帶狀流的實(shí)驗(yàn)研究課件

帶狀流的實(shí)驗(yàn)研究帶狀流的實(shí)驗(yàn)研究1環(huán)形磁約束等離子體中帶狀流

在環(huán)形磁約束等離子體中，ZF是本征模，它是由湍流非線性相互作用產(chǎn)生的，是線性穩(wěn)定的，且不直接驅(qū)動徑向輸運(yùn)。它與漂移波湍流一起，構(gòu)成漂移波—帶狀流系統(tǒng)。環(huán)形磁約束等離子體中帶狀流在環(huán)形磁約束等離子體中，Z2低頻帶狀流模特征漲落結(jié)構(gòu)漲落流頻率自相關(guān)時間徑向波數(shù)徑向相關(guān)長度阻尼率:見右圖，與碰撞區(qū)有關(guān)幅度HahmPPCF42,A205低頻帶狀流模特征漲落結(jié)構(gòu)漲落流3測地聲模特征漲落結(jié)構(gòu)流漲落頻率自相關(guān)時間徑向波數(shù)及徑向相關(guān)長度:與LFZF相同阻尼率幅度:與LFZF相同

測地聲模特征漲落結(jié)構(gòu)流漲落4HL-2A托卡馬克大半徑1.65m，小半徑0.40m。LFZF實(shí)驗(yàn)條件:

氘等離子體。GAM實(shí)驗(yàn)條件:

氫等離子體。徑向傳播實(shí)驗(yàn)條件:

氘等離子體。HL-2A托卡馬克大半徑1.65m，小半徑0.40m。5探針陣列與實(shí)驗(yàn)安排徑向掃描范圍三探針陣列可同時測量小環(huán)向和極向模數(shù)的電勢(或電場)漲落的三維譜結(jié)構(gòu)。己忽略電子溫度漲落對電勢漲落測量的影響。探針陣列與實(shí)驗(yàn)安排徑向掃描范圍6電場漲落的測量電場漲落的測量7LFZF實(shí)驗(yàn)用的探針陣列探針陣列B中的三探針可用于測量電子溫度、密度和電位，以及它們的漲落量。探針A和B相關(guān)用于測量極向模數(shù)m。探針陣列B和D相關(guān)用于測量環(huán)向模數(shù)n。探針1和2相關(guān)用于測量徑向波數(shù)。LFZF實(shí)驗(yàn)用的探針陣列探針陣列B中的三探針可用于測量電子溫8徑向傳播實(shí)驗(yàn)用的探針陣列陣列和中徑向位置相同的兩探針相關(guān)用于測量漲落的環(huán)向模數(shù)。每個陣列中兩相鄰探針的相關(guān)用于測量局域徑向波數(shù)譜徑向傳播實(shí)驗(yàn)用的探針陣列陣列和中徑向位置相同的兩探針相關(guān)用于9LFZF實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀較可信的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都來自芯部等離子體(CHS,DIII-D)來自邊緣等離子體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)只顯示存在LFZF的跡象我們獲得了邊緣等離子體中LFZF與GAM共存的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)LFZF實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀較可信的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少10功率譜HL-2ACHSDIII-D功率譜HL-2ACHSDIII-D11極向和環(huán)向?qū)ΨQ性HL-2Am=n=0CHSn=0DIII-Dm=0極向和環(huán)向?qū)ΨQ性HL-2Am=n=0CHSn=0DIII-D12徑向波數(shù)譜徑向波數(shù)譜13徑向相關(guān)CHS:

徑向波長DIII-D:

徑向相關(guān)長度徑向相關(guān)CHS:DIII-D:14LFZF幅度LFZF幅度遠(yuǎn)小于GAM幅度。芯區(qū)模擬和實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果表明，LFZF幅度遠(yuǎn)大于GAM幅度。LFZFGAM

PPCF42,A205DIII-DLFZF幅度LFZF幅度遠(yuǎn)小于GAM幅度。LFZFGAMP152008年7月1日·第16頁LFZF與湍流的相互作用--雙譜分析LFZF的雙譜系數(shù)遠(yuǎn)小于GAM的雙譜系數(shù)。LFZF和GAM的雙相角近似為常數(shù)，與相互作用波頻率無關(guān)。該結(jié)果表明，LFZF和GAM一樣，與背景湍流均存在非線性耦合，但LFZF的耦合強(qiáng)度較GAM的弱。2008年7月1日·第16頁LFZF與湍流的相互作用--雙16雙譜系數(shù)之和

