A simplified model of collision-driven dynamo action in small bodies
我们研究了自维持发电机作用在一个旋转的球体，其旋转方向反转周期性的数字。这个系统就像是一个简单的模型，由频繁的碰撞提供动力的小物体中的发电机。发现在一定的碰撞率区间内，发电机作用是可能的。在高埃克曼数时，层流上旋流在边界层中呈螺旋形，Ekman环流与方位角剪切一起为发电机作用提供动力。在低埃克曼数时，非轴对称不稳定性有助于发电机动作。在低埃克曼数时，磁场发生不稳定。
2015-01-22 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Magnetic field generation by intermittent convection
通过将普朗特数固定为$P=0.3$，并改变瑞利数Ra作为控制参数，数值研究了导电流体三维Rayleigh-Bénard对流中的磁场产生.最近报道的路线超混沌涉及准周期制度，危机和混沌间歇吸引子如下，和发电机行动的临界磁普朗特数（$P_m^c$）被确定为Ra的函数。的发病机制中的磁能的不稳定性进行了描述，最有益的对流制度发电机行动在这个过渡到弱湍流的确定，和不稳定性的影响的依赖$P_m^c$ Ra进行了讨论。
2017-07-23 physics.flu-dyn
Subcritical dynamo bifurcation in the Taylor Green flow
我们报告直接数值模拟发电机产生的流量使用泰勒-格林强迫。我们发现该分岔是次临界的，并给出了其分岔图。我们将相关的滞后行为与由洛伦兹力的作用引起的流体力学变化联系起来。我们展示了发电机磁场的几何形状，并讨论了如何发电机过渡时，可以诱导的外部场施加到流。
2007-07-24 astro-ph physics.flu-dyn
Intermittent magnetic field excitation by a turbulent flow of liquid sodium
麦迪逊发电机实验中测得的磁场表明，当施加轴向磁场时，会出现间歇性的增长。间歇性场的几何形状是一致的增长最快的磁本征模预测的运动发电机理论使用层流模型的平均流量。虽然平均流的本征模衰减，它是假设，湍流的速度场的波动改变流动的几何形状，使本征模的增长率是暂时的积极。因此，可以预期，湍流发电机的开始的特征是磁不稳定性。
2006-07-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Small-scale turbulent dynamo for low-Prandtl number fluid: comparison of the theory with results of numerical simulations
P.N.Lebedev Physical Institute of RAS（俄罗斯科学院列别杰夫物理研究所）；National Research University Higher School of Economics（国立高等经济大学）
研究通过比较理论与数值模拟，探讨了高和中等雷诺数下湍流发电机的临界磁雷诺数及增长率，指出使用准拉格朗日速度相关子能更好地解释磁场所生成机制，且与模拟结果一致。
2026-03-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Universality and intermittency in relativistic turbulent flows of a hot gas
为了确定相对论湍流的统计特性，揭示新的非经典特征，我们采用高阶数值方法对超相对论热等离子体中的驱动湍流进行了直接数值模拟.本文研究了平均马赫数从$\sim 0.4$到$\sim 1.7$，平均洛伦兹因子到$\sim 1.7$的流动的统计特性。我们发现，流量，如能量密度或本地洛伦兹因子，显示大的空间变化，即使在亚音速的情况下，压缩性增强相对论效应。的速度场是高度间歇性的，但它的功率谱被发现是在很好的协议与经典理论的Kolmogorov的预测。
2012-10-26 astro-ph.HE gr-qc physics.flu-dyn
Understanding large-scale dynamos in unstratified rotating shear flows
