宇宙磁流体力学PDF电子书下载

目录 1

前言 1

第一章 导论 1

§1.1 历史背景 1

§1.2 宇宙磁场 5

§1.3 宇宙导电流体 13

§1.4 宇宙磁流体力学 17

第二章 磁流体力学的基本关系 22

§2.1 电磁流体的连续介质描述 23

1．运动介质电动力学概要 23

2．连续介质力学的守恒关系 28

3．电磁流体力学的守恒关系 32

§2.2 粘性应力与热流 34

1．流体的应力和应变 34

2．热传导 38

3．热辐射 39

§2.3 状态方程 42

1．完全气体近似 42

2．等离子体的状态方程 43

3．Saha公式 44

4．等离子体的完全气体近似 46

§2.4 多组元流体模型和电流方程 48

1．多组元模型 48

2．完全电离等离子体的电流方程 51

3．部分电离气体的电流方程 54

§2.5 磁流体力学近似 57

1．磁流体力学近似条件 57

2．磁流体力学方程组 59

§2.6 磁流体力学的边界条件 61

1．电磁场的边界条件 61

2．力学边界条件 64

3．理想磁流体力学的间断面 65

4．地球磁层边界的切向间断面模型 69

§2.7 正交坐标系中磁流体力学方程组的表示法 71

第三章 磁流体力学的特性 77

§3.1 磁流体力学的相似参数 78

§3.2 洛伦茨力的力学效应 84

1．洛伦茨力的各种表述方法 84

2．洛伦茨力对运动的影响 88

3．洛伦茨力引起的波动 93

§3.3 磁场的扩散 95

1．磁扩散 96

2．Sweet-Parker磁合并机制 98

3．小磁雷诺数近似 101

§3.4 磁冻结效应 104

1．阿尔文定理 104

2．磁冻结的概念 106

3．等旋转定理 109

§3.5 磁流体力学的边界条件 111

§3.6 无碰撞等离子体的磁流体力学描述 116

第四章 磁流体静力学 121

§4.1 静力学无力场 122

1．一维无力场 124

2．二维无力场 126

3．三维无力场 133

§4.2 地球磁尾的平衡位形 137

1．二维渐近模型 138

2．二维磁场的准确解 142

3．与无碰撞等离子体理论的比较 145

1．磁势函数方法 148

§4.3 二维磁流体静力学平衡 148

2．级数展开法 152

3．相似解 158

§4.4 非轴对称磁流体静力学 161

1．相对于偶极场的偏离 162

2．黑子磁场的扭转纤维结构 166

3．日球磁场 169

4．关于宇宙磁场位形的拓扑不变性 173

第五章 磁流体力学波动 176

§5.1 声波 177

1．讨论波动的方法 179

2．波动的近似处理 181

3．波动能量的守恒关系 184

4．太阳大气加热的能源 186

§5.2 阿尔文波 188

1．物理图象 188

2．有限振幅阿尔文波 189

3．不可压流体中的小扰动阿尔文波 190

4．太阳大气中的阿尔文波 193

5．太阳风中的阿尔文涨落 198

§5.3 磁流体力学波 200

1．理想磁流体力学的波动 200

2．Freidrichs图 205

3．有限电阻对磁声波的影响 208

1．磁流体力学简单波的模式 210

§5.4 磁流体力学简单波 210

2．磁流体力学简单波的关系 214

3．简单波的叠起 216

§5.5 重力的影响 219

1．重力波 219

2．磁声重波 222

第六章 磁流体力学激波 228

§6.1 磁流体力学激波关系 229

1．激波关系 230

2．磁流体力学激波的性质 232

3．导灭（Switch-off）和导生（Switch-on）激波 236

1．弱激波近似 238

§6.2 磁流体力学激波的方向性 238

2．任意强度的激波 240

§6.3 激波的进化性 241

1．气体动力学激波的进化性 242

2．磁流体力学激波的进化性 244

3．非进化性激波的注释 248

§6.4 磁流体力学激波结构 251

1．激波层的方程 252

2．Bn＝0时的激波结构 255

§6.5 磁流体力学激波关系讨论 260

1．将激波后的量用激波前的量表示 260

3．弱激波近似 263

2．θ＝0和θ＝？的情况 263

4．日球内层慢激波 267

第七章 磁流体力学流动 271

§7.1 一维定常流动 272

1．太阳风的加速机制 272

2．强磁通量管中的流动 276

3．洛伦茨力的影响 279

§7.2 二维定常流动 281

1．射电星系射流结构中的磁场 282

2．太阳风的二维流动特性 286

3．一类自洽解 291

4．二维定常流的一般讨论 291

5．定常绕流 295

1．轴对称运动学无力场 297

§7.3 运动学无力场 297

2．磁绳的动力学模型 300

3．旋转运动扭绞磁力线储能 303

4．相似解 306

§7.4 磁力线合并机制 310

1．基本概念 310

2．数学描述 312

3．应用 318

4．关于Petschek磁合并机制的讨论 320

第八章 磁流体力学不稳定性 323

1．广义维里定理 326

§8.1 维里定理 326

2．经典的维里定理 329

3．磁场的影响 331

§8.2 Kelvin-Helmholtz不稳定性 333

1．流体力学切向间断面的稳定性 334

2．磁流体力学的Helmholtz不稳定性 337

3．地球磁层内的微脉动 340

§8.3 Rayleigh-Taylor不稳定性 342

1．流体力学的Rayleigh-Taylor不稳定性 343

2．磁流体力学Rayleigh-Taylor不稳定性 348

3．自引力气体盘中的Rayleigh-Taylor不稳定性 352

1．热对流 357

§8.4 热力不稳定性 357

2．磁场对热力不稳定性的影响 360

§8.5 撕裂模不稳定性 367

1．简单理论 367

2．撕裂模不稳定性解释天体中的爆发过程 373

§8.6 能量原理和等离子体柱的不稳定性 376

1．线性化位移矢量方程 376

2．能量原理 378

3．圆柱等离子体的一维能量原理 380

第九章 磁流体力学湍流 385

§9.1 流体力学湍流 387

1．雷诺应力 387

2．混合长度理论 391

3．局部各向同性近似 393

4．湍流谱分析 395

§9.2 各向同性磁流体力学湍流 397

1．涡场与磁场的类比 397

2．各向同性磁流体力学湍流的统计理论 399

3．磁流体力学湍流谱 401

§9.3 一阶光滑近似 406

1．运动学描述 406

2．湍流输运系数 409

3．有螺度的湍流 411

1．通常湍流近似 415

§9.4 有涨落效应的磁流体静力学关系 415

2．局部展开 419

3．太阳大气中的湍流场 422

第十章 发电机理论 425

§10.1 发电机效应简例 426

1．盘单极发电机 427

2．地球大气层发电机 428

3．太阳风-磁层发电机 430

4．太阳活动周期的半经验模型 433

§10.2 自持发电机的特性 434

1．磁场的衰减和维持 434

2．无发电机定理 438

3．运动学自激发电机的数学描述 441

§10.3 地球层流发电机理论 442

1．地球运动学发电机的描述 443

2．自由衰减模（Rm＝0） 445

3．地球发电机方程的形式解 447

§10.4 湍流发电机理论 451

1．基本概念 451

2．Брагинский的弱非轴对称理论 454

3．平均场电动力学的α2发电机 459

4．αω发电机模型 463

§10.5 关于发电机理论的讨论 471