LFZF的雙譜系數(shù)和明顯地比GAM的弱，但其比值與它們的幅度比一致。漂移波-帶狀流系統(tǒng)的雙譜分析理論預(yù)言，雙譜系數(shù)之和與帶狀流幅度成正比，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與該預(yù)言定性一致。isthenumberoftriadssatisfying雙譜系數(shù)之和isthenumberoftriads17LFZF與湍流相互作用--包絡(luò)調(diào)制湍流和GAM的幅度(包絡(luò))均被LFZF調(diào)制LFZF與湍流包絡(luò)間存在反相角關(guān)系LFZF與GAM包絡(luò)間存在同相角關(guān)系LFZF與湍流相互作用--包絡(luò)調(diào)制湍流和GAM的幅度(包絡(luò))18AT包絡(luò)與LFZF()GAM包絡(luò)和LFZF()LFZF與湍流相互作用--包絡(luò)調(diào)制CHSAT包絡(luò)與LFZF()LFZF與湍流相互19LFZF與改善約束

DIII-DETBCHSITBLFZF與改善約束DIII-20GAM實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來自芯部和邊緣等離子體主要結(jié)果

1.極向和環(huán)向?qū)ΨQ性

2.徑向相關(guān)和徑向波數(shù)

3.頻率與等離子體參數(shù)定標(biāo)關(guān)系

4.幅度徑向分布

5.徑向傳播特征

6.與湍流的非線性相互作用GAM實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較多21GAM的極向和環(huán)向?qū)ΨQ性

譜的峰值極向和環(huán)向波數(shù)波數(shù)與零的偏差可能是探針不在同一磁面上引起的GAM的極向和環(huán)向?qū)ΨQ性22極向?qū)ΨQ性(m=0)

估算兩取樣點(diǎn)(極向相距為)的信號間的互功率譜或互相關(guān)系數(shù)，從譜峰頻率處的相移或相關(guān)系數(shù)峰值的延遲時間，可求得極向模數(shù)環(huán)向?qū)ΨQ性(n=0)

除HL-2A外，均未測量T-10極向?qū)ΨQ性(m=0)T-1023GAM徑向結(jié)構(gòu)和傳播特性徑向波數(shù)譜具有單峰結(jié)構(gòu)，它表明GAM波包以行波沿徑向向外傳播，且?guī)缀鯖]有駐波分量。GAM的徑向波數(shù)是有限的，其徑向峰值波數(shù)和波數(shù)寬度分別為：,與理論預(yù)言基本符合。GAM徑向向外傳播的相速度和群速度近似相等，與Xu的模擬結(jié)果定性一致，與Kishimoto的模擬結(jié)果不完全一致。GAM徑向結(jié)構(gòu)和傳播特性徑向波數(shù)譜具有單峰結(jié)構(gòu)，它表明GAM24Xuetal.,PRE78,016406GAM徑向結(jié)構(gòu)與傳播Xu模擬結(jié)果:

GAM以相同的相速度和群速度徑向向外傳播，其速度由離子溫度梯度決定，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果定性符合。Xuetal.,PRE78,016406GAM徑向25Kishimotoetal.,IAEA2006Hallatcheketal.,PRL86,1223GAM徑向結(jié)構(gòu)與傳播Kishimoto模擬結(jié)果:

GAM群速度方向向外，相速度方向向內(nèi)，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。Hallatchek模擬結(jié)果:

GAM在徑向具有駐波結(jié)構(gòu)，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。Kishimotoetal.,IAEA2006Hall26徑向波數(shù)有限D(zhuǎn)III-D

兩徑向相距約3cm時,

相角差約為T-10徑向波數(shù)有限D(zhuǎn)III-D兩徑向相距約3cm時,T-1027GAM徑向結(jié)構(gòu)和傳播JFT-2MJFT-2MJFT-2M

