SOL-KiT -- fully implicit code for kinetic simulation of parallel electron transport in the tokamak Scrape-Off Layer
在这里，我们提出了一个新的代码模拟电子动力学在托卡马克刮除层（SOL）。SOL-KiT（刮去层动力学传输）是一个完全隐式的一维代码，包含动力学（或流体）电子，流体（或静止）离子和扩散中性粒子。该代码的目的是在SOL的非本地物理的基本探索，并利用任意程度的勒让德多项式分解的电子分布函数，处理电子-离子和电子-原子碰撞。我们提出了一种新的方法，以确保粒子和能量守恒的非弹性和超弹性碰撞，以及第一个完整的处理的逻辑边界条件的勒让德多项式形式主义。据我们所知，SOL-KiT是第一个完全隐式的任意阶谐波动力学代码，提供了一个保守的和自洽的方法，其集成的流体电子模式的流体动力学比较。在本文中，我们给出了模型方程和它们的离散化，以及显示一些验证/基准测试模拟的结果。
2020-03-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Nonlinear frequency shift of electrostatic waves in general collisionless plasma: unifying theory of fluid and kinetic nonlinearities
导出了一般无碰撞等离子体中强朗缪尔波的非线性频移的透明渐近形式。该公式同时描述了流体和动力学效应。流体的非线性表示，第一次，通过等离子体介电函数，和动力学非线性帐户的光滑分布和捕获粒子束。各种已知的极限标度作为特殊情况再现。计算避免了微分方程，并可直接推广到其他非线性等离子体波。
2015-07-27 physics.plasm-ph
Hybrid-Kinetic Approach: Inertial Electrons
混合动力学模拟描述了空间等离子体中的离子尺度动力学现象，将离子动力学地视为粒子，而将电子建模为流体。大多数现有的混合动力学代码忽略了电子质量（见第3章），以简化电磁场的计算。然而，存在由于电子惯性引起的电子响应延迟的情况。本章集中在混合动力学模拟模型，考虑到有限质量的电子流体。首先回顾了在混合动力学模型中考虑有限电子质量的历史。然后，方程进行了讨论，另外必须解决相比，无质量的混合动力学模型。为了明确他们的数值实现没有额外的近似说明了通过描述一个混合动力学代码，首席执行官。讨论了考虑有限电子质量对典型应用（磁重联、等离子体湍流、无碰撞冲击和全球磁层模拟）的重要性。特别是对引导场磁重联问题作了较详细的讨论。进一步改进的混合动力学模拟有限电子质量的下一步可能的建议。
2022-07-01 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Plasma-neutral collision operators for hydrogen isotopes: kinetic and gyrokinetic descriptions, comparison to fluid
CEA, IRFM（法国原子能委员会，聚变研究和技术研究所）；Aix-Marseille Univ., CNRS, PIIM（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，等离子体物理研究所）
该研究推导了氢等离子体与氢原子相互作用的动理学和 gyrokinetic 等离子体-中性粒子碰撞算子，发现其与流体模型存在显著差异，凸显了动理学效应在边缘等离子体动量能量交换中的重要性。
2026-10-14 physics.plasm-ph
A fluid-kinetic framework for self-consistent runaway-electron simulations
自洽耦合动力学逃逸电子物理等离子体的宏观演化的问题是通过将电子人口分为散装和尾巴。采用概率封闭来确定批量和尾部种群之间的耦合，将它们保留为真正的非负分布函数。宏观单流体方程和逃逸的电子人口的动力学方程，然后推导出，现在显示汇和源项，由于批量和尾部之间的电子转移。
2018-03-17 physics.plasm-ph
Nonlinear evolution of the magnetized Kelvin-Helmholtz instability: from fluid to kinetic modeling
无碰撞等离子体的非线性演化是一个典型的多尺度过程，其中能量在大的流体尺度上注入，在小的动力学尺度上耗散。精确模拟全球演变需要考虑到主要的微观物理过程。这就是为什么不同的等离子体模型的比较是今天的当务之急，旨在了解等离子体中的跨尺度过程。我们在这里报告的磁化剪切流的演变的第一个比较研究，通过各种不同的等离子体模型，使用磁流体动力学，霍尔MHD，双流体，混合动力学和全动力学代码。动力学弛豫效应进行了讨论，强调动力学平衡的需要，研究非平凡配置中的无碰撞等离子体的动力学。在线性和非线性区域的磁化Kelvin-Helmholtz不稳定性的模型之间的离散性进行了研究，突出的小尺度过程的非线性演化的无碰撞等离子体的影响。我们说明了如何磁化剪切流的演变取决于流体涡度相对于磁场方向的相对取向时，考虑到动力学效应的线性演变。即使我们发现，小规模的过程不同的模型之间，我们表明，从小，动力学规模的反馈到大，流体规模的非线性制度是可重复的。这项研究表明，动力学建模验证了在大尺度上使用流体方法，这鼓励开发和使用流体代码来研究磁化流体流动的非线性演化，即使在无碰撞状态下。
2013-10-29 astro-ph.EP physics.comp-ph physics.plasm-ph
Bridging kinetic plasma descriptions and single fluid models
本文的目的是桥梁动力学等离子体的描述和低频单流体模型。更具体地说，渐近导致磁流体动力学（MHD）制度开始从Vlasov-Maxwell系统进行了研究。类比的推导，从弗拉索夫-泊松系统，耦合到电子的玻尔兹曼关系的离子的流体表示也概述了。其目的是确定渐近参数解释从一个微观描述到宏观低频模型的过渡。这些研究为多尺度数值方法的推导、模型耦合或基于物理的预处理提供了基础。
