二维粒子模拟方法及在空间物理中应用

计算物理 ›› 2004, Vol. 21 ›› Issue (2): 137-142.

二维粒子模拟方法及在空间物理中应用

陆全明, 郭俊, 窦贤康, 王水

中国科学技术大学地球和空间科学学院, 安徽合肥 230026

收稿日期:2003-01-27 修回日期:2003-08-14 出版日期:2004-03-25 发布日期:2004-03-25
作者简介:陆全明(1969-),男,江苏苏州,副教授.博士,从事空间等离子体物理及其数值模拟方法方面的研究.
基金资助:
国家自然科学基金(40084001;40174041;40244006);中国科学院知识创新工程重要方向(KZCX2SW136)资助项目

2D Particle Simulation and Its Applications in Space Physics

LU Quan-ming, GUO Jun, DOU Xian-kang, WANG Shui

School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

Received:2003-01-27 Revised:2003-08-14 Online:2004-03-25 Published:2004-03-25

摘要/Abstract

摘要： 在粒子模拟的PIC(particle in cell)模式中,与场有关的物理量如电磁场等分配在固定的网格点上,而粒子则可在计算区域的任意位置上.设计了一个二维三分量的粒子模拟程序,并用它计算了空间物理中两种常见的物理现象:束流不稳定性和磁场重联.在束流不稳定性问题中,一束速度为V_b=10V_A(V_A为Alfvén速度)的等离子体在背景等离子中运动,通过波粒相互作用可激发沿磁场方向传播的Alfvén波.在磁场重联问题中,具有Harris形态的电流片可自发地引起磁场重联,并且B_y分量的磁场具有四极形分布.

关键词: 粒子模拟, PIC, 束流不稳定性, 磁场重联

Abstract: In the PIC method of particle simulations,the physical variables related to the fields are assigned to the grids,while the particles can be anywhere in the simulation domain.Using this method,we design a 2D particle simulation code,and numerically study two common physical phenomena in space physics:beam instability and magnetic reconnection.In the beam instability,the beam plasma streams in the background plasma with the velocity V_b=10V_-A(V_-A is Alfvén speed),and the Alfvén waves are excited through wave-particle interactions.In the magnetic reconnection,the Harris current sheet can induce the magnetic reconnection,and the B_-y shows quadrupolar structure.

Key words: particle simulations, PIC, beam instability, magnetic reconnection

中图分类号:

陆全明, 郭俊, 窦贤康, 王水. 二维粒子模拟方法及在空间物理中应用[J]. 计算物理, 2004, 21(2): 137-142.

LU Quan-ming, GUO Jun, DOU Xian-kang, WANG Shui. 2D Particle Simulation and Its Applications in Space Physics[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2004, 21(2): 137-142.

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