Numerical simulations of turbulent dynamos
使用周期盒计算表明，由于螺旋度守恒，一个大规模的字段只能发展的电阻时标。这种行为可以通过平均场发电机与α和eta_t淬火，同样强大的和“灾难性的”复制。
2000-10-24 astro-ph
Nonlinear current helicity fluxes in turbulent dynamos and alpha quenching
大规模发电机产生小规模电流螺旋度，作为淬灭大规模发电机过程的废物（α效应）。这种猝灭可能是灾难性的（即随着磁雷诺数而加剧），除非系统外有小尺度磁（或电流）螺旋度的通量。我们推导了湍流发电机中螺旋度通量的形式，同时考虑了脉动场引起的洛伦兹力的非线性效应。我们证实了早先导出的磁螺旋度通量项的形式，并表明它不像湍流扩散那样被小尺度磁场重整化。额外的非线性通量被确定，这是由各向异性和反对称部分的磁相关驱动。这可以为湍流发电机提供进一步的方法来传输小尺度的磁螺旋度，以避免灾难性的猝灭。
2004-10-08 astro-ph
Large-scale dynamos in rigidly rotating turbulent convection
通过对旋转可压缩对流的三维数值模拟，研究了无剪切的刚性旋转湍流对流中大尺度发电机的存在性。我们证明，旋转的笛卡尔域中的对流可以驱动一个大规模的发电机，即使在没有剪切。在饱和状态下，大尺度场占总场的很大一部分。模拟结果进行了比较与一维平均场发电机模型，其中湍流传输系数，使用测试场法确定。在早期的研究中，没有大规模发电机作用的原因是由于旋转太慢：而α效应可以改变符号，其大小保持近似恒定的旋转函数，湍流扩散率随着旋转的增加而单调下降。只有当旋转足够快时，才能激发大型发电机。一维平均场模型与发电机系数从测试场结果预测相当不错的直接模拟中的发电机激励。这一结果进一步验证了测试场的程序，并加强了解释，所观察到的发电机是由湍流α效应。这一结果证明了自然强迫下α效应和α ^2发电机的存在。
2009-07-29 astro-ph
Turbulent magnetic pumping in a Babcock-Leighton solar dynamo model
湍流泵浦效应对应于由于对流不稳定层中密度和湍流梯度的存在而导致的磁通量的传输。在感应方程中，它是一个平流项，因此它在太阳和恒星发电机过程中很重要。在这篇工作中，我们探讨了通量主导的Babcock-Leighton太阳发电机模型中的湍流抽运效应。结果揭示了泵浦机制的重要性，解决电流的限制，如存储的磁通量和太阳黑子的纬度分布的平均场发电机建模。在假设对流层上部存在湍流的情况下，完全的湍流泵送调节太阳活动周期和太阳黑子活动的纬向分布。
2008-03-24 astro-ph
Turbulent $α$-effect in twisted magnetic flux tubes dynamos in Riemannian space
本文给出了在黎曼空间中用磁通管发电机表示的扭曲磁通量管中的一阶扭转$α$效应的解析解。磁场的环向和极向分量以$r^{-1}$形式衰减，同时随时间呈指数增长。螺旋发电机的速度取决于管的弗伦内曲率的值。$α$因子具有来自常扭管近似的基本贡献。还假设管的磁轴的曲率是恒定的。虽然$α$ -效应发电机方程在黎曼磁通管坐标系中是相当复杂的，一个简单的解决方案，假设无力磁场是可能的。如果发电机作用能够同时改变发电机通量管的扭转和曲率的符号，则发电机解决方案是可能的。
2007-12-26 astro-ph
Turbulent magnetic dynamo excitation at low magnetic Prandtl number
行星和恒星发电机可能是由于磁流体中的湍流运动，其运动粘度与磁扩散率相比很小。实验室正在进行实验，以在液态金属中产生类似的发电机。这项工作回顾了最近的计算阈值在临界磁雷诺数以上的发电机放大可以预期的机械强迫湍流（螺旋和非螺旋，短波长和长波长）作为一个功能的磁普朗特数$P_M$。螺旋强迫的新结果进行了讨论，其中发电机是在$P_M=5\times10^{-3}$。事实上，动力学湍流谱是更广泛的波数空间比磁谱导致的数值困难，这是由重叠的直接数值模拟和磁流体动力学湍流的亚网格模型相结合桥接。典型地，临界磁雷诺数随着磁普朗特数的减小而急剧增加，然后在至多几百的值处达到渐近平台。在湍流状态下，当磁雷诺数足够大时，小尺度和大尺度磁场都被激发。还讨论了流动中不同尺度之间的相互作用。
2005-12-06 astro-ph
Hyperdiffusion in non-linear, large and small-scale turbulent dynamos
大尺度磁场的产生通常伴随着小尺度场的更快速的增长。由于这些场而产生的不断增长的洛伦兹力反作用于湍流，使平均场和小尺度发电机饱和。对于平均场发电机，在这种饱和度的准线性处理中，通常认为，虽然α效应被非线性效应重新归一化和抑制，但湍流扩散保持不变。我们在这里表明，这是不正确的和效果的洛伦兹力，也产生额外的非线性超扩散的平均场。这种非线性超扩散与小尺度扩散的结合，也出现在小尺度发电机的类似处理中，并且对于理解其饱和度至关重要。
2003-05-14 astro-ph
Can the turbulent galactic dynamo generate large-scale magnetic fields?
