磁雷諾數

磁雷諾數,是天文學專有名詞。

1、定義

磁雷諾數(Magnetic Reynolds Number),來自於雷諾數的定義。不同的是,雷諾數表征的是普通流體的動力學特徵,而磁雷諾數表征的是磁流體的動力學特徵。根據理想的磁流體力學方程組,經過一系列的計算、簡化,我們可以得到:
αB/αt=□×(u×B)+η■B
其中α代表偏微分算符,B代表磁流體中的磁場矢量,□代表對空間的全微分算符,×代表線性代數中的叉乘,u是磁流體的流速,η是磁粘滯係數,■是拉普拉斯算符。
上面的公式中,右邊第一項代表磁場的凍結項,右邊的第二項代表磁場的擴散項。用第一項芻議第二項,就得到了磁雷諾數Rm,簡單計算就可以得到:
Rm=uL0/η
其中u是磁流體的特徵速度,L0是磁流體的特徵長度,η是磁粘滯係數。
磁雷諾數表征了在磁流體的演化過程中,磁場耗散與凍結之間的比例關係。磁雷諾數越大,磁場的凍結效應越明顯;磁雷諾數越小,磁場的耗散作用就越大。

2、小磁雷諾數的情況及套用

2.1、小磁雷諾數

小磁雷諾數是指磁雷諾數十分小的情況(遠小於1).這時候,等式右邊的第二項遠大於第一項,磁流體中的磁場耗散效應明顯,磁場凍結效應可以忽略。
所謂磁場耗散效應,是指隨著時間的推移,磁場會在空間上發生擴散,經過一定的時間後,磁場的原始結構就會遭到徹底破壞,磁場位形被徹底打亂。

2.2、小磁雷諾數的套用

太陽日冕內的電漿可以近似認為是磁流體。它所對應的磁雷諾數很大。根據觀測,太陽耀斑的特徵時間約為100-3600S,而特徵長度只有0-60m。這表明,耀斑產生的日冕內的電漿,是充分碰撞的電漿。根據耀斑產生的特徵時間和特徵長度,就可以計算出日冕內的磁雷諾數是很大的。

3、大磁雷諾數的情況及套用

3.1、大磁雷諾數

與小磁雷諾數的情況正好相反,如果上面的公式第一項遠遠大於第二項,那么磁雷諾數就會遠大於一。這個時候,磁場的凍結效應就會比耗散效應明顯的多,磁場的行為主要由磁凍結主導。
所謂的磁凍結,就是指,在磁雷諾數很小的情況下,磁場基本隨著磁流體運動,磁力線基本與流場流線保持平行。如果流場發生變化,那么,磁場分布也會在十分短的時間內發生相應的變化。這在平常看起來,似乎不可思議,但是,理論計算和實際觀測,都證實了磁凍結效應的存在。

3.2、大磁雷諾數的套用

我們所研究的從太陽日冕到地球磁層的廣泛空間中,大磁雷諾數出現的情況比小磁雷諾數出現的情況多得多。很多情況下,我們都使用大磁雷諾數也就是磁凍結效應進行科學分析。
由於衛星只能觀測到太陽表面視向磁場的大小,而不能觀測到三維空間中另外兩個磁場分量的大小。因此,這種情況給我們的研究帶來了很多不變。於是,人們利用磁凍結的假設以及磁流體力學模型,發展出了很多磁場外推的模型(如CSSS模型等)。根據這些模型,我們不僅可以根據衛星數據推斷出太陽表面的矢量磁場的情況,還可以得到從太陽一直向外延伸的所有的磁場分布情況。一直到今天,這些外推的結果,與我們的間接觀測都能很好的吻合。在觀測手段有限的今天,磁場外推給我們推測太陽磁流體力學演化特徵、分析日冕物質拋射等太陽爆發行為,帶來了很大的方便。

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們