兩點(diǎn)相關(guān)測量相位延遲，獲得其徑向分

布，并由幅度徑向分布及公式定性地推出徑向向外傳播的結(jié)論。Idoetal.,PPCF48,S41(2006)GAM徑向結(jié)構(gòu)和傳播JFT-2MJFT-2MJFT-2M兩28徑向傳播實(shí)驗(yàn)用的探針陣列陣列和中徑向位置相同的兩探針相關(guān)用于測量漲落的環(huán)向模數(shù)。每個陣列中兩相鄰探針的相關(guān)用于測量局域徑向波數(shù)譜徑向傳播實(shí)驗(yàn)用的探針陣列陣列和中徑向位置相同的兩探針相關(guān)用于29幅度分布與環(huán)向?qū)ΨQ性幅度分布與環(huán)向?qū)ΨQ性30徑向波數(shù)譜徑向波數(shù)譜31徑向波數(shù)的徑向分布GAM徑向波數(shù)隨半徑增大而減小GAM徑向相速度隨半徑增大而增大徑向波數(shù)的徑向分布GAM徑向波數(shù)隨半徑增大而減小32雙譜與包絡(luò)調(diào)制GAM與湍流包絡(luò)的互相角為，且其頻率比局域的溫度預(yù)言的頻率大，它可能是從小半徑處傳播來的。雙譜與包絡(luò)調(diào)制GAM與湍流包絡(luò)的互相角為，且其頻率比局33GAM的局域與非局域特性GAM頻率依賴于局域參數(shù)的情況

這組數(shù)據(jù)是在Divertor(偏濾器)位形下獲得的GAM的局域與非局域特性GAM頻率依賴于局域參數(shù)的情況34GAM頻率不依賴于局域參數(shù)的情況GAM頻率不依賴于局域參數(shù)的情況35模頻率與參數(shù)關(guān)系A(chǔ)SDEX-U(Fujishawaetal.,IAEA2006)ASDEX-UJFT-2M例外情況:GAM頻率不隨局域的離子聲速變化!DIII-D模頻率與參數(shù)關(guān)系A(chǔ)SDEX-U(Fujishawaeta36幅度的徑向分布幅度峰值位置與頻率平臺區(qū)重合ASDEX-U幅度的徑向分布幅度峰值位置與頻率平臺區(qū)重合ASDEX-U37幅度徑向分布在q=3有理面處幅度下降(TEXTOR)幅度徑向分布38幅度徑向分布峰值幅度位于q=2有理面附近T-10幅度徑向分布T-1039幅度與溫度梯度的關(guān)系A(chǔ)SDEX-U幅度與溫度梯度的關(guān)系A(chǔ)SDEX-U40

GAM與湍流非線性相互作用ItisbelievedthatZonalflows(ZF)areanimportantplayerinregulatingturbulenceandtransportlevels.Thisregulationoccursintwoprocesses. 1.ZFgeneration:ItisdrivenbyReynoldsstressinan energy-conservingtriadinteractionswithturbulence, whichtransfersturbulenceenergytotheZF.This processmayberelevanttotheamplitudemodulation(AM) ofturbulence. 2.ZFshearingofturbulence:Itnonlinearlytransfersenergy tothesmallerradialscaleturbulence.

This

processmay berelevanttothefrequencymodulation(FM)of turbulence.IthasbeendemonstratedbyHollandetal*.thatGAMshearingofturbulenceinducesatransferofturbulenceenergyfromlowtohighfrequencies.*C.Hollandetal,POP14,056112(2007)GAM與湍流非線性相互作用Itisbelievedt41GAMModulatesTurbulenceEnvelopePowerspectrumoffluctuationenvelopeanditscoherencywithGAMoscillationshowenvelopeismodulatedbytheGAM.ThephasedelayofenvelopewithGAMisclosetoradian.ThecoherencybetweenGAMandenvelopeishigh().Anti-phaserelationbetweenenvelopeandGAMimpliesthattheenvelopemodulationisaccompaniedwiththeGAMgenerationinenergy-conservingtriadinteractionswithturbulence.

GAMModulatesTurbulenceEnvel42與湍流的非線性相互作用--包絡(luò)調(diào)制(1)

1.密度漲落的包絡(luò)被GAM強(qiáng)的調(diào)制;2.包絡(luò)與GAM的互相關(guān)系數(shù)約為

;3.包絡(luò)相對于GAM的相位延遲約為;4.McKee等人認(rèn)為，這類包絡(luò)調(diào)制可能是由GAM誘發(fā)的多普勒頻移引起的。DIII-DMcKeeetal.,PoP19,1712(2003)McKeeetal.,PPCF45,A477(2003)Hollandetal.,PoP14,056112(2007)與湍流的非線性相互作用--包絡(luò)調(diào)制(1)DIII-DMcKe43與湍流的非線性相互作用--包絡(luò)調(diào)制(2)