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（理论科学国际中心，塔塔基础研究所）；Princeton Plasma Physics Laboratory, Princeton University（普林斯顿等离子体物理实验室，普林斯顿大学）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（天体物理学系，普林斯顿大学）；Department of Physics and Astronomy, University of Rochester（物理与天文系，罗切斯特大学）
本研究结合模拟与新分析方法，克服过往研究缺陷，揭示无分层旋转剪切流中非螺旋平均场大尺度发电机的增长与饱和机制，阐明其场放大、再生及饱和的具体物理过程。
2025-11-19 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Nonlinear dynamos at infinite magnetic Prandtl number
在无限磁普朗特数的极限下研究了发电机的不稳定性。在这个极限中，假定流体是非常粘滞的，这样惯性项可以忽略，流动受力的影响。强迫由驱动发电机流的外部强迫函数和由磁场的反作用引起的洛伦兹力组成。所研究的流动是Archontis流动和在两个不同尺度下强迫的ABC流动。调查涵盖了大约三个数量级的磁雷诺数以上的发病。所有的流动表现出微弱的平均磁能增加的磁雷诺数的增加。大部分的磁能集中在扁平的细长结构中，该细长结构产生具有小螺线管投影的洛伦兹力，使得所产生的磁场配置几乎是无力的。虽然所研究的系统具有零动力学雷诺数在足够大的磁雷诺数的结构是不稳定的小尺度波动，导致在一个混乱的时间行为。
2010-10-29 physics.flu-dyn
Generalized quenching of large-scale magnetic dynamos in anisotropic flows
伴随着大尺度上相反符号增长的小尺度磁螺旋度的建立是平均场发电机的传统动力学猝灭理论的核心。然而，传统的形式主义假设各向同性湍流，从而排除了磁洛伦兹反反应的一部分。这使得它不足以预测一般各向异性流动的完全淬火。为了克服这一不足，我们推导出一个新的广义淬火形式主义，包括充分的反作用洛伦兹力，和一个新的“选择性阻尼$τ$“封闭，保持磁螺旋。我们应用的形式主义的$\bmα^2$发电机的例子，并显示其预测淬火不同情况下的湍流-各向同性螺旋，各向异性螺旋，各向异性非螺旋。它预测强于常规淬火一般，但减少到传统的情况下，在螺旋各向同性的限制。
2020-06-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Analysis of the Effect of a Mean Velocity Field on Mean Field Dynamo
我们研究半解析和一致的方式，产生的平均速度场$\bar{\mathbf{U}}$的螺旋MHD湍流，和效果，这个字段可以对平均场发电机。假设一个预定的，最大螺旋小尺度速度场，我们表明，大尺度流动可以产生在MHD湍流，通过小尺度洛伦兹力。这些流通过新的项反作用于平均场发电机的平均电动势，使原始的$α$和$β$项明确地未被修改。交叉螺旋度在连接所有效应中起着关键作用。在我们选择使用的最小$τ$闭包中，弛豫时间越长，影响越强。
2007-04-17 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Effects of kinematic and magnetic boundary conditions on the dynamics of convection-driven plane layer dynamos