星系中的大尺度磁场被认为是由湍流发电机产生的。然而，同样的湍流也会导致一个小规模的发电机，它会以更快的速度产生磁噪声。大型发电机的效率取决于这种噪声如何饱和。我们研究这个问题，考虑到双极漂移，获得在一个星系中有显着的中性气体。我们认为：（1）小尺度发电机产生的场并不充满体积，而是集中成间歇性的绳状结构。磁通绳在湍流涡旋尺度上是弯曲的。它们的厚度由有效双极扩散决定的扩散尺度决定：（2）对于大部分中性的银河系气体，当磁通绳中的峰值场增长到均分值的几倍时，由于低效的随机拉伸，小尺度发电机饱和;（3）饱和小尺度场的平均能量密度是次均分的，因为它没有填满体积;（4）这种场既不从湍流中消耗大量能量，也不将外尺度上湍流的涡流运动转化为波浪状运动。大规模发电机运行所需的扩散效应随后被保留，直到大规模场本身增长到接近均分水平。
1997-07-25 astro-ph
Stochastic Analysis of Subcritical Amplification of Magnetic Energy in a Turbulent Dynamo
我们提出并分析了一个简化的随机$αΩ-$发电机模型，该模型被设计用于评估加性和乘性噪声、发电机方程的非正态性、$α-$ %效应和湍流扩散率的非线性对亚临界情况下大尺度磁场产生的影响。我们的模型采用随机波动的$α-$参数和附加噪声所产生的小尺度波动的磁场和湍流速度场。我们发现，噪声效应以及非常态可以导致随机放大的磁场，即使在亚临界的情况下。建立了运动学早期随机不稳定性的判据，找到了$α-$涨落引起的乘性噪声强度的临界值，得到了非线性随机微分方程的数值解，并找到了由$α-$参数的随机涨落引起的一系列相变.
2004-05-01 astro-ph
Nonhelical turbulent dynamos: shocks and shear
本文讨论了可压缩跨音速湍流中的小尺度湍流发电机作用。结果表明，磁雷诺数的临界值显示出双峰行为，并从一个典型的值为35小马赫数到80左右较大的马赫数的变化。这两个政权之间的过渡相对剧烈。直接模拟，然后与模拟中的冲击被捕获使用的冲击粘度，变得大的地方有冲击。在剪切的存在下，它表明，大规模的发电机行动是可能的。
2005-01-03 astro-ph
Dynamo action in turbulent flows
我们提出的结果，从数值模拟的非线性MHD发电机行动所产生的三维流动，成为湍流的流体雷诺数的高值。驱动流动的强迫函数的幅度允许以这样的方式随时间演变，即当流动变得流体动力学不稳定时，保持近似恒定的速度幅度（和平均动能）。结果发现，发电机的饱和水平的增加与流体雷诺数（在恒定的磁普朗特数），并在高流体雷诺数的平均增长率接近一个渐近值。磁场的产生和破坏过程中的层流和湍流阶段的流动和它被发现，在附近的强磁“通量雪茄”焦耳耗散是平衡的对洛伦兹力所做的工作，而发生的稳定增加的磁能主要是通过在磁场的弱部分所做的工作。
2003-09-14 astro-ph
Turbulent Dynamo in Asymptotic Giant Branch Stars
利用湍流发电机的最新结果，我们表明，湍流发电机可以放大大规模的磁场在信封的渐近巨星分支（AGB）的明星。我们认为，AGB包络的缓慢旋转可以固定对称轴，导致轴对称磁场结构的形成。与太阳能型阿尔法-欧米茄发电机不同，旋转在放大磁场的环形分量方面只起很小的作用。大尺度的磁场足以在AGB星表面形成磁冷斑。这些斑点可以调节尘埃的形成，从而调节质量损失率，导致轴对称质量损失和椭圆行星状星云（PNe）的形成。尽管大尺度磁场在形成冷斑方面发挥了作用，但它太弱了，无法发挥动力学作用并直接影响来自AGB星的风。我们发现其他问题的模型中，磁场在塑造的AGB风中起着动态的作用，并认为他们不能解释非球形PNE的形成。
2001-06-18 astro-ph
The Nonlinear Turbulent Dynamo
我们模拟了一个初始弱磁场在一系列普朗特数的强迫湍流的演变。磁场随着Kulsrud-Anderson $k^{3/2}$谱呈指数增长，直到磁能接近粘性尺度动能，这时磁力对速度产生反作用。进一步的生长进行得更慢，直到达到饱和状态，其中磁能和动能相等，并且其中磁能主要存在于电阻标度。我们讨论了这种动荡的结构和外推的结果，天体物理学大普朗特数。
2001-11-01 astro-ph
Turbulent Dynamos and Magnetic Helicity
它示出的湍流发电机$α$ -效应将磁螺旋度从湍流场的平均场时，湍流是电磁的，而平均场的磁螺旋度跨空间传输时，湍流是静电或由于电子抗磁效应。然而，在所有情况下，发电机效应严格地保持总螺旋度，除了电阻效应和小电池效应。天体物理的情况下，特别是太阳发电机的影响，进行了讨论。
2001-02-19 astro-ph physics.plasm-ph