1.在JFT-2M上，也觀測到密度漲落的包絡(luò)被GAM強(qiáng)的調(diào)制;

2.包絡(luò)與GAM的相關(guān)系數(shù)約為

，它們之間的相角差為;

3.譜分析表明，GAM的多普勒頻移不足以定量描述包絡(luò)調(diào)制;4.Ido及Nagashima等人認(rèn)為，它可能是在GAM產(chǎn)生過程中對湍流的直接調(diào)制。Idoetal.,NF46,512(2006)Idoetal.,PPCF48,S41(2006)Nagashimaetal.PPCF49,1611(2007)與湍流的非線性相互作用--包絡(luò)調(diào)制(2)Idoetal.44GAMModulatesTurbulenceEnvelopeForenvelopemodulation,coherencyandphasedelayareobservedtobesimilartothesemeasuredonDIII-D:coherencyislow(lessthan0.3)andphasedelayiscloseto,whichisdifferentfromtheseofenvelopemodulation.Question:

DoesthisdifferencereflectdifferentaspectsofnonlinearinteractionsbetweenGAMandturbulence?

ErvsEnvelopeofEr#4206GAMModulatesTurbulenceEnvel45相位和幅度調(diào)制對湍流的影晌GAM的徑向電場振蕩，使湍流產(chǎn)生振蕩的多普勒頻移，即，并因此產(chǎn)生相位振蕩，它就是通訊工程中熟知的相位調(diào)制，其相位調(diào)制度是頻率的函數(shù)，且隨頻率而增大。因?yàn)?，?dāng)時，它是窄帶調(diào)制，它只產(chǎn)生上下邊帶，與幅度調(diào)制等價。對于寬帶湍流，，它是寬帶調(diào)制，主要使湍流頻譜隨機(jī)展寬。

如右圖所示，它是按下式計(jì)算的:

。相位和幅度調(diào)制對湍流的影晌GAM的徑向電場振蕩，使湍流產(chǎn)生振46UsingModelSignalforExamining

theAMandPMEffectofGAMonTurbulenceModelsignals,asfollowing,areusedtosimulateeffectoftheAMandPMofGAMonturbulence.Here,istakenfromashotwithouttheGAM,thePMindexistakenfromashotwiththeobservedGAM,andistheAMindex.ThemodelsignalswithandsimulatethePMandAMeffectrespectively,whilethesignalwithsimulatesthecombinedAMandPMeffect..UsingModelSignalforExamini47UsingModelSignalforExamining

theAMandPMEffectofGAMonTurbulenceThecoherencyandphasedelayforthePMarefoundtobesimilartothoseofexperimentalobservationfortheenvelopemodulation.InthecaseofcombinedAMandPMwith,thephasedelayisclosetoandthecoherencyislargerthan0.5,whichisconsistentwithourexperimentalresultfortheandenvelopemodulations.

TheseresultssuggestthattheobservedmodulationofandenvelopeismainlyinducedbyGAMregulationofturbulenceduringtheGAMgenerationintriadinteractions.UsingModelSignalforExamini48Hollandetal.,APS2005Hollandetal.,APS200549UsingModelSignalforExamining

theAMandPMEffectofGAMonTurbulenceThemodelsignalforsimulatingthePMeffectofGAMisusedtocalculatenonlinearenergytransferSimulationresultsshowqualitativelysimilaritytothosecalculatedbyHollandetal.forexperimentaldata,whichquantifiesthattheshearingeffectofGAMleadsacascadetohigherfrequencies.49thAPS-DPP,Orlando,Florida,U.S.A.–November,2007ChangxuanYu

Holland**C.Hollandetal,Phys.Plasma14,056112(2007)UsingModelSignalforExamini50StrongNonlinearTriadInteractions

ObservedinBicoherenceStrongestnonlinearcouplingappearsinallsummedcross-bicoherencesinvolvingtheReynoldsstressandauto-bicoherences.Allcross-andauto-bicoherencesforinteractionsofGAMwithambientturbulence(AT)exhibitapeakedfeature,whichwasalsoobservedpreviouslyonTEXT*