利用DNS方法研究了不同运动学和磁场边界条件下的对流驱动快速旋转发电机。在一个固定的旋转速率下，由埃克曼数$E=5\times10^{-7}$表示，热强迫在对流开始时的值（$\mathcal{R}=Ra/Ra_c=2-20$）的2到20倍之间变化，保持流体性质恒定（$Pr=Pr_m=1$）。发电机的统计特性、力平衡和热传输特性取决于决定边界层和内部动力学的边界条件。在一个固定的热强迫（$\mathcal{R}=3$），在粘性边界层的存在下，埃克曼羽流导致高能量的涡，导致更高的拟能和动力学螺旋度与无滑移边界相比，自由滑移边界。磁场的结构和强度也由边界条件决定。虽然主导秩序的力量平衡仍然是地转，洛伦兹力占主导地位的热边界层内无滑移，导电壁。在这里，洛伦兹功项中的湍流动能预算被发现有组件，交换能量从速度场的磁场，反之亦然。然而，在无滑动绝缘壁的情况下，所有洛伦兹功分量执行单向能量传递以从流体的动能产生磁能。与非磁旋转对流相比，发电机中的传热增强在$\mathcal{R}=3-5$范围内表现出峰值。对于自由滑移条件，发电机的作用可以通过抑制大尺度涡的形成来改变热输运。然而，最高的传热增强发生时，边界是无滑动，导电壁。
2022-02-07 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Universality and intermittency in relativistic turbulent flows of a hot plasma
为了确定相对论性湍流的统计特性，揭示新的非经典特征，我们采用高阶数值方法对超相对论性热等离子体中的驱动湍流进行了直接数值模拟。本文研究了平均马赫数从$\sim 0.4$到$\sim 1.7$，平均洛伦兹因子到$\sim 1.7$的流动的统计特性。我们发现，流量，如能量密度或本地洛伦兹因子，显示大的空间变化，即使在亚音速的情况下，压缩性增强相对论效应。的速度场是高度间歇性的，但它的功率谱被发现是在很好的协议与经典理论的Kolmogorov的预测。总的来说，我们的研究结果表明，相对论效应能够显着提高流动的不稳定性，并影响高阶统计的速度场，而保持不变的低阶统计，而不是似乎是普遍的，并在很好的协议与经典的Kolmogorov理论。据我们所知，这些是迄今为止对驱动相对论湍流最精确的模拟。
2013-03-04 astro-ph.HE gr-qc physics.flu-dyn
Energy Fluxes during Dynamo Reversals
利用磁流体力学方程组的直接数值模拟，我们研究了导电流体在球体中流动所产生的磁场的反转。我们表明，在低磁普朗特数，Pm=0.5，减少的磁能，欧姆耗散和功率的洛伦兹力在反转过程中，其次是增加的功率注入的驱动力的流动和粘性耗散的增加。互相关表明，洛伦兹能流相对于其他能流是超前的。我们还观察到，在反转过程中，最大的磁能密度从一个半球迁移到另一个半球，并返回到其初始位置，与最近的实验观察。对于较大的磁普朗特数（Pm= 1，2），磁场反转不显示这些趋势，并强烈不同。
2013-09-19 physics.flu-dyn
Magnetic effects on fields morphologies and reversals in geodynamo simulations
发电机效应是解释天体非原始磁场的最热门的候选者。虽然许多系统的参数研究已经作出了直接的数值地球发电机模拟探索，以确定不同的动力学制度，它只是最近的制度，对应于地球的外核之间的科里奥利力和洛伦兹力的力量平衡的特点是数字访问。在以前的大多数研究中，洛伦兹力所起的作用相对较小。例如，他们已经表明，一个纯粹的流体动力学参数（当地的Rossby数$Ro_\ell$确定的稳定域的发电机主导的轴向偶极子（偶极发电机）。在这项研究中，我们表明，这一结果不能举行时，洛伦兹力成为主导。通过改变几个数量级的重要参数，我们用强洛伦兹力模拟湍流地球发电机。这种方法使我们能够质疑以前的结果，并认为在应用程序的数值发电机，以更好地理解地球发电机问题。强偶极场对对流运动的动能分布有很大影响，这使得这种场的结构得以维持。每个力的相对重要性取决于空间长度尺度，而$Ro_\ell$是忽略空间依赖性的全局输出参数。我们表明，惯性不会引起偶极崩溃，只要洛伦兹力和科里奥利力仍然占主导地位，在大的长度尺度。
2020-07-10 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Direct numerical simulations of optimal thermal convection in rotating plane layer dynamos
