有限的拉莫尔半径修正的尺度范围从离子到电子gyroradii。基于压力平衡或电子流体的不可压缩性，它们分别捕获动力学Alfvén波（KAWs）或哨声波（WWs），并可以为重联和湍流研究提供合适的工具。等温制度和朗道流体封闭允许各向异性的压力波动被认为是。对于电子β参数$β_e$的小值，在相当于电子惯性长度的尺度下有效的回旋粘性力的微扰计算在$O(β_e)$阶进行，这需要在尺度扩展中的二阶贡献。与动力学理论的比较是在线性制度。强和弱湍流能量级联的横向磁波动的频谱也唯象预测这两种类型的波。在中等离子与电子温度比的情况下，在小于电子惯性长度的尺度下，得到了一种新的KAW湍流区，其中磁能谱的衰减类似于$k_\perp^{-13/3}$，因此比WW湍流的$k_\perp^{-11/3}$谱快。
2018-01-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Gyrofluid simulations of turbulence and reconnection in space plasmas
本文利用哈密顿双场陀螺流体模型研究空间等离子体从MHD尺度到电子趋肤深度的湍流与磁重联，揭示强非平衡级联、温度比影响及电子有限拉莫尔半径修正，并讨论四场推广模型。
2024-01-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
A four-field gyrofluid model with neoclassical effects for the study of the rotation velocity of magnetic islands in tokamaks
从陀螺流体方程组出发，导出了包含新经典流动阻尼效应和最低阶有限拉莫尔半径修正的四场方程组。极向流阻尼的FLR修正通过求解简化的陀螺运动方程来计算。该方程组被应用到托卡马克中的一个链的自由旋转的磁岛的研究，从电阻撕裂模式的非线性演化产生的，以确定岛屿的旋转速度一致的场的径向轮廓接近谐振表面。岛的旋转速度是通过施加扭矩平衡条件来确定的。由此推导出的方程适用于两个不同的碰撞制度，即弱阻尼制度和中间阻尼制度的研究。方程减少，在弱阻尼制度，在以前的作品中已经获得的形式，而一个额外的条款，包含最低阶FLR修正极向流阻尼，出现在中间阻尼制度。的数值积分的最终系统的方程允许确定依赖的等离子体碰撞和岛屿的宽度相比，离子拉莫尔半径的岛屿旋转速度。
2017-10-10 physics.plasm-ph
Reduction of compressibility and parallel transfer by Landau damping in turbulent magnetized plasmas
采用线性Landau阻尼和有限Larmor半径（FLR）修正的FLR-Landau流体模型，对磁化等离子体中的衰减湍流进行了三维数值模拟。结果表明，与可压缩Hall-MHD的模拟相比，线性朗道阻尼是负责显着的磁声波阻尼，这是一致的线性动力学理论。当β参数不太小时，流体的可压缩性和沿环境磁场的平行能量级联也被显著抑制。与Hall-MHD相比，FLR-Landau流体模型可以正确地描述无碰撞等离子体（如太阳风）中的湍流，从而解释其几乎不可压缩的行为。
2011-09-12 physics.plasm-ph
Semi-analytical derivation of the 2D all-FLR ICRH wave equation as a high-order partial differential equation
本文将Bude的全FLR波方程求解方法从一维无极向场推广到二维有限极向场情况，半解析推导出高阶偏微分方程系数，为后续数值应用奠定基础。
2023-10-27 physics.plasm-ph
A statistical study of gyro-averaging effects in a reduced model of drift-wave transport
