Interchange Method in Compressible Magnetized Couette Flow: Magnetorotational and Magnetoconvective Instabilities
本文利用能量变分原理，即所谓的互换法，得到了磁化可压缩Couette流的轴对称稳定性准则的一般形式。这个公式解释了初始平衡态中同时存在的重力、旋转、环形磁场、弱轴向磁场、熵梯度和密度梯度。该方法的力量在于它的简单性，使我们能够获得非常紧凑和物理上清晰的表达式，尽管包括这么多的物理效应的相关稳定性准则。在该方法的实现中，所有适用的守恒定律都明确考虑到在变化的量与尺寸的能量，我们称之为“自由能函数。“在平面平行大气和均匀熵流的限制下，我们的公式很容易恢复对流和帕克不稳定性抑制的稳定性标准，以及40多年前纽科姆和采尔科夫尼科夫通过费力的变分技术研究的一些相关特例。
2002-11-22 astro-ph
Simulations of Magnetorotational Instability in a Magnetized Couette Flow
在准备的磁旋转不稳定性（MRI）在液体金属的实验研究，我们提出了非理想的二维磁流体动力学模拟的非线性演化的MRI在实验几何。模拟采用初始均匀的垂直磁场、传导径向边界和周期性垂直边界条件。在气缸处施加无滑动条件。我们的线性增长率与现有的本地和全球线性分析相比。MRI在水平磁场与初始轴向磁场相当的情况下非线性饱和。角动量输运速率比初始状态略有增加，但增加幅度很大。对于适度的流体和磁雷诺数Re，Rm之间的100和1000，最终状态是层流减少平均剪切除了附近的径向边界，并与极向环流缩放作为电阻率的平方根，在部分协议与Knobloch和朱利安的分析。在Rm=20和100 < Re <25，600的条件下进行的一系列模拟能够外推到实验状态（Rm ~ 20，Re ~ 10^7），尽管边界条件不切实际。MRI应将实验测量的扭矩大幅增加至超过其初始纯流体动力学值。
2006-01-20 astro-ph
Liquid metal experiments on the helical magnetorotational instability
磁旋转不稳定性（MRI）在恒星和黑洞的形成过程中起着至关重要的作用。通过使流体动力学稳定的开普勒流不稳定，MRI触发湍流，并使吸积盘中的角动量向外传输成为可能。我们提出了一个液体金属泰勒-库埃特实验的螺旋磁场的影响下，表现出典型的功能，MRI在雷诺数的顺序1000和哈特曼数的顺序10。特别是重点放在一个改进的实验中，分裂端盖被用来尽量减少埃克曼泵。
2008-12-19 astro-ph
Shearing and embedding box simulations of the magnetorotational instability
两种不同的计算方法的磁旋转不稳定性（MRI）的追求：剪切盒的方法，这是适合于本地模拟和嵌入盒的方法，其中泰勒Couette流嵌入在一个盒子，使数值问题的坐标奇异性被避免。提出了新的剪切盒模拟，并讨论了常规和高粘度之间的差异。对嵌入盒中的球形非线性Taylor Couette流进行了初步模拟，研究了轴向场对背景流的影响。
2004-12-15 astro-ph
Experiments on the magnetorotational instability in helical magnetic fields
磁旋转不稳定性（MRI）通过使吸积盘中的角动量向外输运，在恒星和黑洞的形成中起着关键作用。使用组合的轴向和方位角磁场允许在中等雷诺数和哈特曼数的液态金属流的这种效果的调查。各种实验结果表明，在泰勒-库埃特流使用液态金属合金GaInSn的MRI的发生的证据。
2007-01-02 astro-ph
Comment on "Helical MRI in magnetized Taylor-Couette flow"
Liu等人[Phys. Rev. E 74，056302（2006）]提出了螺旋磁旋转不稳定性（HMRI）的WKB分析，并声称它不存在开普勒旋转轮廓。我们表明，如果包括径向边界条件，HMRI可以存在，即使旋转配置文件作为平坦的开普勒，只要至少有一个边界是足够的传导。
2007-05-10 astro-ph
Helical Magnetorotational Instability in Magnetized Taylor-Couette Flow
Hollerbach和Rudiger报道了在轴向和方位向磁场联合作用下磁化Taylor-Couette流中的一种新型磁旋转不稳定性（MRI）。这种“螺旋”MRI（HMRI）的突出优点是在任意低的磁雷诺数和伦德奎斯特数下发生边缘不稳定性，这表明HMRI可能比标准MRI（仅轴向场）更容易实现。我们证实了他们的结果，计算HMRI的增长率，并表明，在电阻极限，HMRI是一个弱不稳定的惯性振荡沿轴在一个独特的方向传播。但是我们报告了HMRI的其他特征，这些特征使得它对实验和电阻性天体物理盘不那么有吸引力。生长速率很小，需要很大的轴向电流。更重要的是，不稳定的高阻流是特有的无限长或周期性的圆柱体：有限的圆柱体与绝缘端盖被证明是稳定的，在这个限制。此外，开普勒旋转配置文件是稳定的阻力限制，无论轴向边界条件。然而，附加的环形场降低了阈值的不稳定性，即使在有限的圆柱体。
2006-06-06 astro-ph physics.flu-dyn
Experimental evidence for magnetorotational instability in a helical magnetic field
最近的一篇论文[R. Hollerbach和G. Rudiger，Phys. Rev. Lett. 95，124501（2005）]已经表明，如果施加轴向和方位磁场，则泰勒-库埃特流中的磁旋转不稳定性（MRI）的起始阈值显著降低。与此预测一致，我们提出的泰勒-库埃特实验与液态金属合金GaInSn的结果，显示的MRI的存在的证据，在雷诺数的顺序1000和哈特曼数的顺序10。
2006-06-20 astro-ph physics.flu-dyn
Nonaxisymmetric patterns in the linear theory of MHD Taylor-Couette instability
本文研究了在不同磁普朗特数Pm下，垂直无限延伸的MHD泰勒-库埃特流的线性稳定性。计算是针对\hat η=0.5的宽间隙容器，在轴向均匀磁场作用下进行的，不包括反向旋转的圆柱体。对于流体动力学稳定和不稳定的流动，磁旋转不稳定性产生特定（低）磁场振幅和Pm> 0.01的雷诺数的特征最小值。当Pm <~ 1时，存在一个特征磁场幅值，超过该幅值，不稳定性以方位角数m=1的非轴对称螺旋的形式出现。显然，磁场能够激发非轴对称的配置，尽管从发电机理论已知的差异旋转的倾向，有利于轴对称的磁场。然而，如果Pm太大或太小，m=0的轴对称模式似乎是最不稳定的模式，具有最低的雷诺数-因为它也是真实的流体动力泰勒-库埃特流或非常弱的领域。最不稳定的模式，为温和的Pm证明是非轴对称的，必须考虑作为一个强有力的迹象，发电机过程的可能性与磁旋转不稳定性。
2002-07-16 astro-ph
Nonlinear simulations of magnetic Taylor-Couette flow with current-free helical magnetic fields
对无限长径比和有限长径比圆柱形Taylor-Couette流在外加螺旋磁场作用下的磁旋转不稳定性进行了数值模拟。我们解决的MHD方程在其小普朗特数限制和确认与时间相关的非线性模拟的磁场的额外的环形分量减少的临界雷诺数从$O(10^6)$（轴向场）到$O(10^3)$的液体金属与他们的小磁普朗特数。计算饱和状态，我们得到的速度幅值，这有助于设计适当的实验装置。液体镓的实验需要轴向场$\sim 50$高斯和轴向电流$\sim 4$ kA的环向场。流的垂直速度$u_z$能够以0.1mm/s的精度测量就足够了。我们还表明，端板包围的圆柱不破坏行波不稳定性，可以观察到在早期的研究。对于TC容器没有和与终板的MRI不稳定的角动量传输显示为向外。
2006-08-31 astro-ph