2020-04-20 physics.plasm-ph
Importance of accurate consideration of the electron inertia in hybrid-kinetic simulations of collisionless plasma turbulence: 1. The 2D limit
在湍流无碰撞空间和天体物理等离子体中，磁能的耗散机制仍然没有得到很好的理解。它的研究需要在无碰撞等离子体湍流的能量传递的有效的动力学模拟。在这方面，混合动力学模拟，其中离子被视为粒子和电子作为惯性流体，最近已经开始吸引显着的兴趣。混合动力学模型通过忽略电子动力学效应来描述离子和电子尺度过程，使得它们与完全动力学等离子体模型相比在计算上要求低得多。混合动力学代码解决离子的弗拉索夫方程（欧拉弗拉索夫混合代码）或作为宏观粒子的离子的运动方程（拉格朗日粒子单元（PIC）混合代码）。他们认为电子流体的惯性使用不同的近似。我们检查这些近似的有效性，采用我们最近大规模并行化的三维PIC混合代码CHIEF，它认为没有任何共同的近似的电子惯性。特别是，我们报告的二维无碰撞等离子体湍流的模拟结果。我们的结论是，使用混合动力学代码，使用近似来描述电子惯性得到的模拟结果需要谨慎解释。我们还讨论了并行可扩展性的首席，据我们所知，第一PIC混合代码，没有近似描述的惯性电子流体。
2022-02-02 physics.plasm-ph
Investigating the Lower Hybrid Drift Instability in Reconnecting Current Sheets Using a Hybrid Kinetic Model (ssV Code)
本研究利用ssV代码的混合动力学模型，探究再连接电流片中低杂漂移不稳定性的非线性演化，发现其可增强反常电阻并可能促进快速磁重联。
2025-10-07 physics.plasm-ph
Continuum Kinetic and Multi-Fluid Simulations of Classical Sheaths
等离子体鞘层的动力学研究是至关重要的，除其他事项外，了解沉积在墙上的热量，溅射的影响，和污染的等离子体与有害杂质。等离子体鞘层还提供了边界条件，并且通常可以对本体等离子体具有显著的全局影响。在本文中，经典鞘的动力学研究进行了连续的代码，Gkeyll，直接解决Vlasov-Poisson/麦克斯韦方程组。该代码使用了一个新版本的有限元不连续伽辽金（DG）计划，在连续时间限制保存能量。使用泊松方程计算静电场。电离和散射碰撞，但表面效应被忽略。这项工作的目的是介绍连续动力学方法，并将其结果与已经建立的有限体积多流体模型（也在Gkeyll中实现）的结果进行比较。新的边界条件的流体允许鞘的形成，而不指定壁通量，所以流体和字段调整自相一致的壁。这里提出的工作表明，动力学和流体的结果是一致的动量通量，表明在某些制度，多流体模型可以是一个有用的近似模拟等离子体边界。流体和动力学结果之间的静电势存在差异。此外，这里提出的分布函数的直接解突出了鞘层中电子的非麦克斯韦分布，强调了动力学模型的必要性。
2017-01-30 physics.plasm-ph
Hamiltonian fluid reductions of drift-kinetic equations and the correspondence with water-bag distribution functions
从漂移动力学方程的哈密顿结构出发，导出了漂移动力学分布函数的前三阶矩，即密度、流体速度和平行压力的哈密顿模型。与水袋封闭的链接建立，表明，与一维弗拉索夫方程，这些解决方案是唯一的哈密顿流体减少漂移动力学方程。这些模型通过它们的运动方程和Casimir不变量进行了讨论。
2015-10-12 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Deriving improved plasma fluid equations from collisional kinetic theory
针对E区电离层高度碰撞等离子体，本文提出新的解析近似，将离子和电子动理学方程更精确地约化为5矩流体方程，得到改进的流体模型，适用于实际数据分析与更精确的等离子体模拟。
2024-07-18 physics.plasm-ph
The ponderomotive force due to the intrinsic spin in extended fluid and kinetic models
在本文中，我们计算的贡献，有质动力的等离子体中的电子自旋使用最近发展的模型。在本文件中使用的自旋流体模型包含自旋速度相关性，与以前的模型用于相同的目的。它然后发现，以前的条款的自旋有质动力恢复，但也出现了额外的条款。此外，由于自旋速度相关的结果证实了使用自旋动力学理论。我们的结果的意义进行了讨论。
2010-12-02 physics.plasm-ph
Padé-based arbitrary wavelength polarization closures for full-F gyro-kinetic and -fluid models
我们提出了一个解决方案，长期存在的短波长偏振闭合不足的全F陀螺流体模型。这是通过首先找到一个适当的二次形式的陀螺流体力矩的偏振部分的陀螺中心哈密顿。其次，我们推导出基于Padé的近似后一个表达式，产生一个偏振电荷密度与所需的精度顺序，并保留线性偏振效应的任意波长。拟议的封闭具有适当的节能和预期的Oberbeck-Boussinesq和长波长限制。
2020-03-02 physics.plasm-ph
A conservative implicit-PIC scheme for the hybrid kinetic-ion fluid-electron plasma model on curvilinear meshes
