Spontaneous Transport Barriers Quench Turbulent Resistivity in 2D MHD
这封信确定了二维MHD中湍流电阻率猝灭的物理机制。在没有外加的有序磁场的情况下，自发地形成了磁势的多尺度、斑点-势垒结构。磁能集中在薄的线性屏障中，位于斑点之间的空隙中。势垒抑制了磁能的传输和运动学衰减。势垒形成的局部输运分叉与$\langle A^2\rangle$和负电阻率的逆级联有关，这引起了局部双稳态。对于小尺度强迫，磁势的自发分层发生，势垒位于层之间的间隙。这种结构实际上是一个磁性楼梯。
2019-04-29 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulent drag reduction in magnetohydrodynamic and quasi-static magnetohydrodynamic turbulence
在流体动力学湍流中，大尺度注入的动能级联到惯性范围，导致恒定的动能通量。相反，在磁流体动力学（MHD）湍流中，一部分动能被转移到磁能。因此，对于相同的动能注入率，MHD湍流中的动能通量与其流体动力学对应物相比减小。这导致非线性项（$\la | ({\bf u}\cdot \nabla) {\bf u} | \ra$，其中${\bf u}$是速度场）和湍流阻力相对减弱，但MHD湍流中的速度场增强。我们使用流体动力学和MHD湍流的壳模型模拟来验证上述。准静态MHD湍流也表现出类似于MHD湍流的湍流阻力减小。
2020-04-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Compressibility in turbulent MHD and passive scalar transport: mean-field theory
本文采用准线性近似和谱$τ$方法，发展了湍流磁流体力学和被动标量输运中压缩性效应的平均场论。我们发现，可压缩性降低了$α$效应和湍流磁扩散率在小和大的磁雷诺数，Rm。同样，可压缩性降低了被动标量在小和大的Péclet数，Pe的湍流扩散系数。另一方面，对于大的Rm，可压缩性不影响磁场的有效泵浦速度，但是对于小的Rm，可压缩性使其减小。密度分层导致被动标量的湍流泵送，但它被发现变得越来越弱的可压缩性。对于磁场，不存在这样的泵浦效应。然而，可压缩性的结果在一个新的被动标量泵效应从低到高的湍流强度的区域，无论是小的和大的Péclet数。它可以被解释为非惯性颗粒和气体混合物的可压缩的turbophoresis，而经典的turbophoresis效应只存在于惯性颗粒，并导致它们被泵送到湍流强度较低的区域。
2018-08-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
MHD Turbulence, Turbulent Dynamo and Applications
MHD湍流在许多空间物理和天体物理环境中很常见。本文首先讨论了不可压MHD湍流的性质。导电性良好的流体在一个称为小规模发电机的过程中放大了初始磁场。低于动能和磁能的均分尺度，谱是陡峭的（Kolmogorov-5/3），并以临界平衡的强MHD湍流为代表。本文介绍了普遍非线性小尺度发电机的基本原理和MHD湍流的惯性范围。在高分辨率直接数值模拟中，我们测量了小尺度发电机$C_E=0.05$、Kolmogorov常数$C_K=4.2$和各向异性常数$C_A=0.63$对MHD湍流的效率。我们还讨论了所谓的不平衡或交叉螺旋MHD湍流，这是相关的许多对象，最突出的是在太阳风。结果表明，不可压缩MHD湍流的性质与可压缩湍流中MHD叶栅Alfvénic部分的性质相似。级联的其他部分根据其自身的动态发展。慢模式由Alfvénic模式级联，而快模式创建独立的级联。我们发现，不同的方式分解成Alfvén，慢，快模式的可压缩MHD湍流提供一致的结果，不仅是有用的理解湍流级联，但其与快速粒子的相互作用。
2014-06-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Plasmoid-dominated Turbulent Reconnection in a Low $β$ Plasma
采用电阻磁流体动力学（MHD）方法研究了低$β$背景等离子体中等离子体团主导的湍流重联特性。在$β_{\rm in} < 1$区域，其中$β_{\rm in}$是流入区域的等离子体$β$，重联位置由激波和激波相关结构主导，等离子体压缩是显著的。当$β_{\rm in}$减小时，有效重连率从$0.01$增加到$0.02$。我们假设等离子体压缩允许更快的重联率，然后我们估计的加速因子，基于可压缩MHD理论。我们验证了我们的预测通过一系列的MHD模拟。这些结果表明，在日冕的$β\ll 1$环境中，等离子体团占主导地位的重联可以比预期的快两倍。
2020-04-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Parametric Decay Instability of Alfven waves in Turbulent Plasmas and the Applications in the Solar Wind
利用三维理想磁流体动力学（MHD）模拟研究了湍流等离子体中Alfven波的参数衰减不稳定性，并探讨了其在太阳风中的应用.我们发现，在一个广泛的参数范围内的背景湍流振幅，具有不同振幅的阿尔芬波的参数衰减不稳定性仍然可以发生，虽然它的增长率往往低于理论线性理论预测和在非湍流的情况下。参量衰变不稳定性产生的密度涨落的时空FFT分析与慢磁流体波的色散关系吻合得很好。这一结果可以解释在1天文单位观测到的太阳风中慢波的产生机制。它进一步突出了需要探讨密度变化在修改湍流特性以及在加热太阳风等离子体方面的影响。
