Turbulent transport by diffusive stratified shear flows: from local to global models. Part I: Numerical simulations of a stratified plane Couette flow
正如Zahn（1974）所讨论的那样，剪切诱导的湍流在恒星辐射区的动量和化学物质的混合中起着重要的作用。在本文中，我们分析的分层平面Couette流的直接数值模拟的结果，在快速的热扩散的限制，测量的湍流扩散率和湍流粘度的函数的局部剪切和局部分层。我们发现，Zahn（1974）提出的稳定性判据，即梯度Richardson数和Prandtl数的乘积必须小于不稳定性的临界值$(J\Pr)_c$，充分地解释了流动中向湍流的转变，其中有$(J\Pr)_c \simeq 0.007$。该结果恢复并证实了Prat et al.（2016）的先前发现。湍流扩散率和粘性的Zahn模型（Zahn 1992），即混合系数应与热扩散率与梯度Richardson数之比成比例，当按原样应用时，不能令人满意地匹配我们的数值数据。它失败（如预期）在大分层的限制，其中理查森数超过上述阈值的不稳定性，但它也失败的限制，低分层的湍流涡尺度成为有限的计算域的大小。我们提出了一个修正的扩散分层剪切不稳定性的湍流混合模型，现在正确地解释了这两个限制，符合我们的数据令人满意，并恢复Zahn的1992年模型在大雷诺数的限制。
2016-10-14 astro-ph.SR physics.flu-dyn
On the convergence of Magnetorotational turbulence in stratified isothermal shearing boxes
本文研究了具有零净磁通量的分层等温剪切盒中的收敛问题。我们目前的结果与最高分辨率到目前为止-高达200个网格点的压力规模的高度-没有明显的证据表明收敛。相反，麦克斯韦应力随着分辨率的增加而继续减小。我们提出了一些可能的情况来解释缺乏收敛的多层发电机系统的基础上。
2014-04-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
Spontaneous formation of flux concentrations in a stratified layer
最近在直接数值模拟（DNS）中发现的负有效磁压不稳定性可能在太阳黑子和恒星活动区的形成中起着至关重要的作用。这种不稳定性是由湍流对有效平均洛伦兹力（湍流和非湍流贡献的总和）的负贡献引起的，并且导致从初始均匀磁场形成大尺度非均匀磁结构。这种不稳定性在DNS的稳定分层，外部强制，等温磁流体湍流在大等离子体β政权的早期调查，现在扩展到政权的较大规模的分离比，在计算域中的湍流涡的数量约为30。即使不进行任何空间平均，也可以看到大尺度磁结构的强烈自发形成。这些结构包含许多湍流涡旋。不稳定性的特征时间与湍流扩散时间L^2/eta_t相当，其中eta_t是湍流扩散率，L是区域尺度。DNS用于确认有效磁压确实在低于均分场的磁场强度下变为负值。的有效磁压力的磁场强度的依赖性的特点是拟合参数，似乎显示收敛的磁雷诺数的较大值。
2011-12-01 astro-ph.SR
Small-Scale Dynamo in Stably Stratified Turbulence
我们提出了三个主要性质的小规模发电机在稳定分层湍流的数值研究：发病标准，增长率，和磁场各向异性的性质在运动学制度。结果表明，所有这三个发电机性能控制的规模之间的分离的Ozmidov规模和粘性或电阻规模。除了临界磁雷诺数，这使得分层的小规模发电机开始在高和低磁普朗特数制度，分别为临界浮力和磁浮力雷诺数的定义。在恒星辐射带中存在小尺度发电机可能会通过产生麦克斯韦应力影响动力学和/或影响差分旋转区域中的大尺度发电机机制。以太阳辐射带为代表，应用起始判据，我们发现，在太阳速跃层的稳定层结湍流中，层结的强度足以使小尺度发电机处于边缘活跃状态。
2021-02-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Bipolar magnetic spots from dynamos in stratified spherical shell turbulence
