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Global Hybrid Simulation of Magnetic Reconnection in the Magnetosheath
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作者 Pang Ye Lin Yu Deng Xiaohua 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期333-342,共10页
A three-dimensional(3-D)global hybrid simulation is carried out for the generation and structure of magnetic reconnection in the magnetosheath due to interaction of an interplanetary Tangential Discontinuity(TD)with t... A three-dimensional(3-D)global hybrid simulation is carried out for the generation and structure of magnetic reconnection in the magnetosheath due to interaction of an interplanetary Tangential Discontinuity(TD)with the bow shock and magnetosphere.Runs are performed for solar wind TDs possessing diFFerent initial half-widths.As the TD propagates through the bow shock toward the magnetopause,it is greatly narrowed by a two-step compression processes,a "shock compression" followed by a subsequent "convective compression".In cases with a relatively thin solar wind TD,3-D patchy reconnection is initiated in the transmitted TD,forming magnetosheath flux ropes.Multiple components of ion particles are present in the velocity distribution in the magnetosheath merging,accompanied by ion heating.For cases with a relatively wide initial TD,a dominant single X-line appears in the subsolar magnetosheath after the transmitted TD is narrowed.A shock analysis is performed for the detailed structure of magnetic reconnection in the magnetosheath.Rotational Discontinuity(RD)/TimeDependent Intermediate Shock(TDIS)are found to dominate the reconnection layer,which and some weak slow shocks are responsible for the ion heating and acceleration. 展开更多
关键词 混合仿真 磁重联 磁鞘 离子加热 压缩过程 磁层顶 TDI 相互作用
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On the ion distributions at the separatrices during symmetric magnetic reconnection 被引量:2
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作者 HongTao Huang YiQun Yu +2 位作者 JinBin Cao Lei Dai RongSheng Wang 《Earth and Planetary Physics》 CSCD 2021年第2期205-217,共13页
A particle-in-cell simulation of symmetric reconnection with zero guide field is carried out to understand the dynamics of ions along the separatrices.Through the investigation of ion velocity distributions at differe... A particle-in-cell simulation of symmetric reconnection with zero guide field is carried out to understand the dynamics of ions along the separatrices.Through the investigation of ion velocity distributions at different moments and locations along the separatrices,a typical distribution is found:two counter-streaming populations in the perpendicular direction,with another two populations accelerated into distinct energy levels in the parallel direction.Backward tracing of ions reveals that the counter-streaming cores are mostly composed of ions initially located at the same side of the separatrix,while the other two accelerated populations in the parallel direction are composed of ions crossing through the neutral sheet.Through analysis of energy conversion of these