Inestabilidades subcríticas en fluidos neutros y plasmas
Autores: Lesur, Maxime; Médina, Julien; Sasaki, Makoto; Shimizu, Akihiro
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Inestabilidades subcríticas en fluidos neutros y plasmas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Modos linealmente inestables
Estado estacionario no lineal
Inestabilidades subcríticas
Fluidos neutros
Plasmas
Perturbaciones
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En fluidos neutros y plasmas, el análisis de perturbaciones a menudo comienza con un inventario de modos linealmente inestables. Luego, se analiza o predice el estado estacionario no lineal basado en estos modos lineales. Una analogía burda sería basar el estudio de una silla en cómo responde a perturbaciones infinitesimalmente pequeñas. Se concluiría que la silla es estable a todas las frecuencias y no puede caerse. Por supuesto, una silla se cae si se le someten perturbaciones de amplitud finita. De manera similar, las ondas y estructuras similares a ondas en fluidos neutros y plasmas pueden ser desencadenadas aunque sean linealmente estables. Estas inestabilidades subcríticas están latentes hasta que una interacción, un impulso, una fuerza o ruido aleatorio empuja su amplitud por encima de un umbral. Investigar sus condiciones de inicio requiere cálculos no lineales. Las inestabilidades subcríticas son ubicuas en fluidos neutros y plasmas. En plasmas, las inestabilidades subcríticas se han investigado basándose en modelos analíticos y simulaciones numéricas desde la década de 1960. Más recientemente, se han medido en plasmas de laboratorio y del espacio, aunque no siempre de manera directa. El tema podría beneficiarse de la historia mucho más larga y rica de la inestabilidad subcrítica y la transición a la turbulencia subcrítica en fluidos neutros. En esta introducción tutorial, describimos los aspectos fundamentales de las inestabilidades subcríticas en plasmas, basándonos en sistemas de complejidad creciente, desde ejemplos simples de una masa puntual en un pozo de potencial o una caja sobre una mesa, hasta turbulencia e inestabilidades en fluidos neutros, y finalmente, a aplicaciones modernas en plasmas de fusión toroidal magnetizados.
Descripción
En fluidos neutros y plasmas, el análisis de perturbaciones a menudo comienza con un inventario de modos linealmente inestables. Luego, se analiza o predice el estado estacionario no lineal basado en estos modos lineales. Una analogía burda sería basar el estudio de una silla en cómo responde a perturbaciones infinitesimalmente pequeñas. Se concluiría que la silla es estable a todas las frecuencias y no puede caerse. Por supuesto, una silla se cae si se le someten perturbaciones de amplitud finita. De manera similar, las ondas y estructuras similares a ondas en fluidos neutros y plasmas pueden ser desencadenadas aunque sean linealmente estables. Estas inestabilidades subcríticas están latentes hasta que una interacción, un impulso, una fuerza o ruido aleatorio empuja su amplitud por encima de un umbral. Investigar sus condiciones de inicio requiere cálculos no lineales. Las inestabilidades subcríticas son ubicuas en fluidos neutros y plasmas. En plasmas, las inestabilidades subcríticas se han investigado basándose en modelos analíticos y simulaciones numéricas desde la década de 1960. Más recientemente, se han medido en plasmas de laboratorio y del espacio, aunque no siempre de manera directa. El tema podría beneficiarse de la historia mucho más larga y rica de la inestabilidad subcrítica y la transición a la turbulencia subcrítica en fluidos neutros. En esta introducción tutorial, describimos los aspectos fundamentales de las inestabilidades subcríticas en plasmas, basándonos en sistemas de complejidad creciente, desde ejemplos simples de una masa puntual en un pozo de potencial o una caja sobre una mesa, hasta turbulencia e inestabilidades en fluidos neutros, y finalmente, a aplicaciones modernas en plasmas de fusión toroidal magnetizados.