本文研究了两平行平板间旋转平板层内对流驱动发电机的传热特性。在固定的旋转速率（Ekman数，$E=10^{-6}$）和流体性质（热和磁普朗特数，$Pr=Pr_m=1$）下，分别进行发电机对流（DC）和非磁旋转对流（RC）模拟，以标定不同热强迫（Rayleigh数，$Ra=3.83\times10^{9}-3.83\times10^{10}$）下磁场对热输运的影响。在这个范围内，我们的湍流解决模拟表明存在一个最佳的热强迫，在DC板之间的传热表现出最大的增强，相比，在RC模拟的热传输。与文献中报道的任何全局力平衡不同，本模拟揭示了\textit{thermal boundary layer}中洛伦兹力的增加，这是由于无滑移边界条件下壁附近的涡流拉伸了磁场线。这种洛伦兹力的增加减轻了由于科里奥利力引起的湍流抑制，导致增强的湍流和热传递
2021-10-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Contributions to the theory of a two-scale homogeneous dynamo experiment
卡尔斯鲁厄发电机实验的原理与罗伯茨发电机实验的原理密切相关，罗伯茨发电机实验的原理与简单的流体流动有关，该流体流动相对于适当的笛卡尔坐标x，y和z，在x和y上是周期性的，并且与z无关。一个修改的罗伯茨发电机问题被认为是一个更类似的流动，在实验装置。数值计算的解决方案，并在此基础上的实验发电机的激励条件的估计。在平均场发电机理论的框架下，修正的Roberts发电机问题也被考虑，其中流体运动的关键诱导效应是各向异性α效应。数值结果给出的平均场系数对流体流量的依赖性。在此框架内的发电机的励磁条件也进行了讨论。发电机在非线性状态下的行为，即磁场对流体流动的反作用，取决于洛伦兹力对流速的影响。确定这种效应的量是数值计算的。的平均场系数和数量描述的反反应的结果提供了早期的结果，这是在简化的假设下获得的校正。
2002-11-26 astro-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Some Unusual Properties of Turbulent Convection and Dynamos in Rotating Spherical Shells
旋转球壳中对流流体的动力学在单位阶普朗特数下由微分旋转和滚动状对流涡之间的相互作用所控制。虽然差动旋转是由涡的雷诺应力驱动的，但其剪切作用抑制了对流，并导致局部对流和湍流弛豫振荡等现象。在发电机动作的情况下，系统的响应被丰富。洛伦兹力可以完全或部分地制动地转差旋，并产生两种截然不同的发电机状态。当磁普朗特数为1时，湍流发电机存在双稳性。虽然平均磁能和动能之间的比率相差5倍或更多的两个发电机状态，平均对流热传输几乎相同。它们比没有磁场时大得多。
2009-05-22 physics.flu-dyn physics.space-ph
Strong-Field Spherical Dynamos
地球发电机的数值模型通常分为两类：当惯性项足够小时观察到的称为偶极模式的模型，以及多极波动发电机，用于更强的强迫。我们表明，第三发电机分支对应的科里奥利力和洛伦兹力之间的主导力平衡可以产生数值。这种力平衡通常被称为强场极限。这种解决方案与经常描述的粘性分支共存。直接数值模拟表现出从弱场发电机分支的过渡，其中粘性效应设置占主导地位的长度尺度，和强场分支，其中粘性和惯性效应在很大程度上可以忽略不计。这些结果表明，需要寻求一个突出的限制，以产生相关的地球发电机的数值模型，并在给定的埃克曼数的磁普朗特数（流体运动粘度的磁扩散率的比率）最小化的通常方法是误导。
2016-08-15 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Study of Dynamo Action in Three Dimensional Magnetohydrodynamic Plasma with Arnold-Beltrami-Childress Flow
研究了三维磁流体动力学（MHD）等离子体中以ABC流为初始条件的发电机作用。该研究描绘了从相干非线性振荡到发电机过渡的关键参数。此外，在磁普朗特数等于单位的动力学和动力学模型的发电机行动的驱动ABC流进行了研究。磁电阻率选择在发生快速发电机的值处，并且生长速率不随磁电阻率的变化而进一步变化。磁能增长的指数增加，表明一个更快的发电机，如果一个较高的波数相比，一个较低的波数被激发。这个结果对于运动学的和外力的动力发电机都是适用的，其中磁场对速度场的反作用不再是可以忽略的。在一个受外力的动态发电机的情况下，超阿尔文流已被发现激发强大的发电机引起的磁能增长的7个数量级。磁场通过洛伦兹力项对速度场的反作用影响了速度场的动力学特性，进而影响了磁场的动力学特性，当发电机作用非常显著时，会导致磁场饱和。