Non-normal and Stochastic Amplification in Turbulent Dynamo: Subcritical Case
我们的注意力集中在随机发电机方程与非正规算子，使洞察的作用，随机性和非正规性的银河系磁场的产生。这封信的主要观点是讨论传统线性本征值分析无法解释的大尺度磁场的产生。我们提出了一个简单的随机模型的薄盘轴对称$αΩ$发电机涉及三个因素：（a）产生的非正常的微分旋转，（b）的非线性反映如何影响的磁场的湍流发电机系数，（c）随机扰动。我们表明，即使是\textit{subcritical case,}有三种可能的机制产生的磁场。第一种机制是确定性的，它描述了湍流$α-$效应和扩散率的瞬态增长和非线性饱和之间的相互作用。结果表明，平凡状态是非线性不稳定的小，但有限的初始扰动。第二和第三种是随机机制，解释了微分旋转产生的非正态效应与随机加性和乘性涨落的相互作用。特别是，我们表明，在\textit{subcritical case}的平均磁能可以随时间呈指数增长，由于与$α-$效应的乘性噪声。
2003-01-28 astro-ph
Dynamics of fluctuating magnetic fields in turbulent dynamos incorporating ambipolar drifts
具有大磁雷诺数的湍流通常导致在任何平均场之上快速增长的磁噪声。我们重新审视这种波动场的动力学，在均匀的，各向同性的，螺旋湍流。假设湍流是马尔可夫的，我们首先重新推导，在一个相当透明的方式，平均场的方程，并校正Fokker-Plank型方程的磁关联。在这些方程中，我们还将双极漂移的影响，如果湍流介质中有一个显着的中性分量。我们应用这些方程来讨论一些天体物理学上有趣的问题：（a）小规模发电机在银河系湍流与模型Kolmogorov频谱，将双极漂移的影响;（b）电流螺旋度动力学和准线性修正的α效应;（c）增长的电流螺旋度和大尺度磁场由于非线性效应。
1997-08-23 astro-ph
The turbulent dynamo as an instability in a noisy medium
我们研究了一个存在乘性噪声的不稳定性的例子，即湍流介质中自发产生的磁场。这个所谓的湍流发电机问题在实验和理论上仍然具有挑战性。在这个领域，流行的理论是平均场发电机（Krause和Rädler，1980），其中发电机效应由平均磁场（其他可能的选择是能量，通量，.）监控。近年来，在随机振荡器上已经表明，这种方法可能会产生误导。在本文中，我们开发了一个随机描述的湍流发电机效应，使我们能够明确地定义一个阈值的发电机效应，即通过全局分析的概率密度函数的磁场，而不是一个给定的时刻。
2006-12-11 astro-ph physics.flu-dyn
The helicity constraint in turbulent dynamos with shear
利用数值模拟方法研究了强剪切作用下螺旋湍流中磁场的演化。在一些初始指数增长之后，磁场发展成大尺度行波图案。由此产生的场结构具有磁螺旋度，这是保守的理想MHD方程的周期盒，因此只能改变电阻的时间尺度。这强烈地限制了大尺度磁场的生长时间，但不太强烈地限制了循环周期的长度。与无切变的情况相比，大尺度场放大的时间尺度缩短了一个因子Q，它取决于切变和螺旋湍流的相对重要性，同时也控制着环向场与极向场的比值。模拟结果可以用平均场α-Ω发电机模型进行定性和定量再现，该模型考虑了α效应，湍流磁扩散系数的猝灭强度低于相应的α ^2发电机模型。
2001-01-05 astro-ph
Nonlinear Turbulent Magnetic Diffusion and Mean-Field Dynamo
定义平均电动势的非线性系数（即，非线性湍流磁扩散、非线性有效速度、非线性κ张量等）。是针对各向异性湍流计算的。各向异性背景湍流的特定情况（即，具有零平均磁场的湍流）。结果表明，环向和极向磁场具有不同的非线性湍流磁扩散系数。它表明，即使是一个均匀的湍流有一个非线性的有效速度，表现出反磁或顺磁特性取决于各向异性的湍流和背景湍流中的磁波动的水平。分析表明，湍流的各向异性强烈影响非线性平均电动势。两种类型的非线性（代数和动态）进行了讨论。代数非线性意味着平均电动势对平均磁场的非线性依赖。动态非线性由α效应的磁性部分的微分方程确定。结果表明，对于α-欧米茄轴对称发电机的代数非线性不能单独饱和发电机产生的平均磁场，而代数和动态非线性的综合影响限制了平均磁场的增长。天体物理的应用所获得的结果进行了讨论。
2002-06-16 astro-ph
The inverse cascade in turbulent dynamos
本文根据磁螺旋度的逆级联和α效应讨论了随机强迫各向同性强螺旋流中大尺度磁场的产生。在这种流动的模拟中，最大场强超过了大尺度分离的均分场强。然而，螺旋度守恒控制着达到这种最终状态的速度。在开放边界的存在下，磁螺旋度通量的域是可能的。这减少了场增长的时间尺度，但它也倾向于减少可达到的最大场强。
