Robust estimate of dynamo thresholds in the von Kármán sodium experiment using the Extreme Value Theory
将一种新的基于极值理论的阈值检测方法应用于VKS实验数据。VKS实验是在实验室液态金属实验中获得发电机磁场的一次成功尝试。我们首先表明，发电机阈值与磁场的极值的概率密度函数的变化。该方法不需要测量来自施加的外部扰动的响应函数，因此提供了简单的阈值估计。我们将我们的方法应用到不同的配置中的VKS实验表明，它产生了一个强大的指示发电机阈值以及滞后行为的证据。此外，对于未观察到发电机跃迁的实验配置，该方法提供了一种外推可能的阈值区间的方法。
2014-02-18 physics.data-an physics.flu-dyn
Electromagnetic induction in non-uniform domains
运动学模拟的感应方程进行了不同的设置适合冯卡门钠（VKS）发电机实验。流动驱动叶轮的材料特性被认为是通过高传导性和高渗透性的磁盘，存在于一个圆柱形的体积充满了导电流体。两个完全不同的数值代码相互验证欧姆衰减和运动发电机问题，使用各种配置和物理参数的定量协议。场的几何形状和增长率强烈修改的磁盘的材料特性，即使高磁导率/高电导率的材料是本地化在一个相当薄的区域。相比之下，外部边界条件的影响仍然很小。利用VKS一样的平均流体流量和高磁导率磁盘产生的最简单的非轴对称场模式的发电机动作的发病的临界磁雷诺数的减少。然而，这种减少不足以在VKS实验中变得相关。此外，Rm_c的减小基本上受流动构型的微小变化的影响，使得结果对于湍流的设置和性质的微小修改不是非常稳健。
2010-04-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Experimental realization of dynamo action: present status and prospects
近几十年来，发电机作用的实验研究取得了很大进展。然而，在卡尔斯鲁厄和里加的发电机实验之后，冯卡门钠（VKS）发电机只是第三个能够在实验室实验中证明流体流动驱动自产生磁场的设施。预计将在液体钠设施DRESDYN（用于DYNamo和热工水力研究的DREsden钠设施）框架内设计的计划中的进动驱动发电机实验将在发电机作用的实验研究方面取得进一步进展。在本文中，我们简要地介绍了VKS发电机的数值模型，证明了在该实验中观察到的轴对称场和用于流驱动叶轮的软铁材料之间的密切关系。我们进一步展示了最近的结果，准备水实验和设计研究有关的进动发电机，并描绘了科学的前景，为最终的设置。
2012-12-18 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Generation of magnetic field by dynamo action in a turbulent flow of liquid sodium
我们报告了在VKS实验中观察到的发电机作用，即，由液体钠的强湍流旋流产生磁场。场的平均和波动部分进行了研究。发电机阈值对应于磁雷诺数Rm \sim 30。平均磁场的顺序为40 G的观察30%以上的阈值在流动的横向边界。对于两个分量，均方根波动大于相应的平均值。的缩放的均方磁场进行比较，以前的预测高雷诺数流量。
2007-01-06 physics.flu-dyn
Towards an experimental von Karman dynamo: numerical studies for an optimized design
本文对有限长圆柱内两反向旋转圆盘间的VonKarman型流动进行了数值研究。使用水模型实验，改变驱动叶轮的配置，流量已被优化。在法国Cadarache进行的新钠实验VKS 2中，已经发现了一种导致平均流发电机作用的解决方案。描述和讨论了优化过程，研究了在流动周围添加固定导电层对阈值、中性模形状和磁能平衡的影响。最后，可能涉及到冯卡门流中的运动发电机行动的过程进行了审查和讨论。在可能的过程中，我们强调的边界层径向速度剪切和欧姆耗散局部化的流动/外壳边界的联合效应。
2005-08-03 physics.flu-dyn
Kinematic simulations of dynamo action with a hybrid boundary-element/finite-volume method