2019-01-28 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Approaching a realistic force balance in geodynamo simulations
地球维持其磁场的发电机过程由液体外核对流驱动。地球发电机模拟已经成功地再现了许多观测到的地磁场特性。然而，虽然理论上的考虑表明，核心中的流动是由洛伦兹力，旋转力和浮力之间的平衡（称为磁，阿基米德，科里奥利MAC平衡）与粘性和惯性力只有微小的作用，发电机模拟必须采用粘度值，由于计算的限制，许多数量级大于核心。在典型的地球发电机模型中，粘性力和惯性力并不比科里奥利力小多少，而洛伦兹力起次要作用。这导致的结论是，这些模拟是粘性控制，并不代表地球发电机的物理。在这里，我们表明，通过直接分析的相关力量，MAC平衡时，粘度降低到接近目前的实际限制的值可以实现。洛伦兹力、浮力和科里奥利力的未补偿（通过压力）部分具有非常相似的强度，而粘性和惯性在流体体积的主体中小至少20倍。与其他参数相同的非磁对流相比，发电机流的尺度更大，平行于旋转轴的不变性更小（地转性更小），对流传输的热量是对流的两倍，当洛伦兹力强烈影响对流特性时，所有这些都是可以预期的。
2016-10-10 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Asymptotic behaviour of rotating convection-driven dynamos in the plane layer geometry
本文对Ekman数（$E$）、磁Prandt数（$Pm$）和Rayleigh数（$Ra$）范围内的平面层几何中旋转对流驱动的发电机进行了数值研究。调查的主要目的是比较结果的模拟与以前开发的渐近理论，适用于快速旋转的限制。我们发现，所有的模拟是在准地转制度中的科里奥利力和压力梯度力近似平衡的领先秩序，而所有其他的力量，包括洛伦兹力，作为扰动。结果表明，模拟结果与热力学、流速、磁场幅值和长度尺度的渐近标度结果基本一致，从大尺度发电机到小尺度发电机的过渡过程可以用基于小对流长度尺度的磁雷诺数$\widetilde{Rm}$来描述，当采用$\widetilde{Rm} \lesssim O(1)$时，大尺度发电机是最佳选择.观测到大尺度磁场的大小随着瑞利数的增加而饱和并变得近似恒定。能谱表明，所有的长度尺度存在于流场和小尺度磁场是一致的缩放的$E^{1/3}$，即使在湍流制度。对于一个固定的$E$值，我们发现，粘性耗散长度尺度是近似恒定的$Ra$的范围很宽;欧姆耗散长度尺度是近似恒定的大规模发电机制度内，但过渡到一个$\widetilde{Rm}^{-1/2}$缩放在小规模发电机制度。
2022-08-02 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Convection-driven kinematic dynamos at low Rossby and magnetic Prandtl numbers
大多数大尺度行星磁场被认为是由低罗斯贝数对流的低磁性普朗特数流体。在这里，运动发电机行动的渐近，快速旋转发电机模型的平面层几何形状，本质上是低磁普朗特数的影响。的热普朗特数和瑞利数的变化来说明流态的根本变化，从层流细胞对流地转湍流中存在的逆能量级联。对流产生发电机的效率降低，由临界磁雷诺数的增加确定，观察到的浮力强迫增加。这种降低的效率可能是由于与所产生的流动的日益无序的状态相关联的相关性的损失以及局部增强磁扩散的边界层行为。我们发现，空间特性的$α$，从而大规模的磁场，是依赖于只有微弱的变化，在流动行为。然而，我们的研究结果仅限于线性，运动发电机政权，未来的模拟，包括洛伦兹力，因此有必要评估这一结果的鲁棒性。与大尺度磁场相反，小尺度磁场的行为直接取决于小尺度对流场，因此表现出与小尺度对流场的显著变化。
2016-07-28 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Numerical simulations of current generation and dynamo excitation in a mechanically-forced, turbulent flow