Paradox of inductionless magnetorotational instability in a Taylor-Couette flow with a helical magnetic field
在无感近似下，考虑了具有螺旋形外磁场的流体动力学稳定Taylor-Couette流的磁旋转不稳定性（MRI），该近似由零磁普朗特数（$\Pm=0)$）定义.这导致了一个相当大的简化的问题，最终只包含流体动力学变量。首先，我们指出，任何微扰的能量增长在磁场的存在下，必须增长得更快，没有外地。这是一个悖论，因为基流在没有磁场的情况下是稳定的，而在螺旋磁场的存在下是不稳定的，而不被后者改变，正如最近由Hollerbach和Rudiger发现的那样[Phys. Rev. Lett. 95，124501（2005）]。我们重新审视这个问题，通过使用Chebyshev配置方法来计算线性化问题的特征值谱。通过这种方式，我们证实，MRI与螺旋磁场确实工作在无电感的限制，不稳定的影响出现作为一个有效的移动的瑞利线。其次，我们对线性化方程进行了时间积分，研究了小振幅扰动的瞬态行为，从而表明能量参数也是正确的。然而，这两个事实之间并不存在真正的矛盾。线性稳定性理论预言了任意小振幅扰动的渐近发展，而能量稳定性理论给出了任何特定扰动的瞬时增长率，但它没有说明这种扰动的演化。
2006-06-14 astro-ph physics.flu-dyn
Absolute versus convective helical magnetorotational instability in a Taylor-Couette flow
本文采用无感近似方法，数值分析了螺旋磁场（HMRI）中Taylor-Couette流的磁旋转不稳定性。本文用Chebyshev配置法计算了小振幅扰动的特征谱。首先，我们进行了详细的传统的线性稳定性分析相对于扰动的傅立叶模式的形式，对应于对流不稳定，这是不是在一般的自我维持。螺旋磁场被发现扩展到一个相对较窄的范围内的不稳定性超出其纯粹的流体动力学极限所定义的瑞利线。HMRI出现的临界阈值不仅有一个下限，而且有一个上限，在此阈值下HMRI再次消失。后者将HMRI与磁改性泰勒涡流区分开来。其次，我们也发现了一个绝对不稳定阈值。在Rayleigh线之前的流体动力学不稳定区域中，绝对不稳定的阈值仅略高于对流阈值，尽管前者的临界波长明显短于后者。在瑞利线之外，绝对不稳定的下限显著高于相应的对流下限，而上限则显著低于对流下限。因此，绝对HMRI超出瑞利线的延伸远短于对流不稳定。绝对的HMRI应该是自我维持的，因此，在一个足够大的轴向延伸系统中，在没有任何外部激励的情况下，可以通过实验观察到。
2009-04-04 astro-ph physics.flu-dyn
Magnetorotational Instability in a Rotating Liquid Metal Annulus
虽然磁旋转不稳定性（MRI）已被广泛认为是磁化吸积盘中强有力的吸积机制，但它还没有在实验室中实现。通过局部和全局稳定性分析和磁流体动力学（MHD）模拟，探讨了在旋转液体-金属环（Couette流）中研究MRI的可能性。稳定性图以无量纲参数和内外圆柱的角速度表示。它表明，MRI可以触发在一个适度快速旋转的桌面设备，使用易于处理的金属，如镓。这个拟议的实验的实际问题进行了讨论。
2001-10-15 astro-ph
The traveling wave MRI in cylindrical Taylor-Couette flow: comparing wavelengths and speeds in theory and experiment
我们实验研究了在外部施加轴向和方位磁场的存在下，限制在差动旋转圆柱体之间的液态金属的流动。对于越来越大的方位场，会产生沿圆柱轴传播的波状扰动。这些结构的波长和速度，以及它们出现时的场强和旋转速率，与这种行波磁旋转不稳定性的理论预测大致一致。
2006-09-18 astro-ph
Energy distribution in nonaxisymmetric magnetic Taylor-Couette flow
