No.11 太陽風湍流的本質和挑戰的問題

2021-01-14 pku空間所

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會議 ID：376 767 244

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講座信息



時間：周三（2020年09月09日）下午3:00

平臺：騰訊會議 會議ID：376 767 244

講座嘉賓：塗傳詒 院士

報告題目：太陽風湍流的本質和挑戰的問題



講座摘要

  本報告介紹太陽風湍流的基本特性，包括功率譜、平穩隨機過程、間歇結構、Alfven波、磁場結構等，介紹以量綱法表述的MHD湍流能量串極理論描述，包括Kolmogorov （1941）；Iroshnik-Kraichnan （1965）, Dobrowolny et al. （1980）；Goldreich and Sridhar,（1995）等理論；介紹太陽風湍流能量串級的證認，說明Tu et al. (1984), Tu (1988) 的「類-WKB湍流理論」模型首次表明，由於低頻拐點頻率降低，導致-1斜率頻譜提供串級能量，從而解釋觀測到的加熱和功率譜衰減現象，指出太陽風湍流與流體湍流的不同之處。討論4個極具挑戰性的問題：1. 湍流隨尺度的變化是各向同性的還是各向異性的？2. 在1AU太陽風中觀測到向內傳播的Alfven波嗎？3.低速流磁場起伏是完全發展的湍流嗎？4. 湍流的耗散機制是波動還是間歇？


 塗傳詒 院士


個人簡介

塗傳詒於1940年出生在北京，於1958年至1964年就讀於北京大學，畢業於地球物理系。1964年至1969年在西北核物理所任技術員，1972年至2019年任北京大學教師。2019年退休，仍做科研工作。2001年當選為中國科學院院士，2006年當選為第三世界科學院院士。塗傳詒發現太陽風磁場和速度起伏中存在湍流串級過程；發現太陽風加熱的能源來自湍流串級能量；提出太陽風能量供給和傳輸機制；創建「類WKB湍流理論」，被認為是「開闢了更加完整的研究太陽風湍流的道路」（Mattchaeus等，1992）。基於該成果及其後繼發展，塗傳詒個人分別獲得得1989年和2001年度國家自然科學二等獎。以塗傳詒為主的合作研究發現太陽風起源高度，並提出太陽風是由太陽光球和色球大尺度對流運動驅動的新觀點，被認為是具有裡程碑意義的成果（landmark research）（Dwivedi et al. ，2006)。研究成果以「Article」形式發表於Science，308，519-525，2005，入選教育部2005年度「中國高等學校十大科技進展」，支持塗傳詒個人獲陳嘉庚科學獎（2006年）。