populations,it is found that the ion energization along the separatrix is attributable primarily to the Hall electric field,while that in the region between the two separatrices is caused primarily by the induced reconnection electric field.For the counter-streaming population,the low-energy ions that cross the separatrix twice are affected by both Hall and reconnection electric fields,while the high-energy ions that directly enter the separatrix from the unperturbed plasma are energized mainly by the Hall electric field.For the two energized populations in the parallel direction,the ions with lower-energy are accelerated mainly by the in-plane electric field and the Hall electric field on the opposite side of the separatrix,whereas the ions with higher-energy not only experience the same energization process but also are constantly accelerated by the reconnection electric field. 展开更多
关键词 magnetic reconnection particle-in-cell simulation energetic particles
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Electron acceleration in interaction of magnetic islands in large temporal-spatial turbulent magnetic reconnection 被引量:1
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作者 BoJing Zhu Hui Yan +1 位作者 David A Yuen YaoLin Shi 《Earth and Planetary Physics》 CSCD 2019年第1期17-25,共9页
A new combined Fermi, betatron, and turbulent electron acceleration mechanism is proposed in interaction of magnetic islands during turbulent magnetic reconnection evolution in explosive astrophysical phenomena at lar... A new combined Fermi, betatron, and turbulent electron acceleration mechanism is proposed in interaction of magnetic islands during turbulent magnetic reconnection evolution in explosive astrophysical phenomena at large temporal-spatial scale(LTSTMR), the ratio of observed current sheets thickness to electron characteristic length, electron Larmor radius for low-β and electron inertial length for high-β, is on the order of 10^(10)–10^(11); the ratio of observed evolution time to electron gyroperiod is on the order of 10~7–10~9).The original combined acceleration model is known to be one of greatest importance in the interaction of magnetic islands; it assumes that the continuous kinetic-dynamic temporal-spatial scale evolution occurs as two separate independent processes.In this paper, we reconsider the combined acceleration mechanism by introducing a kinetic-dynamic-hydro full-coupled model instead of the original micro-kinetic or macro-dynamic model.We investigate different acceleration mechanisms in the vicinity of neutral points in magnetic islands evolution, from the stage of shrink and breakup into smaller islands(kinetic scale), to the stage of coalescence and growth into larger islands(dynamic scale), to the stages of constant and quasi-constant(contracting-expanding) islands(hydro scale).As a result, we give for the first time the acceleration efficiencies of different types of acceleration mechanisms in magnetic islands' interactions in solar atmosphere LTSTMR activities(pico-, 10^(–2)–10~5 m; nano-, 10~5–10~6 m; micro-, 10~6–10~7 m; macro-, 10~7–10~8 m; large-,10~8–10~9 m). 展开更多