Mitra等人（2014年）的最新研究表明，在具有螺旋度的强分层强制双层湍流中，下层具有相应的大尺度发电机作用，上层出现磁场，其形式为边界清晰的双极磁点。在这里，我们将这个模型扩展到球楔几何，覆盖北半球高达75°纬度和180°的方位角范围。动力螺旋度和大尺度磁场在低纬度最强。对于中等强度的层结，形成几个两极点，最终填满整个纵向范围。在早期，斑点的极性反映了下面的方位场的方向，正如Ω形通量环所预期的那样。在后期，它们的倾斜变化，使得在相隔约10°的不同纬度处存在相反方向的径向场。我们的模型表明，自发形成的斑点的大小远远大于压力标度的高度。他们倾向于产生接近统一的填充因子被认为是让人想起高度活跃的恒星。我们证实，强烈的分层和强烈的尺度分离是必不可少的成分背后的磁点形成，这似乎是与在较大的深度下降流。
2015-06-02 astro-ph.SR
Small-scale dynamos in simulations of stratified turbulent convection
小规模的发电机行动往往被认为是造成宁静的太阳磁场。我们的目的是确定在非旋转湍流对流在低磁普朗特数的小规模发电机的激励条件和饱和水平。我们使用高分辨率的直接数值模拟弱分层湍流对流。我们发现，发电机激励的临界磁雷诺数增加的磁普朗特数减少，这可能表明，小规模的发电机行动是不自动明显的机构与小磁普朗特数的太阳。作为磁雷诺数（${\rm Rm}$）的函数，发电机的增长率是一致的${\rm Rm}^{1/2}$缩放。未发现${\rm Rm}$的生长速率对数增加的证据。
2018-02-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mean-field transport in stratified and/or rotating turbulence
我们调查的平均电动势的运动学框架中，也就是说，忽略反作用的磁场上的流体速度，轴对称湍流的假设下，由旋转，密度分层，或两者的存在下。我们使用一个类似的方法，平均被动标量通量。作为对流的替代，我们考虑等温层中的强迫湍流。当使用标准ansatzes时，平均磁输运由9个系数决定，平均被动标量输运由4个系数决定。我们给出了所有这些传输系数的结果。我们使用测试场方法和测试标量方法，其中输运系数通过求解具有适当选择的平均磁场或平均标量的方程组来确定。这些方法适用于可能依赖于所有三个空间坐标的平均场。我们发现湍流扩散的各向异性是温和的，尽管快速旋转或强密度分层。由平均磁场的梯度张量的对称部分决定的平均电动势的贡献，在以前的几次研究中被忽略了，结果证明是重要的。在分层旋转湍流中，$α$效应是强各向异性的，在大尺度上沿旋转轴被抑制，但在中等尺度上被强烈增强。此外，$\OO\times\meanJJ$效应在中等长度尺度下增强。湍流被动标量扩散率通常几乎是湍流磁扩散率的两倍。磁扩散和被动标量扩散沿旋转轴略有增强，但减少，如果有重力。
2012-02-22 astro-ph.SR
Turbulent fluxes of entropy and internal energy in temperature stratified flows
我们导出了低马赫数温度分层湍流中的平均熵和平均内能方程（即，对于湍流对流或稳定分层湍流），并表明湍流熵通量由${\bf F}_s=\overlineρ \, \overline{{\bf u} s}$给出，其中$\overlineρ$是平均流体密度，$s$是熵的波动，上条表示在湍流速度场${\bf u}$系综上的平均。我们证明了熵的湍流通量不同于流体内能的湍流对流通量${\bf F}_c=\overline{T} \, \overlineρ \, \overline{{\bf u} s}$，其中$\overline{T}$是平均流体温度。这种湍流对流通量在天体物理学和地球物理学文献中是众所周知的，它不能在平均熵方程中用作湍流通量。这一结果对低马赫数温度分层湍流是精确的，并且与所用模型无关。我们还推导出方程的速度熵相关性，$\overline{{\bf u} s}$，在小的和大的Peclet数的限制，分别使用准线性的方法和谱τ近似。鉴于温度分层湍流在天体物理和地球物理中的不同应用，这项研究是重要的。
2015-07-30 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Negative effective magnetic pressure in turbulent convection