混合动力学-离子流体-电子等离子体模型被广泛应用于空间和实验室等离子体物理中具有挑战性的多尺度问题的研究。在这里，一个新的保守的计划，这个模型采用隐式粒子在细胞技术扩展到任意坐标系通过曲线映射从逻辑到物理空间。该方案的特点是一个完全非线性的电磁制剂与多速率的时间提前-包括子循环和轨道平均的动力学离子。通过在曲线坐标系中仔细选择相容的基于粒子的动力学离子和基于网格的流体电子离散，以及粒子网格插值和隐式中点时间推进，该方案被证明可以保持任意曲线网格的总能量。在静电极限下，该方法也被证明是守恒的总动量为任意曲线网格。虽然在电磁场的情况下，任意曲线网格的动量不守恒，但它是笛卡尔张量填充网格的一个重要子集。该方案及其新颖的守恒性质证明了几个具有挑战性的数值问题，使用不同的曲线网格，包括合并磁通绳模拟空间天气的应用，和螺旋$m=1$模式模拟磁聚变能的应用。
2021-10-08 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Hybrid-VPIC: an Open-Source Kinetic/Fluid Hybrid Particle-in-Cell Code
本研究介绍开源混合PIC代码Hybrid-VPIC，阐述其模型、应用、实现细节与数值难题解决方案，并首次在混合PIC代码中实现高能量密度体系下高精度电子流体输运系数。
2023-05-09 physics.plasm-ph
Kinetic Derivation of the Hydrodynamic Equations for Capillary Fluids
基于小源单粒子分布函数的广义动力学方程，实现了多粒子系统从动力学描述到流体力学描述的过渡。这种获得流体动力学极限的新技术的基本特征是，后者已部分纳入动力学方程本身。毛细流体的流体动力学方程是从分布函数的局部矩的特征函数导出的。Fick定律是水动力量在时间反演下的变换定律的结果。
2004-05-06 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Hamiltonian structure of reduced fluid models for plasmas obtained from a kinetic description
本文研究了用Vlasov-麦克斯韦方程组描述无碰撞等离子体的简化流体模型的哈密顿结构。我们调查的可能性，找到泊松子代数与流体模型从Vlasov-Maxwell泊松代数。通过这种方式，我们表明，唯一可能的泊松子代数涉及的时刻的零阶和一阶的Vlasov分布，这意味着流体密度和流体速度。我们发现，括号中导出[物理。93，175002（2004）]，它涉及的时刻2是不是泊松括号，因为它不满足雅可比恒等式。
2012-04-19 nlin.CD physics.plasm-ph
DREAM: a fluid-kinetic framework for tokamak disruption runaway electron simulations
避免逃逸电子（RE）在等离子体终止中断中的有害影响是磁聚变装置安全系统设计的关键。在这里，我们描述了一个计算效率高的数值工具，允许自洽的等离子体冷却和相关的RE动力学在中断的模拟。它解决了通量表面平均传输方程的等离子体密度，温度和极向通量，使用反弹平均动力学方程自洽地提供电子电流，热量，密度和RE的演变，以及电子分布函数。作为一个例子，我们考虑中断的情况下，材料注入和比较电子动力学解决不同层次的复杂性，从完全动力学流体模式。
2021-08-10 physics.plasm-ph
Energy stability analysis for a hybrid fluid-kinetic plasma model
在等离子体物理中，混合流体动力学模型由描述体相流体成分的磁流体力学（MHD）部分和描述高能等离子体成分的弗拉索夫动力学理论部分组成。虽然在等离子体文献中的大多数混合模型是非哈密顿的，本文研究了最近在其二维配置的哈密顿变量。相应的哈密顿结构描述连同其卡西米尔不变量。然后，能量Casimir方法被用来获得显式的充分稳定性条件，这意味着一个稳定的谱，并建议非线性稳定性。
2013-06-11 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Fluid and kinetic studies of tokamak disruptions using Bayesian optimization
该研究利用贝叶斯优化探索 ITER 多种物质注入破裂情景，并系统比较 DREAM 中流体与动力学模型对逃逸电子产生及缓解效果的预测差异。
2024-07-05 physics.plasm-ph
An introductory guide to fluid models with anisotropic temperatures Part 2 -- Kinetic theory, Padé approximants and Landau fluid closures
在无碰撞流体模型指南的第2部分中，我们集中讨论朗道流体闭包。这些封闭是由哈米特和帕金斯开创的，并允许将无碰撞的朗道阻尼严格纳入流体框架。朗道阻尼是传统流体模型和无碰撞动力学理论的鲜明区别，也是通常流体模型不能收敛到动力学描述的主要原因，即使在长波低频极限下也是如此。我们首先简要介绍动力学理论，在那里我们详细讨论了等离子体色散函数$Z(ζ)$，和相关的等离子体响应函数$R(ζ)=1+ζZ(ζ)=-Z'(ζ)/2$。然后，我们考虑一个1D（静电）的几何形状，并作出重大努力，映射所有可能的朗道流体封闭，可以在四阶矩水平。这些封闭的平行时刻具有普遍的有效性，从最大的天体物理尺度下降到德拜长度，我们验证了它们的有效性，考虑的例子（质子和电子）朗道阻尼的离子声学模式，和电子朗道阻尼的朗缪尔模式。我们继续考虑高阶矩比四阶矩更高阶的一维闭包，正如第1部分所得出的结论，如果没有朗道流体闭包，这是不可能的。我们表明，它是可以重现线性朗道阻尼流体框架中的任何所需的精度，从而显示收敛的流体和无碰撞动力学的描述。然后，我们考虑一个3D（电磁）的几何结构中的gyrotropic（长波长低频率）的限制和地图的所有封闭，可在四阶矩水平。在附录A中，我们提供了$R(ζ)$直到8阶极点的Padé逼近的综合表，其中许多以解析形式给出。
2019-11-08 physics.plasm-ph
A Two-Fluid Study of Oblique Tearing Modes in a Force-Free Current Sheet
动力学模拟表明，三维重联在无碰撞制度的收益，通过形成和相互作用的磁通量绳，这是由于在多个共振面撕裂不稳定性的增长产生。由于动力学模拟本质上是昂贵的，它是可取的，以探索减少双流体模型捕捉这种复杂的演变，特别是在强引导场制度，其中双流体模型是更好地证明的可行性。考虑到这一目标，本文比较了无碰撞撕裂不稳定性的演变与两流体模型和完全动力学模拟的无力电流片。我们的结果表明，最不稳定的模式是倾斜的引导场大于重联场，在协议的动力学结果。将标准的双流体撕裂理论推广到斜角撕裂不稳定性。由此产生的理论产生一个平坦的斜谱，并低估了增长的斜模式以类似的方式相对于动力学模拟的动力学理论。
2016-01-26 physics.plasm-ph
Turbulent electromagnetic fields at sub-proton scales: two-fluid and full-kinetic plasma simulations
等离子体动力学是一个涉及多个时空尺度的多尺度问题。湍流通过由非线性相互作用建立的级联将该系统中的不同尺度连接起来。大多数天体物理等离子体系统是弱碰撞，使一个完整的动力学弗拉索夫描述系统的必要。使用简化的模型来研究这样的系统是计算上可取的，但在不同的模型物理仔细基准是必要的。我们在这里进行一个这样的比较完全动力学粒子在细胞（PIC）模型和双流体模型，包括霍尔物理和电子惯性，特别关注亚质子尺度电场。我们表明，在一般的两个流体模型捕捉大尺度动力学相当不错。在较小的尺度下，霍尔物理也被流体代码捕获得相当好，但电子特征显示偏离完全动力学模型。使用这种流体模型的影响进行了讨论。
2018-09-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Fluid energy cascade rate and kinetic damping: new insight from 3D Landau-fluid simulations
使用不可压缩霍尔磁流体动力学（HMHD）湍流的精确定律，从三维HMHD-CGL（双绝热离子和等温电子）和朗道流体（LF）的数值模拟，具有不同强度的朗道阻尼在很宽的波数范围内，通常$0.05\lesssim k_\perp d_i \lesssim100$计算的能量级联率。使用三套跨尺度模拟，其中湍流在大，中，小尺度启动，在不同尺度的流体能量级联的能力进行测试，以“感测”的动力朗道阻尼。级联率估计从精确的法律和直接从模拟计算的耗散显示，以反映朗道阻尼耗散能量在所有尺度上的作用，重点是动力学的。这一结果为在动力学模拟和航天器观测中使用简化流体模型的精确定律分析耗散提供了新的前景，并为无碰撞磁化等离子体的理论描述提供了新的见解。
2021-10-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Hamiltonian kinetic-Hall Magnetohydrodynamics with fluid and kinetic ions in the current and pressure coupling schemes
我们提出了两个广义的混合动力学霍尔磁流体动力学（MHD）模型描述的双流体体等离子体的相互作用，其中包括热离子和电子，与充满活力的，超热离子种群所描述的弗拉索夫动力学。的热组件的动态由标准的流体方程在霍尔MHD限制与电子动量方程提供了一个欧姆定律与霍尔和电子压力项涉及的回旋电子压力张量。通过电流密度（电流耦合方案; CCS）和离子压力张量出现在动量方程（压力耦合方案; PCS）中的第一和第二个模型，分别完成的散装，低能等离子体与高能粒子动力学的耦合。CCS是两个著名的模型的推广，因为在消失的能量和热离子密度的限制，我们恢复标准霍尔MHD和混合动力学离子/流体电子模型，分别。这使我们有能力以连续的方式研究高能粒子在从消失到占主导地位的高能粒子密度范围内的全球影响。CCS和PCS的非正则哈密顿结构，可以利用能量-Casimir变分原理研究平衡和稳定性性质，确定。作为这里的第一个应用程序，我们推导出一个广义霍尔MHD Grad-Shafranov-伯努利系统的各向异性的电子压力和动力学效应，由于高能粒子的存在下，使用PCS的对称平衡。
2021-11-10 physics.plasm-ph
Exchange fluid model derived from first principles quantum kinetic theory for plasmas
从具有交换效应的理想等离子体的第一性原理量子动力学理论出发，取相应的交换-Vlasov方程的矩，导出了量子流体动力学方程。被认为是电子离子等离子体的情况下，离子是完全经典的。离子声波的线性色散关系发现从宏观方程和交换量子动力学理论相比，产生一个定性的协议，除了一个数字因子的顺序在交换贡献，假设麦克斯韦背景作为第一步，为分析简单。的治疗的有效性条件进行了讨论和交换效应被证明是必要的校正，在理想和长波长近似。
2021-04-21 physics.plasm-ph
Generalized fluid theory including non-Maxwellian kinetic effects