关键词 hybrid particle ACCELERATION mechanism LARGE temporal-spatial TURBULENT magnetic reconnection Hydro-Dynamic-Kinetic model
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Electron dynamics in collisionless magnetic reconnection with a PIC simulation
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作者 GUO Jun1,2 1 School of Mathematics and Physics, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, China 2 State Key Laboratory of Space Weather, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China 《Chinese Science Bulletin》 SCIE EI CAS 2009年第3期456-460,共5页
Two-dimensional particle-in-cell (PIC) simulation is used to investigate electron dynamics in colli- sionless magnetic reconnection, and the proton/electron mass ratio is taken to be mi /me = 256. The results show tha... Two-dimensional particle-in-cell (PIC) simulation is used to investigate electron dynamics in colli- sionless magnetic reconnection, and the proton/electron mass ratio is taken to be mi /me = 256. The results show that the presence of a strong initial guide field will change the direction of the electron flow. The electron density cavities and the parallel electric field can be found in the electron inflow re- gion along the separatrix, and the electron inflow and density cavities only appear in the second and fourth quadrants. What is different from the results with a smaller mass ratio is that new structures appear in the diffusion region near the X line: (1) Narrow regions of density enhancement and density cavities can be found synchronously in this region; and (2) corresponding to the electron density changes near the X line, the strong parallel electric fields are found to occur in the first and third quadrants. These electric fields perhaps play a more important role in acceleration and heating electrons than those fields located in the density cavities. 展开更多
关键词 PIC模仿 磁链接 导向场 电子动力学
原文传递
磁场重联中离子轨道的混合模拟研究 被引量:9
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作者 贾英东 李毅 +1 位作者 王水 葛亚松 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期145-151,共7页
在使用 2 .5维混合模拟方法研究了Petschek模型稳态驱动磁场重联演化的基础上 ,本文考察了计算域内各典型区域中粒子分布函数的变化 ,描绘了重联区不同位置几种类型的非Maxwell分布函数 .结果表明 ,磁场重联会将重联区少部分粒子加速到... 在使用 2 .5维混合模拟方法研究了Petschek模型稳态驱动磁场重联演化的基础上 ,本文考察了计算域内各典型区域中粒子分布函数的变化 ,描绘了重联区不同位置几种类型的非Maxwell分布函数 .结果表明 ,磁场重联会将重联区少部分粒子加速到很高的能量 ,不同加速程度的粒子将形成球壳状的速度分布 .粒子的轨道特征表明 ,在重联区中出流的粒子 ,有一部分被磁镜捕获 ,其回旋半径大于重联区宽度 ,并构成整个流体速度的低速部分 .另外 ,在X中性点附近进入重联区的粒子沿磁力线向出流区以三种形式漂移 ,分别为 :沿磁力线逃逸、捕获在磁镜中随流体运动、横越磁力线漂移 ,其比例分别约为 70 % ,2 0 %和 10 % . 展开更多
关键词 磁场重联 粒子轨道 混合模拟
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磁场重联的二维粒子模拟研究 被引量:4
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作者 郭俊 陆全明 +1 位作者 王水 窦贤康 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第4期248-255,共8页
利用二维全粒子模拟方法研究了无碰撞等离子体中的磁场重联过程,得到了不同区域的离子和电子速度分布。计算结果表明,电子和离子在扩散区中的不同动力学特性产生的Hall电流使磁场的y分量B_y呈现四极形分布。离子和电子的速度分布偏离了... 利用二维全粒子模拟方法研究了无碰撞等离子体中的磁场重联过程,得到了不同区域的离子和电子速度分布。计算结果表明,电子和离子在扩散区中的不同动力学特性产生的Hall电流使磁场的y分量B_y呈现四极形分布。离子和电子的速度分布偏离了初态时的Maxwell分布,呈现非局域的多重分布。同时由于磁场重联而产生的电场使电子在X点附近得到加速和加热,因而在电子的能谱分布中形成一高能尾。 展开更多