方位角磁旋转不稳定性是产生非轴对称场型的一种机制。在无电流外场的无限大Taylor-Couette系统中的非线性模拟表明，不仅出现了线性不稳定模m=1，而且还可能出现向轴对称场中传输能量的逆级联。通过改变流动的雷诺数和磁场的哈特曼数，我们发现轴对称模（m=0）和非轴对称模（m=1）之间的比例几乎可以自由选择。在外圆柱体的表面上，这种模式分布类似，但具有较弱的轴对称场。我们没有发现显着的差异的情况下，一个恒定的电流内的流动被添加。
2007-11-05 astro-ph
Traveling waves in magnetized Taylor-Couette flow
本文对低磁雷诺数下磁化泰勒-库埃特流中观察到的一种行波模式进行了数值研究。通过精确地模拟粘性和磁性边界在各个方向上，我们重现实验测量的波图案和它们的振幅。与以前的说法相反，波被证明是由粘性边界层，而不是全球不稳定的磁旋转模式发射的瞬态放大扰动。
2007-06-22 astro-ph physics.flu-dyn
The stability of MHD Taylor-Couette flow with current-free spiral magnetic fields between conducting cylinders
本文研究了圆柱形Taylor-Couette流中的磁旋转不稳定性，其中（垂直无界的）圆柱体被视为理想导体，外加螺旋磁场。该磁场的方位分量由内圆柱内部的轴向电流产生，并且可能比轴向磁场稍强。我们得到的不稳定性超出瑞利线，雷诺数的顺序为1000和哈特曼数的顺序为10，和独立的（小）磁普朗特数。对于R_out = 2，R_in = 10 cm，Omega_out = 0.27 Omega_in的实验，在轴向磁场为20 Gauss，轴向电流为1200 A时，液态钠出现不稳定性。对于镓，数值为~50高斯和~3200埃。垂直的细胞大小大约是已知的细胞大小的两倍，用于实验。
2005-07-06 astro-ph
Taylor-Couette flow: MRI, SHI and SRI
描述了Taylor-Couette流（在z_中无界）的线性稳定性理论，包括磁场、霍尔效应或密度分层，以便为探索天体物理学中微分旋转稳定性的实验做准备。如果存在轴向场，则磁旋转不稳定性（MRI）也被研究为小的磁普朗特数。对于旋转外圆柱体的瑞利线以外的特征最小值被发现为磁雷诺数的顺序为10和Lundquist数的顺序为1。包含额外的环形电流自由场导致新的振荡的解决方案，而低雷诺数和哈特曼数。霍尔效应建立了一个意想不到的“剪切霍尔不稳定性”（SHI），其中剪切和磁场具有相反的符号。在这种情况下，甚至向外增加的旋转定律也可能变得不稳定。最近已经发现了具有轴向密度分层的Taylor-Couette流的整体解（“平流旋转不稳定性”，SRI）。对于中等阶的弗劳德数，它们存在于瑞利线之外，但对于\hat η^2 < \hat μ< \hat η的太平坦的转动定律，它们也不存在。
2005-07-13 astro-ph
Stratorotational instability in MHD Taylor-Couette flows
研究了具有轴向稳定密度分层和给定方位磁场的耗散Taylor-Couette流的稳定性。对于绝缘和导电的圆柱壁，我们得到了具有环形磁场、轴向密度分层和微分旋转的线性化MHD方程的整体非轴对称解。平面转动定律，如准开普勒定律，在非轴对称平流转动不稳定性（SRI）面前是不稳定的。无电流环向磁场的影响取决于磁普朗特数Pm：SRI由Pm > 1支持，并由Pm \lsim 1抑制。对于太平坦的旋转定律，存在向不稳定性的平滑过渡，该不稳定性是环形磁场与差动旋转结合产生的。这种非轴对称方位角磁旋转不稳定性（AMRI）的轴向密度梯度的存在下进行了计算。如果圆柱体之间的磁场不是无电流的，那么泰勒不稳定性也会发生，并且从流体动力学SRI到磁泰勒不稳定性的转变被证明是相当复杂的。最引人注目的是由密度分层引起的稳定域的“膨胀”：一个相当小的旋转已经稳定了磁场，对抗泰勒不稳定性。所得电动势的方位角分量只存在于密度分层流中。当dρ/dz <0时，开普勒自转的磁SRI的α效应似乎是正的。
2008-08-05 astro-ph