本文用三维数值计算方法研究了机械驱动球形发电机实验中湍流在电流产生和磁场自激中的作用。一个简单的叶轮模型驱动的流动，可以产生一个不断增长的磁场，这取决于磁雷诺数，Rm，和流体雷诺数。当流动是层流时，发电机过渡是由一个简单的阈值在Rm，以上的增长的磁本征模观察。本征模主要是一个偶极场横向对称轴的流动。在饱和时，洛伦兹力使流动减慢，使得磁本征模变得勉强稳定。对于湍流，发电机本征模被抑制。抑制的机制是由于一个随时间变化的大尺度场和波动驱动电流的存在，有效地提高磁扩散率的组合。对于更高的Rm，发电机再次出现，然而磁场的结构通常与层流发电机不同;它由偶极磁场主导，该偶极磁场与平均流的对称轴对齐，显然是由波动驱动的电流产生的。通过对层流和湍流施加弱磁场，研究了脉动驱动电流。由波动产生的磁场是显着的：与平均流的对称轴对齐的偶极矩产生类似于在实验中观察到的，并观察到环形和极向通量驱逐。
2006-11-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dynamo instabilities in plasmas with inhomogeneous chiral chemical potential
我们研究了手征磁流体力学中磁场的动力学，它考虑了高能等离子体中与手征磁效应有关的附加电流的影响。我们进行直接的数值模拟，考虑弱种子磁场和手性化学势μ_5与零平均的不均匀性。我们表明，一个小规模的手征发电机可以发生在这样的等离子体中，如果波动的μ_5的长度尺度上，是远远大于发电机增长率达到最大值的规模相关。由于小尺度的手征发电机不稳定性，磁涨落增长了许多数量级。一旦产生的磁场对μ_5波动的非线性反作用开始，这些尺度的比率就会减小，发电机就会饱和。当磁波动增长到足以通过洛伦兹力达到最大场强之前驱动湍流，一个额外的平均场发电机阶段被确定。平均磁场在波动分量的放大饱和之后以大于湍流的积分尺度的尺度增长。平均磁场的增长率是由与电流螺旋度成比例的磁α效应引起的。随着湍流的开始，μ_5的功率谱发展出与其初始形状无关的普适k^（-1）标度，而磁能谱则接近k^（-3）标度。
2022-02-12 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
Run-away transition to turbulent strong-field dynamo
本文利用动态模式分解分析弱场与强场发电机状态间的转变，发现亚谐波不稳定性促成向强发电机的亚临界转变，并为降阶建模提供模态基础。
2025-05-10 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
A Multiscale Dynamo Model Driven by Quasi-geostrophic Convection
在低罗斯贝数的限制下，建立了一个对流驱动的多尺度发电机模型，该模型适用于重力和旋转矢量一致的平面层几何结构。小尺度脉动动力学由磁修正的准地转的方程组描述，大尺度平均动力学由诊断热成风平衡控制。该模型采用三个时间尺度，分别表征对流时间尺度，大尺度磁演化时间尺度，和大尺度热演化时间尺度。对于一阶和低磁普朗特数的情况，导出了不同的方程。结果表明，低磁普朗特数模型的特点是由一个磁动能比是渐近大，欧姆耗散主导粘性耗散的大尺度。对于一阶磁普朗特数模型的磁场和动能均分和欧姆和粘性耗散都是弱的大尺度上，大尺度欧姆耗散发生在薄的磁性边界层相邻的固体边界。对于这两种磁普朗特数的情况下，埃尔萨瑟数是小的，因为洛伦兹力不进入领先的顺序力平衡。新模型可以被认为是最初由Childress和Soward [Phys.Rev.Lett.，\textbf{29}，第837页，1972年]。这些模型可能是有用的了解对流驱动发电机的动态制度，只是刚刚成为直接数值模拟。
2015-07-03 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Nonlinear interaction between dynamo-generated magnetic fields, mean flows and internal gravity waves in stellar stably-stratified layers: From 3D to 1D