发电机激励的实验实现以及感应方程的理论和数值检验表明了自持发电机边界条件的相关性。在产生域的场的内部，几何约束或变化的材料特性（例如，容器壁的导电性或局部高磁导率材料）也可能起作用。将基于网格的有限体积法与边界元法相结合，在混合FV-BEM方案中提供了局部离散的灵活性，并以相对较低的成本在几乎任意的几何形状中严格处理绝缘磁边界条件。由一个众所周知的规定平均流产生的发电机动作的运动学模拟证明了该方法的可靠性。未来的检查是为了了解的VKS发电机实验的行为，其中现场生产流是由铁质螺旋桨和感应效应的导电性/渗透性的不均匀性可能会提供所需的条件所测量的发电机特性。
2008-03-24 physics.flu-dyn
Numerical study of homogeneous dynamo based on experimental von Karman type flows
对冯卡门型流动的磁感应方程进行了数值研究。这些流动由圆柱形容器中的两个同轴反向旋转螺旋桨产生。这种装置目前用于冯卡门钠（VKS）实验，旨在研究发电机行动在无约束流。的平均速度字段已被测量为不同的配置，并在一个周期性的圆柱形运动发电机代码。根据驱动配置，极向环形流比和边界的电导率，观察到一些流量维持增长的磁场的磁雷诺数访问钠实验。还研究了流动对外部磁场的响应：结果与单螺旋桨情况下的实验结果非常一致，但在双螺旋桨情况下可能不同。
2003-01-15 physics.flu-dyn
A simple mechanism for the reversals of Earth's magnetic field
我们表明，一个模型，最近用来描述所有的动态制度的磁场产生的发电机效应在VKS实验[1]，也提供了一个简单的解释地球的磁场的逆转，尽管两个系统之间的强烈差异。
2009-02-09 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Axisymmetric dynamo action is possible with anisotropic conductivity
发电机理论的一个里程碑是考林定理，其现代形式被称为轴对称速度场不可能通过发电机作用产生轴对称磁场。使用各向异性的电导率，我们表明，轴对称发电机实际上是可能的运动一样简单的固体旋转。最重要的是，不稳定性分析可以完全解析地进行，导致发电机阈值的显式表达式，这是发电机理论中唯一的例子。
2020-04-17 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Influence of high permeability disks in an axisymmetric model of the Cadarache dynamo experiment
对Cadarache von-Kármán-Sodium发电机实验的模型配置进行了运动诱导方程的数值模拟。研究了相对磁导率μ的局部轴对称分布对软铁材料在导电流体流中的影响。第一非轴对称模式的发电机作用的临界磁雷诺数Rm^c大致与Rm^c（μ）-Rm^c（μ->无穷大）~ μ^（-1/2）成比例，即阈值随着μ的增加而减小。该标度律表明软铁圆盘中存在集肤效应机制。更重要的是，关于Cadarache发电机实验，我们观察到一个纯粹的环形轴对称模式本地化的高磁导率磁盘成为主导大μ。在这个限制，环形模式是接近发电机行动的发病与（负）增长率，而独立的磁雷诺数。我们定性地解释了这种效果，在流体/磁盘界面的顺磁泵送，并提出了一个简化的模型，定量再现数值结果。在Cadarache发电机实验模式选择的高磁导率磁盘的至关重要的作用，不能推断出使用理想化的伪真空边界条件（H × n = 0）的计算。
2012-05-31 physics.flu-dyn
Bypassing Cowling's theorem in axisymmetric fluid dynamos
本文对球域内轴对称强迫流产生的磁场进行了数值研究。在足够小的雷诺数Re下，流动是轴对称的，并且在临界磁雷诺数Rmc以上产生赤道偶极子。因此，磁场打破了轴对称，与考林定理一致。然而，当Re较大时，磁场的这种结构被占主导地位的轴向偶极子所取代，并且允许流中的非轴对称波动。我们在这里表明，即使在没有这样的波动，轴向偶极子也可以产生，在低Re，通过二次分叉，当Rm增加到发电机阈值以上。因此，系统总是找到一种方法来绕过考林定理所施加的约束。我们理解的动力学行为，结果从赤道和轴向偶极模式的相互作用，使用简单的模型方程的振幅来自对称参数。