.ThispeakedfeaturemightreflecttheresonancepropertyinthenonlinearcouplingbetweentheGAMandAT.peakedfeature*H.Y.W.Tsuietal,Phys.Rev.Lett.70,2565StrongNonlinearTriadInterac51三波相互作用的共振特性三波相互作用的頻率和波數(shù)匹配條件高頻波與低頻波相互作用:當(dāng)高頻波的群速度等于低頻波的相速度時，耦合效率最高。GAM與湍流相互作用的頻率和波數(shù)匹配條件

(當(dāng)時)(Kadomtsevetal.,Sov.Phys.-Usp.14,40)三波相互作用的共振特性三波相互作用的頻率和波數(shù)匹配條件(Ka52ResonanceFeatureObservedinInteractionsbetweenGAMandATBothamplitudemodulationindexandbicoherenceforinteractionsbetweenGAMandATshowasimilarbehaviorofpeakedfeature.ForinteractionsofGAMandAT,resonanceconditionofandneednottobesatisfiedperfectly,andbicoherenceforeachtriadicfrequenciesisaveragedoverthebroadwavenumberspace.Inthiscase,theresonancefunction,definedas,

influencesstrengthoftriadinteraction.Theresonancefunctionestimatedfromexperimentaldataexhibitsasimilarpeakedfeature.ResonanceFeatureObservedin53帶狀流的實(shí)驗(yàn)研究帶狀流的實(shí)驗(yàn)研究54環(huán)形磁約束等離子體中帶狀流

在環(huán)形磁約束等離子體中，ZF是本征模，它是由湍流非線性相互作用產(chǎn)生的，是線性穩(wěn)定的，且不直接驅(qū)動徑向輸運(yùn)。它與漂移波湍流一起，構(gòu)成漂移波—帶狀流系統(tǒng)。環(huán)形磁約束等離子體中帶狀流在環(huán)形磁約束等離子體中，Z55低頻帶狀流模特征漲落結(jié)構(gòu)漲落流頻率自相關(guān)時間徑向波數(shù)徑向相關(guān)長度阻尼率:見右圖，與碰撞區(qū)有關(guān)幅度HahmPPCF42,A205低頻帶狀流模特征漲落結(jié)構(gòu)漲落流56測地聲模特征漲落結(jié)構(gòu)流漲落頻率自相關(guān)時間徑向波數(shù)及徑向相關(guān)長度:與LFZF相同阻尼率幅度:與LFZF相同

測地聲模特征漲落結(jié)構(gòu)流漲落57HL-2A托卡馬克大半徑1.65m，小半徑0.40m。LFZF實(shí)驗(yàn)條件:

氘等離子體。GAM實(shí)驗(yàn)條件:

氫等離子體。徑向傳播實(shí)驗(yàn)條件:

氘等離子體。HL-2A托卡馬克大半徑1.65m，小半徑0.40m。58探針陣列與實(shí)驗(yàn)安排徑向掃描范圍三探針陣列可同時測量小環(huán)向和極向模數(shù)的電勢(或電場)漲落的三維譜結(jié)構(gòu)。己忽略電子溫度漲落對電勢漲落測量的影響。探針陣列與實(shí)驗(yàn)安排徑向掃描范圍59電場漲落的測量電場漲落的測量60LFZF實(shí)驗(yàn)用的探針陣列探針陣列B中的三探針可用于測量電子溫度、密度和電位，以及它們的漲落量。探針A和B相關(guān)用于測量極向模數(shù)m。探針陣列B和D相關(guān)用于測量環(huán)向模數(shù)n。探針1和2相關(guān)用于測量徑向波數(shù)。LFZF實(shí)驗(yàn)用的探針陣列探針陣列B中的三探針可用于測量電子溫61徑向傳播實(shí)驗(yàn)用的探針陣列陣列和中徑向位置相同的兩探針相關(guān)用于測量漲落的環(huán)向模數(shù)。每個陣列中兩相鄰探針的相關(guān)用于測量局域徑向波數(shù)譜徑向傳播實(shí)驗(yàn)用的探針陣列陣列和中徑向位置相同的兩探針相關(guān)用于62LFZF實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀較可信的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都來自芯部等離子體(CHS,DIII-D)來自邊緣等離子體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)只顯示存在LFZF的跡象我們獲得了邊緣等離子體中LFZF與GAM共存的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)LFZF實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀較可信的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少63功率譜HL-2ACHSDIII-D功率譜HL-2ACHSDIII-D64極向和環(huán)向?qū)ΨQ性HL-2Am=n=0CHSn=0DIII-Dm=0極向和環(huán)向?qū)ΨQ性HL-2Am=n=0CHSn=0DIII-D65徑向波數(shù)譜徑向波數(shù)譜66徑向相關(guān)CHS:

徑向波長DIII-D:

徑向相關(guān)長度徑向相關(guān)CHS:DIII-D:67LFZF幅度LFZF幅度遠(yuǎn)小于GAM幅度。芯區(qū)模擬和實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果表明，LFZF幅度遠(yuǎn)大于GAM幅度。LFZFGAM

PPCF42,A205DIII-DLFZF幅度LFZF幅度遠(yuǎn)小于GAM幅度。LFZFGAMP682008年7月1日·第69頁LFZF與湍流的相互作用--雙譜分析LFZF的雙譜系數(shù)遠(yuǎn)小于GAM的雙譜系數(shù)。LFZF和GAM的雙相角近似為常數(shù)，與相互作用波頻率無關(guān)。該結(jié)果表明，LFZF和GAM一樣，與背景湍流均存在非線性耦合，但LFZF的耦合強(qiáng)度較GAM的弱。2008年7月1日·第16頁LFZF與湍流的相互作用--雙69雙譜系數(shù)之和

LFZF的雙譜系數(shù)和明顯地比GAM的弱，但其比值與它們的幅度比一致。漂移波-帶狀流系統(tǒng)的雙譜分析理論預(yù)言，雙譜系數(shù)之和與帶狀流幅度成正比，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與該預(yù)言定性一致。isthenumberoftriadssatisfying雙譜系數(shù)之和isthenumberoftriads70LFZF與湍流相互作用--包絡(luò)調(diào)制湍流和GAM的幅度(包絡(luò))均被LFZF調(diào)制LFZF與湍流包絡(luò)間存在反相角關(guān)系LFZF與GAM包絡(luò)間存在同相角關(guān)系LFZF與湍流相互作用--包絡(luò)調(diào)制湍流和GAM的幅度(包絡(luò))71AT包絡(luò)與LFZF()GAM包絡(luò)和LFZF()LFZF與湍流相互作用--包絡(luò)調(diào)制CHSAT包絡(luò)與LFZF()LFZF與湍流相互72LFZF與改善約束

DIII-DETBCHSITBLFZF與改善約束DIII-73GAM實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來自芯部和邊緣等離子體主要結(jié)果

1.極向和環(huán)向?qū)ΨQ性

2.徑向相關(guān)和徑向波數(shù)

3.頻率與等離子體參數(shù)定標(biāo)關(guān)系

4.幅度徑向分布

5.徑向傳播特征

6.與湍流的非線性相互作用GAM實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較多74GAM的極向和環(huán)向?qū)ΨQ性

譜的峰值極向和環(huán)向波數(shù)波數(shù)與零的偏差可能是探針不在同一磁面上引起的GAM的極向和環(huán)向?qū)ΨQ性75極向?qū)ΨQ性(m=0)

估算兩取樣點(diǎn)(極向相距為)的信號間的互功率譜或互相關(guān)系數(shù)，從譜峰頻率處的相移或相關(guān)系數(shù)峰值的延遲時間，可求得極向模數(shù)環(huán)向?qū)ΨQ性(n=0)

除HL-2A外，均未測量T-10極向?qū)ΨQ性(m=0)T-1076GAM徑向結(jié)構(gòu)和傳播特性徑向波數(shù)譜具有單峰結(jié)構(gòu)，它表明GAM波包以行波沿徑向向外傳播，且?guī)缀鯖]有駐波分量。GAM的徑向波數(shù)是有限的，其徑向峰值波數(shù)和波數(shù)寬度分別為：,與理論預(yù)言基本符合。GAM徑向向外傳播的相速度和群速度近似相等，與Xu的模擬結(jié)果定性一致，與Kishimoto的模擬結(jié)果不完全一致。GAM徑向結(jié)構(gòu)和傳播特性徑向波數(shù)譜具有單峰結(jié)構(gòu)，它表明GAM77Xuetal.,PRE78,016406GAM徑向結(jié)構(gòu)與傳播Xu模擬結(jié)果:

GAM以相同的相速度和群速度徑向向外傳播，其速度由離子溫度梯度決定，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果定性符合。Xuetal.,PRE78,016406GAM徑向78Kishimotoetal.,IAEA2006Hallatcheketal.,PRL86,1223GAM徑向結(jié)構(gòu)與傳播Kishimoto模擬結(jié)果:

GAM群速度方向向外，相速度方向向內(nèi)，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。Hallatchek模擬結(jié)果:

GAM在徑向具有駐波結(jié)構(gòu)，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。Kishimotoetal.,IAEA2006Hall79徑向波數(shù)有限D(zhuǎn)III-D

兩徑向相距約3cm時,

相角差約為T-10徑向波數(shù)有限D(zhuǎn)III-D兩徑向相距約3cm時,T-1080GAM徑向結(jié)構(gòu)和傳播JFT-2MJFT-2MJFT-2M

兩點(diǎn)相關(guān)測量相位延遲，獲得其徑向分

布，并由幅度徑向分布及公式定性地推出徑向向外傳播的結(jié)論。Idoetal.,PPCF48,S41(2006)GAM徑向結(jié)構(gòu)和傳播JFT-2MJFT-2MJFT-2M兩81徑向傳播實(shí)驗(yàn)用的探針陣列陣列和中徑向位置相同的兩探針相關(guān)用于測量漲落的環(huán)向模數(shù)。每個陣列中兩相鄰探針的相關(guān)用于測量局域徑向波數(shù)譜徑向傳播實(shí)驗(yàn)用的探針陣列陣列和中徑向位置相同的兩探針相關(guān)用于82幅度分布與環(huán)向?qū)ΨQ性幅度分布與環(huán)向?qū)ΨQ性83徑向波數(shù)譜徑向波數(shù)譜84徑向波數(shù)的徑向分布GAM徑向波數(shù)隨半徑增大而減小GAM徑向相速度隨半徑增大而增大徑向波數(shù)的徑向分布GAM徑向波數(shù)隨半徑增大而減小85雙譜與包絡(luò)調(diào)制GAM與湍流包絡(luò)的互相角為，且其頻率比局域的溫度預(yù)言的頻率大，它可能是從小半徑處傳播來的。雙譜與包絡(luò)調(diào)制GAM與湍流包絡(luò)的互相角為，且其頻率比局86GAM的局域與非局域特性GAM頻率依賴于局域參數(shù)的情況

這組數(shù)據(jù)是在Divertor(偏濾器)位形下獲得的GAM的局域與非局域特性GAM頻率依賴于局域參數(shù)的情況87GAM頻率不依賴于局域參數(shù)的情況GAM頻率不依賴于局域參數(shù)的情況88模頻率與參數(shù)關(guān)系A(chǔ)SDEX-U(Fujishawaetal.,IAEA2006)ASDEX-UJFT-2M例外情況:GAM頻率不隨局域的離子聲速變化!DIII-D模頻率與參數(shù)關(guān)系A(chǔ)SDEX-U(Fujishawaeta89幅度的徑向分布幅度峰值位置與頻率平臺區(qū)重合ASDEX-U幅度的徑向分布幅度峰值位置與頻率平臺區(qū)重合ASDEX-U90幅度徑向分布在q=3有理面處幅度下降(TEXTOR)幅度徑向分布91幅度徑向分布峰值幅度位于q=2有理面附近T-10幅度徑向分布T-1092幅度與溫度梯度的關(guān)系A(chǔ)SDEX-U幅度與溫度梯度的關(guān)系A(chǔ)SDEX-U93

GAM與湍流非線性相互作用ItisbelievedthatZonalflows(ZF)areanimportantplayerinregulatingturbulenceandtransportlevels.Thisregulationoccursintwoprocesses. 1.ZFgeneration:ItisdrivenbyReynoldsstressinan energy-conservingtriadinteractionswithturbulence, whichtransfersturbulenceenergytotheZF.This processmayberelevanttotheamplitudemodulation(AM) ofturbulence. 2.ZFshearingofturbulence:Itnonlinearlytransfersenergy tothesmallerradialscaleturbulence.