Noise-Sustained Convective Instability in a Magnetized Taylor-Couette Flow
对有限长圆柱内磁化泰勒-库埃特流的螺旋磁旋转不稳定性进行了数值研究。一个遥远的上游绝缘边界示出完全稳定的对流不稳定，同时降低绝对不稳定的增长率。高度越大，减少越不严重。在适当地模拟边界条件后，实验中观察到的波型原来是噪声持续的对流不稳定。当不稳定的Ekman层和Stewartson层产生的噪声源被切断后，在模拟中观察到缓慢衰减的惯性振荡。我们得出的结论是，迄今为止完成的实验尚未达到绝对不稳定的制度。
2008-10-13 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The linear MHD Taylor-Couette instability for liquid sodium
本文研究了在轴向均匀磁场作用下，小磁普朗特数Pm为10^-5量级的液态钠的无限垂向扩展MHD Taylor-Couette流的线性稳定性。基本转动定律Ω=a+b/R^2中常数a的符号对给出的结果有很大影响。静止外筒为阴性。这里的要点是，大Pm时出现的亚临界激发在小Pm时消失。这就是为什么几十年来磁旋转不稳定性的存在仍然未知的原因。对于旋转外圆柱体，极限情况a=0起着特殊的作用。当磁场的哈特曼数一定时，流体磁不稳定性存在。这些雷诺数正好与Pm^-1/2成比例，因此当Pm=10^-5时，雷诺数的数值为10 ^4量级。然而，对于α的最小正值，雷诺数已经开始按1/Pm的比例缩放，从而导致当Pm=10^-5时更高的10 ^6阶数值。也被认为是非轴对称模式。在真空边界条件下，它们的激发总是比轴对称模式的激发更困难;我们从未观察到边缘稳定性线的交叉。然而，对于导电壁，静止和旋转的外圆柱体都存在这种交叉，这可能是未来发电机实验所必需的。
2002-12-03 astro-ph
Magnetized Ekman Layer and Stewartson Layer in a Magnetized Taylor-Couette Flow
在本文中，我们提出了轴对称的非线性模拟磁化Ekman和Stewartson层的磁化泰勒-库埃特流与离心稳定的角动量分布和磁雷诺数低于磁旋转不稳定性的阈值。发现磁场抑制了Ekman抽吸。Ekman层的宽度随着垂直于端板的磁场的增加而减小。外圆柱附近形成均匀旋转区域。强磁场导致从端盖处的差动旋转环之间的结发出稳定的Stewartson层。随着雷诺数的增大，Stewartson层变薄，随着磁场的增强和雷诺数的增大，Stewartson层进入主流的深度增大。然而，当雷诺数大于临界值$\sim 600$时，轴对称和非轴对称的不稳定性发生，并导致Stewartson层不太突出，从边界延伸得不太远。
2008-04-26 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Destabilisation of hydrodynamically stable rotation laws by azimuthal magnetic fields
本文研究了环形磁场对流体动力学稳定的Taylor-Couette微分旋转流动的影响。对于无电流磁场，当磁雷诺数超过O（100）时，出现非轴对称m=1的磁旋转不稳定性。然后，我们考虑如何修改这种“方位角磁旋转不稳定性”（AMRI），如果磁场不是电流自由的，但也有一个相关的电流在整个流体。这就产生了电流驱动的泰勒不稳定性（TI），即使没有任何微分旋转也存在。当电流和差动旋转同时存在时，AMRI和TI的相互作用被考虑。在这种情况下，磁普朗特数Pm是至关重要的。大的Pm具有不稳定的影响，并导致AMRI和TI之间的平滑过渡。相比之下，小PM有稳定的影响，与广泛的稳定区分开的AMRI和TI。在这一区域，差动旋转起到稳定泰勒不稳定性的作用，可能具有天体物理学应用（Ap星）。AMRI和TI的增长率在很大程度上独立于Pm，TI作用于单个旋转周期的时间尺度上，AMRI稍慢，但仍在基本旋转时间尺度上。方位角漂移的时间尺度约为20转，因此可能是恒星活动在自转周期和扩散时间之间的一个（触发器）时间尺度。
2007-01-16 astro-ph