2008-05-14 physics.flu-dyn
Dipole-Quadrupole dynamics during magnetic field reversals
本文研究了湍流发电机实验中磁场反转的形状和动力学。我们报告了VKS实验中磁场的偶极和四极部分的演化，并表明实验结果与最近的反转模型的预测吻合得很好：当偶极反转时，部分磁能被转移到四极，反转开始于偶极的缓慢衰减并且随后是快速恢复，以及偶极子的过冲。在静止发电机和振荡发电机之间的边界处观察到随机反转。
2010-10-22 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Excitability in the vicinity of a saddle-node bifurcation: a mechanism for reversals
我们提出了一个新的机制振荡或随机反转的磁场发生从一个固定的发电机状态。的基本成分是存在两个近临界发电机本征模式，一个稳定的和不稳定的，碰撞在鞍结分岔。在此分叉之上，产生有限振幅极限环。在分叉附近，即使是少量的湍流波动也足以产生磁场的随机反转。当两个竞争的本征模具有不同的对称性时，这种情况需要产生发电机的流的对称性破缺。这与VKS实验的观察结果非常一致。它还可以解释行星或恒星磁场的动力学，并可用于理解经常在湍流背景下发展的大规模流动的逆转。
2008-10-29 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Impact of time-dependent non-axisymmetric velocity perturbations on dynamo action of von-Kármán-like flows
我们已经进行了数值模拟的运动诱导方程，以检查发电机效率的轴对称冯卡门流随时间变化的非轴对称速度扰动。数值模型是基于法国冯卡门钠发电机（VKS）的设置和在西班牙潘普洛纳的纳瓦拉大学进行的模型水实验的流量测量。我们的模拟表明，方位漂移流扰动的相互作用与磁本征模的基本漂移（由不可避免的赤道对称性破坏的基本流）基本上确定发电机状态的时间行为。我们发现两个不同的制度的发电机行动，取决于（规定）漂移频率的（$m=2$）涡状流扰动。对于相对缓慢漂移的涡旋，我们观察到一个狭窄的窗口，增强的增长率和漂移的磁本征模是同步的扰动漂移。当涡旋漂移频率大致等于未扰动系统中磁本征模的漂移频率时，增长率发生共振式增强。在这个小窗口之外，与未扰动的情况相比，场的产生受到阻碍，并且磁本征模的场振幅被调制为涡旋漂移频率的大约两倍。共振制度和调制制度之间的突然过渡被确定为一个频谱异常点，其中两个先前独立的模式的本征值（增长率和频率）和本征函数崩溃。
2012-12-10 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Axisymmetric Dynamos Sustained by a Modified Ohm's Law in a Toroidal Volume
本文通过在欧姆定律中引入由电子碰撞引起的耗散力，修正了 Cowling 定理，证明了在近球形环形体积中轴对称发电机可以长期维持并产生偶极磁场。
2025-01-31 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Magnetic material in mean-field dynamos driven by small scale helical flows
我们进行运动学模拟的发电机动作驱动的螺旋小尺度流动的导电流体，以推导出平均场的小尺度涡的联合感应作用的性质。我们研究了两种不同的流动模式的风格的G.O.罗伯茨流，但与平均垂直分量和内部装置，模拟的区域与消失流。这些固定装置代表位于各个涡流中心的杆，或提供涡流彼此分离的内部分隔壁。固定装置可由相对磁导率大于可改变发电机行为的磁导率的磁性材料制成。这些调查的动机是广泛未知的强制螺旋流的感应效应，用于液体钠冷却快堆的核心，并从软铁叶轮的关键作用，冯卡门钠（VKS）发电机。对于这两个检查流配置的考虑磁性材料内的流体流导致的临界磁雷诺数的减少高达25%。在可达到的最大渗透率极限内的增长率的发展表明，即使渗透率值更大，也不会进一步显著降低。为了研究由数万个螺旋细胞组成的系统的发电机行为，我们求助于平均场发电机理论（Krause & Rädler 1980），其中小尺度流的作用根据$α$效应和$β$效应被参数化。我们使用所谓的测试场方法计算$α$ -和$β$ -张量的相关元素。我们发现一个合理的协议之间的完全解决模型和相应的平均场模型壁或杆材料在考虑范围$1\leq μ_r \leq 20$。
