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
The stability of MHD Taylor-Couette flow
本文研究了垂直无限延伸的MHD泰勒-库埃特流的线性边缘不稳定性。对于流体动力学不稳定流，即使没有磁场，也存在最小雷诺数，但对于某些（弱）磁场，也存在具有较小雷诺数的解。因此，磁场可使旋转流不稳定。然而，这种不稳定性只能存在于不太小的磁普朗特数。还考虑了非轴对称扰动的情况。在没有磁场的情况下，这种模式具有比轴对称模式更高的雷诺数。这种情况在MHD政权中发生了变化。对于适度的磁场，如果超过临界磁振幅，则m=1的模式的激励比m=0的模式的激励更容易。
2002-07-16 astro-ph
Magnetorotational-type instability in Couette-Taylor flow of a viscoelastic polymer liquid
我们描述了粘弹性Couette-Taylor流的不稳定性，它直接类似于天体物理磁流体力学中的磁旋转不稳定性（MRI），聚合物分子起着磁场线的作用。通过确定的不稳定性和首选模式的属性的发病所需的条件，我们区分它从离心和弹性不稳定性研究以前。粘弹性不稳定性的实验演示和研究应该比液态金属中的MRI容易得多。类似的情况下，一个占主导地位的环形磁场，如预期在一个吸积盘，它可能会进入一个动荡的制度，其中许多模式是不稳定的。
2008-02-10 astro-ph
The stability of axisymmetric Taylor-Couette flow in hydromagnetics
本文研究了轴对称磁流体Taylor-Couette流动的线性边缘不稳定性。研究了流动稳定性对磁普朗特数、Pm和旋转圆柱间隙宽度的依赖关系。即使没有磁场，静止外圆柱的流动也存在不稳定性。然而，对于某些（弱）磁场，存在具有较小临界雷诺数的解。然而，这些解决方案存在于不太小的Pm或足够大的间隙中。对于流体动力学稳定的流动，我们发现一个磁场振幅总是存在于临界雷诺数最小的地方。在所有计算的情况下，对于小的Pm，最小临界雷诺数为1/Pm，对于钠（10^{-5}）或镓（10^{-6}）的Pm，临界雷诺数超过10 ^6。
2001-10-11 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
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
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
Turbulence in differentially rotating flows What can be learned from the Couette-Taylor experiment
角动量的湍流输运在许多天体物理中起着重要的作用，但它的模型化还远远不能令人满意。我们在这里讨论从实验室实验中可以学到什么。我们分析了Wendt（1933）和Taylor（1936）关于经典Couette-Taylor流的结果，在这种情况下，角动量随到旋转轴的距离而增加，这是天体物理应用中最有趣的。我们表明，当同轴圆柱之间的间隙是足够宽的，有限振幅不稳定性的发病标准可以表示在梯度雷诺数。基于Wendt的结果，我们认为，湍流可能是由差分旋转时，角速度向外减小，在开普勒流。从旋转配置文件和扭矩的测量，我们推导出一个处方的湍流粘度是独立的间隙宽度，与一些谨慎，它可能会被应用到恒星内部和吸积盘。
1999-03-24 astro-ph
On the nonlinear saturation of the magnetorotational instability near threshold in a thin-gap Taylor-Couette setup
本文研究了薄间隙泰勒-库埃特位形中粘性、电阻性、不可压缩流体的轴对称磁旋转不稳定性（MRI）的阈值附近的饱和现象。采用垂直磁场、开普勒剪切和无滑移、导电的径向边界条件。弱非线性理论导致一个真正的金兹伯格-朗道方程的扰动振幅，像在我们以前的理想化分析。对于小的磁普朗特数（P \ll 1），饱和振幅标度为P^{2/3}，而角动量输运的大小标度为P^{4/3}。与以前的标度（分别为~P^{1/2}和P）的差异归因于径向边界层的出现。远离这些，稳态非线性饱和是通过适度减少失稳剪切来实现的。这些结果将有助于理解MRI实验室实验和相关的数值模拟。
2007-07-01 astro-ph
Comment on ``The linear instability of magnetic Taylor-Couette flow with Hall effect''
在本文中，我们评论（Rüdiger & Shalybkov，Phys. 69，016303（2004）（RS）），研究了受霍尔效应影响的Taylor-Couette流与均匀背景场相互作用的不稳定性。我们纠正了一个错误的概括解释的结果，可以采取反驳存在的霍尔漂移引起的磁不稳定性描述在Rheinhardt和Geppert，物理学评论快报。88，101103。结果表明，在对比所建议的RS，没有额外的剪切流是必要的，使这样的不稳定性与一个非潜在的磁背景场，而对于一个旋度-免费的。在后一种情况下，在RS中发现的不稳定性的情况下，既没有流体动力学也没有磁旋转不稳定性存在被证明是最有可能的磁性，而不是磁流体动力学。此外，还澄清了一些小的不准确之处。
2005-01-17 astro-ph
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
The angular momentum transport by the strato-rotational instability in simulated Taylor-Couette flows
目的：研究非线性区平流转动不稳定性对稳定性和角动量输运的影响。方法：在一个内嵌外圆柱的盒子中求解流体动力学可压缩方程。沿自转轴的重力导致密度分层。径向采用无滑移边界条件，两端采用自由滑移边界条件。结果：证实了平流旋转不稳定性和雷诺应力的传输角动量远离轴。然而，增长率随雷诺数的增加而降低。这一点以及边界的存在使得这种不稳定性与天体物理学应用的相关性降低。
2005-12-15 astro-ph