统计研究了有限拉莫尔半径（FLR）对静电漂移波驱动输运的影响。这项研究是基于一个减少离散哈密顿动力系统被称为陀螺平均标准地图（GSM）。在这个系统中，FLR效应被纳入通过陀螺平均的一个简化的弱湍流模型的静电波动。从形式上讲，GSM是标准映射的修改版本，其中扰动幅度$K_0$变为$K_0 J_0(\hatρ)$，其中$J_0$是零阶贝塞尔函数，$\hatρ$是拉莫尔半径。假定$\hatρ$为麦克斯韦概率密度函数（pdf），我们用解析和数值方法计算了有效漂移波扰动振幅$K_0 J_0(\hatρ)$的pdf和累积分布函数。使用这些结果，我们计算限制损失的概率（即，全局混沌），$P_{c}$，以及在主漂移波共振中捕获的概率，$P_{t}$。结果表明，$P_{c}$提供了一个上限的逃逸率，和$P_{t}$提供了一个很好的估计的颗粒捕获率。分析结果进行了比较，直接数值蒙特卡罗模拟的粒子输运。
2016-06-02 nlin.CD physics.plasm-ph
Kinetic turbulence in relativistic plasma: from thermal bath to non-thermal continuum
我们提出的结果，从粒子在细胞模拟驱动湍流磁化，无碰撞，相对论对等离子体。我们发现，波动是一致的经典$k_\perp^{-5/3}$磁能谱在流体尺度和陡峭的$k_\perp^{-4}$频谱在亚拉莫尔尺度，其中$k_\perp$是波矢垂直于平均场。我们展示了一个非热的，幂律粒子能量分布，$f(E) \sim E^{-α}$，与指数$α$，随着磁化强度的增加而减少，并随着系统的大小增加（相对于特征拉莫尔半径）的发展。我们的模拟表明，湍流可以是一个可行的高能天体物理系统，如脉冲星风星云的高能粒子源，如果缩放渐近系统的大小变得不敏感。
2017-01-13 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Critical comparison of collisionless fluid models: Nonlinear simulations of parallel firehose instability
比较了两种不同的无碰撞等离子体流体模型。一种是基于经典的Chew-Goldberger-Low（CGL）模型，该模型包括有限的Larmor半径（FLR）校正和纵向模式的Landau封闭。另一种模型考虑了朗道共振和回旋共振的影响，称为回旋共振闭合模型（CRC）。虽然CGL模型更好地描述了平行消防水龙带不稳定性的线性特性，但由回旋共振驱动的电磁离子回旋不稳定性仅由CRC模型再现。并讨论了两种模型对并联水龙带失稳的非线性模拟结果。虽然线性和准线性各向同性阶段是一致的理论在这两个模型中，长期的行为可能有很大的不同。由CRC模型得到的最终状态可以用边际稳定条件来合理地理解。相比之下，CGL模型中缺乏回旋阻尼，使得用简单的物理参数预测长期行为变得相当困难。这表明，将无碰撞阻尼的纵向和横向模式是至关重要的非线性流体模拟模型的无碰撞等离子体。
2021-12-24 physics.plasm-ph
On fast radial propagation of parametrically excited geodesic acoustic mode
从解析和数值两方面研究了参激测地声模（GAM）初始脉冲的时空演化。我们的研究结果表明，非线性激发的GAM传播的群速度，这是典型的，远远大于由于有限的离子拉莫尔半径的线性理论预测。推导了有限振幅漂移波泵浦下GAM的非线性色散关系，表明GAM的非线性频率增量。这些研究结果解释实验观察的进一步影响进行了讨论。
2015-04-09 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations of the tearing instability
线性陀螺动力学模拟涵盖碰撞-碰撞撕裂不稳定性的过渡制度。它示出的增长率缩放与碰撞同意以及由双流体理论预测的低等离子体β的情况下，离子动力学动力学可以忽略不计。电子波粒子相互作用（朗道阻尼），有限拉莫尔半径，和其他动力学效应无效的流体理论在无碰撞制度，其中一个一般的非多方状态方程的压力（温度）扰动应考虑。我们还改变了背景离子的比例，电子温度，并表明，从现有的计算预期的缩放可以恢复，但只有在非常低的β的限制。
2011-07-28 physics.plasm-ph
Polarization Effects in Higher-order Guiding-center Lagrangian Dynamics