2000-12-05 astro-ph
Three-Dimensional Relativistic MHD Simulations of the Kelvin-Helmholtz Instability: Magnetic Field Amplification by a Turbulent Dynamo
相对论外流（包括伽马射线暴（GRB）和活动星系核（AGN））的磁场强度比天真地预期的要大几个数量级。我们提出了三维相对论磁流体力学（MHD）模拟演示放大和饱和的磁场的宏观湍流发电机触发的开尔文-亥姆霍兹剪切不稳定性。我们发现，由于不稳定性的非线性发展导致的湍流速度场的场线的拉伸和折叠，电磁能量的快速增长。利用伽玛暴内震和余辉晚期的相关条件，我们得到了电磁能部分对$ε_B \sim 5 \times 10^{-3}$的放大。该值在剪切消散后缓慢衰减，并且似乎在很大程度上与初始场强无关。发电机运行所需的条件是存在速度剪切和一些种子磁化，这两者都是常见的。我们还发现，湍流动能频谱的情况下研究服从Kolmogorov的5/3定律，电磁能谱基本上是平坦的，在小尺度的电磁能量的大部分。
2009-01-05 astro-ph
Do mean-field dynamos in nonrotating turbulent shear-flows exist?
本文考虑了具有强迫湍流的流体中的平面剪切流动。如果流体是导电的，那么即使没有基本旋转也会产生平均电动势（EMF），并且磁扩散率变成高度各向异性张量。它检查是否在这种情况下，自激的大规模磁场是可能的（所谓的WxJ-发电机）和答案是否定的。计算显示的交叉流分量的电动势垂直于平均电流具有错误的符号，至少对于小磁普朗特数。在我们的结果之后，磁普兰特数大约为1的数值模拟只有有限的意义，因为扩散率张量对普兰特数的依赖性相当强。另一方面，如果湍流场在垂直方向上是分层的，则产生发电机活性α效应。在简单剪切流中，这种自激的临界磁雷诺数略高于10，就像在现有的液态钠或镓发电机实验中使用的其他流动模式一样，但要复杂得多。
2006-04-18 astro-ph
Dynamo coefficients from local simulations of the turbulent ISM
偏振辐射观测揭示了大范围旋涡星系中存在大尺度相干磁场。射电偏振数据表明，这些领域是强烈倾向于径向方向，与俯仰角高达$35\degr$，因此不能单独用差分旋转解释。全球发电机模型描述了通过所谓的$α$效应从底层湍流产生径向磁场。然而，这些全球模式仍然依赖于对小尺度湍流的粗略假设。为了克服这些限制，我们进行全动力学MHD模拟的星际湍流驱动的超新星爆炸。从我们的模拟中，我们提取的发电机$α$张量作为银河系高度的函数的贡献对角线元素的配置文件。我们还测量了描述垂直泵送的系数，发现这两种效应之间的比率$\hatγ$在早期的分析工作中被高估了，发电机的作用似乎是不可能的。与这些基于孤立残余物的模型相反，我们总是发现泵吸是向内的。此外，我们观察到，$\hatγ$取决于是否考虑到超级气泡方面的聚类。最后，我们应用一个测试场的方法来推导出一个定量的测量湍流磁扩散率，我们确定为~ 2千秒差距公里。
2008-05-16 astro-ph
Dynamic nonlinearity in large scale dynamos with shear
我们用总磁螺度演化方程补充了平均场发电机增长方程。这为发电机理论中的α猝灭提供了一个明确的时间依赖模型。对于没有剪切的发电机，这种方法解释了在数值模拟中观察到的大尺度场增长和饱和。在一个显著的运动学阶段之后，发电机被连续地熄灭，即饱和时间取决于微观电阻率。这与湍流扩散系数是否被连续淬灭无关。我们发现，该方法也是成功的发电机，包括剪切和展览迁移波（周期）。然而，在这种情况下，在大的磁雷诺数的动态时间尺度的顺序的周期是否仍然取决于如何湍流磁扩散率淬火。由于这不受磁螺旋度守恒的约束，扩散率目前是一个输入参数。目前的数值实验比较表明，湍流扩散系数，仅弱依赖于磁雷诺数，但需要更高的分辨率模拟。
2002-07-02 astro-ph
Magnetic diffusivity tensor and dynamo effects in rotating and shearing turbulence
湍流磁扩散率张量的旋转或剪切的存在下确定。这个问题是解决是否从剪切电流效应的发电机行动可以解释大规模的磁场生成与剪切模拟中发现。为此目的，一组演化方程的响应施加的测试领域解决了湍流和平均运动计算的动量和连续性方程。相应的电动势的结果被用来计算湍流输运系数。的湍流磁扩散系数张量的对角分量被发现是非常接近在一起，但它们的值略有增加，增加剪切和减少，增加旋转速率。在剪切的存在下，湍流磁扩散张量的两个非对角分量的符号是相同的，相反的剪切的符号。这意味着，从剪切电流效应发电机行动是不可能的，也许除了高磁雷诺数。然而，即使平均值没有alpha效应，alpha张量的分量也会在零附近显示高斯波动。这些波动足够强，可以驱动一个非相干的α-剪切发电机。非相干剪切流效应，另一方面，被发现是次显性的。
