磁気流体ダイナモの物理機構の解明

阐明磁流变发电机的物理机制

• 批准号: 07780425
• 负责人: 陰山 聡
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07780425/
• 关键词: 磁気流体ダイナモ; 計算機シミュレーション

磁気流体ダイナモの物理機構の解明を目指し、計算機シミュレーションによる研究を行った。考察した物理系は次の通りである。半径の異なる二つの球面にはさまれた球殻状の容器を考え、その内部に磁気流体が閉じ込められているものとする。内側の球面は高温、外側の球面は低温にそれぞれ一定の温度に保たれているものとする。球の中心方向に重力が働き、球殻全体は一定の角速度で回転している。このような回転球殻中での磁気流体の熱対流運動を磁気流体方程式を差分化する方法で解いた。今年度の研究を通じて得られた結果は次の通りである。1.対流運動は円柱状の対流胞(対流柱)の集まりとして組織化される。2.対流柱には高気圧柱と低気圧柱の二つの種類がある。3.電気抵抗が十分小さいときには、磁気流体ダイナモにより強い磁場が生成される。4.磁場のエネルギーは対流の運動エネルギーの十倍以上にも達し得る。5.あるパラメータ領域のもとで生成される磁場成分を分解すると、双極子磁場が最も強いモードになる。6.その双極子磁場成分の生成機構は対流柱内での流体運動による磁力線の変形と引き延ばしで説明できる。7.また、この双極子磁場生成機構は古典的なα機構の一つとしてで理解できる。8.α機構で生成された磁場は球殻の外側球面近くでは、低気圧柱の内部に集中する。9.この現象は低気圧柱内部の流れ成分により引き起こされることが判明した。以上を簡単にまとめると、磁気流体ダイナモによる双極子磁場生成は円柱状の対流胞構造の自然な帰結であることが、この研究から明らかになった。

为了阐明磁流体动力发电机的物理机制，我们利用计算机模拟进行了研究。考虑的物理系统如下。考虑夹在两个不同半径的球形表面之间的球形容器，并假设磁性流体被限制在容器内。假设内球面保持恒定温度，并且外球面保持恒定温度。重力作用于球心，整个球壳以恒定角速度旋转。采用磁流体方程的差分微分法求解了旋转球壳内磁流体的热对流运动。通过今年的研究获得的结果如下。 1. 对流运动被组织为圆柱形对流囊泡（对流柱）的集合。 2、对流塔有两种：高压塔和低压塔。 3、当电阻足够小时，磁流变发电机会产生强磁场。 4、磁场的能量可以达到对流动能的十倍以上。 5、当一定参数范围下产生的磁场分量被分解时，偶极子磁场变为最强模式。 6.偶极子磁场分量的产生机制可以用对流柱内流体运动引起的磁场线变形和拉长来解释。 7. 此外，这种偶极子磁场产生机制可以理解为经典的α机制之一。 8、α机构产生的磁场集中在旋风柱内部靠近球壳外球面的地方。 9.发现这种现象是由旋风分离柱内部的流动部件引起的。总之，这项研究揭示了磁流变发电机产生的偶极子磁场是圆柱形对流囊泡结构的自然结果。

项目成果

A.Kageyama: "Computer Simulation of a Magnetohydrodynamic Dynamo II" Physics of Plasmas. 2. 1421-1431 (1995)

A.Kageyama：“磁流体动力发电机 II 的计算机模拟”等离子体物理学。