等离子体物理团体对磁化等离子体中湍流和输运的验证和预测所获得的结果主要来自于使用非常消耗CPU的粒子单元或（陀螺仪）动力学代码，这些代码自然包括非麦克斯韦动力学效应。迄今为止，流体代码被认为是不相关的描述这些动力学效应。在这里，在重新审视了19世纪发展起来的当前流体理论的局限性之后，我们用尽可能少的流体方程概括了包括非麦克斯韦超热尾等动力学效应在内的流体理论。在任意碰撞情况下，给出了非线性Landau Fokker-Planck碰撞算符的无碰撞和碰撞流体封闭。实际上，与无碰撞流体封闭的两个示例相关联的第一流体模型是通过假设解析的非麦克斯韦分布函数（例如，”我的意思是，”O。Izacard，Phys. Plasmas 23，082504（2016）]）。与文献的主要区别之一是我们的分析表示的分布函数在速度相空间中尽可能少的隐变量由于使用非正交基组。这些新的非麦克斯韦流体方程可以启动下一代流体代码，包括动力学效应，并可以扩展到其他科学学科，如天体物理学，凝聚态物质或流体力学。作为一个验证测试，我们进行了数值模拟的基础上，最小的减少INDUSTRY流体模型。这一试验的结果是发现了粒子和热扩散的起源。这种扩散是由于空间梯度导致的短时间尺度上的不断增长的INERANCE与较长时间尺度上的热化之间的竞争。本文的结果可以打破对湍流的某些认识。
2016-10-30 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Enhanced conservation properties of Vlasov codes through coupling with conservative fluid models
无碰撞等离子体物理中的许多现象都需要动力学描述。相空间密度的演化可以通过弗拉索夫方程来建模，在大多数相关情况下，该方程必须数值求解。在这种模拟中经常出现的问题之一是违反重要的物理守恒定律。相空间中的数值扩散转化为非物理加热，这可以显着增加总能量，这取决于时间尺度和等离子体状态。在本文中，一个一般的和直接的方法来提高守恒性质的Vlasov计划，可以潜在地应用到各种不同的代码。其基本思想是使用具有良好守恒性质的流体模型来校正动力学模型。流体模型中缺少的较高力矩由动力学代码提供，使得动力学代码和流体代码在闭合反馈回路中补偿彼此的弱点。
2017-02-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Comparative study of gyrokinetic, hybrid-kinetic and fully kinetic wave physics for space plasmas
一组数值求解器的线性色散关系的gyrokinetic，混合动力学，和完全动力学模型的动力学Alfvén波和快磁声模式在这些模型中的物理研究。特别是，我们专注于相关的参数，面向太阳风的应用程序（使用均匀的，各向同性的背景），其特征在于波传播角平均接近90°。结果发现，gyrokinetic模型，而缺乏高频解决方案和回旋效应，忠实地再现完全动力学阿尔文波物理接近，有时显着超出，其有效性范围的边界。混合动力学模型，另一方面，是更完整的高频波，但由于其简单的电子模型，它被发现严重低估波阻尼率，即使在离子空间尺度在很大范围内的参数，尽管包含完整的动力学离子物理。
2016-05-26 physics.plasm-ph physics.space-ph
A review on solar wind modeling: kinetic and fluid aspects
我们回顾了太阳风（SW）的动力学外逸层和流体模型的主要优点和局限性。讨论了Chapman提出的流体静力学模型、Parker提出的第一代超音速流体动力学模型和Chamberlain提出的第一代亚音速动力学模型。结果表明，正确估计的电场在第二代动力学外逸层模型开发的Lemaire和Scherer，提供了一个超音速膨胀的电晕，调和的流体动力学和动力学的方法。第三代动力学外逸层模型考虑kappa速度分布函数（VDF）而不是外底处的Maxwell分布函数，此外，它们处理电势随径向距离的非单调变化;第四代外逸层模型包括基于Fokker-Planck碰撞项的库仑碰撞。太阳风的多流体模型提供了一个粗粒度的描述，并成功地再现了SW宏观属性（密度，体积速度）的时空变化。回顾了多流体SW模型的主要类别：最初由Parker提出的描述超音速SW膨胀的5-矩或Euler模型; 8-矩和16-矩流体模型;改进碰撞项的回旋方法以及基于观测VDF的回旋模型。碰撞，包括远程库仑遇到的突出问题，也进行了讨论，无论是在动力学和多流体的背景下。尽管几十年来这两种方法一直被视为对立的，但在本文中，我们强调它们的互补性。的太阳风的动力学和流体模型的审查也有助于更好地评估仍然存在于SW建模的开放性问题，并建议可能的未来发展。
2013-06-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The current-driven anomalous transports in multi-fluid and kinetic plasma descriptions: A simulation study of anomalous transport levels
在大多数流体模型中，反常输运的产生机制和磁化体通常被视为模型描述之外的辅助项，可以自由操作，反常输运实际上是多流体系统中显著的自生效应。将电流弛豫水平与相同初始设置的动力学Vlasov模拟进行比较，发现多流体等离子体中存在更高的异常输运，即对于相同设置，多流体模拟中的电流降低比动力学Vlasov模拟中的电流降低更强。为了分离导致不同异常输运能级的机制，我们通过对所产生的波进行频谱分析，结合不同时刻的空间平均分布，研究了详细的波粒相互作用。结果表明，当电子漂移速度低于波的相速度时，动力学模拟中的朗道阻尼起着稳定等离子体漂移系统的作用。当电子之间的相对漂移速度仍然很高时，电流弛豫过程停止。
2009-10-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
Fluid and kinetic modelling for non-local heat transport in magnetic fusion devices
为了改善目前使用的特设通量限制器处理的并行热通量传输的边缘等离子体流体代码，我们认为在这里的傅立叶定律实现了一个非本地内核的热通量计算的广义版本。在壁面处的玻姆边界条件被恢复，引入体积损失项，表示超热粒子对能量输出通量的贡献。正如预期的那样，这种贡献是可以忽略不计的强碰撞制度，而它变得越来越占主导地位的边缘和低碰撞制度。在本文的第二部分中，我们考虑了一个动力学的方法，碰撞被认为是使用多粒子碰撞（MPC）算法。文中还报道了中低碰撞度下的动力学模拟结果。