2008-02-28 astro-ph
Electromotive Force and Large-Scale Magnetic Dynamo in a Turbulent Flow with a Mean Shear
本文研究了剪切大尺度运动对导电流体非旋转湍流中平均电动势的影响。结果表明，在均匀无发散的湍流中，α效应不存在，而在非旋转湍流中，由于新的“剪切电流”效应，即使在外加平均速度剪切的情况下，也能产生平均磁场.在具有平均剪切的非旋转湍流中发现了与平均磁场的梯度张量的对称部分有关的对电动势的贡献（卡帕效应）。卡帕效应和湍流磁扩散降低了平均磁场的增长率。结果表明，当背景湍流（无平均速度切变）的能谱指数小于2时，可以产生平均磁场。采用Orszag三阶闭合法和随机微分法研究了剪切电流效应。天体物理的应用所获得的结果进行了讨论。
2003-01-05 astro-ph
Nonlinear Magnetic Diffusion and Magnetic Helicity Transport in Galactic Dynamos
我们已经扩展了我们以前的平均场银河发电机模型，其中包括代数和动态α非线性（Kleeorin等人，A&A，v. 387，453，2002），以还包括湍流扩散率的淬灭。我们很容易地获得平衡态的大规模磁场在当地的磁盘发电机模型，这些领域的强度是可比的均分场强度。我们发现，单独的代数非线性（即淬火的α效应和湍流磁扩散）不能饱和的平均磁场的增长，只有代数和动态非线性的组合效应可以限制平均磁场的增长。然而，与我们早期的工作没有淬火的湍流扩散，我们现在不能找到满意的解决方案，在无z近似的轴对称星系发电机问题。
2002-10-18 astro-ph
Turbulent dynamos with shear and fractional helicity
采用直接数值模拟方法研究了螺旋强迫湍流和大尺度剪切作用下的动力学行为。所产生的磁场显示出传播波状行为。这种行为可以用αΩ发电机来模拟。在大多数情况下，产生超均分场。通过改变湍流的螺旋度的分数，调节经由螺旋度效应（对应于α效应）的极向场的再生。在数值模型中的磁场的饱和水平是一致的线性依赖的小规模和大规模的字段的分数螺旋的比率，预测由一个简单的非线性平均场模型。作为磁雷诺数（Rm）的基础上的波数的携带能量的涡流从1增加到180，大规模的领域的周期频率被发现减少约6倍的情况下，湍流是完全螺旋形的。这是解释的湍流磁扩散率，这被发现是只有弱依赖于Rm。
2009-07-29 astro-ph
On the dynamo driven accretion disks
我们在Tout & Pringle（1992）提出的发电机驱动的吸积盘模型中加入了$α-$效应，即，发电机模型依赖于物理过程，例如帕克不稳定性、Balbus-Hawley不稳定性、磁场重联和$α-ω$平均场发电机。发电机机制中的$α-$效应取决于吸积流的湍流强度。当湍流马赫数$M_t$小于0.25时，磁场的解在其平衡值附近振荡。$M_t$值的增加使振荡的振幅变小，周期变长，但不影响平衡值。Shakura-Sunyaev粘度参数$α_{SS}$在平衡值0.33附近振荡。当湍流马赫数$M_t$大于0.25时，磁场分量达到稳定状态。在非线性发电机区，临界湍流马赫数$M_t$为0.44而不是0.25。振荡的磁场和粘性参数可以解释矮新星爆发的基本性质和静止盘的一些性质（Armitage et al. 1996）。
1997-11-26 astro-ph
Effect of Fractional Kinetic Helicity on Turbulent Magnetic Dynamo Spectra
天体物理学中的磁场放大最终需要对磁流体动力学湍流的理解。动力学螺旋度长期以来一直被认为是重要的大尺度场的增长，强迫MHD湍流，最近已被证明是渐近一致的缓慢平均场发电机作用在一个周期性的盒子。在这里，我们数值计算表明，磁谱和以下的强迫尺度也强烈影响动力螺旋度。我们确定了一个临界值，$f_{h,crit}$以上的磁谱发展最大值在波数$= 1$规模{ \it和}在强迫规模，对于$f< f_{h,crit}$场峰值仅在电阻规模。因此，动力学螺旋度可能是重要的，不仅为产生一个大规模的字段，但也为建立观测到的峰值在强制尺度的磁谱。湍流的银河系盘提供了一个例子，其中大尺度（$>$超新星强迫尺度）字段和小尺度（$\le$强迫尺度，峰值在强迫尺度）字段进行了观察。我们讨论了这一点，和潜在的应用程序的原星系，但也强调我们的结果应用到这些系统的局限性。
2002-01-21 astro-ph