Gravitational radiation from nonaxisymmetric spherical Couette flow in a neutron star
通过对不可压纳维-斯托克斯方程在球壳中的积分，数值计算了中子星中非轴对称剪切流产生的引力波信号。在雷诺数$\Rey \gsim 3 \times 10^{3}$下，层流Stokes流是不稳定的，螺旋振荡的Taylor-Görtler涡发展。由此产生的动能波动产生的引力波应变计算在$+$和$\times$偏振作为时间的函数。它被发现的信号-噪声比的相干，$10^{8}$ -{ \rm s}集成与LIGO II尺度为$ 6.5 (Ω_*/10^{4} {\rm rad} {\rm s}^{-1})^{7/2}$的恒星在1 { \rm kpc}与角速度$Ω_*$。这应被视为一个下限：它不包括压力波动、人字形流动、斯图尔特涡和充分发展的湍流（对于$\Rey \gsim 10^{6}$）。
2006-04-28 astro-ph gr-qc
On the relation between viscoelastic and magnetohydrodynamic flows and their instabilities
我们证明了一个密切的类比之间的粘弹性介质和导电流体含有磁场。具体地说，Oldrophil-B流体在大德博拉数极限下的动力学对应于磁流体动力学（MHD）流体在大磁雷诺数极限下的动力学。作为这种类比的一个明确的例子，我们比较了差分旋转粘弹性和MHD流的稳定性。我们发现，有一个不稳定的Oldrophil-B流体是物理上不同的惯性和弹性不稳定性在文献中先前描述的，但直接相当于磁流体的磁旋转不稳定性。只要角速度向外减小，即使比角动量向外增大，也会发生这种现象;它是由剪切流的动能产生的，而与流线的曲率无关。然而，我们认为，粘弹性Couette流的弹性不稳定性没有直接等效的MHD。
2002-12-19 astro-ph
Numerical and Experimental Investigation of Circulation in Short Cylinders
在准备的磁旋转不稳定性（MRI）在液体金属的实验研究中，我们探讨库埃特流具有高度可比的圆柱体之间的间隙，离心稳定的旋转，和高雷诺数。在水中的实验进行了比较与数值模拟。模拟结果表明，与外柱共转的端盖驱动一个强极向环流，重新分配角动量。预测的方位流剖面与实验测量结果吻合良好。正如层流埃克曼环流所预期的那样，自旋下降时间与雷诺数成比例; $Re\le 3200$二维模拟的外推结果与$Re\sim 10^6$的实验结果非常吻合。这表明湍流并不支配有效粘度。进一步详细的数值研究表明，一个强大的径向向内流动附近的两个端盖。在沿内圆柱垂直转向后，这些流动在中平面处会聚，并以径向射流离开边界。为了最小化MRI实验中的这种循环，提出了由多个差动旋转环组成的端盖。模拟预测，一个适当的近似理想的库埃特轮廓可以得到几个环。
2004-05-24 astro-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Magnetohydrodynamic experiments on cosmic magnetic fields
众所周知，宇宙磁场，即行星、恒星和星系的磁场，是由运动的导电流体中的磁流体发电机效应产生的。宇宙磁场通过磁旋转不稳定性（MRI）使吸积盘中的角动量向外输运，在宇宙结构的形成中也起着积极的作用，这一点鲜为人知。在理解这两个过程方面已经取得了相当大的理论和计算进展。除此之外，在过去的十年里，人们在液态金属实验中研究这两种效应方面做出了巨大的努力。1999年，在里加和卡尔斯鲁厄的大型液态钠装置中观测到了磁场自激现象。最近，在法国的“冯卡门钠”（VKS）实验中也获得了自激。在马里兰大学的湍流球形Couette流的背景上发现了一个MRI样模式。磁共振成像作为流体动力学稳定流的第一个不稳定性的证据是在“波茨坦罗森多夫磁不稳定性实验”（PROMISE）中获得的。本文综述了发电机和MRI相关实验的历史，并讨论了未来的工作方向。
2008-10-13 astro-ph physics.flu-dyn
