chap4磁流體力學之一-全文預覽

　　

【正文】 ????????來源：某一質點在 時刻：處于 點，速度 時刻：處于 點，速度 ? ?tMu ,?? ?ttMu ??,39。或者說：以流場中某一點作為描述對象描述它們的位置及其它的物理量對時間的變化 流體力學基礎 t0時，坐標 a、 b、 c作為該質點的標志 數學描述 ? (a,b,c) 拉各朗日變數 ?如果 abc不變 ,而改變 t,獲得的是某流體元的運動規律 , ?如果 t不變 ,而 abc改變 ,獲得的是某時刻不同流體元某物理量的分布情況 . 例如在某 t時刻： x y z 1 2 1點： 2點： ),(),(),(111111111tcbazztcbayytcbaxx???),(),(),(222222222tcbazztcbayytcbaxx???速度： ttcbaxux ??? ),(ttcbayuy ??? ),(ttcbazuz ??? ),(ttcbaua xx ??? ),(ttcbaua yy ??? ),(ttcbaua zz ??? ),(加速度： 物理概念清晰，但處理問題十分困難 64 2）歐拉法（局部法、當地法） 研究思路： 著眼點不是流體質點，而是空間點 ，研究每一個空間點上流體 流過時的速度（壓力、密度等）隨時間的變化情況或是在某一時刻各空間點上流體速度分布。它研究流場中個別 流體質點 在不同的時間其位置、流速、壓力的變化。 工業 57 電磁推 進 ： 研究用磁場力加速等離子體以期得到比化學火箭大得多的比沖。而使用環形磁約束裝置在受控熱核反應的研究中顯出較好的適用性和優越性。當前，關于太陽的研究課題有：太陽磁場的性質和起源，磁場對日冕、黑子、耀斑的影響。 ?1950年倫德奎斯特首次探討了利用磁場來保存等離子體的所謂 磁約束 問題，即磁流體靜力學問題。 磁流體力學 MagohydrodynamicsMHD 導電流體有 等離子體 和 液態金屬 . 概念 ?1832年法拉第首次提出有關磁流體力學問題。因此，導電流體的運動比通常的流體復雜得多。 ) 流體元內部粒子的平均物理性質不受單個分子離散運動的影響，即微觀運動被完全平滑掉 ? 得到平滑的宏觀參數，密度 速度 溫度等 流體的數學模型： 等離子體的流體特性： 當等離子體的特征長度和時間遠大于等離子體的平均自由程和平均碰撞時間，此時，等離子體可以看成是處于局部熱平衡狀態，因此，等離子體可以像通常的流體力學那樣去描述。它的壓縮程度依賴子流體的性質及外界的條件。由于分子的不規則運動，在各層流體間將交換著質量，動量和能量，使不同流體層內的平均物理量均勻化，這種性質稱為分子運動的輸運性質。 易流動性 流體的基本性質 流體在靜止時雖不能承受切應力，但在運動時，對相鄰兩層流體間的相對運動即相對滑動速度是有抵抗的，這種抵抗力稱為粘性應力，流體所具有的這種抵抗兩層流體相對滑動的性質稱為粘性，粘性大小依賴于流體的性質，并顯著地隨溫度而變化。剛體和彈性體也是連續介質，但是剛體中質點之間的相互距離不論其上作用的外力如何將保持不變；而在彈性體中，當作用力在數值上達到某一界限時，系統中各點間的相互距離可以改變，但消除了力的作用之后，各點相互關系又恢復原有狀態。 ?對于密度比較大的等離子體，粒子間的碰撞起主要作用，通常把這種等離子體看成一種導電流體來處理。必須考慮場與電荷粒子之間的自恰關系，也就是說，需要給出一個在一定邊界條件下的自恰方程組來揭示電荷粒子運動和場之間的關系。 （ 3）地球的電離層： kBTe＝ n＝ 106cm－ 3。 電荷分離所形成的場稱為激光尾波場 , 該縱向電場以同樣的相速度向前傳播 . 補充 :超強激光尾場中的電子加速 Simulation of a laser wakefield accelerator: bunches of electrons (yellow and green) are injected and accelerated by surfing the plasma waves (blue surfaces) generated by a laser pulse. Shock waves are produced when a powerful laser pulse is fired into a charged gas called plasma. This 3D image is a simulation of the shock wave produced by the interaction between the laser and the electron sheath surrounding the plasma bubble 激光尾波 當等離子體的密度達到 n0 = 1018 /cm3 時 , 尾波場的強度可以達到 E ~ 100GV /m. 18 ? 電子的捕獲： （ 自調制）自聚焦效應 ? 進一步增加激光場強 , 很強的激光尾場 ； 電子在尾波場中的加速過程類似于沖浪運動員的沖浪加速過程 : 當運動員處于迎浪面且滿足一定的速度條件時 , 會被波浪加速 。 等離子體中的離子由于質量大 , 將幾乎保持不動 . 當激光脈沖超越電子后 , 由于正負電荷分離而產生的靜電力會將電子往平衡位置拉 , 造成電子在空間的縱向振蕩 , 形成電子等離子體波 (見圖 ) . 補充 :超強激光尾場中的電子加速 當激光脈沖在亞臨界密度的等離子體中傳播時 , 光脈沖的縱向有質動力會推動等離子體中的電子向前運動 , 使其偏離原來位置 。 等離子體中的離子由于質量大 , 將幾乎保持不動 . 當激光脈沖超越電子后 , 由于正負電荷分離而產生的靜電力會將電子往平衡位置拉 , 造成電子在空間的縱向振蕩 , 形成電子等離子體波 (見圖 ) . 補充 :超強激光尾場中的電子加速 當激光脈沖在亞臨界密度的等離子體中傳播時 , 光脈沖的縱向有質動力會推動等離子體中的電子向前運動 , 使其偏離原來位置 。 等離子體中的離子由于質量大 , 將幾乎保持不動 . 當激光脈沖超越電子后 , 由于正負電荷分離而產生的靜電力會將電子往平衡位置拉 , 造成電子在空間的縱向振蕩 , 形成電子等離子體波 (見圖 ) . 補充 :超強激光尾場中的電子加速 激光尾場 Laser pulse Plasma wave 由于該等離子波是由激光脈沖激發且存在于激光脈沖后方 , 被稱為 激光尾波 , 它的相速度與激光脈沖在等離子體中傳播的群速度相同 。 （ 2）低壓輝光放電： kBTe＝ 2eV及 n＝ 1010cm－ 3。試證明，當粒子的拉莫回旋速度等于漂移速度時，即