DarWin Code Home Page

Численные исследования

Этот раздел представляет аннотации ряда работ, выполненных методом компьютерного эксперимента на базе представленного в разделе методы и модели безызлучательного алгоритма.

 

     Вайбелевская неустойчивость

     Как известно, анизотропное распределение электронов по скоростям в однородной бесстолкновительной плазме может вызывать при спонтанном возникновении поперечного к акцентированной составляющей скорости частиц магнитного поля развитие так называемой вайбелевской неустойчивости (ВН). Ее характерной чертой является наличие режима, при котором резкий рост амплитуды поля, обусловленный образованием и развитием токовых слоев (пучков в многомерном случае), сменяется их динамической трансформацией, стабилизирующейся вместе с энергией магнитного поля на стадии насыщения.

     Фундаментальный характер ВН, являющейся одним из общих механизмов релаксации исходно анизотропных плазменных систем, наряду с многообразием форм проявления обуславливают неослабевающий интерес к её дальнейшим исследованиям, где в силу принципиальной нелинейности процессов всё более активную роль играет численный анализ по методу крупных частиц.

     В настоящее время c помощью прикладного кода DarWin осуществлено PIC-моделирование однокомпонентной ВН. Компьютерные эксперименты базе кластера «Чебышёв» НИВЦ МГУ позволили существенно уточнить и дополнить классическую картину электронной вайбелевской неустойчивости. В частности, удалось получить зависимости характерного времени ее развития и максимального значения плотности энергии магнитного поля от величины параметра анизотропии среды, выявить направленность и характер динамической перестройки системы токовых жгутов, сопровождающей нелинейную стадию насыщения неустойчивости, детально проследить эволюцию исходной анизотропии электронной компоненты плазмы.

 

Рис. 1. Картина однокомпонентной вайбелевской неустойчивости.

 

     Начаты пробные просчеты по кинетическому моделированию многокомпонентной (электрон-ионной) вайбелевской неустойчивости, где ионы являются активной компонентой. Данная постановка представляет наибольший интерес в силу ее адекватности реальным плазменным процессам (например, магнитосферы Земли).

Рис. 2. Плотность тока и треки частиц при двухкомпонентной вайбелевской неустойчивости.

 

Результаты численных исследований представлены в следующих работах:

  1. Бородачёв Л.В., Коломиец Д.О. Моделирование вайбелевской неустойчивости в рамках низкочастотного (дарвинского) приближения плазмы. Тез. докладов XXXIV международной (звенигородской) конф. по физике плазмы и УТС, с. 237, 2007.
  2. Бородачёв Л.В., Коломиец Д.О. Однокомпонентная вайбелевская неустойчивость безызлучательной плазмы. МГУ им. М.В. Ломоносова, Физический факультет, препринт №2/2009, Москва, 2009.
  3. Бородачёв Л.В., Коломиец Д.О. Электронная вайбелевская неустойчивость плазмы с температурной анизотропией. Вестн. МГУ. Сер. 3, т. 65, №2, с. 14-18, 2010.
  4. Borodachev L.V., Kolomiets D.O. Single-species Weibel instability of radiationless plasma. Электронный препринт, arXiv:0910.0361, 2009.
  5. Бородачёв Л.В., Коломиец Д.О. Кинетическое моделирование вайбелевской неустойчивости. Тез. докладов конф. "Физика плазмы в солнечной системе ИКИ РАН, с. 192, 2010.
  6. Borodachev L.V., Kolomiets D.O. Single-species Weibel instability of radiationless plasma. J. Plasma Physics, DOI:10.1017/S0022377810000188, 2010.

Анимация, иллюстрирующая результаты моделирования однокомпонентной вайбелевской неустойчивости:

Файл
Размер, тип.
Описание
EWI09.wk.wB.A.Jz+B.(sm).avi 24.7 Mb, 1280x1024, 20 FPS.

Animation shows evolution of Jz together with magnetic field and various components of system's energy.

EWI09.n.wB.wk+B.Jz+B.(sh).avi 82.6 Mb, 1280x1024, 20 FPS. Animation shows evolution of Jz together with magnetic field, density of electrons, kinetic energy density and average density of magnetic field energy.
EWI09.wkx+B.wky+B.wkz+B.Jz+B.(sh).avi 50.7 Mb, 1280x1024, 20 FPS. Animation shows evolution of Jz together with magnetic field and three components of kinetic energy density.
EWI09.Jz+B+Particles.(sh).avi 188 Mb, 1280x1024, 15  FPS. Animation shows motion of selected electrons together with the evolution of Jz.
EWI09.xVx.wB.yVy.Jz+B.avi 32.4 Mb, 1280x1024, 20  FPS. Animation shows the evolution of Jz together with phase space evolution.

 

Параметры численной постановки, а также описание величин, эволюция которых показана в анимации можно найти здесь: BorodachevKolomietsEWI09Movies.pdf

 

Анимация, иллюстрирующая результаты моделирования двухкомпонентной вайбелевской неустойчивости:

Файл
Размер, тип.
Описание
IWI09.RGB.Jze+Jzi+B.(s).avi 162 Mb, 1280x1024, 30  FPS. Animation shows the evolution of Electron (Green-Blue) and Ion (Red) z-currents in the same setup as for single-species case but with mobile Ions and m_i/m_e = 100.
IWI09.w.A.Jze+B.Jzi+B.(s.zoom).avi 77 Mb, 1280x1024, 30  FPS. Animation separately shows the evolution of Electron and Ion z-currents together with system energy and anisotropy.
weibel36_spectrum.avi 6 Mb. Spectral power of Jz_e and Jz_i.
weibel100_spectrum.avi 6 Mb. Spectral power of Jz_e and Jz_i.
Weibel32_and_100_corrected.xlsx 6 Mb. Spectral power of Jz_e and Jz_i (.xlsx).

 

Все видео-файлы сжаты кодеком Xvid, который можно скачать здесь: www.xvid.org

 

 

© 2009-2010 by Dmitriy O. Kolomiets
All trademarks and registred names are the property of their respective owners. No part of the material placed on this site may be reproduced without the prior permission of its copyright holder.