本文利用李变换方法在含时非均匀电磁场下导出了扩展的导向中心拉格朗日运动方程，并通过引入极化漂移速度和有限拉莫尔半径修正，将极化效应纳入拉格朗日动力学。
2024-01-08 physics.plasm-ph
Isotope effect on filament dynamics in fusion edge plasmas
丝状体传播的离子质量的影响，在刮除层的环形磁化等离子体的各种融合相关的多数物种，如氢同位素和氦，分析的基础上的计算等温gyrofluid模型的等离子体边缘。与轻同位素等离子体相比，重氢同位素等离子体显示出较慢的向外细丝传播，从而改善了限制特性，而不管碰撞机制如何。同样地，在完全电离的氦中，灯丝的移动速度也比在氘中慢。通过极化，有限的拉莫尔半径，和平行动力学的灯丝惯性上的不同质量的影响被确定。
2017-01-26 physics.plasm-ph
Nonlinear phase mixing and phase-space cascade of entropy in gyrokinetic plasma turbulence
弱碰撞磁化等离子体中的静电湍流可以解释为相空间中的熵级联，这被认为是磁化等离子体湍流中能量耗散的普遍机制。当热拉莫尔半径尺度的非线性去相关时间短于碰撞时间时，在亚拉莫尔尺度上的宽谱波动在速度和位置空间中被数值发现，具有理论预测的缩放。结果是重要的，因为他们确定什么可能是一个普遍的Kolmogorov式制度的动力学湍流，因为任何物理过程，产生波动的gyrophase独立的分布函数的一部分，可能会通过熵级联，导致在湍流加热的速率增加的波动幅度，但是独立的碰撞频率。
2009-06-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulation of entropy cascade in two-dimensional electrostatic turbulence
磁化弱碰撞等离子体中的二维静电湍流在相空间中表现出熵的级联[Phys. Rev. Lett. 103，015003（2009）]。在尺度小于回转半径，该叶栅的特点是在热拉莫尔半径的尺度上测量的碰撞时间的涡流周转时间的无量纲比D。当D >> 1时，在位置和速度空间中都发现了亚拉莫尔尺度的宽谱涨落。分布函数将结构发展为v_{perp}的函数，v_{perp}是垂直于局部磁场的速度坐标。叶栅在位置空间和速度空间都表现出局部尺度的非线性相互作用，Kolmogorov的标度理论可以推广到相空间。
2010-08-16 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
An introductory guide to fluid models with anisotropic temperatures Part 1 -- CGL description and collisionless fluid hierarchy
我们提出了一个详细的指南，先进的无碰撞流体模型，将动力学效应纳入流体框架，这是更接近无碰撞动力学描述比传统的磁流体力学。这种流体模型可直接用于模拟大量天体物理等离子体的湍流演化，如日冕和太阳风、星际介质以及吸积盘和星系团。正文可以被看作是朗道流体模型的详细指南，它分为两个部分。第1部分专门介绍通过使用简单（非朗道流体）闭包关闭流体层次结构获得的流体模型。第2部分专门介绍Landau流体密封件。在第1部分中，我们详细讨论了CGL流体模型，以及包含由霍尔项和有限拉莫尔半径（FLR）对压力张量的修正引入的色散效应的流体模型。我们考虑色散效应引入的非回转热通量矢量。我们研究了平行和倾斜的消防水龙带不稳定性，并表明，非回旋热通量强烈影响这些不稳定性的最大增长率。此外，我们讨论的流体模型，包含的gyrotropic热通量波动的演化方程，并在第四时刻的水平，通过规定一个特定的形式的分布函数关闭。对于双麦克斯韦分布，这样的闭包被称为“正态”闭包。我们还讨论了双κ分布的流体封闭。最后，通过考虑高阶矩的一维Maxwell流体闭包，我们证明了这种流体模型总是不稳定的。因此，最后一个可能的非朗道流体封闭是“正常”封闭，超过四阶矩，朗道流体封闭是必需的。
2019-10-27 physics.plasm-ph
Drift-reduced fluid modeling of rapidly rotating plasmas