关键词 磁场重联 二维全粒子模拟 速度分布 等离子体物理 电子 Maxwell分布 高能尾
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磁场重联中的电子加速机制的数值模拟研究 被引量:1
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作者 葛亚松 李毅 +1 位作者 王水 窦贤康 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期747-755,共9页
在应用 2 .5维混合模拟方法研究Petschek模型磁场重联的基础上 ,考察了试验电子被加速的特征 .模拟结果表明 ,稳态的低频重联场能将少量试验电子加速到高能 ,电子的能谱为幂律谱 ,但总体分布函数未发生显著变化 .电子在整个加速过程中... 在应用 2 .5维混合模拟方法研究Petschek模型磁场重联的基础上 ,考察了试验电子被加速的特征 .模拟结果表明 ,稳态的低频重联场能将少量试验电子加速到高能 ,电子的能谱为幂律谱 ,但总体分布函数未发生显著变化 .电子在整个加速过程中被束缚在低磁场的加速区内 ,由重联产生的感应电场Ey 分量对其直接加速 ,根据加速时间和加速区域可以将这些电子分为两种情况 :初始位于加速区和漂移到加速区被加速 . 展开更多
关键词 磁场重联 电子加速 数值模拟 混合模拟
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各向异性等离子体中磁场重联的混合模拟研究 被引量:1
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作者 郭俊 李毅 +1 位作者 陆全明 王水 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第2期81-88,共8页
应用二维三分量混合模拟方法数值研究了各向异性等离子体中的磁场重联过程.计算结果表明,当等离子体垂直于磁场方向的压强大于平行方向的压强时(P⊥/P∥=1.5),等离子体不稳定性的增长率会大大增强,重联速度也会加快;当等离子体垂直方向... 应用二维三分量混合模拟方法数值研究了各向异性等离子体中的磁场重联过程.计算结果表明,当等离子体垂直于磁场方向的压强大于平行方向的压强时(P⊥/P∥=1.5),等离子体不稳定性的增长率会大大增强,重联速度也会加快;当等离子体垂直方向的压强小于平行方向的压强时(P⊥/P∥=0.6),会出现火蛇管不稳定性,将抑制撕裂模不稳定性和磁场重联过程. 展开更多
关键词 磁场重联 混合模拟 压力各向异性 太阳系 等离子体物理
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基于轨迹灵敏度分析的永磁直驱风电场等值模型参数辨识 被引量:19
9
作者 张剑 何怡刚 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第15期3303-3313,共11页
大规模风电场接入电网对电力系统稳定性具有重大影响。为提高仿真速度,研究风电场等值模型具有十分重要的意义。针对传统聚合方法无法解决风电场长期运行过程中产生的参数变化问题以及厂家将控制系统参数作为商业机密问题,该文基于风电... 大规模风电场接入电网对电力系统稳定性具有重大影响。为提高仿真速度,研究风电场等值模型具有十分重要的意义。针对传统聚合方法无法解决风电场长期运行过程中产生的参数变化问题以及厂家将控制系统参数作为商业机密问题,该文基于风电场公共并网点相量测量单元数据建立了永磁直驱风电场详细动态等值模型与初始化方法,分析参数的轨迹灵敏度,提出了对高灵敏度且时变参数以及高灵敏度控制系统参数采用改进的基因学习粒子群(GLPSO)混合算法进行参数辨识,其他参数固定为聚合值或典型值的策略。分析了不同风速、尾流效应、部分风机离线、风速未知情形下,等值模型的鲁棒性与适应性。仿真算例表明,所提出的参数辨识方法能够提高全局寻优能力。 展开更多
关键词 风电场等值模型 轨迹灵敏度 参数辨识 基因学习粒子群混合算法
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无碰撞磁场重联中的不同电子特征:不同质量比下的PIC模拟 被引量:1
10
作者 郭俊 关立强 王翠 《延边大学学报(自然科学版)》 CAS 2008年第2期102-104,共3页
采用二维三分量的全粒子模拟方法研究了不同离子电子质量比(mi/me)下的无碰撞磁场重联中的电子特征.研究结果显示:质量比(mi/me)几乎对重联率没有影响,但是对扩散区的电子行为却影响很大.随着质量比的增大,沿着分离线的电子出流区变窄,... 采用二维三分量的全粒子模拟方法研究了不同离子电子质量比(mi/me)下的无碰撞磁场重联中的电子特征.研究结果显示:质量比(mi/me)几乎对重联率没有影响,但是对扩散区的电子行为却影响很大.随着质量比的增大,沿着分离线的电子出流区变窄,从而电子的出流速度增大.在较大的质量比事例中出现了平行于磁场的电场,这些电场对电子的加速和加热有着重要的影响. 展开更多
关键词 无碰撞磁场重联 粒子模拟 电子加速
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计算机数值模拟稳态磁场重联 被引量:1
11
作者 王旭丹 晋新龙 +2 位作者 张凤 吉莉 孟长伟 《软件工程师》 2013年第5期45-48,共4页
本文采用二维三分量(2.5维)混合模拟方法研究了Petschek模型下,重联区X线周围关于电流片对称的矩形区域内的磁场重联过程中磁场的演化过程。研究发现磁场重联后形成了突出的隆起状磁场位形,在X中性点附近的一个很小的区域内,磁场分量出... 本文采用二维三分量(2.5维)混合模拟方法研究了Petschek模型下,重联区X线周围关于电流片对称的矩形区域内的磁场重联过程中磁场的演化过程。研究发现磁场重联后形成了突出的隆起状磁场位形,在X中性点附近的一个很小的区域内,磁场分量出现了四极形分布特征。 展开更多
关键词 计算机数值模拟 等离子体 磁重联 Hall效应
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无碰撞磁场重联中的电子密度降低
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作者 赵波 关立强 +1 位作者 王翠 郭俊 《延边大学学报(自然科学版)》 CAS 2009年第2期120-123,共4页
采用二维全粒子模拟方法研究了无碰撞磁场重联.研究结果显示:沿着分离线出现了电子密度降低,而电子的高速入流正好位于电子密度降低所在的位置.在扩散区出现了平行于磁场的电场E∥,通过跟踪在某一时刻位于电子密度降低处的一个电子随后... 采用二维全粒子模拟方法研究了无碰撞磁场重联.研究结果显示:沿着分离线出现了电子密度降低,而电子的高速入流正好位于电子密度降低所在的位置.在扩散区出现了平行于磁场的电场E∥,通过跟踪在某一时刻位于电子密度降低处的一个电子随后的运动轨迹和速度变化,证明这些电场将会加速和加热电子使其快速流向X线,从而产生电子密度降低. 展开更多