Toroidal field instability and eddy viscosity in Taylor-Couette flows
受泰勒不稳定性影响的环向磁场可以传输角动量。我们表明，麦克斯韦和雷诺应力的非轴对称场图案线性依赖于在圆柱形间隙几何形状的剪切。由此产生的角动量输运也与剪切成线性关系。对于天体物理学相关的流动，它是向外的，对于dOmega/dR>0的超旋转流动，它是向内的。我们定义的剪切和角动量输运之间的线性关系的基础上的涡动粘度，并表明其最大值为给定的普朗特和哈特曼数依赖于线性的磁雷诺数Rm。对于Rm=1000，涡流粘度的大小为微观值的30单位。
2008-09-02 astro-ph
Stability of density-stratified viscous Taylor-Couette flows
本文用Boussinesq近似而不用短波近似来研究密度分层粘性Taylor-Couette流的稳定性。在Rayleigh准则之后不稳定的流动（\hat μ< \hat η^2，其中\hat μ=Ω_{out}/Ω_{in}，\hat η= R_{in} / R_{out}）现在发展成超稳定的轴对称泰勒涡。对于所考虑的宽隙容器，我们发现非轴对称模式作为最不稳定的。非轴对称模在瑞利线以外也是不稳定的。对于这样的模式，不稳定性条件似乎简单地是\hat μ<1，正如Yavneh、McWilliams和Molemaker（2001）所强调的那样。然而，我们从未发现满足条件\hat μ> \hat η的太平坦转动定律的不稳定模式。如果接近这一极限，雷诺数会迅速增长到非常高的值（见图2和图3）。3和4）。同样引人注目的是，高$m$的边缘稳定性线越来越少地进入瑞利线以外的区域，因此我们可能不得不把平流转动不稳定性看作“低$m$不稳定性”。并讨论了这些结果对具有强分层和快速旋转的吸积盘稳定性问题的适用性。
2005-02-08 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
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
Analog of Astrophysical Magnetorotational Instability in a Couette-Taylor Flow of Polymer Fluids
我们报告的实验观察的不稳定性的Couette-Taylor流的聚合物流体在两个同轴旋转的圆柱体之间的薄间隙中的制度，其角速度随半径减小，而特定的角动量随半径增加。在所考虑的制度，既不是惯性瑞利不稳定，也不是纯粹的弹性不稳定是可能的。我们建议，所观察到的“弹性旋转”不稳定性是一个模拟的磁旋转不稳定性，在天体物理开普勒吸积盘中起着重要作用。
2008-10-28 astro-ph physics.flu-dyn
Theory of current instability experiments in magnetic Taylor-Couette flows
本文研究了具有环形磁场的耗散MHD Taylor-Couette流的线性稳定性。内圆柱体和外圆柱体可以是绝缘的，也可以是导电的;内圆柱体旋转，外圆柱体静止。磁性普朗特数可以小到10-5，接近现实的液态金属值。磁场使流动不稳定，除了B $_ϕ$（R）的径向分布接近无电流解。详细地考虑了具有B $_{in}$ =B $_{out}$（最均匀场）的分布。对于弱场的TC流是稳定的，直到中等强场的m=1的方位角模式显着不稳定的流动再次。因此，临界雷诺数有一个最大值。对于足够强的场（由哈特曼数测量），环向场总是不稳定的，即使Re=0。在实验室实验中，如果使用液体钠，产生所需的环形场所需的电流为几kA，如果使用镓，则电流稍大。更宽的能隙需要更弱的电流，因此即使使用镓，宽能隙装置也能成功。临界雷诺数只比雷诺数稍大，因此这样的实验只需要适度的旋转速率。
2006-11-17 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
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
The Ekman-Hartmann layer in MHD Taylor-Couette flow
本文研究了有限纵横比$H/D=10$下圆柱形MHD泰勒-库埃特流中刚性旋转平板引起的磁效应。假设圆柱体之间的流体为具有小磁普朗特数的液态金属，圆柱体是理想导电的，外加轴向磁场为$\Ha \approx 10$，旋转速率为$10^2-10^3$阶的$\Rey$。我们表明，端板引入，除了众所周知的埃克曼循环，类似的磁效应所产生的无限，旋转板，水平无界的任何墙壁。特别地，存在哈特曼电流，其穿透流体，转向径向方向，并且与所施加的磁场一起产生力。因此，该流动可以与由方位角压力梯度驱动的泰勒-迪恩流动进行比较。我们分析了这种流动的稳定性，并表明，由板引起的电流可以引起所考虑的参数的不稳定性。在设计MHD泰勒-库埃特实验时，必须特别注意垂直磁边界，使其不会显著改变旋转轮廓。
2007-10-30 astro-ph physics.flu-dyn
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
Stratorotational instability in Taylor-Couette flow heated from above
本文研究了有限高圆柱间隙中温度分层的Taylor-Couette流的不稳定性和非线性饱和，并计算了非线性区域中的角动量输运。该模型是基于一个不可压缩流体在Boussinesq近似与正的轴向温度梯度。虽然这两个成分本身，差分旋转以及由于温度梯度的分层，是稳定的，系统一起成为主题的平流旋转不稳定性和非轴对称流型演变。这种流动结构向外输送角动量，因此将与天体物理学应用有关。如果结果适用于吸积盘的大小，则属于粘性$α$系数为1的数量级。分层的强度，流体的普朗特数和边界条件应用在模拟是非常适合的实验室实验，使用水和低于5开尔文的小温度梯度。有了这样一个相当容易实现的设置，SRI和它的角动量输运可以在实验中测量。
2009-03-09 astro-ph physics.flu-dyn
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
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