2014-07-25 physics.flu-dyn
Prandtl number dependence of convection driven dynamos in rotating spherical fluid shells
普朗特数$P$的值对充满导电流体的旋转球壳中的对流驱动发电机产生强烈的影响。低普朗特数通过由差动旋转提供的剪切促进发电机作用，而磁场的产生在高普朗特数流体中更难以维持，其中需要更高的磁性普朗特数$P_m$值。发电机理论中经常使用的磁旋近似似乎只对相对较高的$P$和$P_m$值有效。具有最小值$P_m$的发电机似乎在对流柱存在下在$P$的适度低值下最容易实现。磁场的结构随着$P$的变化而变化，在$P$的高值时，发现具有强轴向偶极场的发电机，而在$P$的低值时，该分量的能量被轴对称环向场的能量和非轴对称分量的能量超过。本文讨论了由导电液核运动产生行星磁场的问题。
2009-10-23 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Self-consistent simulations of a von Kármán type dynamo in a spherical domain with metallic walls
我们已经进行了数值模拟的边界驱动发电机使用三维非线性磁流体动力学模型在球壳几何形状。磁性普朗特数Pm=0.01的导电流体被两个半球壁的反向旋转驱动而运动。由此产生的流动是冯卡门型的，由靠近外壁的纬向速度层和次级纬向环流组成。在一定的强迫阈值以上，赤道带内的平均气流对非轴对称运动是不稳定的。对于固定强迫高于这个阈值，我们已经研究了这个流的发电机特性。在这些参数下，导电外壁的存在对于发电机的存在是必不可少的。因此，我们研究了改变壁的材料参数（磁导率，电导率和厚度）对发电机的影响。与以前的研究一样，我们发现发电机只有当电导率或渗透率足够大时才能得到。然而，我们发现这两个参数对发电机过程的影响是不同的，甚至可以竞争到发电机的损害。我们的自我一致的方法使我们能够详细分析发电机反馈回路。我们得到的发电机是典型的轴对称环形磁场和轴向偶极子分量占主导地位。我们表明，外剪切层产生一个强大的环向场的能力，关键取决于存在一个导电的外壁，它屏蔽了真空外的流体。另一方面，轴对称极向场的产生发生在赤道带，并且不依赖于壁的性质。
2012-08-17 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamo generated by the centrifugal instability
我们提出了一个新的方案磁场放大的导电流体被限制在一个差分旋转，薄的纵横比的球壳。当角动量充分向外减小时，在赤道区域中发展出流体动力学不稳定性，其特征在于成对的反向旋转的环形涡，类似于在圆柱形库埃特流中观察到的那些。这些球形泰勒-库埃特涡旋产生由非轴对称分量主导的亚临界发电机磁场。我们发现，临界磁雷诺数似乎达到一个恒定的值，在大雷诺数和全球旋转可以强烈降低发电机启动。我们的数值结果是理解一个简单的动力系统的框架内，我们提出了一个低维模型的亚临界发电机分岔。实验室发电机和天体物理磁场的影响进行了讨论。
2016-06-13 physics.flu-dyn
Periodic magnetorotational dynamo action as a prototype of nonlinear magnetic field generation in shear flows
以开普勒剪切流中的磁旋转发电机为原型，研究了倾向于磁流体动力学不稳定性的剪切流中发电机作用的性质。利用直接数值模拟和牛顿方法，我们计算了一个精确的时间周期磁旋转发电机的三维耗散不可压缩磁流体动力学方程的旋转和剪切。我们讨论的物理机制背后的周期，并表明，它是从一个大规模的轴对称环形磁场和非轴对称扰动放大的磁旋转不稳定性之间的线性和非线性相互作用的组合。我们证明，这种大规模的发电机机制是整体内在的非线性和不可还原的标准平均场发电机形式主义。因此，我们的研究结果提供了明确的证据，一个通用的非线性产生机制的时间相关的相干大尺度磁场剪切流，并呼吁新的理论发电机模型。这些发现为理解亚临界磁旋湍流的相变和统计性质提供了重要线索。
2011-09-08 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
A dynamo driven by zonal jets at the upper surface: Applications to giant planets
我们提出了一个发电机机制所产生的正压不稳定的纬向急流在旋转球壳的存在。纬向流的剪切不稳定性以全局Rossby模的形式发展，其方位波数取决于纬向急流的宽度。我们获得自持磁场在磁雷诺数大于1000。我们表明，罗斯贝波的传播是至关重要的发电机行动。轴对称极向磁场的振幅取决于Rossby模的波数，因此取决于纬向喷流的宽度。我们讨论了这种发电机机制产生的巨行星的磁场的兼容性。我们的研究结果表明，磁场的拓扑结构和在巨行星表面观察到的纬向风的轮廓之间可能存在联系。对于窄的类木星喷流，极向磁场由轴向偶极主导，而对于宽的类海王星喷流，轴对称极向场较弱。
2015-04-22 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Dynamo enhancement and mode selection triggered by high magnetic permeability
我们目前的结果一致的发电机模拟，其中的导电和不可压缩的流动内的圆柱形容器被迫通过移动叶轮数值实现的惩罚方法。数值方案模型跳跃的磁导率的固体叶轮，类似于各种配置的冯卡门钠实验中的实验测试。在我们的一组模拟中再现了最引人注目的实验观察结果。特别是，我们报告的轴对称发电机模式的存在，自洽时产生的叶轮的磁导率超过阈值。我们描述了一种可能的情况，涉及在叶轮附近的湍流和叶轮的高磁导率。
2021-12-10 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
Minimalist large scale dynamo from shear-driven inhomogeneity
我们表明，非轴对称，非螺旋扰动在非分层剪切流产生剪切平面平均电动势（EMF）成比例的空间相关的动力学螺旋度。这种新的“剪切驱动的$α$效应”可以放大剪切平面平均磁场，但当调用发电机系数的均匀性假设时是不可忽略的。这是一个候选机制，在天体物理学，实验室和模拟剪切流的大尺度场生成，并强调正确平均发电机系数和字段的重要性。
2019-05-05 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mean field dynamo action in shear flows. I: fixed kinetic helicity
本文利用具有固定动力学螺旋度和非零关联时间的脉冲更新流（$τ$）研究了背景线性剪切流中的平均场发电机作用。我们使用平面剪切波作为由Singh \& Sridhar（2017）导出的Navier-Stokes方程的时间相关精确解。这使我们能够自洽地包括剪切对随机流的各向异性影响。我们确定了控制平均磁场演化的平均响应张量，并研究了其特征值的性质，这些特征值产生了平均磁场的增长率（$γ$）和周期（$P_{\rm cyc}$）.平均磁场的非轴对称模式衰减为$t \to \infty$，因此被认为对平均场发电机不重要。当$τ$与涡流周转时间$T$相当时，$γ$和对应于最快增长轴对称模式的波数都随剪切速率$S$非单调变化，在这种情况下，我们还发现当剪切变得太强时发电机的淬火。当$τ/T\sim{\cal O}(1)$时，增长发电机波的周期（$P_{\rm cyc}$）与剪切成比例，在小剪切时为$P_{\rm cyc} \propto |S|^{-1}$，当剪切太强时，它变得几乎与剪切无关，这种在弱剪切和强剪切下的渐近行为对最近观测到的恒星磁活动周期有意义。因此，我们的研究基本上概括了标准的$αΩ$（或$α^2Ω$）发电机的$α$效应也受到剪切和建模的随机流具有有限的记忆。
2020-05-12 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mechanisms for magnetic Field generation in precessing cubes
它示出，在进动立方体中的流动发展在一定的参数大的轴对称分量的速度场是足够大的，要么产生磁场本身，或有助于发电机效应，如果惯性模式已经被激发，并作为一个发电机。这种效应在小埃克曼数时消失。由于湍流和小尺度结构的存在，临界磁雷诺数在低埃克曼数下也会增加。
2018-07-05 physics.flu-dyn
Kinematic dynamo action of a precession driven flow based on the results of water experiments and hydrodynamic simulations
在亥姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫中心（HZDR）进行的DRESDYN项目（用于DYNamo和热工水力研究的德累斯顿钠设施）为各种致力于地球和天体物理磁流体力学问题的液体钠实验提供了一个新的平台。该项目中最雄心勃勃的实验是目前正在建设中的岁差驱动发电机实验。它由一个充满液体钠的圆柱体组成，同时围绕两个轴旋转。该实验的动机是岁差驱动流作为地球发电机或古代月球发电机的补充能源的想法。在本研究中，我们解决数值和实验检查，以确定参数区域的发病磁场激励将是最有可能的。这两种方法都表明，在强非线性制度的流动基本上是由直接强制的主要开尔文模式和更高的模式在驻惯性波，从非线性自相互作用产生的。一个特点是一个轴对称的模式，代表了双辊结构中的旋进平面，这，然而，只发生在一个非常有限的范围内的进动比的共振出现。这种轴对称模式被证明是有益的发电机行动，和运动学模拟的磁场演变引起的时间平均流表现出磁场激励在临界磁雷诺数周围${\rm{Rm}}^{\rm{c}}\approx 430$，这是计划的液体钠实验的范围内。
2018-07-26 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Parametric instability in periodically perturbed dynamos
我们研究运动发电机的作用驱动的轴对称的大尺度流，与方位角传播的非轴对称扰动的频率$ω$叠加。虽然我们应用了一个相当简单的大尺度速度场，我们的模拟表现出复杂的行为与振荡和方位漂移的本征模式以及固定制度。在这些非振荡制度，我们发现参数共振的特点是一个相当大的增强发电机行动和锁定的相位的磁场的模式的扰动。我们发现受扰系统的共振频率$ω_{\rm{res}}$和未受扰系统的本征频率$ω_0$之间的关系的近似满足，该关系由$ω_{\rm{res}}=2ω_0$给出，其从范例旋转机械系统和我们先前的研究[Giesecke等人，E，86，066303（2012）]。我们发现进一步-更广泛的-制度与较弱的增强的增长率，但没有锁相。然而，这种放大制度只出现在一个基本（即未扰动）状态的情况下，由几个不同的本征模相当接近的增长率。定性地，这些观测结果可以用Floquet理论推导出的磁场振幅的简单低维模型来解释。所观察到的现象可能是根本的重要性，在行星发电机模型的基流被周期性的外力，如岁差或潮汐和实现发电机行动在实验室条件下施加的扰动与适当的频率可能会促进发电机行动的发生。
2017-05-22 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Suppression of a kinematic dynamo by large shear
我们数值求解磁感应方程的球壳几何形状，与运动学规定的轴对称流，由一个小规模的螺旋流和大规模的剪切流的叠加。小尺度流被选择为经典Roberts单元的局部模拟，由强螺旋涡卷组成。大尺度流动是径向或纬向的剪切运动。在没有大尺度剪切的情况下，小尺度流动是一个有效的发电机，与以前的结果一致。增加越来越大的剪切流强烈抑制发电机效率，表明剪切并不总是发电机作用的有利成分。
2016-09-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Identification of vortexes obstructing the dynamo mechanism in laboratory experiments
磁流体动力发电机效应解释了在导电流中，特别是在地质和天体物理环境中，自持磁场的产生。然而，这种机制的细节仍然是未知的，例如，几何形状、流体拓扑结构、强制机制和湍流如何以及在何种程度上可以对该过程产生负面影响。我们报告在球形几何进行的数值模拟，分析预测的速度流与所谓的奇异值分解，一个强大的技术，使我们能够精确地识别涡流的流动，这将是难以表征与传统的谱方法。然后，我们量化的贡献，这些涡流的增长率的磁能在系统中。我们确定了一个轴对称涡，其旋转方向随时间周期性变化，其动力学是解耦的大规模背景流，是有害的发电机效应。与实验进行了比较，表明在圆柱形的几何形状观察到类似的动态。这些以前意想不到的涡流，阻碍发电机效应，提供了一个解释的实验困难，在获得一个发电机在球形几何。
2013-05-20 physics.flu-dyn
The effect of nutation angle on the flow inside a precessing cylinder and its dynamo action
实验研究了章动角对旋进圆柱内部流动的影响，并与数值模拟结果进行了比较。重点放在典型的故障的直接强制m=1开尔文模式的增加进动比（庞加莱数），以及伴随的层流和湍流之间的过渡。与章动角为90°的参考情况相比，逆旋转导致更早的崩溃，而在逆行情况下，强迫模式继续存在，也为更高的庞加莱数。在很大程度上取决于轴对称双辊模式的发生和强度，运动发电机的研究揭示了章动角和庞加莱数的自激条件的敏感依赖性。最佳发电机的条件被发现为90°角，然而，可能会转移到略逆行进动更高的雷诺数。
2022-07-21 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Experimental evidence for non-axisymmetric magnetorotational instability in a rotating liquid metal exposed to an azimuthal magnetic field
磁旋转不稳定性（MRI）的方位角版本是在纯方位角磁场或主要方位角磁场的影响下流体动力学稳定的差动旋转流的非轴对称不稳定性。它可能是相当重要的不稳定吸积盘，并在MRI发电机的概念中起着核心作用。我们报告的结果，液体金属泰勒-库埃特实验表明，在哈特曼数的预期范围内的方位MRI的发生。
2014-06-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Kinematic dynamo in spherical Couette flow
我们调查数值运动发电机驱动的两个同心差分旋转的球体之间的壳，通常被称为球形Couette流配置的导电流体的流动。我们比较轴对称（2D）和全三维流之间，低和高的全球旋转速率之间，逆时针和逆行差分旋转之间，弱和强的非线性惯性力之间，绝缘和导电边界之间，以及两个纵横比。主要结果如下。方位漂移Rossby波所产生的Stewartson剪切层的不稳定是至关重要的发电机行动。差动旋转和螺旋Rossby波相结合，有助于球形库埃特发电机。在一个缓慢的全球旋转速率，差异旋转的方向起着重要的作用，发电机，因为不同的模式的Rossby波在逆行和逆行流。在一个快速的全球旋转速率，更强的流超临界（即差分旋转速率的流量和非轴对称不稳定性的发病临界值之间的差异）有利于发电机行动的发病。一个导电的磁边界条件和较大的纵横比都有利于发电机的行动。
2012-08-06 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Nonlinear large scale flow in a precessing cylinder and its ability to drive dynamo action
我们对圆柱形空腔中的旋进驱动流动进行了实验测量和数值模拟。这项研究是专门的进动发电机实验，目前正在建设中的亥姆霍兹Zentrum德累斯顿-罗森多夫（HZDR），目的是在流体动力学流的评价方面，其能力，以驱动发电机。我们专注于强非线性制度，其中的流动基本上是由直接强制的初级开尔文模式和更高的模式在非线性自相互作用所产生的驻惯性波。我们获得了很好的协议，实验和模拟方面，流量振幅和流动几何形状。一个特点是共振式出现的一个轴对称模式，代表了双辊结构中的椭圆平面。运动学模拟的磁场演变引起的时间平均流产生发电机行动在临界磁雷诺数约${\rm{Rm}}^{\rm{c}}\approx 430$，这是计划的液体钠实验的范围内。
2017-12-18 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Slow dynamo modes in compact Riemannian plasma devices from Brazilian spherical tokamak data
由于柯林反发电机定理自然地适用于轴对称装置和流动，在球马克等离子体装置实验中经常发现反发电机模。本文充分考虑了无边界紧致黎曼等离子体装置（如托卡马克、仿星器和扭转加速器）中慢发电机模的存在性。研究表明，衰减模式磁场作用下的扰动无扭流能够产生一种缓慢的有扭发电机等离子体流，其中无扰流也是一种定常流。当获得高雷诺磁数$Rm$的慢发电机极限时，未扰动的等离子体流达到平衡，如在spheromak。从国家空间研究所的巴西球形托卡马克获得的纵横比数据和其他数据被用来获得慢发电机作用的磁场的最大磁增长率的数值估计，即对于环形初始磁场$B_{0}\approx{0.4T}$和纵横比数据为1.5的托卡马克的$γ_{1max}\approx{\frac{0.26}{a}{\times}\frac{v_{1θ}}{B_{1s}}}$。对于$a\approx{0.2m}$的托卡马克内半径，得到慢发电机的最大增长率为$γ_{1max}\approx{1.3{\times}\frac{v_{1θ}}{B_{1s}}}$，其中$v_{1θ}$是极向扰动扩散流。安全因子由$q\approx{-1}$给出，它是$q<1$，表示球形托卡马克等离子体的稳定性。
2009-02-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Effect of metallic walls on dynamos generated by laminar boundary-driven flow in a spherical domain
我们提出了一个数值研究的发电机行动中的导电流体包裹在一个金属球壳。流体中的运动是由外部金属壳的差动旋转驱动的，我们称之为“壁”。壁的两个半球保持反向旋转，产生稳定的轴对称内部流动，包括差动旋转和在赤道平面内具有径向流入的双胞纬向环流。从以前的研究，这种类型的流是已知的，以保持一个固定的赤道偶极子发电机的行动，如果磁雷诺数大于约300，如果外边界是电绝缘的。我们独立地改变壁的厚度、电导率和磁导率，以确定它们对发电机作用的影响。主要结果如下：（a）增加壁的导电性会使壁内产生涡电流，从而阻碍发电机，涡电流是由赤道偶极子场和壁的相对运动引起的。这个过程可以被看作是趋肤效应，或者等价地，作为偶极子被壁的差分旋转撕裂，场线通过高电导率锚定到该壁。(b)通过将流体中的磁场线约束为垂直于壁，增加壁的磁导率有利于发电机动作，从而使流体与壁中的任何感应解耦。(c)减小壁厚限制了涡电流的幅度，并且因此有利于发电机动作，只要壁薄于趋肤深度。我们明确地证明了这些影响的墙壁上的发电机领域的属性导出一个有效的边界条件消失壁厚的限制。
2013-11-08 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
MRI-driven $α-Ω$ dynamos in protoneutron stars
磁星是一种高度磁化的中子星，可以产生X射线和软伽马射线辐射，其偶极子为$10^{14}$ G到$10^{15}$ G。快速旋转的质子中子星（PNS）的磁共振成像（MRI）对磁场的放大是解释磁星形成的一个很有前途的机制。最近的全球模型支持这种情况，表明小尺度湍流可以产生具有磁星强度的偶极子。然而，浮力和密度分层对MRI产生偶极子的效率的影响仍然是未知的。我们评估的密度和熵的配置文件的MRI发电机在一个全球性的快速旋转的PNS模型，它侧重于其外部分层区域，是稳定的对流的影响。使用伪谱码MagIC，我们进行了三维Boussinesq和滞弹性MHD模拟在球形几何与显式扩散。我们进行了参数研究，在其中我们调查不同的近似和热扩散的效果。我们得到一个自我维持的湍流MRI驱动发电机。这证实了我们以前的大部分不可压缩的结果，一旦密度重新缩放。MRI还产生非主导赤道偶极子，其代表平均磁场强度的约4.3%。有趣的是，在存在密度梯度的情况下，轴对称磁场在大尺度下随时间振荡，这可以被描述为平均场$αΩ$发电机。浮力在赤道平面中抑制湍流，但总体上具有相对较弱的影响，具有实际的高热扩散。我们的研究结果支持MRI产生类磁铁大规模磁场的能力。他们还预测了质子中子星中存在一个$αΩ$发电机，这对模拟核心坍缩超新星中的原位磁场放大可能很重要。[删节]
2022-09-21 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