本文研究了弱层结和强层结湍流对流对平均有效洛伦兹力，特别是对平均有效磁压的影响。早先对各向同性强制非分层和分层湍流的研究表明，对于小于均分强度的平均水平磁场，湍流对平均磁压的贡献为负，因此考虑湍流效应的有效平均磁压可能为负。与较早的等温状态方程的强迫湍流情况相比，我们发现，湍流效应类似于或甚至更强的湍流对流的情况下。这被认为是由于湍流在垂直方向上的各向异性。与早期研究相比，另一个重要的区别是特定熵的演化方程的存在。具有熵演化的平均场建模表明，负有效磁压仍然可以导致形成局部通量集中的大尺度不稳定性，即使特定的熵演化在应用于稳定分层（例如，等温）层。有人认为，这种大规模的不稳定性可能是重要的太阳大规模的磁结构，如活动区的形成。
2012-05-14 astro-ph.SR
Generation of large-scale vorticity in rotating stratified turbulence with inhomogeneous helicity: mean-field theory
本文讨论了具有非均匀动力螺旋度的旋转密度分层发展湍流中大尺度涡量产生的平均场论。我们指出，大尺度非均匀流动是由密度分层旋转湍流和均匀动力螺旋度的联合作用或旋转不可压湍流和非均匀动力螺旋度的联合作用产生的。这些效应导致大尺度剪切的形成，并且由于大尺度剪切和雷诺应力诱导的平均涡量的产生的组合效应，其与小尺度湍流的相互作用又引起大尺度不稳定性的激发（称为涡量发电机）。后者是由于大尺度剪切对雷诺应力的影响。快速旋转抑制了这种大规模的不稳定性。
2018-05-13 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mean-field theory of differential rotation in density stratified turbulent convection
本文发展了密度分层湍流对流中微分旋转的平均场论。该理论基于湍流热通量和湍流对流各向异性对雷诺应力的综合影响。求解了雷诺应力方程、熵涨落方程和湍流热通量方程组成的耦合动力学收支方程组。为了关闭这些方程的系统，谱τ方法，这是有效的大雷诺数和Peclet数，已被应用。所采用的背景湍流对流模型考虑了湍流各向异性的增加和湍流相关时间随旋转速率的减小。这个理论得到的差自转径向分布与太阳差自转的径向分布一致。
2018-03-15 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulence in stably stratified radiative zone
恒星辐射带中的湍流输运是一个很大的课题，人们对此知之甚少。许多物理过程可以潜在地驱动恒星辐射区的湍流，但有限的观测约束和湍流输运模型的不确定性使得很难确定最相关的一个。在这里，我们专注于稳定分层的径向湍流输送的化学品的效果，更特别的情况下，湍流是由径向剪切驱动。数值模拟的结果，旨在测试湍流传输的唯象模型。虽然这似乎没有什么野心，但无论驱动湍流运动的机制是什么，稳定层结都会影响径向湍流输送，目前的考虑对这些其他机制也是有用的。
2019-11-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Contrasting turbulence in stably stratified flows and thermal convection
本文对比了稳定层结湍流和湍流热对流的性质。这些流动之间的一个关键区别是浮力动能馈送的符号$\mathcal{F}_B$。对于SST，由于其稳定的性质，动能通量$\mathcal{F}_B < 0$随波数$k$减小，导致动能谱$E_u(k) \sim k^{-11/5}$陡峭。湍流对流是不稳定的，因此$\mathcal{F}_B > 0$导致$Π_u(k)$与$k$增加;然而，由于浮力相对较弱，这种增加是边际的，因此$E_u(k) \sim k^{-5/3}$与流体动力学湍流相似。本文还描述了上述系统的守恒通量。
2019-02-18 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Critical Balance and Scaling of Strongly Stratified Turbulence at Low Prandtl Number
