物理学 > 等离子体物理
[提交于 2024年5月24日
]
标题: 超越MHD近似:基于物理的CGL方程数值解法
标题: Going Beyond the MHD Approximation: Physics-Based Numerical Solution of the CGL Equations
摘要: 我们提出了一种新的数值模型,用于求解描述磁场中双麦克斯韦等离子体的Chew-Goldberger-Low方程组。日球和地球空间环境通常被观测到处于各向异性状态,具有明显不同的平行和垂直压力分量。CGL方程组是对常见各向同性MHD模型的最简单的主导阶修正,仍然允许纳入后者最具吸引力的特性。然而,CGL方程组存在几个数值挑战:该系统不是守恒形式,源项是刚性的,并且与MHD不同,如果平行和垂直压力变得过于不同,它容易失去双曲性。通常的解决方法是使平行和垂直压力更接近;但通常是以一种随意的方式进行的。我们提出了一种基于回旋角散射思想的物理信息压力松弛方法,该方法保持数值系统的双曲性,并在等离子体β非常大的极限下自然导致零各向异性。因此,基于CGL方程的数值代码可以针对任何磁场强度正常运行,包括磁场趋近于零的极限情况。我们的新算法的能力通过几个严格的测试问题得到演示,这些测试问题提供了弱碰撞和强碰撞极限下CGL方程的比较。这包括一个在二维情况下模拟冲击波与磁层环境相互作用的测试问题。
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