2018-05-17 physics.plasm-ph
Hybrid fluid-kinetic cylindrical equilibria with axial background magnetic field
本文构建含轴向背景磁场的一维准中性螺旋箍缩混合平衡，用三参数动理学离子分布将问题化为四个拟线性 ODE 并数值求解，分析静态与剪切流动情形及参数影响。
2025-07-27 physics.plasm-ph
Energy dynamics and current sheet structure in fluid and kinetic simulations of decaying magnetohydrodynamic turbulence
用流体和动力学程序对衰减磁流体动力学（MHD）湍流进行了模拟。初始条件是长波长、反向传播的剪切阿尔芬波的集合，它们相互作用并迅速产生强MHD湍流。总能量守恒和湍流能量衰减率是非常相似的两个代码，虽然流体代码有数值耗散，而动力代码有动力耗散。惯性距离功率谱指数在两个代码中是相似的。流体代码显示垂直波数谱斜率为$k_{\perp}^{-1.3}$。动力学代码示出了用于较小模拟域的$k_{\perp}^{-1.5}$的谱斜率，以及用于较大域的$k_{\perp}^{-1.3}$的谱斜率。我们估计，无碰撞阻尼机制的动力学代码可以解释所观察到的非线性能量级联的耗散。对当前图纸进行几何特征化。它们的长度和宽度在两个代码之间是很好的协议。长度与湍流的驱动尺度成线性比例。在流体代码中，它们的厚度由网格分辨率确定，因为没有显式扩散率。在动力学代码中，它们的厚度非常接近趋肤深度，而与网格分辨率无关。这项工作表明，动力学代码可以再现MHD惯性范围内的动态在大尺度上，而在同一时间捕获重要的动力学物理在小尺度上。
2015-06-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Extended hybrid kinetic-magnetohydrodynamic model for ignited burning plasmas
简要回顾了现有的燃烧等离子体中α粒子物理的动力学-磁流体动力学（MHD）混合模型，指出压力耦合方案和电流耦合方案仅在α粒子密度远低于背景离子和电子的特定动力学区域是等价的。本文提出了一个多流体模型，它能较好地描述同时存在高能α粒子和氦灰粒子的燃烧等离子体的动力学状态。在MHD极限下，将动力学-多流体模型进一步简化为扩展的混合动力学-MHD模型。这一简化过程表明，现有的压力耦合方案是更广泛的比电流耦合方案和足够的范围广泛的动力学制度。该分析进一步表明，由于系统中大量α粒子的贡献，模型方程主要是广义欧姆定律发生了显著变化。这些模型可用于研究点火燃烧等离子体和空间等离子体中α粒子的碰撞。
2019-11-05 physics.plasm-ph
A quasi-neutral electromagnetic hybrid model with drift-kinetic electrons and fully kinetic ions
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
提出一种准中性假设下的漂移动理学电子与全动理学离子混合模型，采用几何粒子网格方法离散，通过隐式-显式分裂方案松弛法拉第定律的时间步长限制，并成功再现多种冷等离子体波分支。
2026-05-22 physics.plasm-ph
Hamiltonian closures for two-moment fluid models derived from drift-kinetic equations
我们导出了由等离子体物理感兴趣的哈密顿漂移动力学系统的前两阶矩得到的流体模型保持哈密顿结构的条件。所采用的程序包括确定封闭关系，允许截断的泊松括号的漂移动力学系统，表示的时刻，在这样一种方式，所产生的操作是一个泊松括号的泛函的前两个流体时刻。分析进行了一类完整的漂移动力学方程，也为漂移动力学系统，其中平衡分布函数和扰动之间的分裂进行。在前一种情况下，我们得到，唯一的封闭，不涉及积分或微分算子，导致泊松括号，对应于一个理想的绝热气体的分子拥有一个自由度。在后一种情况下，哈密尔顿闭包是那些第二个时刻是前两个时刻的线性组合，这可以看作是完全漂移动力学情况下的哈密尔顿闭包的线性化。一些弱三维哈密尔顿简化流体模型的兴趣，例如托卡马克等离子体，可以通过这种方式得到，反之亦然，给定一个流体模型与哈密尔顿结构的某种类型，一个父哈密尔顿漂移动力学模型，然后可以确定。我们利用这种对应关系，以确定的漂移动力学模型，从该模型的磁重联和可压缩等离子体动力学的存在下，一个静态的，但不均匀的磁场的哈密顿流体模型可以推导出来。文中还讨论了导出的流体模型的泊松括号的Casimir不变量。
2014-03-25 math-ph math.MP physics.plasm-ph
An Implicit, Moment-Conserving Low-Rank Tensor Method for the Hybrid Kinetic-Ion Fluid-Electron Plasma Model
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Delaware（特拉华大学）
本文提出一种用于混合动理学离子-流体电子等离子体模型的隐式、矩守恒低秩张量方法，利用张量列车分解避免维度灾难，并通过改进的守恒截断保证质量、动量和能量守恒，经静电和电磁测试验证。
2026-10-07 physics.plasm-ph
Variational mean-fluctuation splitting and drift-fluid models
在回顾了标准Vlasov理论中分裂平均流和波动动力学的变分方法之后，将同样的方法应用于Littlejohn的引导中心运动理论中的漂移动力学方程。这个过程揭示了一个新的光漂移有序流体（漂移流体）模型，其各向异性压力张量，然后详细考虑。此外，目前的漂移流体模型是通过插入磁化条款，确保动量守恒完成。磁化电流也被证明是导致具有挑战性的方面时，漂移流体模型耦合到麦克斯韦方程的电磁场的演变。为了克服这些困难，提出了一种简化的导向中心理论及其在混合动力学-流体模型中的可能应用。
