2.5维自适应磁场重联MHD模式

磁雷诺数(R_m)是影响磁场重联的重要因素. 真实的物理环境中R_m往往很高, 例如, 在行星际空间和太阳日冕中R_m通常大于104量级. 高R_m条件下的磁重联表现出很多异常特性, 然而高R_m条件下的磁场重联数值模拟需要很高的时空分辨率, 否则很难分辨出重联过程中形成的薄电流片. 本文基于自适应软件包PARAMESH将并行自适应网格技术引入磁场重联数值模拟, 建立了一个2.5维自适应磁场重联MHD模式, 研究高磁雷诺数条件下重联的动态演化过程, 进而将不同磁雷诺数的参数进行对比研究. 结果表明, 该模式可以自动捕捉到磁场重联产生的奇性电流片, 高磁雷诺数条件下产生的慢激波结构可提供一种快速磁能释放机制.      

太阳表面水平运动驱动的磁圈与开放磁场重联的模拟研究

太阳大气的诸多观测事件(如耀斑、喷流等)均被归因于磁重联产生的能量转换. 近年来, 关于太阳风起源, 有研究提出了磁重联使闭合磁圈开放为太阳风供应物质的新模式. 在该模式中, 闭合磁圈被光球超米粒组织对流携带, 向超米粒边界运动, 与位于边界的开放磁场相碰撞进而发生磁重联. 该模式中磁重联的驱动及其效应是本文的研究目标. 磁流体力学(MHD)数值模拟是研究太阳大气磁重联物理过程的重要途径. 本文建立了一个二维MHD数值模型, 结合太阳大气温度和密度的分层分布, 在超米粒组织尺度上模拟了水平流动驱动的闭合磁圈与开放磁场的重联过程. 通过对模拟结果的定量分析, 认为磁重联确实能够将闭合磁圈的物质释放, 进而供应给新的开放磁结构并产生向上流动. 该结果为进一步模拟研究太阳风初始外流奠定了基础.      

磁静日期间中国大陆地区外源弱磁场研究

利用第四代地磁场综合模型CM4, 研究了中国大陆地区1960-2000年磁静日期间地磁外源弱磁场的变化情况, 计算并分析了外源场中的电离层感应场、环形场以及磁层感应场的分布和变化. 结果显示, 北向分量X的磁层感应场强度总体呈先增加后减少的趋势, 共减少了约7.3nT; 东向分量Y的磁层感应场强度呈先减少后增加的趋势, 共增加了约0.8nT; 垂直分量Z的磁层感应场强度呈先增加后减少的趋势, 共增加了约5.5nT. 三个分量的电离层感应场以及环形场变化幅度很小, 其分布在1960-1970和1970-1980年, 1980-1990 和1990-2000年呈现正负互相变换的现象, 认为该现象可能与太阳11年活动周期有关. 最后对弱磁场随时间变化的结果进行了分析说明.      

电磁监测试验卫星矢量磁场探测方法

电磁监测试验卫星是中国第一颗近地轨道电磁场科学探测试验卫星, 探测空间背景磁场是其重要任务之一. 空间背景磁场探测需要在卫星平台上对空间矢量磁场进行长期稳定准确探测, 电磁监测试验卫星采用磁通门磁强计和基于CPT效应的绝对磁场校准装置(Coupled Dark State Magnetometer, CDSM)分别探测空间相对矢量磁场以及绝对标量磁场, 通过数据处理, 使最终的矢量磁场探测数据具有准确性. 这种数据处理方法在理想模型下拥有解析解, 实施过程中载荷的噪声、 准确度及稳定性影响模型的准确性, 会产生数据校准误差. 通过对在轨磁场探测的模拟确定了这种数据处理方法的性能, 验证了在载荷设计性能的基础上电磁监测试验卫星的磁场探测可以实现1 nT的准确度.      