University of Maryland（马里兰大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Columbia University（哥伦比亚大学）
研究快速旋转对等离子体流体稳定性的影响，重点分析柯尔莫戈罗夫-海姆霍尔兹和交换不稳定性，提出基于漂移减少流体方法的预测RDI易感性的标准。
2026-08-18 physics.plasm-ph
Nonlocal Nonlinear Electrostatic Gyrofluid Equations: A four-moment model
扩展以前的单温度模型，静电陀螺流体模型，包括各向异性的温度（平行和垂直），并可以处理一般的非线性情况。该模型是基于拉格朗日制定的陀螺流体动力学，从而导致一个精确的能量守恒定律。反磁抵消是以保存能量的方式手动插入的。与以前的模型比较表明，一个很好的协议为零拉莫尔半径条款的回旋流体运动方程。
2004-10-29 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Influence of the nonlinearity parameter on the solar-wind sub-ion magnetic energy spectrum: FLR-Landau fluid simulations
采用保留离子和电子朗道阻尼以及离子有限Larmor半径修正的流体方法，数值模拟了太阳风中亚离子尺度的动力学Alfvén波级联.假设最初相等和各向同性的离子和电子的温度，和离子β等于统一，不同的模拟进行通过改变传播方向和振幅的KAWs随机驱动的质子回旋半径的约五分之一的横向尺度，以保持规定的水平的湍流波动。由此产生的湍流制度的特点是由非线性参数，定义为阿尔文波传播和横向非线性动力学的特征时间的比率。相应的横向磁能谱显示幂律指数跨越一个范围内的值与航天器的观测一致。的曲折的磁场线连同沿这些线的离子温度均匀化示出的湍流的强度，测量的非线性参数。结果被解释在最近提出的唯象模型中的均匀化过程沿场线诱导的朗道阻尼起着核心作用。
2015-11-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Fluid Models for Kinetic Effects on Coherent Nonlinear Alfven Waves. II. Numerical Solutions
利用一个新的动力学非线性薛定谔（KNLS）方程，系统地研究了有限β环境中有限振幅Alfvenic波列的非线性演化过程中各种动力学效应（如朗道阻尼、扩散和碰撞耗散以及有限Larmor半径项）的影响.阿尔芬波的动力学对偏振的意义以及相对于环境磁场的传播角度是敏感的。朗道阻尼的情况下的数值解揭示了耗散结构的形成，这是准静态的，S-极化方向（和旋转）的不连续性，自组织从平行传播，线性极化波。平行传播的圆偏振波包在大尺度上演化为几个圆偏振阿尔芬谐波。静止的电弧极化旋转不连续性由倾斜传播的波形成。碰撞耗散，即使很弱，也会在β非常接近1时引入增强的波阻尼。回旋运动对共振粒子相互作用的影响将回旋共振引入到非线性阿尔芬波动力学中。
1996-12-31 adap-org astro-ph nlin.AO
Fluid Models for Kinetic Effects on Coherent Nonlinear Alfven Waves. I. Fundamental Theory
利用具有近似封闭的流体矩方程研究了相干非线性Alfven波动力学的无碰撞区动力学模型。共振粒子效应的建模，将一个额外的术语表示类似于并行热传导耗散。与碰撞耗散不同，平行热传导由积分算子提出。修正的导数非线性薛定谔方程，因此有一个空间非局部的非线性项描述的平行传播的阿尔芬波的包络线的长期演变，以及。在非线性项中的系数是免费的1/（1-β）奇异性通常遇到在以前的分析，并有一个非常简单的形式，阐明了大振幅Alfvenic非线性动力学的物理过程。的非线性出现通过耦合的Alfvenic模式的动力学离子声模式。当电子-离子温度比接近于1时，非线性阿尔芬波的阻尼通过离子声波的强朗道阻尼出现。对于（轻微）斜向传播的波，动力学方程中存在有限的拉莫尔半径修正。这种效应依赖于波相对于B_0的传播角度，在严格平行传播的极限下，这种效应消失。得到了易于进一步分析和数值求解的显式磁扰动包络方程。讨论了这些模型对无碰撞激波动力学的影响。
