学位論文 Two-dimensional MHD simulation of the piston-induced rarefaction wave in the Earth's plasma sheet

Tretler, Rudolf  ,  ルドルフ, トレトラ  ,  Rudolf, Tretler

pp.1 - 29 , 2015-03-25 , The University of Electro-Communications
内容記述
オーロラが一瞬で飛躍的に強くなる現象をオーロラ爆発現象いう。このオーロラ爆発現象を説明しようとするモデルの一つであるCurrent Disruption モデルでは、地球のプラズマシートに発生する希薄波によりプラズマシートが薄くなる特徴がある。 Chao達が提案した地球のプラズマシートの希薄の一次元モデルでは、プラズマシートは地球側ではピストンで閉じられる。そのピストンが時間 t = 0 で地球方面に動きだし、その動きでプラズマ内に希薄波を起こす。この現象は Current Disruption モデルにも見られる。したがって、ピストン近似モデルを二次元にし、数値計算すれば、Current Disruption モデルの確認ができると思われる。 プラズマシートのピストン近似モデルをシミュレーションするには、ショック(不連続性)や希薄波をうまく扱えるような磁気流体力学 (MHD)方程式に適用できる数値計算モデルが必要である。いくつかの数値計算モデルを考慮した結果、ENO-Roeというモデルが一番妥当であるという結論になった。ENO-Roeスキームの実装は数段階で行った。 まず、三つの一次独立な方程式から成り立っている一次元の流体方程式(Euler方程式)を実装した。次に、このスキームを拡張し、七つの一次独立な方程式から成り立っている一次元のMHD方程式を実装した。 また、一次元のENO-Roeスキームを二次元に拡張し、二次元のEuler方程式を実装した。最後に、二次元のMHD方程式を実装できた。二次元のMHD方程式では、それぞれの次元を独立の問題として考え、一次元の問題として扱える。タイムステップ毎にその結果を組み合わせると、二次元の問題が解ける。 最終的に出来上がった二次元のMHDコードをプラズマシート問題に適用したが、良い結果が得られなかった。精度は充分に良かったが、境界条件や地場の計算にはいくつかの問題があった。Current Disruption モデルについての結論を出す前には、以上の問題を解決する必要がある。

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