This

processmay berelevanttothefrequencymodulation(FM)of turbulence.IthasbeendemonstratedbyHollandetal*.thatGAMshearingofturbulenceinducesatransferofturbulenceenergyfromlowtohighfrequencies.*C.Hollandetal,POP14,056112(2007)GAM與湍流非線性相互作用Itisbelievedt94GAMModulatesTurbulenceEnvelopePowerspectrumoffluctuationenvelopeanditscoherencywithGAMoscillationshowenvelopeismodulatedbytheGAM.ThephasedelayofenvelopewithGAMisclosetoradian.ThecoherencybetweenGAMandenvelopeishigh().Anti-phaserelationbetweenenvelopeandGAMimpliesthattheenvelopemodulationisaccompaniedwiththeGAMgenerationinenergy-conservingtriadinteractionswithturbulence.

GAMModulatesTurbulenceEnvel95與湍流的非線性相互作用--包絡(luò)調(diào)制(1)

1.密度漲落的包絡(luò)被GAM強(qiáng)的調(diào)制;2.包絡(luò)與GAM的互相關(guān)系數(shù)約為

;3.包絡(luò)相對于GAM的相位延遲約為;4.McKee等人認(rèn)為，這類包絡(luò)調(diào)制可能是由GAM誘發(fā)的多普勒頻移引起的。DIII-DMcKeeetal.,PoP19,1712(2003)McKeeetal.,PPCF45,A477(2003)Hollandetal.,PoP14,056112(2007)與湍流的非線性相互作用--包絡(luò)調(diào)制(1)DIII-DMcKe96與湍流的非線性相互作用--包絡(luò)調(diào)制(2)

1.在JFT-2M上，也觀測到密度漲落的包絡(luò)被GAM強(qiáng)的調(diào)制;

2.包絡(luò)與GAM的相關(guān)系數(shù)約為

，它們之間的相角差為;

3.譜分析表明，GAM的多普勒頻移不足以定量描述包絡(luò)調(diào)制;4.Ido及Nagashima等人認(rèn)為，它可能是在GAM產(chǎn)生過程中對湍流的直接調(diào)制。Idoetal.,NF46,512(2006)Idoetal.,PPCF48,S41(2006)Nagashimaetal.PPCF49,1611(2007)與湍流的非線性相互作用--包絡(luò)調(diào)制(2)Idoetal.97GAMModulatesTurbulenceEnvelopeForenvelopemodulation,coherencyandphasedelayareobservedtobesimilartothesemeasuredonDIII-D:coherencyislow(lessthan0.3)andphasedelayiscloseto,whichisdifferentfromtheseofenvelopemodulation.Question:

DoesthisdifferencereflectdifferentaspectsofnonlinearinteractionsbetweenGAMandturbulence?

ErvsEnvelopeofEr#4206GAMModulatesTurbulenceEnvel98相位和幅度調(diào)制對湍流的影晌GAM的徑向電場振蕩，使湍流產(chǎn)生振蕩的多普勒頻移，即，并因此產(chǎn)生相位振蕩，它就是通訊工程中熟知的相位調(diào)制，其相位調(diào)制度是頻率的函數(shù)，且隨頻率而增大。因?yàn)?，?dāng)時，它是窄帶調(diào)制，它只產(chǎn)生上下邊帶，與幅度調(diào)制等價。對于寬帶湍流，，它是寬帶調(diào)制，主要使湍流頻譜隨機(jī)展寬。

如右圖所示，它是按下式計(jì)算的:

。相位和幅度調(diào)制對湍流的影晌GAM的徑向電場振蕩，使湍流產(chǎn)生振99UsingModelSignalforExamining

theAMandPMEffectofGAMonTurbulenceModelsignals,asfollowing,areusedtosimulateeffectoftheAMandPMofGAMonturbulence.Here,istakenfromashotwithouttheGAM,thePMindexistakenfromashotwiththeobservedGAM,andistheAMindex.ThemodelsignalswithandsimulatethePMandAMeffectrespectively,whilethesignalwithsimulatesthecombinedAMandPMeffect..UsingModelSignalforExamini100UsingModelSignalforExamining

theAMandPMEffectofGAMonTurbulenceThecoherencyandphasedelayforthePMarefoundtobesimilartothoseofexperimentalobservationfortheenvelopemodulation.InthecaseofcombinedAMandPMwith,thephasedelayisclosetoandthecoherencyislargerthan0.5,whichisconsistentwithourexperimentalresultfortheandenvelopemodulations.

TheseresultssuggestthattheobservedmodulationofandenvelopeismainlyinducedbyGAMregulationofturbulenceduringtheGAMgenerationintriadinteractions.UsingM