Direct simulations of helical Hall-MHD turbulence and dynamo action
对湍流霍尔发电机进行了直接数值模拟。本文研究了在宏观尺度上，由搅拌力维持在稳态湍流状态的系统中，初始弱的小尺度磁场的演化，以探索磁能指数增长的条件。缩放的发电机效率与雷诺数的研究，并由此产生的总能量谱被发现是兼容的Kolmogorov型定律。在中等强度的霍尔效应下，观察到大尺度磁场的快速增长。
2004-10-11 astro-ph
The onset of a small-scale turbulent dynamo at low magnetic Prandtl numbers
数值研究了湍流小尺度发电机的临界磁雷诺数Rmc与流体动力学雷诺数Re的关系。湍流是统计均匀的、各向同性的和镜像对称的。我们对低磁普朗特数Pm=Rm/Re<1的区域感兴趣，这与恒星对流区、原恒星盘和实验室液态金属实验有关。两种渐近可能性是Rmc->const as Re->infinity（小规模发电机存在于低Pm）或Rmc/Re=Pmc->const as Re->infinity（小规模发电机不存在于低Pm）。在两个独立的MHD湍流使用网格和频谱代码的模拟集得到的结果放在一起，发现是在定量协议。我们发现，在目前可访问的决议，RMC增长与Re没有接近一个恒定的限制的迹象。当Re~3000时，我们达到了Rmc~500的最大值。通过与Laplacian粘性、四阶、六阶和八阶高粘性以及Smagorinsky大涡粘性的模拟比较，我们发现Rmc对特定形式的粘性截止不敏感。这项工作代表了Schekochihin等人2004年PRL 92，054502和Haugen等人2004年PRE 70，016308发表的研究的重要扩展，以及稳定性曲线Rmc（Re）的数值可访问部分的第一次详细扫描。
2005-06-03 astro-ph
Shear-current effect in a turbulent convection with a large-scale shear
本文研究了具有大尺度常剪切的非旋转均匀湍流对流中的剪切流效应。大尺度速度切变引起湍流对流的各向异性，产生沿原始平均磁场的平均电动势$\bec{\cal E}^{(W)} \propto {\bf W} {\bf \times} {\bf J}$和平均电流，其中${\bf W}$是由于切变引起的背景平均涡度，${\bf J}$是平均电流。这导致即使在非旋转和非螺旋均匀剪切湍流对流中也存在大尺度发电机，从而$α$效应消失。结果表明，湍流对流促进了剪切流发电机的不稳定性，即，热通量对剪切电流效应产生积极的贡献。然而，即使在湍流对流中，如果湍流相关时间的空间标度为$τ(k) \propto k^{-2}$，其中$k$是小尺度波数，则由于小流体动力学和磁雷诺数的剪切流效应，也没有发电机作用。
2007-02-24 astro-ph
Resolution of an ambiguity in dynamo theory and its consequences for back reaction studies
湍流发电机理论中一个未解决的问题是“反作用”问题：平均磁场在多大程度上抑制了驱动其增长所需的湍流发电机系数？答案最终将来自数字和分析研究的结合。在这里，我们表明，分析方法的发电机和反反应问题需要一个分离的湍流量分为两个组成部分：那些受平均场（因此是各向异性的）和那些独立的平均场（因此是各向同性的），无论多么弱的平均场。为了满足这一要求，我们对标准形式主义进行了修正，发现：（1）这两种类型的成分经常出现在同一个方程中，因此，标准处理方法不区分它们，是模糊的。(2)通常的一阶平滑近似，这是必要的，以取得进展，在标准的治疗是不必要的，当区分。(3)与以前的建议相反，Pouquet等人（1976）发现的发电机$\a$系数的修正实际上与平均场无关，因此不能解释为猝灭。
1999-01-09 astro-ph
Fourier space intermittency of the small-scale turbulent dynamo
本文用单点傅立叶空间离散子描述了高普朗特数区的小尺度湍流发电机。这种二阶相关器是能量谱，并且它以前已经被详细研究过。我们研究了高阶k空间的湍流因子，它包含了关于磁波包的相位和引起湍流的磁湍流的主导结构的重要信息。特别地，四阶相位差包含关于在横向于波矢量的平面中的磁场的任何两个分量之间的均方相位差的信息。这可以被看作是磁场极化的量度。考察这个新的量，磁场被证明成为平面极化的Kazantsev-Kraichnan模型在大的时间，对应于一个强烈的偏离高斯。我们推导出一个封闭的方程的生成函数的傅里叶分解，并找到大时间渐近解的这些分解在所有的订单。这些解决方案的时间标度意味着磁场具有对数正态统计，而波数标度表明，该领域是由间歇性波动在高k。