Laboratoire de Physique de l’Ecole normale superieure ENS Universite PSL CNRS Sorbonne Universite Universite de Paris（巴黎高等师范学院物理实验室）；Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) Northwestern University（西北大学天体物理学跨学科探索与研究中心）；Laboratoire d’Instrumentation et de Recherche en Astrophysique (LIRA) Observatoire de Paris Université PSL Sorbonne Université Université Paris Cité CY Cergy Paris Université CNRS（巴黎天文台天体物理仪器与研究实验室）；Université Paris-Saclay CNRS Institut d’astrophysique spatiale（巴黎萨克雷大学空间天体物理研究所）；Departament d’Astronomia i Astrofisica Universitat de Valencia（瓦伦西亚大学天文学与天体物理学系）；Institut Universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）
研究恒星稳定分层层中发电机场、均流和内部重力波的非线性相互作用，提出基于1D平均场模型的动态建模方法，揭示磁场对旋转剪切层振荡的影响。
2026-02-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Solenoidal force balances in numerical dynamos
本文提出通过消除力的梯度部分构建螺线管力平衡，对球形数值模拟进行尺度依赖分析，揭示了与传统力平衡不同的动力学图景，并强调在类地球地核模拟中应仅比较力的螺线管部分。
2023-06-04 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Relating force balances and flow length scales in geodynamo simulations
在流体动力学中，流动长度尺度的标度行为通常用于推断系统的支配力平衡。成功方法的关键是测量代表溶液中所含能量（能量相关）和指示所建立的力平衡（动态相关）的长度尺度。在旋转对流和磁流体动力发电机在球壳的数值模拟中，它仍然很难测量的长度尺度，都是积极的和动态相关的，这导致了相互矛盾的解释的基本力平衡。通过分析一组广泛的磁性和非磁性模型，我们专注于两个长度尺度，实现能量和动力学的相关性。第一个是极向动能谱的峰值，我们成功地将其与力平衡谱表示上的交叉点进行了比较。在大多数发电机模型中，这一结果证实了系统的主导长度尺度是由准地转（QG-）MAC（Magneto-Archimedean-Coriolis）平衡控制的。在非磁对流模型中，分析倾向于QG-CIA（科里奥利-惯性-阿基米德）平衡。在发电机模型中，我们引入了第二个与流中轴向不变性损失相关的能量相关长度尺度。我们再次将这个长度尺度与尺度相关的力平衡图中的交叉点联系起来，该交叉点标志着大尺度地转（科里奥利力和压力的平衡）和小尺度磁旋之间的过渡，其中洛伦兹力超过科里奥利力。这两个积极的和动态相关的长度尺度的尺度分析表明，地球的发电机是由QG-MAC平衡控制在一个占主导地位的规模约为200公里，而磁旋效应被推迟到小于50公里的规模。
2020-11-30 physics.flu-dyn physics.geo-ph
The dynamics and excitation of torsional waves in geodynamo simulations