我们扩展了稳定分层湍流的标度关系，从单位普朗特数的地球物理制度的天体物理制度的非常小的普朗特数适用于稳定分层区域的恒星和气体巨星。当普朗特数下降到浮力雷诺数的倒数（即$PrRb<1$）以下时，发现发生向新的湍流状态的过渡，这表明浮力方程中的主导平衡发生了变化。临界平衡参数的应用，然后推导出新的预测的各向异性能谱和占主导地位的平衡的Boussinesq方程的$PrRb\ll1$制度。我们发现，所有的标准标度关系的单位$Pr$稳定分层湍流极限简单地结转，如果弗劳德数，$Fr$，是由一个修改的弗劳德数，$Fr_M\equiv Fr/(PrRb)^{1/4}$取代。地球物理学和天体物理学的制度，从而顺利地连接在整个$PrRb=1$过渡。讨论了该方法在恒星辐射带垂直输运中的应用以及对小尺度发电机不稳定性判据的修正。
2022-12-30 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Fully Convective Magnetorotational Turbulence in Stratified Shearing Boxes
本文用数值方法研究了分层剪切盒中的湍流和发电机作用，其中磁通量为零。我们假设流体服从理想气体定律，并具有有限（常数）的热扩散率。我们在垂直边界处选择辐射边界条件，其中热通量与温度的四次方成比例。我们比较的结果与相应的情况下，其中固定的温度边界条件。最值得注意的结果是，形成一个完全对流的状态，其中密度几乎是恒定的高度的函数和热量被输送到上下边界的翻转运动是强大的，即使在辐射边界条件的情况下仍然存在。有趣的是，在对流制度，虽然扩散运输是可以忽略不计的平均层结不松弛到绝热状态。
2013-06-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
Numerical validation of scaling laws for stratified turbulence
本研究通过直接数值模拟验证了分层湍流的标度律，表明多尺度模型能准确捕捉小尺度各向同性主导区域的特性，而其单尺度简化则适用于描述外部层状平静流动。
2024-05-11 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Generation of a large-scale vorticity in a fast rotating density stratified turbulence or turbulent convection
在滞弹性近似下，我们发现了一种不稳定性，这种不稳定性会导致在快速旋转的小尺度湍流或湍流对流中产生大尺度涡量，并且沿旋转轴具有非均匀流体密度。大尺度不稳定导致两种模态的激发：（i）以垂直涡度为主的模态，其平均速度与垂直坐标无关;（ii）以水平涡度为主的模态，其平均动量与垂直坐标无关。在快速旋转的密度分层流体动力学湍流或湍流对流中，可以激发出以垂直涡量为主的模态。对于这种模式，平均熵在气旋性涡旋内部耗尽，而在反气旋性涡旋内部增强。只有在快速旋转的密度分层湍流对流中才能激发出以水平涡为主的模态。发展的理论可能与解释在大行星中观察到的巨大风暴的大斑点的起源有关，例如，木星的大红斑和土星的大斑点。它也可能有助于解释快速旋转的晚型恒星中高纬度斑点的起源。
2019-11-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Compressible turbulent convection in highly stratified adiabatic background
本文通过三维直接数值模拟研究了高度分层绝热背景下的可压缩湍流对流，发现在耗散数超过临界值时，流动呈现强烈的统计不对称性、全局热传递显著降低以及稀疏热羽流穿透现象。
2023-07-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Alpha effect and dynamo in density-stratified turbulence with large-scale shear: applications to protoplanetary discs and astrophysical clouds
Ben-Gurion University of Negev（内盖夫本-古里安大学）
研究密度分层湍流与大尺度剪切共同作用产生的α效应和平均场发电机效应，探讨其在原行星盘和天体物理云中的应用。
2026-03-18 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Magnetorotational turbulence in stratified shearing boxes with perfect gas equation of state and finite thermal diffusivity
