Hiérarchies des modèles fluides M. Ottaviani (Ass. EURATOM-CEA, DRFC, Cadarache)

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Hiérarchies des modèles fluides M. Ottaviani (Ass. EURATOM-CEA, DRFC, Cadarache) Plan de l’exposé Rappel: échelles spatiales et temporelles Développement de basse fréquence 1: des équations de Braginskii aux modèles fluides de basse fréquence Développement de basse fréquence 2: de l’équation girocinétique aux modèles girofluides Exemples (issus de mes travaux, anciens ou en cours) • Conclusions

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Hiérarchies des modèles fluides M. Ottaviani (Ass. EURATOM-CEA, DRFC, Cadarache). Plan de l’exposé Rappel: échelles spatiales et temporelles Développement de basse fréquence 1: des équations de Braginskii aux modèles fluides de basse fréquence - PowerPoint PPT Presentation

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Hiérarchies des modèles fluides

M. Ottaviani

(Ass. EURATOM-CEA, DRFC, Cadarache)

Plan de l’exposé

• Rappel: échelles spatiales et temporelles

• Développement de basse fréquence 1: des équations de Braginskii aux modèles fluides de basse fréquence

• Développement de basse fréquence 2: de l’équation girocinétique aux modèles girofluides

• Exemples (issus de mes travaux, anciens ou en cours)

• Conclusions

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Space and time scales in magnetic confinement

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Low frequency dynamics: scales of interest

epea i c/

ITG

ETG

TEM

short- wave length ITG

plasma profile

zonal flows

zonal flows

E

a/vTe

a/vTi

Time

Space (r)

three scales

global

blobs

MHD

macro micromeso

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From kinetic to fluid: classical approach

• Kinetic equation (collision dominated) ==>

• Chapman-Enskog expansion ==>

• Braginskii equations (1960) ==>

• low frequency expansions (drift ordering) ==>

• models, eventually ad hoc closures

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From kinetic to fluid: gyrofluid approach (since 1990)

• Kinetic equation, non collisional (Vlasov) ==>

• low frequency expansion ==>

• gyrokinetic equation ==>

• moments, closures ==>

• hierarchy of gyrofluid models

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Braginskii equations

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Drift expansion

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Generalized Ohm’s law

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Hasegawa Mima model (1978)

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Hasegawa-Wakatani model (1982)

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Four field model, Hazeltine et al (1985)

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Problems

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Gyrofluid approach

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Moments of the GKE (m+n models), Dorland (1992)

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The issue of GF closures

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Further developments

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The 3+1 model from Beer (1994)

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Hasegawa-Mima, revisited

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Example 1. Collisionless reconnection: sawtooth crash

Result (Ottaviani & Porcelli, 1993)Current sheet formation on a fast timescale, controlled by el. inertia.

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Example 2. Tearing-modes at low collisionality

• Analysis of tearing modes (reconnecting modes) in regimes of low collisionality. The drift frequency exceeds the collision frequency. Electron inertia comes into play

• Employs the four-field model

• Study linear stability criteria.

• Search for bistability (coexistence of states).

• Coupling to drift waves

Electromagnetic solution, islandlocalized electric potential

Electrostatic solution, small islandde-localized electric potential, drift-wave

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Example 3. Ion temperature gradient turbulence

• General goal: determine the dependence of turbulent thermal transport as a function of dimensionless parameters (Manfredi & Ottaviani, 1997, and foll.)

• ITG model:

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Conclusions (personal)

• Conventional low frequency fluid models still useful, at least for a first approach to a given problem

• Gyrofluid models more flexibles, take naturally into account the anisotropy

• Good practical closures for the parallel dynamics exist, if sufficiently high order momenta are kept, especially when magnetic fluctiations are present

• FLR closures still involved, complicated. Problematic at very short wavelengths (below the ion Larmor radius)

• More work ?