空間物理系列講座時間表

（點擊文末閱讀原文查看講座視頻）


平流層增溫期間的大氣波動

何茂盛 萊布尼茨大氣物理研究所

空間磁鏡結構的研究進展

葛亞松 中科院地質與地球研究所

等離子體層嘶聲的起源、傳播和耗散

蘇振鵬 中國科技大學

Foreshock transients

張慧 阿拉斯加大學

對流層雷暴在臨近空間環境中的瞬態電磁效應研究

陸高鵬 中國科技大學

磁尾瞬態結構及其微觀動力學

符慧山 北京航空航天大學

往期講座視頻：

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北大空間物理與應用技術研究所

負責老師聯繫方式：

宗秋剛：qgzong@pku.edu.cn

周煦之：xzzhou@pku.edu.cn

何建森：jshept@pku.edu.cn

編輯：趙玖桐 (北京大學地球與空間科學學院2018級碩士）



相關焦點

  • 振幅比地球還大,太陽風撞擊地球會引起湍流,湍流再引發浮力波!
    猛烈撞擊地球白晝側磁層的太陽風會引起湍流，就像機翼上方的空氣一樣，萊斯大學的物理學家已經開發出新方法來描述這如何影響夜間的太空天氣。那裡很少是安靜的，太陽風繞著地球流動，進入黑夜，但在離地球更近的地方，等離子體塊被湍流纏住，下沉到地球上。
  • 太陽風會摧毀我們的星球嗎?
    這股被稱為太陽風的不間斷的等離子體流，或稱帶電氣體，已經向地球噴發40多億年了。多虧了我們星球的磁場，它大部分都偏離了軌道。但是如果你往北走足夠遠，你就會發現例外。費爾班克斯阿拉斯加州大學的空間物理學家馬克·康德說：「地球磁場保護了地球上的大部分地區不被太陽風侵蝕。但是在兩極附近正中區域，我們的磁場變成了一個漏鬥，在那裡太陽風可以一直到達大氣層。」
  • 能量是如何從太空中混沌電磁場轉化為太陽風的
    英國倫敦瑪麗女王大學（QMUL）科學家表示，這項發現有助於我們更好地理解太陽風穿越太空中如何加熱。理解太陽風中這些粒子對於研究星際物質、存在於太空中的輻射以及黑洞周圍等離子體盤是至關重要的。目前來自美國宇航局人造衛星觀測數據已測量到該過程，並證實了該結論該研究主要作者、倫敦瑪麗女王大學克裡斯多夫·陳（Christopher Chen）博士說：「等離子體是目前宇宙中最豐富的可見物質形式，通常是一種叫做湍流的高度動蕩、明顯混沌狀態。」這種湍流將能量轉移至等離子體粒子上，導致這些粒子加熱並載有能量，從而使得湍流和相關加熱現象在宇宙中非常普遍。
  • 能量是如何從太空中混沌電磁場轉化為太陽風
    之前科學家認為，「朗道阻尼（Landau damping）」過程負責給太陽風中的電子提供能量，並使星際空間溫度升高。目前來自美國宇航局人造衛星觀測數據已測量到該過程，並證實了該結論。英國倫敦瑪麗女王大學（QMUL）科學家表示，這項發現有助於我們更好地理解太陽風穿越太空中如何加熱。　　太陽風是來自太陽的帶電粒子流，或被稱為等離子體，充滿了我們整個太陽系。
  • 螺旋湍流研究取得進展
    螺旋度的定義是速度與渦量的標量積，螺旋湍流指平均螺旋度或局部螺旋度不為0的湍流流動狀態，廣泛存在於龍捲風、颱風等自然現象及航空發動機、離心泵等旋轉機械流動中。螺旋度守恆性定理為系統研究三維湍流的時空演化提供新的研究方向。作為三維湍流僅有的兩個二次無粘不變量之一（另一個為動能），Noether定理決定螺旋度具有時空多尺度分布和多尺度多方向手性間的傳輸特徵。
  • 湍流的描述方程LES-NS(大渦模擬) 和RANS (雷諾平均) 的區別
    1　　基礎　　用幾個詞來概括湍流的本質：三維，非定常（隨時間變化），多尺度。這就導致了直接模擬湍流計算代價非常大。　　RANS，中文名雷諾平均NS 方程，基本思想是對NS 方程進行（時間）平均，將非定常的湍流問題轉化為一個定常的問題研究，代價是會出現額外的未知數，形式上也和應力的地位相同，稱為雷諾應力。雷諾應力同樣需要模型進行刻畫，這也就是所謂的湍流模式或者湍流模型。
  • 湍流研究中的困難與誤區
    ，因此說，既使解得了N-S方程，但也不可能真正解決湍流的數學描述問題，可見，要想真正解決湍流問題，不僅要重視平動問題，還應引入旋轉參量及旋轉磁場等要素。雷諾係數僅具有實驗指導意義，卻不能深層地揭示出湍流形成的物理本質，也更不能一味地糾纏於N-S方程上，因為N-S方程是缺失了場與旋轉要素的方程，就像量子力學中的薛丁格方程、廣義相對論中的引力場方程一樣，都因為缺失了場或旋轉等要素，而在實際運用中都存在明顯的缺陷性。
  • 湍流燃燒建模新進展
    燃燒，是一種具有強烈的非線性與時空多尺度特徵的化學反應，這一特徵也正是求解湍流燃燒問題的根本性挑戰。迄今為止，研究者們提出了多種湍流燃燒模型，包括火焰面類模型，概率密度函數（PDF）類模型，條件矩封閉（CMC）模型，以及渦耗散概念（EDC）模型等，但這些模型在構建的物理基礎及封閉的合理性方面一直沒有令人滿意的方案。
