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数值模拟是一种用计算机作为工具来研究物理过程的方法,集数学逻辑严谨性和物理思维灵活性于一体。它是由一定的基本物理定律出发,用离散化变量描述物理体系的状态。这些变量在计算机中,根据基本物理定律制约的简单关系演变,从而模拟物理过程的发展演变。等离子体数值模拟主要有两种主要类型,一是磁流体力学(MHD)模拟,由磁流体力学方程组作为出发方程:二是粒子模拟,由牛顿定律及麦克斯韦方程作为出发方程。
撕裂模和磁场重联是空间等离子体及实验室等离子体中常见而且重要的物理现象。本文用二维可压缩HallMHD程序模拟研究了在电流片两侧具有不同密度或者磁场情况下的磁场重联过程,以及因此引起的由霍尔效应在电子扩散区域产生的非对称的双极电场和双峰电荷分布结构。文章中首先研究的是磁场对称,密度非对称的情况;其次研究的是密度为常数,磁场非对称的情况;最后研究的是磁场和密度均不对称的情况。在这几种情况下我们得出了以下几点结论:(1)在磁层侧和磁鞘侧由霍尔效应产生的电场呈现双极结构,并且在低密度区或者磁场强的磁层侧的值要远大于高密度区或者磁场小的磁鞘侧的值;在分离面两侧霍尔电荷也具有极不对称的双峰结构,在磁层侧产生的电荷也远远大于磁鞘侧的,并且磁场不对称的情况比密度不对称的情况对垂直电场和霍尔电荷的影响更大;(2)垂直电场和霍尔电荷都基本上与电流片两侧的密度比或者磁场比值的平方成线性正比关系;(3)在磁场和密度都不对称的系统中,产生的电场和电荷大于只存在任何一种不对称的情况。(4)霍尔项系数越大,所产生的垂直电场和霍尔电荷也越大,并且它们的幅度基本上与霍尔项系数的平方成线性正比的关系。