本文对具有零平均磁通量的分层剪切盒中的湍流和发电机作用进行了数值研究。我们假设流体服从理想气体定律，并具有有限（常数）的热扩散率。计算开始于跨越中平面上方和下方三个刻度高度的等温状态。经过长时间的瞬态后，各层稳定到一个稳态，在该稳态中，边界外的热损失被耗散加热所平衡。我们确定了两种制度。一种传导状态，其中热量主要通过传导传递，密度随高度降低。在大的热扩散率的限制，这一制度类似于更熟悉的等温情况。另一个，对流制度，观察到在较小的值的热扩散率，在该层变得不稳定的翻转运动，热量主要是通过平流和密度变得几乎恒定的整个层。在这后一个恒定密度制度，我们观察到的证据大规模发电机行动导致大幅增加运输效率相对于导电的情况下。
2012-10-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
Regimes of stratified turbulence at low Prandtl number
本文通过多尺度渐近分析低普朗特数流体的强分层湍流，识别出多种动力学机制，并给出参数空间图及浮力通量等参数化方案。
2024-07-17 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Critical balance in magnetohydrodynamic, rotating and stratified turbulence: towards a universal scaling conjecture
提出临界平衡-线性传播和非线性相互作用时间尺度之间的尺度平衡-可以用作确定各向异性波系统中强湍流谱的通用标度猜想。磁流体动力学（MHD），旋转和分层湍流被认为是在这种假设下，特别是，一个新的和实验上可检验的能量级联方案和一组缩放的频谱提出了低Rossby数旋转湍流。有人认为，在中性流体中，临界平衡的各向异性级联提供了一个自然的路径，从强各向异性在大尺度上的各向同性Kolmogorov湍流在非常小的尺度。还有人认为，在最近的低Rossby数旋转湍流数值模拟中看到的kperp^{-2}谱可能类似于数值MHD湍流的kperp^{-3/2}谱，在这个意义上，它们可以通过假设波动近似地被极化（排列）为惯性波（MHD的Alfven波）来解释。
2011-06-04 astro-ph.GA astro-ph.SR nlin.CD
Internal gravity waves in the energy and flux budget turbulence-closure theory for shear-free stably stratified flows
本文提出了考虑重力重力内波与无剪切稳定层结湍流双向耦合的能量通量平衡湍流闭合理论。该理论基于IGW的总（动能加势能）能量的收支方程、流体湍流的动能和势能的收支方程以及波浪和流体流动的位温的湍流通量。在一定高度处发射的波向上传播，并且波浪能的损失导致湍流能的产生。我们证明，由于非线性效应更强的波浪产生更强的湍流，这反过来又导致IGW的强阻尼。结果表明，较强的波浪的穿透长度比较弱的IGW的穿透长度短。弱IGW产生的湍流各向异性比强IGW产生的湍流各向异性强。低振幅IGW产生的湍流占湍流势能的90%。这类似于所观察到的高空对流层强各向异性（近二维）湍流的性质。
2019-06-24 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
A hierarchy of energy- and flux-budget (EFB) turbulence closure models for stably stratified geophysical flows
本文从湍流动能、位能、动量通量和浮力通量的收支方程和湍流耗散时间尺度的松弛方程出发，提出了湍流能量和通量收支闭合的物理背景。该闭合是为从中性到非常稳定的分层地球物理流设计的，并考虑了地球自转。根据现代实验证据，封闭性意味着在任何梯度理查森数Ri下，速度切变都能维持湍流，并区分两种主要不同的状态：Ri << 1时的“强湍流”，典型的边界层流，其特征是湍流普朗特数几乎恒定;以及Ri > 1时的“弱湍流”，这是自由大气或深海的典型特征，其中湍流普兰特数随着Ri的增加而渐进线性增加（这意味着与动量传递相比，对热量传送的抑制非常强）。在不同的应用中使用，封闭制定在不同层次的复杂性，从本地代数模型相关的稳定状态的湍流制度的层次结构的非本地封闭，包括更简单的下降梯度模型，提出的涡流粘度和涡流传导率，和一般的非梯度模型的基础上预测方程的湍流，包括湍流通量的所有基本参数。