  • 中國科學家:研究確定了湍流對太陽耀斑中等離子體加熱的作用
    中國科學院雲南天文臺科學家們通過研究確定了湍流對太陽耀斑中等離子體加熱的作用，該最新研究成果論文，題為：「湍流在爆發性太陽耀斑中加熱等離子體的作用」，發表在最近的《天體物理學》雜誌上。太陽耀斑指突然在太陽上亮度增加的閃光，通常會在太陽表面附近和太陽黑子群附近觀察到。爆發性耀斑經常但不總是伴有日冕物質拋射。即使是最強大的耀斑，在總的太陽輻照度中也幾乎檢測不到。研究人員圍繞太陽爆發的物理本質問題，建立了太陽爆發的解析模型。物理學家們從上世紀80年代開始，通過求解磁流體力學方程組，幫助理解太陽爆發過程。
  • 在地球上「重現」太陽:太陽風和等離子體「打嗝」
    太陽風幾乎影響著太陽系的一切，強大的太陽風和劇烈的等離子體都是異常危險的，太陽風可以破壞地球人造衛星的功能，還能產生極光極光等等。威斯康星大學麥迪遜分校物理學家的一項新研究在實驗室裡模擬了太陽風，證實了太陽風是如何發展的，並為未來太陽物理學研究提供了一個地球範圍內的模型。
  • 湍流與渦流的區別
    自從1883年Reynolds 發現湍流流動現象以來，關於湍流發生的機理，湍流的結構，以及湍流流動基本規律的研究，一直是一百多年以來流體力學和傳熱學家們所關注的課題。由於湍流本身的複雜性，直到現在仍有一些基本問題尚未解決。
  • 湍流邊界條件設置詳講
    在使用各種湍流模型時，哪些變量需要設定，哪些不需要設定以及如何給定這些變量的具體數值，都是經常困擾用戶的問題。本文只討論在邊界上設置均勻湍流參數的方法，湍流參數在邊界上不是均勻分布的情況可以用型函數和UDF（用戶自定義函數）來定義。在大多數情況下，湍流是在入口後面一段距離經過轉捩形成的，因此在邊界上設置均勻湍流條件是一種可以接受的選擇。
  • 科學網—太陽風和日冕物質拋射
    太陽風和日冕物質拋射
  • 什麼叫做太陽風?
    太陽的活動在其11年的周期中發生變化，太陽光斑數量，輻射水平和彈射材料隨時間而變化。這些改變會影響太陽風的特性，包括其磁場，速度，溫度和密度。風也因其來自太陽的位置以及該部分旋轉的速度而不同。太陽風 的速度高于冕洞，達到每秒500英裡（800公裡）的速度。冕洞上的溫度和密度低，磁場很弱，因此場線向空間開放。這些洞發生在極地和低緯度地區，當太陽活動達到最小時，它們達到最大。
  • 《dnf》100湍流改版屬性是什麼 100湍流改版屬性分享
    那麼100級湍流改版屬性是什麼？各位親愛的小夥伴，讓我們一起來看100級湍流改版屬性介紹吧。 dnf100湍流改版屬性介紹 問題： dn... 遊戲《dnf》中，史詩裝備許多都已改版體驗服已有數據參考。那麼100級湍流改版屬性是什麼？
  • 新研究:地球在太陽風形成的 「氣泡」中
    北京時間5月1日消息，據國外媒體報導，有些人認為太陽的磁場就像尾巴一樣拖在身後，但一項涵蓋了11年太陽周期的研究顯示，太陽磁場的構造其實更像一個「氣泡」。這些新數據無疑挑戰了「太陽尾巴」假說。該假說認為，「太陽圈」（heliosphere）由圓圓的「頭部」和延長的「尾巴」構成。而此次研究讓科學家對太陽的磁場系統產生了新的見解。有些人認為太陽的磁場就像尾巴一樣拖在身後，但一項涵蓋了11年太陽周期的研究顯示，太陽磁場的構造其實更像一個「氣泡」。
  • 太陽風「偷」走了火星大氣
    原標題：太陽風「偷」走了火星大氣　　科技日報北京11月6日電 （記者劉園園）北京時間11月6日凌晨3時，美國國家航空航天局（NASA）召開新聞發布會宣布，「火星大氣與揮發物演化」（MAWEN）探測任務發現了過去40億年中火星大氣演變的關鍵因素：太陽風「偷」走了火星大氣。
  • FLUENT常用的湍流模型及壁面函數處理
    對於有界壁面和低雷諾數流動性能較好，尤其是繞流問題；包含轉捩。自由剪切和壓縮性選項SST   k-w標準   k-w 模型的變形。使用混合函數將標準 k-e 模型與 k-w 模型結合起來，包含了轉捩和剪切選項Reynolds   Stress直接使用輸運方程來解出雷諾應力，避免了其它模型的粘性假設，模擬強旋流相比其它模型有明顯優勢2、湍流模型的選擇模型用法Spalart  Allmaras計算量小，對一定複雜的邊界層問題有較好的效果
  • 捕捉太陽風和地球磁層的「攻防」全景
    捕捉太陽風和地球磁層的「攻防」全景　　本報記者 唐 婷　　天聞頻道　　太陽無時無刻不在影響著太陽系天體。美國國家航空航天局(NASA)的科學家們一直使用望遠鏡對木星兩極的極光進行觀測。近日，他們發表論文稱，太陽風對木星兩極加熱的程度超過預期，太陽風對木星的影響是「空間天氣的極端例子」。
  • 坤鵬論:與相對論媲美的科學未解之謎——湍流
    物理學將這個現象稱為湍流，又稱為亂流、擾流或紊流。湍流現象在自然界、工業裝置和日常生活中也比比皆是。比如大氣中的亂雲飛渡、河流中的險灘急流、熱電廠上空的滾滾濃煙、動脈中流淌著的血液等。湍流存在著科學未解之迷，迷著一代代物理學家。