2020-02-18 physics.plasm-ph
Polytropic representation of the kinetic pressure tensor of non-ideal magnetized fluids in equilibrium toroidal structures
本文通过Chapman-Enskog展开构造解析解，证明非理想磁化流体在平衡环状结构中的动力学压力张量具有多方表示，方向性压力对密度呈幂律依赖，并探讨其在吸积盘环境中的应用。
2023-06-17 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Space-filter techniques for quasi-neutral hybrid-kinetic models
空间滤波方法已被证明是研究中性流体中湍流的基本工具，提供了在位形空间中分析尺度到尺度能量传递的能力。众所周知，等离子体中的湍流提出了不同于中性流体的挑战，特别是当感兴趣的尺度包括动力学效应时。对于动力学等离子体，空间滤波器方法仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们推导出空间过滤（或等效的“粗粒度”）方程的配置空间的准中性混合动力学等离子体模型，其中离子是完全动力学和电子是一个中和流体。不同的模型和封闭的电子流体被认为是，包括有限的电子惯性效应和全电子的压力张量动力学。在真实空间中的湍流波动的级联取决于不同的近似的影响进行了讨论。
2020-07-07 physics.plasm-ph physics.space-ph
Verification of long wavelength electromagnetic modes with a gyrokinetic-fluid hybrid model in the XGC code
作为动力学电子的替代选择，回旋动力学总f粒子单元（PIC）代码XGC 1已经通过将回旋动力学PIC离子与无质量漂移流体电子相结合而扩展到MHD/流体类型电磁区域，类似于Chen和Parker，Physics of Plasmas 8，441（2001）。两个代表性的长波长模式，剪切阿尔文波和电阻撕裂模式，在圆柱形和环形磁场的几何形状进行了验证。
2017-02-16 physics.plasm-ph
Kinetic vs. multi-fluid approach for interstellar neutrals in the heliosphere: exploration of the interstellar magnetic field effects
提出了一个新的太阳风与局域星际介质相互作用的三维自洽双组分（等离子体和中性氢）模型。该模型（K-MHD）结合了太阳风和电离LISM分量的MHD处理，以及中性星际氢的动力学模型（LISH）。局部星际磁场（BLISM）强度和方向是根据日鞘流的早期分析来选择的（Opher等人，2009年）。使用（K-MHD）模型获得的等离子体和中性粒子的特性与以前的多流体模型（Opher等人，2009）和动力学模型（Izmodenov等人，2005）进行了比较。LISH的新治疗方法揭示了日光层性质的重要变化，而不是由多流体模型捕获。这些变化包括到终端激波（TS）的日心距离减小、日鞘变薄以及日鞘流偏转角（θ）减小。然而，终止激波的不对称性似乎不受LISH动力学方面的影响。
2011-03-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Polytropic representation of non-isotropic kinetic pressure tensor for non-ideal plasma fluids in relativistic jets
本文通过协变统计动力学方法构建高斯型分布函数，证明相对论性磁化喷流等离子体的动力学压力张量非各向同性，并建立其多方表示，揭示方向压力对密度的幂律依赖。
2023-06-17 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
The Fluid-like Behavior of Kinetic Alfvén Turbulence in Space Plasma
动力阿尔文波（KAWs）是MHD阿尔文波分支在相对于背景磁场高度倾斜传播的情况下的短波长延伸。对空间等离子体的观测表明，小尺度湍流主要是类KAW湍流。我们应用两种理论方法，碰撞双流体理论和碰撞动力学理论，获得的KAW极化依赖于$β_\mathrm{p}$（质子热压力的磁压力的比率）在离子陀螺仪的密度，体积速度和压力的波动的预测。我们进行小波分析的MMS磁鞘测量和比较的意见与这两种理论。我们发现，双流体理论预测的观测结果比动力学理论，这表明，小规模的KAW-like波动表现出类似流体的行为，在磁鞘中，虽然等离子体是弱碰撞。我们还提出了预测的KAW偏振的内层日光层是可测试的帕克太阳探测器和太阳轨道器。
2019-01-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Fluid vs. kinetic magnetic reconnection with strong guide-fields
在自然界和实验中发现的快速磁重联对理论上的理解很重要。最近的研究表明，在强导场区，两流体磁重联保持快速，而不考虑快色散波的存在。这一结论与动力学模拟的最新结果一致，但与早期双流体研究中的发现相矛盾，后者认为快速色散波是快速重联所必需的。在本文中，我们给出了一个更详细的推导最近的一封信中提出的分析模型，并提出了额外的模拟结果来支持的结论，即在这个制度的磁重联率是独立的碰撞耗散和系统的大小。特别是，我们提出了一个详细的流体和动力学模拟之间的比较，发现很好的协议在重连率和当前层的总长度。最后，我们回顾了早期的双流体研究，得出了不同的结论，并提出了一种替代的解释，其中提出的数值结果。
2015-05-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Hilbert expansion based fluid models for kinetic equations describing neutral particles in the plasma edge of a fusion device
针对聚变装置等离子体边缘中性粒子的瞬态动理学方程，通过基于分裂的方法结合输运与电荷交换碰撞，推导出基于Hilbert展开的流体模型，并在流体动力学和扩散两种标度下评估了其性能。
2023-06-28 cs.CE physics.plasm-ph
The kinetic origin of the fluid helicity -- a symmetry in the kinetic phase space
螺旋度是衡量涡线缠绕和连接的拓扑度，由理想（正压）流体动力学保持。在哈密顿描述的上下文中，螺旋度是表征相关泊松流形的叶理的卡西米尔不变量。卡西米尔不变量是一种特殊的不变量，它依赖于泊松括号，而不依赖于哈密顿量的特定选择。总质量（或粒子数）是另一个卡西米尔不变量，它的不变性保证了质量（粒子）守恒（独立于任何特定的哈密顿量）。在动力学描述中（例如弗拉索夫方程），螺旋度不再是一个不变量（尽管总质量仍然是弗拉索夫泊松代数的卡西米尔）。这意味着某些“动力学效应”会破坏螺旋度的恒定性。为了阐明螺旋约束如何出现或淹没，我们研究流体减少的弗拉索夫系统，流体（宏观）系统是一个“子代数”的动力学（微观）弗拉索夫系统。在Vlasov系统中，如果一个特殊的螺旋度对称条件成立，那么螺旋度可以守恒。换句话说，打破螺旋对称性会导致螺旋度的变化。我们描绘的几何意义的螺旋对称性，并表明，对于一类特殊的流动（所谓的epi-2维流），螺旋对称性写为$\partial_γ=0$的坐标$γ$的配置空间。
2022-01-24 math-ph math.MP physics.flu-dyn
On Kinetic Slow Modes, Fluid Slow Modes, and Pressure-balanced Structures in the Solar Wind
对太阳风的观测表明，惯性范围内太阳风湍流的压缩分量主要由慢模式控制。太阳风的低碰撞性允许非热特征存活，这表明需要动力学等离子体描述。最小阻尼的动力学慢模式与离子声（IA）波和非传播（NP）模式。我们推导出解析表达式的IA-波的色散关系在各向异性等离子体的框架中的gyrokinetics，然后比较它们的全动力学的数值计算，从双流体理论，和MHD的结果。这种比较表明，在中等到高$β$下，MHD和动力学理论预测的波相速度存在重大差异。磁流体力学和动力学理论还规定，所有的等离子体正常模式表现出独特的签名方面的极化。我们量化的相对振幅的波动在三个最低的粒子速度的时刻与IA和NP模式的gyrokinetic限制，并比较这些预测与MHD的结果和太阳风湍流的原位观测。波偏振的观测结果和我们的MHD预测之间的一致性好于动力学预测，这表明等离子体的行为比预期的更像太阳风中的流体。
2017-05-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Geometric numerical discretization of a quasineutral hybrid model of drift-kinetic electrons and fully kinetic ions
Max Planck Institute for Plasma Physics（德国马普等离子体物理研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
将几何电磁粒子网格框架GEMPICX扩展至准中性混合Vlasov-Maxwell方程，采用对偶网格保结构有限差分法，通过隐式求解旋度-旋度方程获得平行电场分量，并验证了色散关系中的波动模式。
2026-06-23 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Plasmoid formation via competing lower-hybrid drift and Kelvin-Helmholtz instabilities: A hybrid kinetic-gyrokinetic simulation study
Max-Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）
研究通过混合动能-gyrokinetic模拟揭示了低混漂移不稳定性与Kelvin-Helmholtz不稳定性在等离子体体形成中的竞争作用，表明低混漂移不稳定性可作为种子和调节器，影响等离子体体生成不稳定性。
2026-01-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Hybrid PIC-fluid model for numerical simulation of laser-plasma interaction
DUSOFT LAB LLC（杜索夫特实验室有限公司）
本文提出混合PIC-流体模型，用于高效模拟激光-等离子体相互作用，结合离子动力学与电子流体模型，实现高能量密度等离子体的自洽演化。
2026-01-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic magnetohydrodynamics and Landau fluid closure in relativity
Princeton University（普林斯顿大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）
本文提出一种相对论框架下的弱碰撞等离子体模型，通过推导漂移动能方程，引入新的兰道流体闭合方法，以捕捉相对论等离子体的各向异性热流。
2026-11-09 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
