Finite larmor radius effects on turbulent transport of test-particles

Abstract

A test-particle approach to study transport processes in two-dimensional random electric field is proposed. Despite such approach is not as complete as self-consistent one it allows a better control of problem parameters and makes results more tractable. A frozen electric field is considered. Because of a strong particle trapping effect the problem is a difficult test for statistical methods. Earlier in our previous works particle transport was examined in a drift approximation; here we study finite Larmor radius effects on particle transport. Some methods to account for a finite Larmor radius are considered as generalization of our moment approximation. Results of analytical approximations and direct numerical simulation are compared, and most accurate method is found. The difference between dispersion of particle and gyrocentre displacement is discussed.

Предложен метод изучения процессов переноса пробных частиц в двухмерном случайном електрическом поле. Несмотря на его неполноту в сравнении с самосогласованным описанием он позволяет лучше управлять параметрами задачи и делает результаты исследования более объяснимыми. Рассмотрено замороженное электрическое поле. Поскольку эффекты захвата частиц сильны, эта задача служит хорошим тестом для проверки статистических методов. Ранее перенос частиц был рассмотрен нами в дрейфовом приближении; в данной работе мы исследуем влияние конечного ларморовского радиуса на этот процесс. Рассмотрено несколько способов обобщения развитого ранее дрейфового приближения. Сравнение результатов, полученных на основе аналитических приближений и прямого численного моделирования, позволило определить наиболее точный метод учёта конечного ларморовского радиуса. Уделено внимание различию в дисперсии смещения частиц и соответствующих ведущих центров.

Запропоновано метод дослідження процесів перенесення пробних частинок у двомірному випадковому електричному полі. Попри його неповноту в порівнянні із самоузгодженим описом він дозволяє краще керувати параметрами задачі, сприяє кращому розумінню результатів дослідження. Розглянуто заморожене електричне поле. Через сильний ефект захоплення частинок ця задача є добрим тестом для перевірки статистичних методів. Раніше перенесення частинок було розглянуто нами у дрейфовому наближенні; тут ми досліджуємо вплив скінченного ларморівського радіусу на цей процес. Розглянуто декілька шляхів узагальнення розвинутого раніше дрейфового наближення. Порівняння результатів, отриманих на основі аналітичних наближень та прямого числового моделювання, дозволило визначити найбільш точний метод врахування скінченного ларморівського радіусу. Приділено увагу різниці в дисперсії зміщення частинок та відповідних ведучих центрів.