关键词 无碰撞磁场重联 粒子模拟 电子密度降低
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磁岛合并研究 被引量:1
13
作者 王晓 黄灿 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期2356-2361,共6页
本文采用二维全粒子模拟来研究无碰撞等离子体中的磁岛合并过程.结果表明,磁岛合并分为两个阶段,在第一个阶段,两个磁岛因同向电流丝之间的吸引力而缓慢地相互靠近,在这个过程中,合并线附近的电子被面外电场加速,形成薄电流片,同时电流... 本文采用二维全粒子模拟来研究无碰撞等离子体中的磁岛合并过程.结果表明,磁岛合并分为两个阶段,在第一个阶段,两个磁岛因同向电流丝之间的吸引力而缓慢地相互靠近,在这个过程中,合并线附近的电子被面外电场加速,形成薄电流片,同时电流片两侧形成磁场堆积.第二个阶段为快速重联阶段,合并线附近的电磁场结构和以Harris电流片为初态的重联扩散区的电磁场结构很相似,其中最显著的特点为面外磁场的四极型结构. 展开更多
关键词 磁重联 磁岛 磁岛合并 粒子模拟
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存在初始引导场情况下的无碰撞磁场重联
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作者 傅向荣 郭俊 王水 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期432-439,共8页
采用二维三分量的全粒子模拟方法研究了不同初始引导场情况下的无碰撞磁场重联及初态为一维的Harris电流片.结果表明,B_(z0)>0.5B_0的强引导场不仅会显著改变粒子的运动轨迹,而且会改变重联区附近的电场和流场结构,从而影响重联率和... 采用二维三分量的全粒子模拟方法研究了不同初始引导场情况下的无碰撞磁场重联及初态为一维的Harris电流片.结果表明,B_(z0)>0.5B_0的强引导场不仅会显著改变粒子的运动轨迹,而且会改变重联区附近的电场和流场结构,从而影响重联率和电子加速.运用广义欧姆定律解释了不同引导场下电场的结构特征.另外,通过对扩散区附近束流电子的跟踪研究发现,在二维模型中,不论引导场强弱,位于扩散区中心垂直模拟平面的感应电场对电子加速起主要作用,而扩散区外平面电场的贡献很小. 展开更多
关键词 无碰撞磁场重联 引导场 粒子模拟 电子加速
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基于南昌大学高性能计算集群的磁场重联粒子模拟研究
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作者 余志拥 罗跃剑 +4 位作者 唐荣欣 周猛 钟志宏 庞烨 邓晓华 《南昌大学学报(理科版)》 CAS 北大核心 2019年第1期41-45,52,共6页
以南昌大学自主建设的高性能计算集群为研究平台,首先采用Linpack程序对集群系统性能进行测试,分别给出了不同矩阵规模N,矩阵分块大小NB,处理器网格中水平方向的处理器数P,垂直方向处理器数Q 4种条件下的并行计算性能。利用自主开发的... 以南昌大学自主建设的高性能计算集群为研究平台,首先采用Linpack程序对集群系统性能进行测试,分别给出了不同矩阵规模N,矩阵分块大小NB,处理器网格中水平方向的处理器数P,垂直方向处理器数Q 4种条件下的并行计算性能。利用自主开发的全粒子模拟程序进行了二维磁场重联模拟研究,计算结果表明,在磁场重联过程中,满足Kelvin-Helmholtz不稳定条件下的电子涡旋可以激发亚离子尺度磁岛,同时给出了离子尺度的磁岛发生合并的过程,证明了电子尺度动力学过程在磁场重联中的重要作用。 展开更多
关键词 高性能计算集群 LINPACK 全粒子模拟 磁场重联
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强流离子束在固体等离子体靶输运的混合粒子模拟方法 被引量:1
16
作者 张智猛 齐伟 +3 位作者 崔波 张博 洪伟 周维民 《计算物理》 CSCD 北大核心 2023年第2期210-221,共12页
针对强流离子束在固体等离子体靶中的输运问题,详细介绍一种粒子/流体混合模拟方法,发展了二维数值模拟程序Opic2D-hybrid,研究强流质子束在聚乙烯和固态铝靶中的集体输运行为。结果表明:强流质子束在固体靶中输运时产生的自生磁场有利... 针对强流离子束在固体等离子体靶中的输运问题,详细介绍一种粒子/流体混合模拟方法,发展了二维数值模拟程序Opic2D-hybrid,研究强流质子束在聚乙烯和固态铝靶中的集体输运行为。结果表明:强流质子束在固体靶中输运时产生的自生磁场有利于横向箍缩质子束流。并且靶加热离化产生的大量自由电子,也有利于减弱固体靶的阻止本领,从而拉长质子束流射程。但是靶温度升高也会降低电阻率,抑制自生磁场产生。同时靶离化也会带来更强的离子-离子散射效应,导致质子束的空间扩散。这些效应彼此间相互竞争,决定了强流质子束的输运行为。还分析了影响磁场产生的物理因素,提出多种手段提高自生磁场强度,从而实现强流质子束在固体靶中的箍缩传输。 展开更多
关键词 强流离子束输运 混合粒子模拟 自生磁场 阻止本领
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离心高梯度磁选的旋转磁介质丝动态捕获模拟 被引量:3
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作者 易凡 陈禄政 +2 位作者 曾剑武 邓桂方 徐国印 《稀有金属》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期1184-1190,共7页
离心高梯度磁选法基于旋转磁介质动态捕获新模式,被证明可以有效分选一些细粒弱磁性矿如赤铁矿和钛铁矿。创建了一个用于研究旋转磁介质丝动态捕获的二维物理模型。通过该模型,分析了磁介质周围的磁场和流体速度分布及粒子的运动轨迹。... 离心高梯度磁选法基于旋转磁介质动态捕获新模式,被证明可以有效分选一些细粒弱磁性矿如赤铁矿和钛铁矿。创建了一个用于研究旋转磁介质丝动态捕获的二维物理模型。通过该模型,分析了磁介质周围的磁场和流体速度分布及粒子的运动轨迹。结果表明:磁介质磁化后其周围的磁通密度主要集中在垂直背景磁场方向的两侧;磁介质周围的磁场力随离开磁介质表面距离的增加而减小。捕获区的流体流动存在速度差,这种速度差随磁介质转速的增大而增大;磁介质周围的流体速度在磁介质的背水面附近最大,中部端点后部附近最小。此外,还分析了磁场力和流体力对粒子捕获轨迹的影响,推导了粒子运动轨迹方程。为旋转磁介质动态捕获基础研究提供了一种新方法依据。 展开更多
关键词 高梯度磁选 旋转磁介质 数值模拟 颗粒轨迹
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