Flow的基本特性及其与湍流相互作用的研究

Zonal Flow的基本特性及其与湍流相互作用的研究兰涛，俞昌旋中国科大近代物理系Zonal Flow的发现Hasegawa等人在1979年研究漂移波非线性演化方程时发现，漂移波湍流反向级联的结果会产生Zonal Flows，它对湍流驱动的粒子输运有潜在的影响最近的3D迴旋动力学和迴旋流体模拟都表明，Zonal Flows 在调节静电湍流中扮演重要角色。理论和模拟均预言Zonal Flows存在两种模：低频模和GAM模低频ZF模模特征：峰值在 峰值在产生机制与湍流反向级联有关的非线性过程（如调制不稳定性），通过雷诺胁强产生阻尼机制：（多数模拟计算的离子离子碰撞系数为香蕉区）离子-离子碰撞阻尼强湍流的非线性阻尼效应平衡流剪切其它Zonal Flow幅度取决于湍流的线性增长率、非线性阻尼率和Zonal Flow阻尼率间的竞争0k2,10iTrmsZFvv1.0irk5.0irkeZFeZFTenn)(rkS)|(rkfS0ZFfHz5kfZFGAM模)exp(2qGAMGAM)7/(4qviiGAM模特征：是一种准相干模,模频率为 其它特征与低频模相同产生机制：1.由于磁面上磁场不均匀性，使得ErxBT旋转与(m,n)=(1,0)的压强扰动耦合，产生静电恢复力导致振动（只能在1区域内产生）2.非线性过程，通过雷诺胁强产生阻尼机制：1.朗道阻尼F L Hinton et.al.,PPCF 41,A653 2.碰撞阻尼0kRcfsGAM2Novakovski et.al.,POP 4,4272K.Hallatschek,PRL 6,2001 极向速度v谱存在约15kHz的峰 v相移为零，表现出长波特性，低m结构(k 0)，给出|m|2 v谱的峰值随着温度改变而改变，这个符合GAM模的预言:q95=5.05.5观察到GAM模 q95=3.9没观察到GAM模观察到的GAM模的区域，q0.96Mckee小组(DIII-D)实验参数I p=1.2 MA,BT=2.0 T,ne03.331019m 3,Te0 2.7 keV,Ti0 3.5 keViiessGAMMTTcRcf/)(2/DIII-D上的实验用BES探针测量了0.85r1.0的边界区域，有以下结果:rmk PRL 89,265003 POP 10,1712PPCF 45,A477Xu小组(HT-7)BT=2.0 T,Ip=140 kA,ne=1.51019 m-3,Te0=0.8 keV实验中在r=r-a=1.0cm 的位置，存在GAM模迹象，fGAM=20kHz可能是雷诺胁强驱动产生的边界等离子体参数 Te=38eV ne=1.31012cm-3Xu小组(HT-7)R0=122 cm,a=27cm,BT=1.8 T,Ip=100 kA,ne=1.51019 m-3,Te0=0.5 keV,ne-edge=1.541018 m-3,Te-edge=40120 eV在边界r=-0.210.0 观察到了低频的Zonal Flow，模频率10kHz kri0.1，ki0观察到的Zonal Flow由Reynold Stress驱动我们小组(HT-7)BT=2.0 T,Ip=100 kA,ne=1.51019 m-3,Te0=0.5 keV,ne-edge=1.541018 m-3观察了一种极向|m|3的模这种模只在0.96区域内出现在在比较小的时候，我比较小的时候，我们观察到的是没有色散们观察到的是没有色散的波模，的波模，k0在在比较大的时候，我们比较大的时候，我们观察到的是有色散的观察到的是有色散的drift wave各实验小组参数对比r/a温度Te&Ti(eV)离子-离子碰撞qMckee0.90170&2401.11044.0Xu0.92901.51044.61.08381.51044.2(r=a)Lan0.901001.31044.0/iiv从实验结果比较得到的启示 Zonal Flow的普适性还有待于进一步的实验验证：ZonalFlow的存在条件是什么？驱动机制是什么？其饱和幅度由什么决定的？Zonal Flow的基本特性研究，在以往的实验中并没有完全搞清楚，比如Zonal Flow的谱特征、增长和阻尼特性。诊断手段继续采用去年采用的三探针阵列，极向上和径向上都有分离的Reynold Stress探针此外还在启动探针上放置三探针，测量等离子体的密度、温度和等离子体电位实验参数要求欧姆放电情况下IP=100kA，BT=1.8T条件下，进行密度扫描 1.0,1.5,2.0,2.5IP=150kA，BT=1.8T条件下，进行密度扫描 1.0,1.5,2.0,2.5IBW波加热(或低杂波加热)IP=100kA，BT=1.8T，密度扫描1.0,1.5,2.0，加热功率待定（与控制人员协商）。所有放电均尽量要求平稳。实验需要独立使用一个气动探针和一个手动探针