在快速旋转的行星核心中，主要的力平衡是在科里奥利力、压力、浮力和洛伦兹力之间。这种磁致旋平衡导致泰勒状态，其中空间平均的方位角洛伦兹力被迫在与旋转轴对齐的圆柱上消失。任何偏离这种状态都会导致扭转振荡，在地球的长期变化中已经观察到了扭转振荡的特征，并被认为通过角动量守恒影响了日长的变化。为了研究扭转振荡的动力学，我们在一个球壳中进行了几个三维发电机模拟。在我们的许多模拟中，我们发现了扭转振荡，通过它们以正确的阿尔文速度传播来识别。我们发现，波的传播的频率，位置和方向的影响的参数的选择。在切向圆柱体中观察到扭转波，并且扭转波也有能力穿过切向圆柱体。我们的几个模拟显示波的核心旅行时间为4至6年。我们计算了这些波的驱动项，发现雷诺力和通过洛伦兹力作用的非地转对流在驱动扭转振荡中是重要的。
2013-07-23 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Vortex-magnetic competition and regime transitions in antiparallel flux tubes
Max Planck Institute for Solar System Research（马克斯·普朗克太阳系研究所）；Universidad de Cádiz（加的斯大学）
研究揭示了反向磁通管中涡旋与磁性竞争的三种相变机制，揭示了惯性-洛伦兹平衡对MHD湍流能量传输和结构形成的作用。
2025-09-22 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Effects of magnetic and kinetic helicities on the growth of magnetic fields in laminar and turbulent flows by helical-Fourier decomposition
我们提出了一个不可压缩的均匀导电流体的螺旋傅立叶表示的数值和分析研究。我们分析研究小规模和大规模的发电机性能，以及逆级联的磁螺旋，在最一般的最小子集的相互作用速度和磁场上的一个封闭的傅立叶三和弦。我们主要集中在磁场增长的动力学和磁螺旋之间的三个相互作用的波数的分布的函数的依赖性。通过结合直接数值模拟的全磁流体动力学方程的螺旋傅立叶分解，我们在数值上证实，在运动发电机制度的系统开发了一个大规模的磁螺旋相反的符号相比，小规模的动力螺旋，一种三元组由三元组$α$ -效果在傅立叶空间。关于小尺度扰动，我们从理论上预测和数值上证实，最大的不稳定性是实现了相同的螺旋度的流的磁性组件，在协议的拉伸-扭曲-折叠机制。反之亦然，在存在的洛伦兹反馈的速度，我们发现，逆级联的磁螺旋度大多是本地的，如果磁和动力学螺旋度有相反的符号，而它是更非本地和更激烈的，如果他们有相同的符号，如预测的分析方法。我们的分析和数值计算结果进一步证明了螺旋傅立叶分解的潜力，以阐明在充分发展的湍流和层流中的磁和动力学螺旋纠缠动力学。
2017-03-01 astro-ph.EP astro-ph.SR nlin.CD
Turbulent geodynamo simulations: a leap towards Earth's core
我们提出了一种尝试，以达到现实的湍流制度的直接数值模拟的地球发电机。我们依赖于一个序列的三个对流驱动的模拟在一个快速旋转的球壳。最极端的情况是通过降低粘度（磁普朗特数Pm=0.1），同时保持剧烈的对流（磁雷诺数Rm>500）和快速旋转（埃克曼数E= 1 e-7），达到地球的核心区域，在今天的超级计算机上是可行的。详细而全面的分析突出了与地磁观测或发电机理论预测相匹配的几个关键特征-所有这些都在同一个模拟中出现-但它也揭示了与地球核心动力学相关的有趣见解。在这个强场，偶极主导的发电机模拟中，磁能比动能大一个数量级。磁场强度的空间发布是高度不均匀的，并且切向圆柱体的内部和外部之间存在着鲜明的动力学对比（平行于围绕内核的旋转轴的圆柱体）。在内部，磁场最强，并且与强有力的扭曲极涡相关联，其动力学可能偶尔导致在壳的表面处形成反向极性通量补丁。此外，强磁场还允许轻材料在切向圆柱体内积聚，从而导致那里的稳定分层。在切向圆柱体附近频繁触发扭转Alfv{é}n波并向赤道方向传播，切向圆柱体外磁场抑制纬向风的增长，动能多为非纬向。时空分析表明，低频非纬向气流具有明显的地转性（柱状）和主要是大型：在我们最极端的模拟中，在没有任何异质边界强迫的情况下，m=1的涡流自发地出现。我们的时空分析进一步揭示了（i）低频、大尺度流动由科里奥利力和浮力之间的平衡控制--磁场和流动倾向于对齐，最大限度地减少洛伦兹力;（…
2017-06-15 physics.flu-dyn physics.geo-ph