On the universality of asymptotic limits in the theory of field line diffusion and perpendicular transport of energetic particles

We discuss the random walk of magnetic field lines in astrophysical plasmas. Based on the standard theory of field line diffusion we show that there are two asymptotic limits. In these limits field line wandering is universal because in both regimes the field line diffusion coefficient depends only on fundamental length scales and absolute magnetic field strengths. As examples we discuss the field line diffusion coefficient for different prominent turbulence models namely the slab model, the two-dimensional model, and the Goldreich–Sridhar model. We show that the field line diffusion coefficient for the latter model agrees with the results obtained for slab and two-dimensional turbulence in limiting cases. We also discuss the transport of energetic particles perpendicular with respect to the mean magnetic field. Based on the unified nonlinear transport theory we consider again asymptotic limits. It is shown that one can identify four different regimes in which the transport is again universal. In all four cases perpendicular transport only depends on fundamental length scales of turbulence, magnetic field values, and the parallel diffusion coefficient.     

基于有限元方法的场磨式电场传感器标定装置优化设计

场磨式电场传感器常被用来测量特高压直流(HVDC)输电线路下地面合成电场强度.传统对其标定的方法存在标定装置体积较大、户外标定移动不方便的缺点.针对此问题研究了一种应用于特高压直流输电线路下地面合成电场测量的电场传感器便携式缩尺标定装置.基于有限元方法建立了传感器的三维电场模型,基于该模型对便携式标定装置的尺寸、结构等关键参数做出了模拟分析,在此基础上进行了便携式标定装置的结构参数的优化设计.将便携式缩尺标定装置与标准的标定装置进行了实验比较.仿真及实验结果表明该标定装置能够方便、准确地对场磨式电场传感器进行标定.      

基于半实物仿真的地磁导航等值线匹配算法评估

影响地磁导航匹配算法性能的因素很多,而现阶段算法的评估完全依靠计算机仿真,其可信性有待进一步验证.以等值线(ICCP)算法为研究对象,首先从理论上分析影响算法性能的因素;然后搭建了地磁匹配导航半实物仿真系统,通过引入磁场仿真环境和磁传感器,提高了仿真的可信度;最后从测量噪声、匹配长度、匹配区域和惯导误差4个方面对ICCP 匹配算法的性能进行半实物仿真试验分析.仿真结果表明,通过半实物仿真试验可以对算法的抗干扰性、算法匹配长度的确定、匹配区域的选择以及惯导误差的影响做出有效评估,从而推动地磁匹配导航及匹配算法的工程化进程.      

基于激光反射层析法的换能器声场测量技术及仿真研究

换能器的辐射声场分布能够直接反映出换能器声学性能的好坏,若不能精确测量出换能器的辐射声场,则会对换能器的诊断和评估造成严重影响。从理论仿真的角度出发,推导了运用激光反射层析法重建换能器辐射声场的理论公式,着重利用推导出的理论公式对激光反射层析法进行了仿真计算。结果表明激光反射层析法能够精确地重建出换能器的辐射声场分布及声场中的声压量值,这为换能器的声场重建及声压测量提供了一种可行的方法。     

静电场仪校准系统的设计及仿真研究

静电场仪的精确校准对提高卫星在轨电场探测精度、保障卫星安全发射升空、精确预测雷电等具有重要意义。针对电场仪校准的需要,设计了平行极板电容式静态电场仪校准装置。利用三维电磁场仿真软件CST对标准静电场发生装置进行数值仿真,研究了校准箱内部及边缘处的静电场分布特点,分析标准极板直径和间距对边缘效应的影响,结合极板平行度对电场均匀性的影响分析,确定了校准过程中电场仪探头的最佳位置,实现静电场仪校准装置的最优化设计。     

疲劳缺口系数评述

对疲劳缺口系数Ｋｆ的定义和影响因素进行了全面综述，对目前已被普遍接受和广泛使用的一些典型Ｋｆ表达式作了系统的回顾和评述。按照不同的Ｋｆ表达式建立所作的基本假设可将Ｋｆ表达式大致分为平均应力模型、断裂力学模型和场强法模型三类。对以上三类模型的比较分析表明，平均应力模型是应力场强法模型的特例；断裂力学模型是建立在非扩展小裂纹基础上的，对应力集中系数较大的缺口较为合理；应力场强法模型是一个比较有前途的模型。