2003-04-29 astro-ph
New mechanism of generation of large-scale magnetic field in a sheared turbulent plasma
综述了近年来关于剪切湍流等离子体中产生大尺度磁场的新机制的研究进展。这种机制与剪切电流效应有关，剪切电流效应与平均电动势中的W x J项有关。即使在非旋转和非螺旋均匀剪切湍流对流中，这种效应也会导致大尺度磁场的产生，从而α效应消失。结果表明，湍流对流促进了剪切流发电机的不稳定性，即，热通量对剪切电流效应产生积极的贡献。然而，即使在湍流对流中，如果湍流相关时间的空间标度为k^{-2}（其中k是小尺度波数），则对于小的流体动力学和磁雷诺数，也没有由于剪切流效应而产生的发电机作用。我们还讨论了由于剪切电流效应引起的非线性平均场发电机，并将磁螺旋度的输运作为动力学非线性考虑在内。在发电机作用的非线性阶段，磁螺旋度通量强烈地影响磁场动力学。当磁螺度通量不小时，平均磁场的饱和水平是由湍流动能决定的均分场的量级。所得结果对于阐明天体物理和宇宙剪切湍流等离子体中大尺度磁场的起源具有重要意义。
2007-10-21 astro-ph
Large-scale dynamos in turbulent convection with shear
目的：利用三维数值模拟方法研究了水平剪切作用下的可压缩穿透对流的发电机作用和大尺度磁场的产生。研究方法：我们考虑的情况下，在没有剪切和旋转的情况下，磁雷诺数是边际或适度超临界相对于小规模发电机的行动。通过比较具有开放和封闭边界的磁场的结果，研究了磁螺旋度通量的影响。结果如下：没有剪切，即使系统中存在α效应（旋转和分层）所需的成分，也找不到大规模的发电机。如果边界是开放的，当加入均匀的水平剪切时，就会产生大尺度的磁场。在这种情况下，平均磁场包含总磁场的重要部分。对于那些运行的磁雷诺数是在60和250之间，小规模的发电机预计将被激发，但场分布被发现是类似的情况下，较小的磁雷诺数的小规模发电机不被激发。在封闭的（完美的导电）边界的情况下，磁螺旋度通量被抑制，没有大规模的fields.Similarly，穷人的大规模领域的发展被认为是当垂直剪切与周期性的边界条件相结合，在水平方向上。然而，如果在x方向上使用开放（正常场）边界条件，则会产生大尺度场。这些结果支持的概念，剪切不仅有助于产生的领域，但它也起着至关重要的作用，在驱动磁螺旋度通量的系统沿等值线的剪切，从而使有效的发电机行动。
2008-10-06 astro-ph
Solar dynamo models with alpha-effect and turbulent pumping from local 3D convection calculations
本文介绍了采用α效应和局部对流计算的湍流抽运的运动学太阳发电机模型的结果。我们估计这些影响的幅度约为2-3 m/s。应用了从日震学获得的太阳旋转轮廓。我们得到了两种诱导效应之比的估计值C_alpha/C_Omega \approx 10^-3，在所有模型中我们都保持这个值不变。我们还包括一个单胞的对流环流模式，其大小在近地面为10-20米/秒，在对流区底部为1-2米/秒。该模型基本上代表了一个分布式的湍流发电机，因为α效应在整个对流区是非零的，尽管它集中在对流区的底部附近，在纬度30度附近获得最大值。湍流泵的平均场主要是向下和赤道。我们发现，当所有这些效应都包括在模式中时，就有可能正确地再现太阳活动周期的许多特征，即正确的低纬向赤道迁移和高纬极支，以及观测到的B_r B_phi的负号。虽然与以前的模型相比，由于α效应在中纬度达到峰值、纬向环流和纬度抽水的共同作用，活动明显地向赤道转移，但大部分活动仍然发生在太高的纬度（5-60度之间）。其他的问题包括相对狭窄的参数空间，在此范围内的首选解决方案是偶极（A0），和有点太短的周期长度的太阳能型解决方案。表面剪切层的作用被发现是重要的，只有在α效应的情况下，有一个明显的幅度接近表面。
2006-06-05 astro-ph
The effect of hyperdiffusivity on turbulent dynamos with helicity
在湍流的数值研究中，高粘流常被用作扩展惯性子区和减小耗散子区的工具。通过类比，超扩散率（或高电阻率）有时用于磁流体力学。基本的假设是，只有小尺度受到这种操纵的影响。本文研究了大尺度磁场演化过程中可能的副作用。结果发现，对于具有螺旋度的湍流，高扩散率导致发电机产生的磁场在比正常扩散率更高的水平上饱和。这一结果是成功地解释在磁螺旋度守恒，这也预示着完全饱和后，才达到大规模的磁（超）扩散时间相当的时间。
2001-10-08 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Overcoming the Back Reaction on Turbulent Motions in the Presence of Magnetic Fields