2017-05-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic field amplification and evolution in turbulent collisionless MHD: an application to the ICM
ICM中观测到的磁场的放大和维持通常归因于湍流发电机作用。这通常是由采用碰撞MHD模型。然而，在ICM的离子碰撞之间的平均自由程的动力学尺度的顺序，因此需要一个无碰撞的MHD描述。与碰撞MHD模拟不同，我们的研究使用相对于局部磁场方向的各向异性等离子体压力，这使得等离子体在参数空间内发生无碰撞不稳定性。在所采用的模型中，这些不稳定性通过压力各向异性的弛豫项包含在海湾中，该弛豫项模拟了镜像和消防水龙带不稳定性的反馈。这种弛豫的作用是得到与无碰撞等离子体的经验研究相一致的等离子体分布函数。我们的三维数值模拟的强迫跨音速湍流的激励下的湍流ICM的建模进行了不同的初始值的磁场强度，和不同的压力各向异性的弛豫率。我们发现，在对应于ICM条件的高β等离子体制度，快速各向异性弛豫速率给出的结果是类似的碰撞MHD模型的湍流的统计特性而言。此外，种子磁场的放大，由于湍流发电机的行动是类似的碰撞MHD模型。我们的模拟不采用各向异性弛豫显着偏离碰撞MHD的结果，并显示更多的权力在小尺度的波动的密度和速度代表的结果的不稳定性。对于这些模拟，磁场中的大尺度波动大部分被抑制，并且湍流发电机在放大种子磁场方面失败。
2013-05-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Nonlocal Contributions to the Turbulent Cascade in Magnetohydrodynamic Turbulence
本文修正MHD湍流的P&P定律，引入Alfvén效应导致的非局域能量转移项，并通过直接数值模拟表明忽略该项会高估能量耗散率及太阳风加热贡献。
2024-04-10 physics.plasm-ph
Dynamo in the Intra-Cluster Medium: Simulation of CGL-MHD Turbulent Dynamo
标准的磁流体动力学（MHD）描述的等离子体中的热，磁化气体的内集群（ICM）介质是不够的，因为它是弱碰撞。在这种无碰撞的磁化气体中，粒子的微观速度分布不是各向同性的，从而在动力学尺度上产生动力学效应。这些动力学效应对于理解湍流以及ICM中磁场的放大和维持都很重要。通过对MHD方程的修正，可以建立无碰撞或弱碰撞气体的流体模型。这些模型通常被称为动力学MHD（KMHD）。使用基于CGL封闭的KMHD模型，该模型允许压力张量的两个分量（相对于局部磁场的平行分量和垂直分量）的绝热演化，我们进行了强迫湍流的3D数值模拟，以研究初始弱种子磁场的放大。我们发现，磁能的增长率与普通的MHD湍流发电机相当，但磁能的饱和程度小于MHD情况。我们还发现，发电机工作的一个必要条件是对压力的各向异性施加限制。
2011-02-25 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Sub-Grid-Scale Description of Turbulent Magnetic Reconnection in Magnetohydrodynamics
磁重联至少在局部需要非理想的等离子体响应。在无碰撞的空间和天体物理等离子体中，湍流可以允许这种情况，而不是太罕见的二元碰撞。我们研究了湍流对重联率的影响，在一个单一的流体可压缩MHD方法的框架。我们的目标是找出，无论是未解决的，亚网格的MHD模拟，湍流可以增强重联过程中的高雷诺数天体物理等离子体。根据Yokoi的模型（Yokoi（2013）），我们与网格尺度MHD方程同时求解亚网格湍流能量和交叉螺旋度的演化方程，其中湍流是自生的，并通过平均场的不均匀性维持。Harris和无力片的模拟证实了Higashimori等人（2013）的结果，并获得了关于大雷诺数下电阻率依赖性以及引导场效应的新结果。从大尺度到小尺度的能量转移的量是增强的情况下，快速湍流重联和能谱被用来解释所获得的制度控制的湍流时间尺度$τ_t$的重联。只要湍流的初始水平不是太大，对于由背景分子电阻率$η$控制的较大雷诺数，整个过程甚至更快。这表明在大雷诺数情况下，湍流对快速重联起着重要作用，而湍流的振幅仍然可以很小。
2015-11-29 physics.plasm-ph physics.space-ph
A heuristic model for MRI turbulent stresses in Hall MHD
虽然Shakura-Sunyaev $α$粘度公式在表征无数天体物理环境方面非常成功，但已证明它在模拟MRI驱动的湍流应力方面部分不足。因此，我们采用\citet{GIO03}所采用的方法，但在霍尔磁流体力学（MHD）的背景下，研究MRI湍流。我们利用精确的演化方程的应力，并通过调用量纲分析和物理考虑关闭的非线性项。我们表明，包含霍尔项导致非平凡的结果，包括修改的雷诺和麦克斯韦应力，以及（渐近）之间的动能和磁能的非均分;后者的问题也通过非线性波的分析来解决。的动能和磁能的渐近比示出为\emph{independent}的初始条件的选择，但它是由\emph{Hall parameter}。我们将我们的模型与小尺度发电机理论的卡赞采夫处方进行了对比，霍尔项在后一种方法中没有贡献，说明了卡赞采夫形式主义的局限性。我们指出我们的模型，包括太阳风，缺乏均分已被观察到潜在的天体物理应用。
2016-04-25 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Symmetry breaking and universality of decaying MHD Taylor-Green flows
本文研究了衰减磁流体动力学（MHD）泰勒-格林流的演化和稳定性。所选择的流量已被证明会导致陡峭的总能量谱与幂律行为$k^{-2}$。我们研究了这种流动的对称性破缺的激发扰动的不同幅度。结果表明，对于任何有限振幅的扰动，都存在一个足够高的雷诺数，使得扰动在耗散率的峰值处增长到足够大，从而导致流动中的非线性反馈，并随后打破泰勒-格林对称性。特别是，我们表明，对称性破缺在大尺度上发生，如果扰动的幅度是$ρ_{crit} \sim Re^{-1}$和在小尺度上发生，如果$ρ_{crit} \sim Re^{-3/2}$。这种对称性破缺改变了能量谱在耗散率峰值处的标度律，使其远离$k^{-2}$标度律，而趋向于经典的$k^{-5/3}$和$k^{-3/2}$幂律。
2013-10-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energy spectrum of turbulent fluctuations in boundary driven reduced magnetohydrodynamics
通过对磁流体动力学方程的数值模拟，研究了磁通量绳束在其端点处的稳态流体运动驱动下的非线性动力学行为。MHD湍流的发展示出，系统达到的状态，其特征在于由阿尔芬时间（不可压缩的MHD波沿着场线行进的时间）和驱动运动的对流时间尺度之间的比率。这个时间尺度的比率决定了能量谱和从弱到强湍流的不同区域的弛豫。与唯象理论的连接MHD湍流的能量谱。
2003-09-26 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Nature and Scalings of Density Fluctuations of Compressible MHD Turbulence with Applications to the Solar Wind
太阳风是一种磁化的、湍流的等离子体。它的湍流通常由阿尔夫维尼克波动主导，并且通常被认为在远离太阳的地方几乎不可压缩，如1AU附近的现场测量所示。然而，对于更靠近太阳的太阳风，等离子体$β$减小（通常低于1），而湍流马赫数$M_t$增加（可以接近1，例如，跨音速波动）。这些条件可能会产生明显更强的可压缩效应，其特征是密度波动增强，正如几次空间飞行任务所看到的那样。本文对湍流进行了一系列三维MHD模拟，以了解可压缩湍流的性质，特别是密度波动的产生。我们发现，在等离子体$β$、交叉螺旋度和多方指数的很宽的参数空间范围内，湍流密度涨落的尺度线性地作为$M_t$的函数，其尺度系数对参数的依赖性很弱.此外，通过详细的时空分析，我们表明，密度波动是由低频非线性结构，而不是可压缩MHD本征波。这些结果对于理解可压缩湍流如何有助于太阳附近的太阳风加热可能是重要的。
2022-07-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetohydrodynamic turbulence and turbulent dynamo in a partially ionized plasma
天体物理学中的流体是湍流的、磁化的，并且经常是部分电离的。作为天体物理学湍流的一个例子，星际湍流在非常大的空间尺度范围内延伸，并参与发生在不同尺度范围内的关键天体物理过程。本世纪以来，人们对磁流体动力学（MHD）湍流的认识取得了重大进展，这使我们能够更好地描述磁化和部分电离等离子体中的湍流。事实上，MHD湍流物理的现代革命性图景促进了各个理论领域的发展，包括耗散MHD湍流的阻尼过程和产生MHD湍流的发电机过程，这些理论领域具有许多重要的天体物理意义。本文回顾了我们最近的一些重要的理论工作，以证明部分电离气体中MHD湍流和湍流发电机性质之间的相互联系。本文还简要介绍了修正后的基本过程对宇宙早期和现代磁重联、宇宙线散射、磁场放大等突出天体物理问题的影响。
2018-10-18 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
Diffusion and dispersion of passive tracers: Navier-Stokes versus MHD turbulence
基于高分辨率直接数值模拟，对均匀、宏观各向同性Navier-Stokes（NS）和非螺旋磁流体动力学（MHD）湍流中的湍流扩散和对色散进行了比较。MHD和NS系统之间的显着差异被观察到的对色散特性，特别是在MHD湍流的分离速度的强烈减少相比，NS的情况下。结果表明，在MHD湍流中，平均对色散减慢$τ_\mathrm{d}\lesssim t\lesssim 10 τ_\mathrm{d}$，$τ_\mathrm{d}$是Kolmogorov时间，由于相对拉格朗日示踪剂速度与当地磁场的对齐。NS和MHD湍流中的湍流单颗粒扩散没有检测到显着差异。在最小的耗散结构附近的流体粒子的轨迹被发现是特征不同的，虽然在这项工作中研究的统计数据，这些罕见的事件有一个可以忽略不计的影响。
2007-03-22 physics.plasm-ph
Spectral features of solar wind turbulent plasma
利用含时三维霍尔磁流体动力学模拟方法研究了完全可压缩太阳风霍尔磁流体动力学等离子体的光谱特性。我们的模拟，与航天器的数据一致，确定在湍流光谱的特征长度尺度与电磁波动，小于离子gyroradius的光谱断裂。在这个制度中，我们的三维模拟表明，湍流谱级联中存在的平均磁场遵循全向各向异性惯性范围频谱接近$k^{-7/3}$。在我们的模拟中的光谱断裂的发病可以归因于存在的非线性霍尔相互作用，修改的光谱级联。我们的模拟进一步表明，底层characheristic湍流波动是频谱各向异性，其程度严重依赖于当地的波数。与长度尺度小于离子回旋半径的波动是高度可压缩的，并往往表现出在速度和磁场的近均分。最后，我们发现，速度和磁场波动的方向决定了关键的非线性相互作用，主要管理霍尔MHD等离子体，如太阳风的字符。
2009-08-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
Wavelet transforms and their applications to MHD and plasma turbulence: a review
介绍了小波分析和压缩工具在磁流体力学和等离子体湍流研究中的不同应用。本文介绍了连续小波变换和正交小波变换，详细介绍了几种基于小波系数的统计诊断方法。然后，我们展示了如何提取相干结构的充分发展的湍流使用基于小波去噪。最后介绍了几种基于小波的多尺度数值模拟方法。给出了分析、压缩和计算一、二、三维湍流磁流体或等离子体流的几个例子。
2015-08-23 nlin.AO physics.comp-ph physics.data-an
MHD turbulence formation in solar flares: 3D simulation and synthetic observations
本研究通过含磁重联的三维MHD模拟重现太阳耀斑湍流，揭示其由重联出流与磁拱非线性作用、KHI驱动形成，验证了湍流与高能电子的关联及能量转化效率。
2022-10-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Efficiency of Second-Order Fermi Acceleration by Weakly Compressible MHD Turbulence
我们调查的俯仰角散射的效率粒子加热和加速MHD湍流使用唯象的估计和模拟的非相对论性测试粒子与强，亚音速MHD湍流的相互作用。我们包括一个强加的俯仰角散射率，这是为了近似高频等离子体波和/或速度空间不稳定性的影响。我们专注于等离子体参数类似于那些发现在近地太阳风，虽然我们的大多数结果是更广泛的适用。一个重要的控制参数是颗粒平均自由程lambda_{mfp}相对于湍流波动尺度L的大小。对于小的散射率，粒子与磁场强度的湍流波动准共振地相互作用。散射增加了这种谐振加热的长期效率的几个-10的因素，但分布函数并没有开发一个显着的非热幂律尾部。对于更高的散射率，粒子和湍流波动之间的相互作用变得非共振，由粒子加热和冷却，因为它们遇到湍流密度波动。快速俯仰角散射可以在质子分布函数中产生幂律尾，但这需要微调参数。此外，在近地太阳风中，由于粒子加速时间尺度比太阳风膨胀所设定的绝热冷却时间尺度长，因此这种机制不能产生显著的幂律尾。因此，我们的结果意味着磁流体动力学尺度的湍流波动不太可能是在太阳风中观测到的质子分布函数中v^{-5}尾的起源。
2013-08-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph
MHD Turbulence: Scaling Laws and Astrophysical Implications
湍流是天体物理流动最常见的状态。在典型的天体物理流体中，湍流伴随着强磁场，这对湍流级联的动力学有很大的影响。近年来，磁流体动力学（MHD）湍流理论取得了重大突破。这是我们第一次有一个尺度模型，是由观测和数值模拟支持。本文综述了不可压缩湍流和可压缩湍流的研究进展。我们比较了Iroshnikov-Kraichnan和Goldreich-Sridhar模型，并讨论了Alfvén，慢波和快波的标度。我们还讨论了全新的制度下发生的MHD湍流的尺度下，流体动力学湍流运动阻尼的粘性。在部分电离的弥漫星际气体的情况下，粘性是由于中性和截断湍流级联在$\sim$秒差距尺度。我们表明，在这个尺度下，磁波动与浅谱持续和讨论的可能性后，离子和中性粒子去耦恢复的MHD级联。我们讨论了这一新的洞察力的宇宙线输运，晶粒动力学等MHD湍流的影响，以及如何检验理论预测与观测结果。
2002-05-17 astro-ph physics.ao-ph physics.flu-dyn
Understanding uniturbulence: self-cascade of MHD waves in the presence of inhomogeneities
在MHD湍流界，人们普遍认为，波能的非线性级联需要沿某个平均磁场反向传播的Alfvénic波包。这一事实是MHD方程在不可压缩性和均匀性假设下的一个明显结果。尽管在MHD湍流的背景下试图放松这些假设，湍流产生的中心思想仍然存在。然而，一旦不可压缩性和均匀性的假设被打破，湍流叶栅生成的普遍接受的图片是不普遍的。在本文中，我们表明，垂直的不均匀性（跨越平均磁场）导致传播波的解决方案，这是必要的共同传播Elsässer领域，已经在不可压缩的情况下。这些波解的一个简单例子是在磁场上的平面不连续面上的表面阿尔文波。我们通过数值模拟显示了这些单向传播波的非线性自变形如何导致波能量在磁场中的级联。这种类型的单向级联的存在可能对结构等离子体中主要向外传播的阿尔夫文波的湍流耗散率有额外的强烈影响，就像在日冕和太阳风中一样。
2019-07-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Spectral Universality of Turbulent Fluctuations in Relativistic Flows
Evgeni Kharadze Georgian National Astrophysical Observatory（埃夫根尼·哈拉泽格鲁吉亚国家天体物理观测站）；Ivane Javakhishvili Tbilisi State University（伊万·贾瓦希什维利第比利斯国立大学）
本文提出了一种洛伦兹协变框架，用于将时空谱投影为相对流体中湍流波动的时谱。研究发现，在自相似时空谱中，存在普遍的尺度关系α=β−D，但当时空均匀性被破坏时，这种普遍性会失效。
2026-04-12 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Embedded coherent structures from MHD to sub-ion scales in turbulent solar wind at 0.17 au
本研究利用帕克太阳探测器数据，在0.17 au处分析太阳风磁湍流，发现从MHD到亚离子尺度均存在嵌入式相干结构，且阿尔芬涡旋在所有尺度占主导，而非电流片，表明涡旋是湍流的重要构建块。
2024-05-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Spectral Modeling of Magnetohydrodynamic Turbulent Flows
基于涡阻尼拟正态马尔可夫近似，提出了一种用于不可压磁流体动力学方程大涡模拟的动力学谱模型。该模型扩展了经典的频谱大涡模拟的纳维-斯托克斯方程，将一般（非Kolmogorovian）的频谱以及涡噪声。我们推导出MHD模型，并表明，引入一个新的涡流阻尼时间的频谱张量的动力学之间的速度和磁场均分的情况下，导致更好的协议与直接的数值模拟，发电机计算的一个重要点。
2008-03-31 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Observation of Turbulent Magnetohydrodynamic Cascade in the Jovian Magnetosheath
我们提出的第一个估计的能量级联率在木星的磁鞘（MS）。我们使用原位观测从木星极光分布实验（JADE）和磁强计调查（MAG）仪器搭载的朱诺号航天器，与最近的两个可压缩模型调查级联率的磁流体动力学（MHD）尺度。虽然在木星MS中观察到高水平的可压缩密度波动，但在MHD惯性范围内存在恒定的能量通量。在MHD范围内，当存在密度涨落时，可压缩等温和多变能量级联率增加。我们发现，在木星的磁鞘的能量级联率至少是两个数量级（100倍）小于相应的典型值在地球的磁鞘。
2023-01-31 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Hall-MHD in driven turbulence FLASH simulations
University of Rochester（罗切斯特大学）；University of Oxford（牛津大学）；Laboratory of Laser Energetics, University of Rochester（罗切斯特大学激光能量学实验室）
本研究在FLASH代码中实现Hall-MHD，对比有无霍尔项时的涨落发电机，发现霍尔项使发电机饱和磁能更低、小尺度磁场结构更少，霍尔项类似增强的湍流扩散率。
2026-09-04 physics.plasm-ph
Reduction of compressibility and parallel transfer by Landau damping in turbulent magnetized plasmas
采用线性Landau阻尼和有限Larmor半径（FLR）修正的FLR-Landau流体模型，对磁化等离子体中的衰减湍流进行了三维数值模拟。结果表明，与可压缩Hall-MHD的模拟相比，线性朗道阻尼是负责显着的磁声波阻尼，这是一致的线性动力学理论。当β参数不太小时，流体的可压缩性和沿环境磁场的平行能量级联也被显著抑制。与Hall-MHD相比，FLR-Landau流体模型可以正确地描述无碰撞等离子体（如太阳风）中的湍流，从而解释其几乎不可压缩的行为。
2011-09-12 physics.plasm-ph
A non local shell model of turbulent dynamo
本文推导了一种新的磁流体动力学（MHD）湍流壳模型，其中能量传递不一定是局部的。与原MHD方程一样，该模型在相空间中保持了总能量、磁螺旋度、交叉螺旋度和体积（刘维尔定理），而不考虑外力、粘性耗散和磁扩散的影响。在没有磁场的情况下，该模型表现出统计稳定的动能解与柯尔莫哥洛夫谱。本文研究了在运动学和动力学两种情况下，在很宽的磁普朗特数范围内，种子磁场对湍流和非线性相互作用的发电机作用。能量传递的非定域性被清楚地识别。
2007-01-11 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Three-dimensional plasmoid-mediated reconnection and turbulence in Hall magnetohydrodynamics
本文研究霍尔MHD中三维等离子体团介导重联，发现三维条件下单X线重联比二维更不易发生，且在特定Lundquist数和尺度比下可实现自生湍流重联，并分析了其能谱与各向异性特征。
2024-08-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
NIMROD Modeling of Quiescent H-mode: Reconstruction Considerations and Saturation Mechanism
扩展磁流体NIMROD代码[C.R. Sovinec和J.R. King，J. Comput. Phys.229，5803（2010）]从DIII-D托卡马克上的静态H模式激发的重建来建模宽带MHD活动[J. L. J. Luxon，Nucl. Fusion 42，614（2002）]。重建的环形和极向离子流的计算表现出低n扰动（n=1-5）的增长和饱和到一个类似磁流体动力学状态。用于将重建状态投影到NIMROD基函数上的工作流程重新求解Grad-Shafranov方程并外推剖面以包括刮除层电流。评估的运输从类似的磁流体动力学状态导致放松的密度和温度分布。
2017-01-31 physics.plasm-ph
A comparison of the turbulent dynamo in weakly-collisional and collisional plasmas: from subsonic to supersonic turbulence
本文通过HPIC与MHD模拟对比研究了弱碰撞等离子体在亚声速和超声速湍流中的湍流发电机特性，发现其与碰撞等离子体中的MHD发电机物理性质相似，并推断出有效雷诺数。
2025-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.plasm-ph
Controlling the level of the ideal invariant fluxes for MHD turbulence using TURBO spectral solver
磁流体力学（MHD）形式中的理想不变量，即在无源和无耗散效应的情况下守恒的整体量，在MHD湍流的各种理论和数值研究中起着重要的作用。这些理想不变量的通量表示在湍流系统中跨不同尺度传递信息的独立通道。一旦达到湍流的统计稳定状态，由强迫机制引入系统的任何理想不变量的量等于由耗散效应从系统中移除的相同量的量。对于高度发展的湍流，这两种机制主要作用于在很大程度上分离的不同尺度。由于理想不变量在尺度之间级联，产生了对系统状态有很大影响的恒定通量。从数值上讲，控制湍流MHD系统的理想不变通量水平对于分析基本的MHD湍流特性是非常重要的。我们提出了一种控制MHD湍流三个理想不变量：总能量、交叉螺旋度和磁螺旋度的强迫机制。这种强制是在免费提供的TURBO求解器中实现的，也简要介绍了这一点。
2011-08-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Diffusion of cosmic rays in MHD turbulence with magnetic mirrors
宇宙射线（CR）的扩散是由其与磁流体动力学（MHD）湍流的相互作用决定的，是一个具有许多天体物理意义的基本物理过程。我们考虑了磁流体湍流对CRs扩散的磁镜效应。由于湍流磁场的固有超扩散，具有经历镜面反射的大螺距角的CR，即，弹跳的CR没有被捕获在磁镜之间，而是沿着湍流磁场扩散地移动，导致新型的平行扩散，即，镜面扩散这种镜面扩散通常比经历回转共振散射的具有小俯仰角的非弹跳CR的扩散慢。在磁镜像和俯仰角散射之间的平衡的临界俯仰角是重要的，用于确定弹跳和非弹跳CR的扩散系数和它们的缩放与CR能量。我们发现非普遍的能量标度的扩散系数，依赖于MHD湍流的属性。
2021-10-08 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Can Hall Magnetohydrodynamics explain plasma turbulence at sub-ion scales?
本文采用二维霍尔磁流体力学（HMHD）和混合粒子模拟（HPIC）方法研究了等离子体湍流的性质。我们发现，HMHD模拟表现出的光谱特性，在大多数情况下，与HPIC模拟和太阳风观测的结果一致。磁涨落的能谱在MHD尺度下呈双幂律分布，其谱指数为$-5/3$，在动力学尺度下为$-3$，而速度涨落的谱指数在MHD尺度下为$-3/2$。MHD和动力学尺度之间的突破发生在相同的规模在两个模拟。在MHD范围内，总能量和剩余能量谱的斜率满足快速阿尔文发电机平衡。湍流级联的发展同时具有在大涡旋之间形成的薄电流片中发生的磁重联事件的特征。统计分析表明，重联是定性相同的，快速的HMHD和HPIC模式，其特点是逆重联率远小于特征大涡非线性时间。这种一致性还延伸到其他统计特性，比如磁场的峰度。此外，观察到的直接能量转移从大涡的小的子离子尺度触发的磁重联，进一步支持存在的重联介导的湍流制度在动力学尺度。我们的结论是霍尔-MHD流体描述捕获在很大程度上的大MHD尺度和子离子尺度之间的湍流级联的过渡。
2019-04-23 physics.plasm-ph
Helical Fluid and (Hall)-MHD Turbulence: a Brief Review
螺旋度是表征湍流拓扑结构的反射对称性破坏的一种度量，它对湍流的动力学和基本统计特性有着重要的贡献。我们回顾了他们的几个主要特点，新的和旧的，作为双向级联的发现或在发电机问题中的大规模磁场增强的螺旋涡的作用。讨论了磁流体动力学中速度与感应强度的互相关对磁流体动力学的贡献。接下来，我们考虑如何湍流输运的螺旋约束的影响，特别是在磁重联和融合等离子体的上下文中{下一个和两个流体近似}。如何构建非反射对称螺旋流湍流模型的核心问题进行了审查，包括在剪切的存在下，我们最后简要提到的螺旋度的发展中可能发挥的作用强本地化的准奇异结构（在小尺度）。
2021-08-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
LES of turbulent convection in solar-type stars and formation of large-scale magnetic structures
在这项研究中，我们研究了湍流对流的影响，形成大尺度不均匀的磁结构的大涡模拟（LES）的对流在太阳型恒星。本研究的主要思想是实施一个新的亚网格尺度模型的有效洛伦兹力的三维非线性辐射磁流体动力学（MHD）的代码开发模拟太阳对流层和低层大气。为此，我们推导出的能量收支方程，其中包括亚网格尺度湍流的洛伦兹力的影响，并实现了一个新的亚网格尺度湍流模型（TELF模型）的三维非线性MHD LES代码。在TELF模型的大涡模拟中，利用外加的初始水平和垂直均匀磁场，我们证明了当初始平均磁场大于一个阈值（约100 G）时，磁通量管开始形成。这与Rogachevskii和Kleeorin（2007）的理论研究一致。我们确定了速度和磁涨落的垂直分布，总的MHD能量和湍流磁对流的各向异性，动力学和电流和交叉螺旋度。
2011-02-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Cross-field transport in Goldreich-Sridhar MHD turbulence
我推导出解析的时间依赖性的垂直传输系数的带电粒子在三维各向异性湍流的Goldreich-Sridhar通过实施多航天器约束的湍流功率谱。粒子的运动远离湍流的本地磁力线被评估为梯度/曲率漂移的引导中心，并与磁场线随机行走。在比湍流外尺度小得多的惯性尺度下，粒子在自由流运动中与场线解相关，没有扩散。在太阳风在$1$ AU，能量足够小（$< 1$千电子伏质子），垂直平均位移场线纠缠一般占主导地位超过二十年的湍流尺度。然而，对于多航天器测量范围内的较高能量（$\simeq 25$ MeV质子），由于梯度/曲率漂移而产生的传输引起的纵向扩散高达$\simeq 10^\circ- 20^\circ$。这一结果突出了垂直输运在解释行星际和星际数据中的作用。
2015-12-16 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic Turbulent Cascade of Coronal Loop Magnetic Fields
通过高分辨率模拟研究了日冕加热的Parker模型。在波动磁能E_M（k_perp）\propto k_ \perp^{-2.7}超过动能E_K（k_ \perp）\propto k_ \perp^{-0.6}的情况下，解析惯性范围。在小尺度下，随着速度的增加，增量分别为δb_ \ell \simeq \ell^{-0.85}和δu_ \ell \simeq \ell^{+0.2}，表明磁重联在该湍流系统中起主要作用.我们表明，光谱能量传输类似于标准的磁流体动力学（MHD）湍流，即使是一个系统的重连电流片维持的边界。在这种新的MHD湍流叶栅中，动能流可以忽略不计，而交叉场流被增强，并通过两个场之间的一系列“反射”，级联超过一半的总光谱能流。
2011-06-09 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Toward interpreting the IBEX ribbon with mirror diffusion in interstellar turbulent magnetic fields
本研究利用旅行者号观测的极局地星际介质MHD湍流数据，提出镜向扩散机制可解释IBEX带高能中性原子增强现象，明确带宽的影响因素，并得出湍流注入尺度小于约500au的结论。
2023-10-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Trapping of cosmic rays in MHD turbulence
天体物理等离子体是湍流和磁化的。宇宙射线（CR）与磁流体动力学（MHD）湍流的相互作用是一个基本的天体物理过程。基于目前对MHD湍流的理解，我们重新审视了磁镜在MHD湍流背景下对CRs的捕获。在可压缩MHD湍流中，各向同性快模支配CR的捕获和回旋共振散射。捕获的存在显著抑制了螺距角散射和CR沿磁场的空间扩散。由此产生的平行扩散系数具有较弱的依赖于CR能量在较高的能量。在不可压缩MHD湍流中，在所有俯仰角下，伪Alfvén模的捕获都优于各向异性Alfvén模和伪Alfvén模的回旋共振散射，并阻止了CR的扩散。
2020-03-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetic helicity, weak solutions and relaxation of ideal MHD
我们重新审视的问题，磁螺旋度和Woltjer-Taylor弛豫理论的背景下，磁流体力学的弱解的保护。我们介绍了一个轻松的系统，理想的MHD系统，其中adverplies的流体动力学湍流的影响，如从磁螺旋度守恒的雷诺应力项的外观在等离子体湍流的观察一致的方式。作为副产品，我们回答了两个悬而未决的问题，在该领域：我们显示的清晰度的$L^3$可积性条件的磁螺旋守恒和提供湍流有界的解决方案MHD耗散能量和交叉螺旋，但（任意）恒定的磁螺旋。
2021-09-19 math.AP physics.plasm-ph
Resonance-broadened transit time damping of particles in MHD turbulence
湍流磁场对粒子的散射是一个基本的天体物理过程，其物理基础是磁流体动力学（MHD）湍流理论。在现代MHD湍流理论的框架下，考虑了MHD湍流中产生的磁场涨落和湍流磁场的非线性去相关，导出了广义展宽共振函数，并给出了不同展宽机制占主导地位的粒子能量范围。加宽的共振允许粒子散射超过线性共振的能量阈值。通过分析确定的俯仰角扩散系数的渡越时间阻尼（TTD）与慢，快模式，我们表明，慢模式的湍流各向异性抑制其散射效率。此外，我们量化的依赖慢和快模式之间的相对重要性TTD散射粒子能量，（ii）等离子体$β$（气体压力磁压力的比率），和（iii）阻尼的MHD湍流，我们还提供了参数空间的优势慢模式。为了验证它的应用，我们发现在典型的部分电离星际相位中，在温暖的中性介质中，慢模和快模在宇宙射线的TTD散射中具有相当的效率。对于低能粒子，例如，亚Alfvénic带电颗粒，我们表明，慢模式总是占主导地位的TTD散射。
2018-10-17 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
A numerical study of the alpha model for two-dimensional magnetohydrodynamic turbulent flows
我们探讨了一些后果的“阿尔法模型”，也称为“拉格朗日平均”模型，二维不可压缩磁流体动力学（MHD）湍流。该模型是流体动力学中的平滑过程的扩展，该过程局部过滤速度场，同时保留其相关的涡流不平滑，并且已被证明对于高雷诺数湍流计算是有用的。我们考虑几个已知的影响（选择性衰减，动态对齐，逆级联，和波动的湍流量的概率分布函数）在磁流体湍流和比较原始MHD方程的数值解的结果与他们的α模型对应的性能相同的流量，在政权可用的分辨率是足够的探索。希望是证明使用的阿尔法模型的制度，目前可用的分辨率之外，将是这种情况下，特别是在三维几何形状或磁普朗特数显着不同的单位。我们集中我们的调查，使用直接数值模拟与标准和完全并行化的伪谱方法和周期性的边界条件在两个空间维度上的作用，这种建模的小尺度使用拉格朗日平均框架中发挥的大尺度动力学的MHD湍流。几个流量进行检查，并为所有的人可以得出结论，大规模的频谱的统计特性恢复，而小规模的详细相位信息（如例如结构的位置）丢失。
2004-10-19 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Cascades and Spectra of a Turbulent Spinodal Decomposition in 2D Symmetric Binary Liquid Mixture
本文研究了二维Cahn-Hilliard-Navier-Stokes（CHNS）湍流中的级联和谱的基本物理过程，并与二维磁流体动力学（MHD）湍流进行了比较。重要的相似之处包括基本方程，理想的二次不变量，级联和线性弹性波的作用。表面张力引起弹性，并且表面张力能和湍流动能之间的平衡确定系统的长度尺度（Hinze尺度）。Hinze标度可以被认为是流体应变和弹性回复力之间的紧急临界平衡的标度。Hinze尺度和耗散尺度之间的尺度构成了二维CHNS系统的弹性范围。通过直接数值模拟，我们发现在弹性范围内，二维CHNS系统的均方浓度谱$H^ψ_k$与二维MHD反级联区的均方磁势谱$H^A_k$具有相同的幂律（$-7/3$）.该幂律与观察到的$H^ψ$的逆级联一致。在大尺度强迫下，二维CHNS系统的动能谱为$E^K_k\sim k^{-3}$，表明二维Navier-Stokes（NS）湍流的直接涡度拟能级联幂律。与二维MHD湍流能谱的差异意味着浓度场对流体运动的反作用是有限的。我们认为这是因为表面张力反作用仅在界面区域是显著的。界面区域仅填充了2D CHNS系统的一小部分，并且它们的界面填充分数比2D MHD小得多。
2016-07-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulent General Magnetic Reconnection
具有类似MHD的湍流惯性范围的等离子体流，例如太阳风，需要推广通用磁重联（GMR）理论。我们引入了滑移速度源矢量，它给出了单位弧长磁力线上滑移速度的发展速率。滑移源矢量是广义欧姆定律中非理想电场的旋度与磁场强度的比值。它在磁零点发散，统一GMR与磁零点重联。只有在限制性假设下，滑移速度才与准势（平行电场沿场线的积分）的梯度有关。在湍流惯性范围内，旋度变得非常大，而平行分量很小，因此即使理想MHD变得精确，也会发生线滑移。这个矛盾的解决方案是，理想MHD是有效的湍流惯性范围内只有在一个弱的意义，这并不意味着磁力线冻结。用空间粗粒化和重整化群理论解释了弱解的概念。本文通过对电子-离子等离子体广义欧姆定律中各项的严格估计，论证了理想欧姆定律在惯性范围内的弱有效性。所有的非理想的条款（从碰撞电阻率，霍尔场，电子压力各向异性，和电子惯性）被证明是无关的RG的意义和大规模的重联，从而完全由理想的动力学。我们简要地讨论了日光层重联的一些影响，特别是偏离行星际磁场的帕克螺旋模型。太阳风观测表明，在湍流扩大的日光层电流片，与拉扎里亚-维什尼亚克理论一致的重联，导致滑移速度，导致磁力线相对于螺旋模型滞后。
2014-12-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nonhelical inverse transfer of a decaying turbulent magnetic field
在磁螺旋度的存在下，从小尺度到大尺度的逆传递在磁流体动力学（MHD）湍流中是众所周知的，并且在天体物理学、宇宙学和聚变等离子体中有应用。利用高分辨率直接数值模拟的磁主导的自相似衰减MHD湍流，我们报告了类似的逆传输，即使在没有磁螺旋。我们计算的第一次频谱能量转移率表明，这种逆转移是大约一半的强度与螺旋度，但在这两种情况下，在大尺度上的磁增益结果从速度在类似的尺度与小尺度的磁场相互作用。这表明，这两个逆传输是一个普遍的机制，磁主导的湍流的后果。可能的解释包括与局部近二维性相关的均方矢量势的逆级联，以及较浅的$k^2$亚惯性范围动能谱迫使磁场具有$k^4$亚惯性范围以获得更大尺度的相干性。惯性范围显示出清晰的$k^{-2}$谱，是第一个表现出弱湍流标度的完全各向同性磁主导MHD湍流的例子。
2014-11-28 astro-ph.CO astro-ph.SR physics.plasm-ph