2015-05-12 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Anisotropic turbulent transport in stably stratified rotating stellar radiation zones
自转是影响恒星演化的重要物理机制之一。日震学和星震学揭示了在整个赫兹-罗素图上恒星辐射带的角动量的强提取。在不同旋转的稳定分层恒星辐射区的湍流输运应仔细模拟和评估其强度。层结和旋转意味着这种湍流输送是各向异性的。只有唯象的处方已提出的运输在水平方向上，但构成了基石，目前的理论形式主义恒星流体动力学的演化代码。我们推导出一个新的理论处方的各向异性的湍流运输辐射区使用的湍流，同时考虑稳定的分层，旋转和径向剪切的光谱形式主义。在此基础上，导出了由径向差动旋转不稳定性维持的三维湍流运动所引起的水平湍流输运。我们实现了这个框架中的恒星演化代码STAREVOL和量化的旋转和结构演化的低质量恒星从前主序星红巨星分支的影响。湍流输运的各向异性标度为$N^4τ^2/\left(2Ω^2\right)$、$N$和$Ω$，分别为浮力和旋转频率，$τ$为表征湍流源的时间。这导致了类似的强度的水平湍流输送的平均值，那些获得与先前提出的处方，即使它可以是局部较大的对流包络线以下。因此，仍然需要一种补充的输运机制，如内部重力波或磁场，来解释观测到的沿恒星演化的角动量强输运。
2018-08-06 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent transport by diffusive stratified shear flows: from local to global models. Part II: Limitations of local models
本文继续本系列第一部分开始的扩散剪切不稳定性的系统研究。在这项工作中，我们主要集中在量化的影响，非本地混合，这是不考虑在Zahn的混合模型\citep{Zahn92}。我们提出了一个新的模型设置，旨在包含共存的层流和湍流剪切层的直接数值模拟的结果。与第一部分一样，我们使用\citet{Lign1999}的低Péclet数近似来模拟扰动的演化。我们的主要发现有两个方面。首先，湍流不一定是在满足Zahn的非线性准则\citep{Zahn1974} $J{\rm Pr} < (J{\rm Pr})_c$时产生的，其中$J=N^2/S^2$是局部梯度Richardson数，${\rm Pr} = ν/ κ_T$是普朗特数，而$(J{\rm Pr})_c \simeq 0.007$。我们已经证明，在这个极限中，湍流混合的存在或不存在滞后地取决于剪切层的历史。第二，Zahn的非线性不稳定性准则仅大致定位于湍流层的边缘，并且混合超出$J{\rm Pr} < (J{\rm Pr})_c$也可以以类似于对流过冲的方式发生的区域。我们发现，湍流动能在剪切不稳定区的边缘外大致呈指数衰减，其长度尺度$δ$与湍流涡旋的尺度成正比，而湍流涡旋的尺度本身是赞恩尺度的量级（见第一部分）。我们的研究结果表明，混合扩散剪切不稳定性应建模更小心比目前标准的恒星演化代码。
2018-06-07 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent transport in a strongly stratified forced shear layer with thermal diffusion
这项工作提出了数值计算结果的热量和化学物质的运输剪切诱导湍流强烈分层，但热扩散的环境。在这种状态下驱动的剪切不稳定性有时被称为“长期”剪切不稳定性，即使当流动的梯度理查森数（浮力频率与剪切速率之比的平方）很大时，只要佩克莱数（热扩散时间尺度与湍流涡旋的周转时间尺度之比）很小，也会发生剪切不稳定性。我们已经确定了一组简单的标准来确定这些不稳定性是否会发生。一般来说，我们发现，只要流体的热扩散率非常大（通常大于$10^{14}$ cm $^2$ /s），它们就可能是相关的，例如在大质量恒星（$M\ge 10 M_\odot$）的外层就是这种情况。使用一个简单的模型设置，其中剪切力是被迫由空间正弦，恒定振幅的体力，我们已经确定了几个制度，从有效的非分层非常强烈分层，每个都有自己的一套动力学特性。除非系统处于两个极端的政权之一（有效非分层或完全稳定），然而，我们发现（1）只有大约10%的输入功率用于热传输，而其余90%是粘性耗散的;（2）Zahn（1992）的模型很好地近似了有效组分混合系数，其中$D \simeq 0.02 κ_T /J$是热扩散率，$J$是梯度理查森数。然而，这些结果需要通过不同模型设置和更高有效雷诺数下的模拟来确认。