标准的磁流体动力学理论，如平均场发电机理论，已被批评时，反作用的磁场上的湍流运动被忽略。对于发电机，这种反作用被认为是为了抑制最佳平均场产生所需的湍流运动。这里建议，如果磁场在空间上是间歇的，例如驻留在通量管中，则对湍流的反作用可以显著减小。
1996-08-07 astro-ph plasm-ph
Magnetic Helicity Conservation and Astrophysical Dynamos
我们建立了一个磁螺旋度守恒发电机理论，其中包括一个计算的磁螺旋度电流。在这个模型中，流体螺旋度在大尺度磁场产生中起很小的作用。相反，发电机过程是由一个新的数量，来自速度关联函数的二阶导数的不对称性，密切相关的“扭曲和折叠”发电机模型。正如预期的那样，湍流阻尼项几乎不变。具有空间恒定流体螺旋度和消失电阻率的数值模拟预计不会产生与湍流能量密度均分的大尺度场。在这种情况下驱动一个快速发电机的前景是不确定的，但如果可能的话，那么这个场在很大程度上必须是无力的。另一方面，有一个有效的模拟$α-Ω$发电机。湍流由剪切流中的某些各向异性局部不稳定性驱动的系统，如真实恒星和吸积盘，以及一些计算机模拟，可能成功地驱动强大尺度磁场的产生，前提是$\partial_rΩ< \partial_θv_zω_θ>>0$。我们表明，这一标准通常是满足的。这样的发电机将包括一个持久的、空间相干的垂直磁螺旋度流，其符号与$-\partial_rΩ$相同，即吸积盘为正，太阳为负。我们评论的作用，随机磁螺旋电流在存储湍流能量在无序磁场，这将产生均分，无序的领域在湍流介质中，也是一个下降的长波长尾巴的功率谱。因此，对银河系“种子”场的计算在很大程度上是不相关的。
2000-12-18 astro-ph physics.plasm-ph
Self-similar turbulent dynamo
数值研究了高导电流体中磁场的放大。在生长过程中，磁场在空间上是间歇性的：它并不均匀地填充体积，而是集中在细长的折叠结构中。与普遍持有的观点相反，如果存在扩散，则折叠场的不透明度在整个生长阶段不会无限增加。相反，正如我们所展示的，场强的概率密度函数（PDF）变得自相似。归一化矩随磁普朗特数以幂函数形式增加。我们认为，自相似性是预期与有限的流量规模和系统的大小。在非线性饱和状态下，双折射率降低，PDF呈指数变化。平行线指出，最近观察到的被动标量混合和地图发电机的自相似行为。
2004-03-04 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
A model of nonlinear evolution and saturation of the turbulent MHD dynamo
研究了大磁普朗特数湍流导电介质中磁场的增长和饱和。这种状态在低密度热天体物理等离子体中非常常见。在早期（运动学）阶段，弱磁波动呈指数增长，并集中在电阻尺度，这远远低于流体动力学粘性尺度。当磁场能量与粘性尺度涡旋的动能相当时，演化成为非线性的。随后的MHD发电机的非线性演化的物理图片提出。唯象的考虑补充了一个简单的福克-普朗克模型的非线性演化的磁能谱。据发现，虽然大部分的磁能从亚粘性尺度的速度尺度的转变可能是可能的，它发生得非常缓慢-在电阻，而不是动态，时间尺度（星系，这意味着产生大规模的磁场不能用这种机制来解释）。Alfvenic运动的作用和充分发展的各向同性MHD湍流的影响进行了讨论。
2002-10-30 astro-ph nlin.CD physics.plasm-ph
Fluctuation dynamo and turbulent induction at low magnetic Prandtl numbers
本文详细地报道了一个模拟程序，该程序用来解决发电机理论中一个长期存在的问题，并证明了在大磁雷诺数Rm>>1和小磁普朗特数Pm<<1的极限下存在涨落发电机。在1<Re<6700时，得到了临界Rm_c与雷诺数Re的关系。在极限Pm<<1时，Rm_c比Pm>1时大~3倍。稳定性曲线Rm_c（Re）（以及发电机的性质）与平均流的模拟和液态金属实验的情况有很大的不同。在Re>>Rm>>1的极限范围内，增长率是否为~Rm^{1/2}，目前还不可能用数字来确定，如果发电机是由惯性范围运动驱动的，情况就应该是这样。低Pm区的磁能谱与Pm>1的情况有质的不同，并且似乎形成负谱斜率，尽管目前的分辨率不足以确定其渐近形式。在1<Rm<Rm_c时，研究了弱平均场湍流纠缠引起的磁涨落，并考察了电阻标度以上k^{-1}谱的可能性。在低Rm<1时，诱导的涨落被准静态近似很好地描述; k^{-11/3}谱首次在直接数值模拟中得到证实。
2007-04-16 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
