A steady-state single fluid MHD model which describes the equilibrium of plasma parameters in a collisional, rotating plasma column with temperature gradients and a non-uniform externally applied magnetic field is developed. Two novel methods of simplifying the governing equations are introduced. Specifically, a 'radial transport constraint' and an ordering argument are applied. The reduced system is subsequently solved to yield the equilibrium of macroscopic plasma parameters in the bulk region of the plasma. The model is benchmarked by comparing these solutions to experimental measurements of axial velocity and density for a hydrogen plasma in the converging-field experiment MAGPIE and overall a good agreement is observed. The plasma equilibrium is determined by the interaction of a density gradient, due to a temperature gradient, with an electric field. The magnetic field and temperature gradient are identified as key parameters in determining the flow profile, which may be important considerations in other applications.
定常状態の単一流体MHDモデルを構築し、温度勾配と非一様な外部印加磁場を有する回転プラズマ柱におけるプラズマパラメータの平衡を記述する。基礎方程式を簡略化するための2つの手法を導入する。具体的には、「径方向輸送制約」とオーダリング議論を適用する。簡略化された方程式系を解くことにより、プラズマのバルク領域における巨視的パラメータの平衡が得られる。このモデルは、収束磁場実験MAGPIEにおける水素プラズマの軸方向速度と密度の実験測定値と比較することにより検証され、全体として良好な一致が得られる。プラズマ平衡は、温度勾配に起因する密度勾配と電場との相互作用によって決定される。磁場と温度勾配は、流れのプロファイルを決定する主要パラメータとして特定され、これらは他の応用においても重要な考慮事項となり得る。