2015-12-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
Poynting's theorem in magnetic turbulence
本文利用坡印廷定理导出了低频磁湍流功率谱密度随频率和波数变化的表达式。没有提到埃尔萨瑟变量，因为通常是在磁流体动力学湍流混合机械和电磁湍流。我们宁愿停留在湍流力学部分的一种隐式形式上，正如任意介质中的电磁理论所建议的那样。所有的力学和流动都包含在湍流响应函数中，通过适当的观察，可以根据湍流脉动谱的知识来确定湍流响应函数。这种方法并不是由发展一个完整的湍流理论的愿望所指导的。它的目的是从观测中识别响应函数，作为理论的输入，然后尝试对其进行解释。磁功率谱密度和电功率谱密度两者的组合导致湍流响应函数的表示，即作为频率$ω$和波数$k$的函数的湍流传导率谱$σ_{ωk}$。{It以频率空间中磁功率谱密度与电功率谱密度之比给出。这种知识允许正式写下湍流色散关系。幂律惯性射程谱导致幂律湍流电导率谱。这些可以与太阳风的观测结果相比较。关键词：磁流体湍流，湍流色散关系，湍流响应函数，太阳风湍流
2017-07-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Transport enhancement and suppression in turbulent magnetic reconnection: A self-consistent turbulence model
通过增强传输，湍流预计有助于快速重联。然而，湍流的影响并不那么简单。除了增强输运外，某些环境下的湍流还表现出抑制输运的作用。在存在湍流交叉螺旋度的情况下，这种输运增强和抑制之间的动态平衡发生。由于这种动态平衡的结果，有效增强磁扩散率的区域被限制在一个狭窄的区域内，导致快速重联。为了证实这一观点，本文提出了一个描述磁重联的自洽湍流模型。借助于数值模拟，其中湍流效应通过湍流模型以一致的方式并入，确认了湍流磁重联中的动态平衡。
2014-01-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent Drag Reduction in Magnetohydrodynamic Turbulence and Dynamo from Energy Flux Perspectives
在这篇综述中，我们描述了湍流减阻在各种流动中使用的通用框架的能量通量。在具有稀聚合物和磁场的湍流中，在大尺度下注入的动能级联到中间尺度下的速度场，以及级联到所有尺度下的聚合物和磁场。因此，与纯流体动力学湍流相比，动能通量$ Π_u(k) $被抑制。我们认为，抑制$Π_u(k)$是一个重要因素，在减少的惯性力$\langle {\bf u \cdot \nabla u} \rangle$和\textit{turbulent drag}。在聚合物、磁流体动力学、准静态磁流体动力学、稳定分层湍流和发电机中观察到湍流减阻的这种特征。此外，它表明，湍流减阻热对流是由于光滑的热板，类似的湍流减阻的钝体。在所有这些流动中，湍流减阻常常导致流动中的强的大尺度速度。
2022-12-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Non-linear saturation and energy transport in global simulations of magneto-thermal turbulence in the stratified intracluster medium
本研究通过IDFIX代码进行2D和3D数值模拟，探讨了星系团介质中磁热不稳定性（MTI）湍流的饱和机制与能量传输，发现MTI通过势能注入与耗散平衡实现饱和，并能在ICM外围提供约15%的非热压支撑。
2024-11-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