1996-12-31 adap-org astro-ph nlin.AO
A Gyrokinetic Simulation Model for Low Frequency Electromagnetic Fluctuations in Magnetized Plasmas
本文提出了一个新的模型，用于模拟在一般磁位形中等离子体中频率远低于离子回旋频率的电磁涨落。这个新的模型（称为GK-E&B）采用非线性陀螺方程制定的电磁场以及动量平衡方程求解领域。因此，它不仅包括动力学效应，如波粒相互作用和微观（离子拉莫尔半径尺度）物理;而且在计算上比传统的公式描述的潜力更有效。作为一个基准，我们进行线性以及非线性模拟的动力学阿尔芬波，演示物理与分析理论。
2020-11-18 physics.plasm-ph
Coupled MHD -- Hybrid Simulations of Space Plasmas
日光层等离子体需要多尺度和多物理的考虑。一方面，MHD程序被广泛应用于日地环境的全局模拟，但并不能提供对空间等离子体最精细的物理描述。另一方面，混合代码捕获重要的物理过程，例如电流和有限拉莫尔半径的影响，但它们只能在局部使用，因为可用计算资源的限制不允许它们在整个全局计算域中使用。在目前的工作中，我们提出了一个新的耦合方案，允许切换块自适应网格从流体MHD混合模拟块，而不修改自洽计算的电磁场作用于流体（在MHD模拟）或带电离子宏粒子（在混合模拟）。以这种方式，混合方案可以在不损害全局MHD代码的效率的情况下细化指定感兴趣区域中的描述。
2019-11-20 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Gyrofluid simulations of collisionless reconnection in the presence of diamagnetic effects
本文采用哈密顿回旋流体模型，通过数值模拟研究了离子Larmor半径对磁重联的影响。在线性区，离子抗磁效应降低了主模的增长率。离子温度的升高使磁岛向离子抗磁漂移方向扩展。在非线性区域，抗磁效应减小了岛的最终宽度。与电子密度不同，导向中心密度不倾向于沿分界线分布，在高离子温度下，静电势呈现出与电子密度相关的小尺度结构和与离子导向中心密度相关的大尺度结构的叠加。
2011-09-01 physics.plasm-ph
Chodura and Debye sheaths for magnetic fields with grazing incidence -- kinetic simulations
当未磁化的等离子体与材料表面接触时，电子和离子之间的迁移率差异会产生一个称为德拜鞘（DS）的非中性层。然而，在磁聚变装置中，开放的磁场线以近掠入射角与装置的结构元件相交。磁场倾向于使颗粒流沿着其自身的场线排列，从而抵消导致DS形成的机制。最近使用流体模型的工作[P. Stangeby，Nucl. Fusion { \bf 52}，083012（2012）]表明，当入射角小于临界值（ITER类参数的大约$5^\circ$）时，DS消失。在这里，我们研究这种转变的动力学模型在无碰撞和弱碰撞制度的数值模拟。我们发现，在流体模型中观察到的主要功能被保存：掠入射，壁附近的空间电荷密度减少，离子流是亚音速的，和电场和等离子体密度分布分布在几个离子拉莫尔半径，而不是几个德拜长度在未磁化的情况下。由于在动力学模型中DS入口处没有奇异性，因此这种现象平滑地依赖于磁场入射角，并且没有特定的临界角出现。模拟结果和流体模型的预测是一致的，虽然存在一些差异，主要是由于假设的等温封闭和对角的压力张量的流体模型。
2016-01-18 physics.plasm-ph
The effects of finite electron inertia on helicity-barrier-mediated turbulence
本文研究了强磁化不平衡等离子体湍流中有限电子惯性的影响，发现非线性守恒定律导致存在一个电子等离子体 beta 临界值，它决定了能量是级联耗散加热电子还是形成螺旋度势垒加热离子。
2024-05-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph
