TEM turbulence optimisation in stellarators
随着新古典优化仿星器的出现,优化仿星器的湍流传输是一个重要的下一步。通过对磁场进行整形,可以减小离子温度梯度驱动的湍流,本文主要研究了对电子俘获模(TEM)湍流的减小。最近的分析和数值研究结果表明,TEM是稳定的大部分被困粒子经历有利的反弹平均曲率。例如,Wendelstein 7-X [C. D. Beidler $\textit{et al}$ Fusion Technology $\bf{17}$,148(1990)]和其他Helias型仿星器。利用这一知识,设计了一个代理函数来估计TEM动力学,允许用STELLOPT [D. A. Spong $\textit{et al}$ Nucl. Fusion $\bf{41}$,711(2001)]代码确定TEM稳定性的最佳配置,而无需大量的湍流模拟。第一个原理证明优化平衡源于TEM主导的仿星器实验HSX [F.S.B. Anderson $\textit{et al}$,Fusion Technol. $\bf{27}$,273(1995)],其中在宽范围的操作参数空间上实现了线性增长率的降低。作为这个属性的一个重要后果,湍流热通量水平相比于初始配置降低。
2015-09-15 physics.plasm-ph
Integrated Observation of Isotope-Dependent Turbulence, Zonal Flow, and Turbulence-Driven Transport
本研究通过分析Heliotron J中H/D等离子体的带状流与湍流非线性耦合,揭示了同位素效应对湍流输运的抑制机制,为解释约束改善和预测聚变堆性能提供了关键依据。
2025-11-03 physics.plasm-ph
Turbulent drag reduction in magnetohydrodynamic and quasi-static magnetohydrodynamic turbulence
在流体动力学湍流中,大尺度注入的动能级联到惯性范围,导致恒定的动能通量。相反,在磁流体动力学(MHD)湍流中,一部分动能被转移到磁能。因此,对于相同的动能注入率,MHD湍流中的动能通量与其流体动力学对应物相比减小。这导致非线性项($\la | ({\bf u}\cdot \nabla) {\bf u} | \ra$,其中${\bf u}$是速度场)和湍流阻力相对减弱,但MHD湍流中的速度场增强。我们使用流体动力学和MHD湍流的壳模型模拟来验证上述。准静态MHD湍流也表现出类似于MHD湍流的湍流阻力减小。
2020-04-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Quasilinear analysis of the zonal flow back-reaction on ion-temperature-gradient mode turbulence
有强有力的证据支持离子温度梯度(ITG)模式湍流的纬向流抑制,特别是接近线性稳定性阈值。本文基于准线性理论推导了一个包含纬向流对ITG湍流反作用的修正色散关系,并对纬向流对ITG湍流的抑制作用进行了分析计算。结果表现在线性增长率的降低和有效线性ITG阈值的增加。
2009-01-14 physics.plasm-ph
Turbulent Drag Reduction in Magnetohydrodynamic Turbulence and Dynamo from Energy Flux Perspectives
在这篇综述中,我们描述了湍流减阻在各种流动中使用的通用框架的能量通量。在具有稀聚合物和磁场的湍流中,在大尺度下注入的动能级联到中间尺度下的速度场,以及级联到所有尺度下的聚合物和磁场。因此,与纯流体动力学湍流相比,动能通量$ Π_u(k) $被抑制。我们认为,抑制$Π_u(k)$是一个重要因素,在减少的惯性力$\langle {\bf u \cdot \nabla u} \rangle$和\textit{turbulent drag}。在聚合物、磁流体动力学、准静态磁流体动力学、稳定分层湍流和发电机中观察到湍流减阻的这种特征。此外,它表明,湍流减阻热对流是由于光滑的热板,类似的湍流减阻的钝体。在所有这些流动中,湍流减阻常常导致流动中的强的大尺度速度。
2022-12-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Suppression of core turbulence by profile shaping in Wendelstein 7-X
在Wendelstein 7-X磁约束实验中,湍流密度波动的减少以及异常杂质扩散与等离子体密度分布的峰值有关。这些影响与改善限制,出现在很大程度上是由于减少异常运输的变化,新古典运输是小的。所观察到的湍流热通量的减少与密度梯度的增加是一致的非线性gyrokinetic模拟,并已被归因于独特的几何形状的W7-X,限制了被困电子模式的严重性。
2020-10-05 physics.plasm-ph
Reduction of compressibility and parallel transfer by Landau damping in turbulent magnetized plasmas
采用线性Landau阻尼和有限Larmor半径(FLR)修正的FLR-Landau流体模型,对磁化等离子体中的衰减湍流进行了三维数值模拟。结果表明,与可压缩Hall-MHD的模拟相比,线性朗道阻尼是负责显着的磁声波阻尼,这是一致的线性动力学理论。当β参数不太小时,流体的可压缩性和沿环境磁场的平行能量级联也被显著抑制。与Hall-MHD相比,FLR-Landau流体模型可以正确地描述无碰撞等离子体(如太阳风)中的湍流,从而解释其几乎不可压缩的行为。
2011-09-12 physics.plasm-ph
Electromagnetic turbulence suppression by energetic particle driven modes
近年来,在大量的磁约束实验和相应的回旋动力学模拟中,已经报道了高能粒子存在下等离子体湍流的强烈减少。虽然与燃烧等离子体的性能预测高度相关,但到目前为止,对这种主要非线性效应的解释仍然难以捉摸。一个彻底的分析发现,线性边缘稳定的高能粒子驱动模式被激发非线性,消耗湍流的能量含量,并作为一个额外的催化剂的能量转移到带状模式(占主导地位的湍流饱和通道)。相应的签名被发现在一些不同的JET和ASDEX升级放电与减少运输水平归因于高能离子效应的模拟。
2018-12-10 physics.plasm-ph
On the role of density fluctuations in the core turbulent transport of Wendelstein 7-X
最近在优化的仿星器Wendelstein 7-X(W7-X)中用多普勒反射计对核心湍流进行了表征,发现在核心处实现高离子温度的放电具有由梯度比$η_i = L_n/L_{T_i}$的减小驱动的密度波动的ITG样抑制[D. Carralero等人,核聚变,2021]。为了证实ITG湍流在这一过程中的作用,我们着手建立实验核心密度波动,湍流热通量和全球约束之间的关系。有了这个目标,我们认为在以前的工作中发现的情况下,并进行功率平衡分析的一些代表性的,包括一些具有高离子温度。此外,我们评估了全球的能量约束时间,并讨论了它的背景下,ISS 04间的仿星器缩放。我们发现,当湍流被抑制作为一个结果的减少$η_i$,有一个减少的离子湍流传输,和全球性能得到改善的结果。这与ITG湍流限制W7-X核心处的离子温度是一致的。与此相反,当湍流减少后,减少碰撞,没有观察到的运输或约束的变化。这可以解释为ITG模式与TEM湍流相结合时,后者是不稳定的低碰撞。
2021-10-01 physics.plasm-ph
The effect of magnetic islands on ITG turbulence driven transport
在这项工作中,我们解决的问题,由于稳态ITG湍流的能量传输时间尺度上的垂直运输的磁岛的影响。我们证明,湍流可以跨越分界线,并加强跨磁岛的垂直输运。由于岛内部的垂直输运决定了新古典撕裂模生长所需的临界岛尺寸,这种增加的输运导致临界岛尺寸大于考虑碰撞电导率时预测的尺寸,但小于使用异常有效电导率时的尺寸。我们发现,在玻姆时间尺度上,湍流能够重新建立温度梯度的岛屿宽度$w \lesssim λ_{turb}$,湍流相关长度的岛屿。通过与只保留垂直温度和无湍流的模拟进行比较,估计岛变平的减少。在中间岛宽度,相当于$λ_{turb}$,湍流能够保持有限的温度梯度在整个岛。
2015-01-05 physics.plasm-ph
Isotope Effects on TEM-driven Turbulence and Zonal Flows in Helical and Tokamak Plasmas
National Institute for Fusion Science, National Institutes of Natural Sciences(国立研究開発法人 国立統合物理学研究所 核融合科学研究所);The Graduate University for Advanced Studies(総合研究大学院大学);Faculty of Arts and Sciences, Komazawa University(駒澤大学 文学部・理学部);Nagoya University(名古屋大学)
研究同位素质量对磁镜和托卡马克等离子体中TEM驱动湍流和区流的影响,发现同位素效应导致输运减少,与传统标度相反。
2026-02-26 physics.plasm-ph
A quasi-linear analysis of the impurity effect on turbulent momentum transport and residual stress
我们研究的影响,杂质的湍流驱动的内禀旋转(通过残余应力)的准线性理论的背景下。采用主离子和杂质离子的双流体模型,研究了由于杂质的存在而改变的剪切平板几何中的离子温度梯度模式。在主离子-杂质耦合系统的质心坐标系中,导出了平行雷诺应力的有效形式。分析表明,杂质的含量和径向分布对残余应力有很大的影响。特别是,与主离子的杂质配置文件对齐示出,以引起相当大的减少的残余应力,这可能会导致减少湍流驱动的固有旋转。
2015-04-30 physics.plasm-ph
Chaotic diffusion in multi-scale turbulence
本研究提出多波数映射框架,分析多尺度湍流中波粒共振驱动的混沌扩散,发现大尺度分量主导偏离准线性理论,且小尺度分量增多时趋于准线性预测。
2025-04-21 nlin.CD physics.plasm-ph
Compressible helical turbulence: Fastened-structure geometry and statistics
本文提出手性基流/场与等效原理,将理想螺旋度降低可压缩性的单结构几何机制与螺旋湍流统计相统一,并推广到双流体等离子体的电场涨落抑制。
2021-02-20 astro-ph.SR cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn