Magnetorotational instability with smoothed particle hydrodynamics
我们提出了一个彻底的数值研究的MRI使用平滑粒子磁流体动力学方法（SPMHD）的几何密度平均力表达式（GDSPH）。我们进行剪切盒模拟不同的初始设置和广泛的分辨率和耗散参数。我们表明，第一次，MRI与持续的湍流可以成功地模拟SPH，结果与以前的工作与基于网格的代码一致。特别是，对于分层的盒子，我们的模拟再现了至少100个轨道的饱和湍流的MRI发电机的特征蝴蝶图。相反，传统的SPH模拟遭受失控的增长和发展非物理大方位场，类似于最近的研究结果与无网格方法。我们研究了MRI湍流对SPH中数值普朗特数的依赖性，重点是非分层，零净通量的情况。我们发现，湍流只能维持与普朗特数大于$\sim$ 2.5，类似的临界值的物理普朗特数在网格代码模拟。然而，不同于基于网格的代码，在SPH的数值普朗特数增加的分辨率，并为一个固定的普朗特数，所产生的磁能和应力是独立的分辨率。对所有模拟进行平均场分析，得到的输运系数表明在非分层情况下没有$α$效应，但在分层介质中有一个活跃的$αΩ$发电机和抗磁泵效应，这与以前的研究基本一致。在我们的模拟中没有明确的剪切电流发电机的迹象，这可能是负责一个较弱的平均场增长在高大，无分层，零净通量模拟。
2021-05-03 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Azimuthal magnetorotational instability with super-rotation
它表明，方位角磁旋转不稳定性（AMRI）也与径向增加的旋转速率相反，需要负剪切的轴向场的标准磁旋转不稳定性。本文研究了在环形磁场作用下，当圆柱间的背景场为无电流时，具有正剪切的导电Taylor-Couette流的非轴对称扰动稳定性。对于小的磁普朗特数Pm->0，中性稳定性曲线收敛于哈特曼数/雷诺数平面内，近似于在无电感极限Pm=0时得到的稳定性曲线。Pm=0的数值解表明存在一个下限的剪切速率。对于大的Pm的曲线比例与外筒的磁雷诺数，但流动总是稳定的磁普朗特数单位是典型的双扩散不稳定性。我们特别感兴趣的是知道中性稳定性的最小哈特曼数。对于静止或几乎静止的内圆柱体和具有完美导电圆柱体材料的模型，最小哈特曼数发生在半径比为0.9时。相应的临界雷诺数小于10.000。
2017-12-13 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.flu-dyn
Sensitivity of the Magnetorotational Instability to the shear parameter in stratified simulations
磁旋转不稳定性（MRI）是一种剪切不稳定性，因此它对剪切参数$q = - d\lnΩ/d\ln r $的敏感性是值得研究的。受天体物理盘的启发，大多数（但不是全部）以前的MRI研究都集中在$ q=1.5$的开普勒值上。使用模拟与8垂直密度尺度的高度，我们有助于解决分层数值模拟中不同的$q$的效果的研究的子集。我们讨论了为什么剪切盒不能很容易地用于研究$q>2$，因此专注于$q<2$。根据以前的模拟，这是未分层或分层与一个较小的垂直域，我们发现，$q$依赖性的应力分层的情况下是不是线性的，相反的Shakura-Sunyaev模型。我们发现，缩放同意\cite{1996MNRAS.281L..21A}谁发现它是成比例的剪切涡比$q/(2-q)$。然而，我们也发现，磁场和动能谱的形状是相对不敏感的$q$和麦克斯韦应力的比率，磁能比也几乎保持独立的$q$。这是一致的理论论证中，方位场的放大率线性依赖于$q$和湍流相关时间$τ$依赖于$q$成反比。因此，我们测量了湍流的相关时间，发现它确实与$q$成反比。
2014-10-30 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Global multifluid simulations of the magnetorotational instability in radially stratified protoplanetary disks
角动量的重新分布是原行星盘演化中的一个长期问题。磁旋转不稳定性（MRI）被认为是一种可能的机制。我们提出的研究结果，涉及多流体的全球模拟，包括欧姆耗散，双极扩散和霍尔效应在一个动态的，自洽的方式。我们专注于湍流所造成的非线性发展的MRI在径向分层的PPD和比较理想的MHD模拟。在多流体模拟中，盘最初被设置为从弱霍尔主导状态过渡到强霍尔主导状态，在弱霍尔主导状态中，霍尔效应是主要的非理想效应，但与感应项大致相同或弱于感应项，在强霍尔主导状态中，霍尔效应主导感应项。随着模拟的进展，盘的相当大的一部分发展成弱霍尔主导盘。我们发现从湍流的过渡到层流在磁盘的内部区域，但没有任何相应的整体密度功能。我们引入了一个无量纲参数$α_\mathrm{RM}$来描述吸积，其中$α_\mathrm{RM} \gtrsim 0.1$对应于湍流输运。我们计算的涡流周转时间，$t_\mathrm{eddy}$，并比较这与一个有效的重组时标，$t_\mathrm{rcb}$，以确定是否湍流的存在需要非平衡电离计算。我们发现$t_\mathrm{rcb}$通常比$t_\mathrm{eddy}$小三个数量级。此外，电离分数没有明显变化。这两个结果表明，这些多流体模拟应该是可比的单流体非理想模拟。
2016-08-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Small-scale dynamos in simulations of stratified turbulent convection
小规模的发电机行动往往被认为是造成宁静的太阳磁场。我们的目的是确定在非旋转湍流对流在低磁普朗特数的小规模发电机的激励条件和饱和水平。我们使用高分辨率的直接数值模拟弱分层湍流对流。我们发现，发电机激励的临界磁雷诺数增加的磁普朗特数减少，这可能表明，小规模的发电机行动是不自动明显的机构与小磁普朗特数的太阳。作为磁雷诺数（${\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}$的生长速率对数增加的证据。
2018-02-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Paradoxes of magnetorotational instability and their geometrical resolution
磁旋转不稳定性（MRI）触发湍流，使流体动力学稳定的吸积盘的角动量向外传输。利用WKB近似和奇异函数理论的方法，我们解决了磁普朗特数为无穷大和为零时出现的两个不同的磁共振成像悖论。对于后一种情况，我们得到了一个新的严格限制的临界Rossby数。这个新的极限${\rm Ro_c}=-0.802$，它出现在一个有限的Lundquist数${\rm Lu}=0.618$，扩展了以前已知的无诱导刘极限${\rm Ro_c}=-0.828$有效的${\rm Lu}=0$。
2011-05-17 astro-ph.SR math-ph math.MP
Astrophysical and experimental implications from the magnetorotational instability of toroidal fields
本文研究了两个共转无限长圆柱体之间的间隙中无电流环向场与差动旋转场的相互作用。结果表明，非轴对称扰动是不稳定的，如果旋转率和阿尔文频率的领域是相同的顺序，几乎无关的磁普朗特数Pm。对于很陡的转动律Ω \propto R^{-2}（瑞利极限）和较小的Pm，分别给出了具有通常雷诺数和哈特曼数的方位角磁转动不稳定性（AMRI）标度的转动和磁场阈值。基于这一发现，设计了一个实验室实验，在泰勒-库埃特容器中使用液态金属，如钠或镓。对于具有更平坦旋转定律的流体，雷诺数和哈特曼数不再是不稳定性的典型量。对于弱非线性系统，导出了磁普朗特数为\leq 1时的动能和磁能的数值。我们发现，磁能随磁雷诺数Rm单调增长，而动能随Rm/ \sqrt{Pm}增长。由此产生的湍流施密特数，作为“涡”粘度和被动标量（如锂）的扩散系数的比率是20的顺序为Pm=1，但对于小Pm它下降到为了统一。因此，在一个恒星的核心与化石领域和陡峭的旋转法律的角动量的运输AMRI总是伴随着激烈的混合等离子体，直到旋转变得刚性。
2013-11-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Penetration of a cooling convective layer into a stably-stratified composition gradient: entrainment at low Prandtl number
本研究通过低Pr二维模拟和解析模型，揭示了冷却对流层穿透稳定分层成分梯度的卷吸机制及效率影响因素，完善了低普朗特数下的对流卷吸理论。
2021-06-28 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
Turbulent resistivity driven by the magnetorotational instability
我们测量的湍流电阻率的非线性制度的MRI，并评估湍流磁普朗特数。我们进行了一系列的数值模拟与欧拉有限体积代码雅典娜和拉美西斯的剪切盒模型的框架。我们考虑模型，包括明确的耗散系数和磁场拓扑结构，使净磁通量线程框在垂直和方位角方向消失。我们首先证明了良好的协议之间的两个代码通过比较的湍流状态的模拟具有相同的微观扩散系数（粘度和电阻率）的属性。我们发现，湍流的属性不改变时，盒的大小增加在径向方向上，只要它是细长的方位角方向。为了测量圆盘中的湍流电阻率，我们在流动上施加固定的电动势，并测量产生的饱和磁场的幅度。我们得到的湍流电阻率是在粗略的协议与平均场论，如二阶平滑近似。该数值转化为一阶单位的湍流磁普朗特数Pm_t。Pm_t似乎是我们施加的力的增函数。它也变得更小的盒子尺寸在径向方向上增加，在很好的协议与以前的结果在非常大的盒子。我们的结果是在一般协议与其他最近发表的论文研究同样的问题，但使用不同的方法。因此，我们关于Pm_t是单位阶的结论是稳健的.
2009-09-02 astro-ph.HE astro-ph.SR
Modeling Magnetorotational Turbulence in Protoplanetary Disks with Dead Zones
磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流对原行星盘中固体的演化具有重要影响。另一方面，小灰尘颗粒通过捕获耦合气体和磁场所需的电离气体颗粒来稳定MRI。为了提供一个经验的基础上，模拟灰尘和MRI的共同进化，我们进行三维，欧姆电阻MHD模拟的垂直分层剪切盒与MRI不活跃的“死区”的各种大小和净垂直磁通量的各种强度。我们发现，湍流的垂直结构是由垂直的磁通量和三个临界高度的线性分析得出的分层磁盘。特别地，湍流结构仅通过临界高度依赖于电阻率分布，并且对电阻率分布的细节不敏感。我们发现的各种湍流量（速度色散，密度波动，垂直扩散系数，外流质量通量）和垂直集成的吸积应力的振幅之间的标度关系。我们还得到了积分吸积应力作为垂直磁通量和临界高度的函数的经验公式。这些经验关系允许预测的垂直湍流结构的原行星盘的磁通量的给定强度和给定的电阻率分布。
2011-08-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Quasi-two-dimensional nonlinear evolution of helical magnetorotational instability in a magnetized Taylor-Couette flow
磁旋转不稳定性（MRI）是天体物理学中的基本过程之一，在各种各样的宇宙物体中驱动角动量输运和质量吸积。尽管在过去的几十年里，理论/数值和实验的努力，它的饱和机制和振幅，设置角动量输运率，仍然没有得到很好的理解，特别是在高电阻率的限制，或小的磁性普朗特数典型的内部（死区）的原行星盘，液体核心的行星和液态金属在实验室中。使用直接数值模拟，在本文中，我们调查的非线性发展和饱和特性的螺旋磁旋转不稳定性（HMRI）-一个相对的标准MRI -在磁化泰勒-库埃特流在非常低的磁普朗特数（相应地在低磁雷诺数）有关的液体金属。为了简单起见，方位场与轴向场的比率保持固定。从HMRI的线性理论可知，Elsasser数或相互作用参数决定其增长率，并在动力学中起着特殊的作用。我们表明，这个参数也是重要的非线性问题。通过增加它的值，从弱非线性（其中系统略高于线性稳定性阈值）到强非线性或湍流状态的突然过渡发生。我们计算的方位角和轴向的能量谱对应于这两个制度，并表明，他们定性不同。值得注意的是，在所有情况下，非线性状态仍然几乎轴对称，这表明HMRI湍流是准二维的性质。虽然非轴对称模式的贡献随着Elsasser数的增加而适度增加，但它们的总能量仍然比轴对称模式小得多。
2017-11-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Metamorphosis of helical magnetorotational instability in the presence axial electric current
本文对在螺旋形外磁场作用下，液态金属在轴向电流作用下的圆柱形泰勒-库埃特流动的稳定性进行了线性数值分析。轴对称扰动被认为是在无感近似对应于零磁普朗特数。轴对称使我们能够揭示一种全新的电磁不稳定性。首先，我们表明，通过液体的电流可以无限扩展的范围内的螺旋磁旋转不稳定性（HMRI）转化为一个纯粹的电磁不稳定性。两种不同的电磁不稳定性机制。第一种是内部箍缩型不稳定性，这是由于电流与其自身磁场的相互作用。这种不稳定性的轴对称模式需要方位磁场的自由空间分量。当磁场的方位分量为纯旋转分量且轴向分量不为零时，出现了一种新的电磁不稳定性。后者由静止流体中的电流与弱共线磁场的相互作用驱动，产生与方位旋转耦合的稳定的双旋环流。
2015-03-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The dynamics of stratified horizontal shear flows at low Péclet number
我们考虑一个垂直分层，水平强迫Kolmogorov流的动力学。天体物理系统的普朗特数往往是渐近小的启发，我们的重点是很少研究的限制高雷诺数，但低Péclet数（定义为雷诺数和普朗特数的产品）。通过线性稳定性分析，我们证明了二维模式对无穷小扰动的稳定性与分层无关，而三维模式在强分层和强热扩散的极限下总是不稳定的。随后的非线性演化和过渡到湍流的数值研究使用直接数值模拟。对于足够大的雷诺数，四个不同的动力学制度自然出现，这取决于背景分层的强度。通过考虑占主导地位的平衡的控制方程，我们推导出每个政权的比例律解释的数值数据。
2020-10-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
On the relation of standard and helical magnetorotational instability
磁旋转不稳定性（MRI）通过使开普勒盘中的湍流（否则流体动力学稳定）对宇宙结构的形成起着至关重要的作用。特别关注具有小磁性普朗特数的液体金属的MRI实验，已经表明这种不稳定性的螺旋版本（HMRI）具有与标准MRI（SMRI）完全不同的标度行为。我们讨论的关系，HMRI SMRI探索各种参数的依赖关系。我们确定的不稳定性模式之间的转移机制，通过光谱异常点，解释了从静止不稳定（SMRI）的过渡到不稳定的行波（HMRI）和激励的HMRI在无感的限制。对于某些参数区域，我们发现新的岛屿的HMRI。
2009-10-31 astro-ph.HE astro-ph.SR math-ph
Inviscid helical magnetorotational instability in cylindrical Taylor-Couette flow
本文分析了与天体物理条件有关的无粘极限轴对称螺旋磁旋转不稳定性（HMRI）。采用零磁普朗特数定义的无感近似来区分螺旋磁场作用下圆柱形泰勒-库埃特流中的HMRI和标准MRI。用Chebyshev配点法计算了在内外半径比λ=2，旋转率和磁场螺旋度不同的情况下，对流和绝对不稳定性的阈值。研究发现，超出Rayleigh极限的自持HMRI模式的扩展不仅在窄能隙近似下，而且在有限能隙近似下都没有达到天体物理相关的Keplerian旋转轮廓。开普勒极限只能通过对流HMRI模式提供的边界是完美的传导。然而，这种模式不仅需要一个永久的外部激励是可观察的，但也有一个长的轴向波长，这是不兼容的厚度有限的天体物理吸积盘。
2011-12-19 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Extending the range of the inductionless magnetorotational instability
磁旋转不稳定性（MRI）可以破坏流体动力学稳定的旋转流，从而允许在吸积盘的角动量输运。磁共振成像的一个臭名昭著的问题是它在低磁普朗特数区域的适用性值得怀疑，因为它们是原行星盘和黑洞周围吸积盘外部的典型区域。使用WKB方法，我们扩展了MRI的适用范围，证明了如果方位磁场的径向分布仅与无电流分布~ 1/r略有不同，则无感应形式的MRI（如螺旋MRI和方位MRI）很容易使开普勒分布~ 1/r^（3/2）不稳定。这样，我们进一步展示了以前已知的临界Rossby数的下限Ro=-0.828与上限Ro=+4.828之间的自然联系。
2013-06-04 astro-ph.SR math-ph math.MP
Low magnetic-Prandtl number flow configurations for cold astrophysical disk models: speculation and analysis
模拟的天体物理磁盘在剪切盒中的磁旋转不稳定性（MRI）表明，活动似乎减少的磁性普朗特数（Pm）降低。另一方面，实验室实验的计算表明，通过修改Pm << 1的背景剪切来实现饱和。本文以适合于实验室实验的计算结果为指导，考虑了在各种剪切剖面和边界条件下，在恒定垂直背景磁场中的剪切箱模型中无粘扰动的轴对称稳定性，以验证剪切变形引起不稳定性饱和的假设。研究发现，磁共振成像的出现和稳定性对所采用的边界条件很敏感。通道模式没有出现稳定通过任何修改的背景剪切，其平均保持开普勒。然而，具有非穿透边界的系统可以通过修改背景剪切而使MRI饱和。因此，从概念上将实验室实验的定性结果等同于圆盘中的条件可能会产生误导。
2010-02-02 astro-ph.IM astro-ph.SR
MRI turbulence in vertically stratified accretion discs at large magnetic Prandtl numbers
本文通过三维垂直分层等温盘局部模拟，研究大 Pm 下 MRI 湍流与发电机，给出 α 和磁场能量的 Pm 幂律标度及高 Pm 平台，并结合谱分析解释中平面与大气动力学。
2024-04-09 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Journey to the center of stars: the realm of low Prandtl number fluid dynamics
恒星内部深处的流体动力学与地球物理学流体动力学有许多相似之处，但有一个关键的区别：普朗特数。运动粘滞系数与热扩散系数之比在地球上通常为1或更大，但在恒星中总是比1小得多。因此，粘度在热扩散尺度上仍然可以忽略不计，这为参数空间的全新区域打开了大门，即湍流低Péclet数区域（其中Péclet数是普朗特数和雷诺数的乘积）。在这篇综述中，我专注于三个不稳定性，是众所周知的地球物理流体动力学，并发挥重要作用的恒星演化，即对流，分层剪切不稳定性，双扩散对流。我目前所知的他们的行为在低普朗特数，突出与他们的中等和高普朗特数的差异。
2021-03-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The Role of the Magnetorotational Instability in the Sun
我们计算增长率的非轴对称不稳定性，包括整个太阳的磁旋转不稳定性（MRI）。我们首先推导出一个色散关系的非轴对称不稳定性，包括剪切，对流浮力的影响，和三个扩散系数（热导率，电阻率和粘度）。然后，我们使用一个太阳模型演变的恒星演化代码MESA和角速度配置文件确定的全球振荡网络组（GONG）日震学，以确定不稳定的模式存在于太阳的每个位置和相关的增长率。在整个对流区和略低于对流区的中高纬度地区，总体不稳定性具有不稳定模式。它包含三类模式：大尺度流体动力学对流模式、大尺度流体动力学剪切模式和小尺度磁流体动力学（MHD）剪切模式，这些模式可以适当地称为MRI模式。虽然大规模的对流模式是最迅速增长的模式，在大多数的对流区，MRI模式是重要的稳定分层和对流不稳定的位置附近的速跃层在colatitudes θ小于53度。非轴对称MRI模式的增长速度比相应的轴对称模式;对于某些极向磁场，非轴对称MRI增长率类似于角旋转频率ω，而轴对称模式是稳定的。我们简要地讨论了MRI模式产生的磁场的饱和度，发现在太阳对流区的基础上隐含的场与基于在速跃层中活跃的发电机得出的场相当，并且即使在上层对流区中，MRI产生的场的饱和度也可能是重要的。
2014-07-17 astro-ph.SR
Shell model for stratified convection: implications for the solar convective conundrum
我们将壳模型的概念推广到分层系统，并提出了一个在低马赫数下代表分层、非旋转、非旋转对流的壳模型。激励配置文件的背景分层，支持对流恒星，如太阳，我们研究数值解对应的高度不稳定层以上的轻度不稳定层。我们发现，在低普朗特数，对流振幅随深度在低层减小。这表明，在太阳对流区的深层对流的抑制（对流难题）可以解决，而不必诉诸旋转或磁场。
2022-06-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn
MHD simulations of the magnetorotational instability in a shearing box with zero net flux: the case Pm=4
本文研究了当磁普朗特数Pm大于1时，大雷诺数Re下磁旋转不稳定性引起的MHD湍流的输运特性。对无分层剪切盒中零净磁通的磁旋转不稳定性进行了三种MHD模拟。这些模拟与代码宙斯进行，并考虑角动量输运率的演变，Re逐渐增加，从3125到12500，同时保持Pm=4。为了确保流动的小尺度特征被很好地分辨，分辨率从每盘尺度高度128个单元变化到每盘尺度高度512个单元。后者构成了迄今为止MRI湍流模拟的最高分辨率。使用α参数测量的角动量输运率仅非常弱地依赖于雷诺数：发现α约为0.007，在所有模拟中，该平均值的变化范围为15%。Re没有系统演化。对于最佳分辨率的模型，动能功率谱初步显示出一个幂律范围内的指数-3/2，而磁能被发现转移到越来越小的尺度随着磁雷诺数的增加。几种不同的诊断都表明一个明确定义的注射长度的一小部分的规模高度。这封信中提出的结果是一致的MRI能够有效地传输角动量在大雷诺数时，Pm=4在非分层零净通量剪切盒。
2010-04-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
MRI-driven dynamo at very high magnetic Prandtl numbers
由磁旋转不稳定性（MRI）驱动的发电机被认为在吸积盘的动力学中起着重要作用，并且还可以解释磁星中存在的极端磁场的起源。它的饱和度是一个重要的悬而未决的问题，已知是特别敏感的扩散过程，通过磁普朗特数Pm（粘度比电阻率）。尽管它与原中子星和中子星合并残留物有关，但高Pm的数值挑战机制在很大程度上仍然是未知的。使用零净通量剪切箱模拟不可压缩近似，我们研究了MRI驱动的发电机在前所未有的高值的Pm达到256。模拟结果表明，应力和湍流能量与Pm成正比，直到适度高的值（$\mathrm{Pm} \sim 50$）。在较高的Pm，他们过渡到一个新的制度与平台无关的Pm为$\rm Pm \gtrsim 100$。这种趋势是独立的雷诺数，这可能表明一个渐近制度的能量注入和耗散是独立的扩散过程。有趣的是，大的Pm值不仅会导致强烈的小尺度磁场，而且会在盒子的最大尺度上产生更有效的发电机。
2022-09-01 astro-ph.HE astro-ph.SR
Dissipative effects on the sustainment of a magnetorotational dynamo in Keplerian shear flow
磁旋转发电机一直被认为是天体物理学吸积盘中湍流角动量输运的可能驱动因素之一。然而，各种数值结果表明，这种发电机可能难以激发在天体物理学相关的制度的磁普朗特数（Pm）显着小于单位，目前还不清楚的原因。这篇文章的目的是提出的第一个结果，正在进行的数值调查的作用，在这个问题中的线性和非线性耗散效应。结合参数的探索和不可压缩的非线性MRI发电机周期的过渡动力学在大的纵横比剪切盒的能量分析，我们发现，湍流磁扩散的激励和维持这个发电机在中等磁雷诺数（Rm）越来越难以减少Pm。这将导致发电机的临界Rm的增加，增加运动学雷诺数（Re），与早期的数值结果一致。鉴于其非常通用的性质，我们认为，湍流磁扩散可能是一个重要的决定因素，MRI发电机激发磁盘，也可能限制MRI湍流在低PM制度的角动量运输的效率。
2014-10-13 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Horizontal shear instabilities at low Prandtl number
在大多数恒星演化模型中，恒星辐射区的湍流混合通常要么被忽略，要么被粗略地解释。然而，越来越多的理论和观测证据表明，这种混合是存在的，并且可以影响恒星生命的各个方面。在这项工作中，我们提出了第一次尝试量化混合水平剪切不稳定性的恒星使用直接数值模拟。剪切力由体积力驱动，并迅速变得不稳定。在饱和时，我们发现存在几种不同的动力学机制，这取决于分层和热扩散的相对重要性（原则上粘度也很重要，但在大多数恒星应用中通常可以忽略不计）。在每个确定的制度，我们提出了一定数量的理论激励的标度律的湍流垂直涡尺度，典型的湍流扩散系数，和典型的温度波动幅度（等量）。根据我们的研究结果，我们预测大多数恒星应该属于两类之一：高Péclet数分层湍流和低Péclet数分层湍流。后者在Cope et al.（2020）的相关论文中详细介绍，而前者在这里讨论。将我们的结果应用于最著名的恒星剪切层，即太阳速度跃层，我们发现它应该处于高佩克莱数分层湍流状态，并预测温度、动量和成分的大量垂直混合。照这样看来，新的湍流模型预测与Spiegel & Zahn（1992）的太阳速跃层模型是不相容的。然而，我们也表明，旋转和磁场可能会影响湍流，需要考虑在未来的研究。
2020-06-12 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Scaling with the Stars: The emergence of marginal stability in low Prandtl number turbulence
本文针对低普朗特数强分层湍流，通过多尺度分析与慢-快拟线性算法研究尺度分离动力学，揭示系统趋近并维持边际稳定性的机制。
2024-10-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Prandtl number dependence of compressible convection: Flow statistics and convective energy transport
（节略）背景：运动粘度与热扩散率之比，即普朗特数，在恒星对流区远小于1。目的：研究对流和能量输送的统计特性与普朗特数的关系。方法：采用笛卡尔坐标系下的三维对流数值模拟。对流区（CZ）嵌入在两个稳定分层层之间。统计和传输特性的上升和下降流分别进行了研究。结果：均方根速度随普朗特数的减小而增大。同时，下降流的填充因子减小，并导致在较低的普朗特数下更强的下降流，以及对普朗特数的过冲的强烈依赖。速度功率谱不显示显着的变化作为普朗特数的函数。在最高雷诺数的速度功率谱是兼容的Bolgiano-Obukhov $k^{-11/5}$标度。水平平均对流能通量（$\overline{F}_{\rm conv}$）与CZ内的普朗特数无关。然而，在低（高）普朗特数下，上升流（下降流）对对流通量的贡献占主导地位。这些结果与低普朗特数区域的瑞利-贝纳德对流相似，在低普朗特数区域，对流是剧烈湍流的，但在传输能量方面效率低下。结论：目前的结果表明对流超冲和能量通量的普朗特数的强烈依赖。天体物理对流的数值模拟经常使用单位普朗特数。目前的结果表明，这可能会导致误导性的结果，天体物理学相关的低普朗特数制度是定性不同的参数制度，在典型的模拟探索。
2021-05-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Global bifurcations to subcritical magnetorotational dynamo action in Keplerian shear flow
开普勒剪切流中的磁旋转发电机作用是一个三维非线性磁流体动力学过程，其研究对于理解天体物理中的吸积和磁场产生具有重要意义。向这种发电机形式的转变是亚临界的，并且与非旋转流体动力剪切流中向湍流转变的许多特征相同。这表明，这些不同的流体系统通过类似的通用分叉机制变得活跃，在这两种情况下，迄今为止还没有详细的了解。本文在剪切盒框架下，数值研究了不可压缩开普勒磁旋转发电机问题的分岔机制。使用从动力系统研究进口的数值技术，我们表明，在磁普朗特数大于1的混沌发电机行动的发病主要与全球同宿和异宿分岔的非线性磁旋转发电机周期。这些全球分支的补充，标志着倍周期级联的开始的周期的局部分支。这表明，非线性磁旋转发电机周期提供的途径，湍流注入的动能和磁能在不可压缩的磁流体动力学开普勒剪切流在没有外部施加的磁场。研究这些周期在不同的制度和配置的非线性物理和分叉，随后可能有助于更好地理解各种天体物理系统和实验室实验中的磁流体动力学湍流和不稳定驱动发电机的激发条件。为这个三维亚临界流体动力学问题提供的全局分叉的详细表征也可能证明对流体动力学剪切流中的湍流过渡问题有用。
2013-06-14 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Transport properties of the Azimuthal Magnetorotational Instability
磁旋转不稳定性（MRI）被认为是开普勒吸积盘中湍流的一个强有力的来源。受最近的实验室实验的启发，我们研究了在两个同心旋转圆柱体之间剪切的导电流体中由方位磁场驱动的MRI。通过调整圆柱的旋转速率，我们近似角速度分布$ω\propto r^{q}$。我们进行直接的数值模拟接近瑞利线$q \gtrsim -2 $和准开普勒轮廓$q \approx -3/2$和覆盖范围广的雷诺数（$Re\le 4\cdot10^4$）和磁普朗特数（$0\le Pm \le 1$）的陡峭的配置文件。在准开普勒的情况下，不稳定性的发生取决于磁雷诺数，与$Rm_c \approx 50$，和角动量输运尺度为$\sqrt{Pm} Re^2$在湍流状态。Maxwell应力与Reynolds应力之比由PDMATHAMT设定。在不稳定的开始，两个应力具有相似的大小，而雷诺应力消失或甚至成为负PDMATHAMT增加。对于接近瑞利线的剖面，不稳定性与$Pm\gtrsim0.1$一样具有这些特性，但如果$Pm\rightarrow 0$，则表现出明显不同的特性，其中不稳定性的开始由雷诺数控制，而$Re_c \approx 1250$，运输是通过雷诺应力和$Re^2$的尺度。在中间$Pm=0.01$，我们观察到从一种状态到另一种状态的连续过渡，在$Rm=\mathcal{O}(100)$有交叉。我们的研究结果给出了一个全面的图…
2017-10-05 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Convection-driven spherical shell dynamos at varying Prandtl numbers
背景：恒星对流区的特点是在低普朗特数下剧烈的高雷诺数湍流。目的：我们研究发电机和差分旋转制度在不同水平的粘性，热，磁扩散。研究方法：我们进行三维模拟分层完全可压缩磁流体动力学对流旋转球楔在不同的热和磁普朗特数（从0.25到2和5，分别）。结果如下：我们发现，高的热扩散率的旋转配置文件显示出单调增加的角速度从对流区的底部到顶部，从两极向赤道。对于足够快的旋转，一个负的径向剪切区域的发展在中纬度地区的热扩散率降低。这与发电机模式从向极传播活动带向赤道传播的变化相吻合。此外，循环的解决方案消失在最高的磁雷诺数。在本文研究的范围内（$5-151$），总磁能随磁雷诺数的增加而增加，但平均磁场的能量在高磁雷诺数时趋于平稳。在最高磁雷诺数下，差旋受磁场的影响很大，几乎消失。在我们的一些最动荡的情况下，我们发现，两个制度是可能的，其中之一的差分旋转是强大的，平均磁场相对较弱，反之亦然。结论：我们的模拟表明，一个强大的非线性反馈的磁场的差分旋转，导致定性的变化，在大规模发电机的行为在高磁雷诺数。此外，我们没有发现迹象的模拟接近渐近制度的结果将是独立的扩散系数。
2016-09-12 astro-ph.SR
Convective heat transport in stratified atmospheres at low and high Mach number
我们研究完全可压缩对流的背景下，平面平行，多方分层大气。我们进行了一套二维和三维模拟，其中我们改变初始超绝热性（$ε$）和瑞利数（Ra），而固定的初始密度分层，纵横比，和普朗特数。演化的热输运，量化的努塞尔数（Nu），遵循的标度关系类似于那些在研究充分，不可压缩的瑞利-贝纳德问题。这种缩放在2D和3D中都成立，并且不受$ε$的大小的明显影响。
2017-08-29 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
The Saturation Limit of the Magnetorotational Instability
对均匀剪切盒中磁旋转不稳定性（MRI）的模拟表明，磁场的渐近强度随着分辨率的增加而急剧下降。在这里，我模型的MRI驱动发电机作为一个大规模的发电机驱动的垂直磁螺旋通量。这种增长是由二次不稳定性驱动的大规模混合平衡的。饱和磁能密度几乎与典型涡流的垂直高度成线性关系。MRI可以驱动具有任意大的垂直波数的涡流，因此涡流厚度由扩散效应、由大尺度垂直场分量的磁张力或由磁浮力效应设定。在均匀，零磁通量，模拟只有第一个效果适用和发电机的饱和极限是由显式或数值扩散。确切的结果取决于数值的细节，但与以前的工作是一致的，包括声称饱和场能量作为气体压力的四分之一功率（我们解释为数值耗散的伪影）。随着模拟分辨率的增加，均匀剪切盒中的磁能密度将趋于零，但这对发电机或真实吸积盘中的角动量输运没有影响。饱和状态取决于磁普朗特数的说法也可能是模拟的人工制品，其中微物理传输系数设置MRI涡流厚度。最后，MRI发电机的效率是阿尔文速度与压力标度高度和局部剪切力的乘积之比的函数。当从下方接近统一时，发电机达到最大效率。
2009-02-05 astro-ph.HE astro-ph.SR
From helical to standard magnetorotational instability: predictions for upcoming liquid sodium experiments
我们进行线性分析的轴对称磁旋转不稳定性（MRI）在磁化圆柱泰勒-库埃特（TC）流的标准版本（SMRI）与纯轴向背景磁场和两个进一步的类型-螺旋修改SMRI（H-SMRI）和螺旋MRI（HMRI）-在组合的轴向和方位角磁场的存在下。这项研究的目的是为即将到来的大规模液体钠MRI实验计划内的DRESDYN项目在Helmholtz-Zentrum德累斯顿-Rossendorf，所以我们探讨这些不稳定类型的典型值的主要参数：磁雷诺数，伦德奎斯特数和比的角速度的气缸，这是在这些实验中可以达到的。与以前在实验室中检测MRI的尝试相反，我们的结果表明，SMRI及其螺旋修改版本原则上可以在DRESDYN-TC设备中检测到上述参数的范围，包括天体物理学上最重要的开普勒旋转，尽管液体钠的磁性普朗特数非常小。由于在实验中，我们计划接近（H-）SMRI从以前研究的HMRI制度，我们排除了两个制度之间的连续和单调的过渡。我们发现，H-SMRI，像HMRI，代表一个过稳定性（行波）与非零频率线性增加的方位场。由于它的相关性有限尺寸的流动系统在实验中，我们还分析了H-SMRI的绝对形式，并比较其增长率和发病标准与对流。
2022-06-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
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
Analysis of azimuthal magnetorotational instability of rotating MHD flows and Tayler instability via an extended Hain-Lust equation
我们考虑一个不可压缩的导电和粘性流体的差分旋转流受到外部轴向磁场和方位角磁场，允许由外部的轴向电流的组合产生的流体和电流在流体本身。在这种情况下，我们推导出一个扩展版本的著名的Hain-Lust微分方程的径向拉格朗日位移，结合了轴向和方位角的磁场，差分旋转，粘度和电阻率的影响。本文将Wentzel-Kramers-Brillouin方法应用于扩展的Hain-Lust方程，导出了一个新的综合色散关系，用于三维扰动下流动的局部稳定性分析。我们确认，在低磁普朗特数的限制，其中的粘度的磁扩散率的比率为零，旋转流的径向分布的角速度超过刘极限，成为不稳定的受到各种各样的方位角磁场，所以是开普勒流。在色散关系的分析中，我们发现了一个新的长波长不稳定性的证据，这也被捕获的磁化泰勒-库埃特流的边值问题的数值解。
2021-10-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The negative effective magnetic pressure in stratified forced turbulence
为了了解磁通量浓度形成的基本机制，我们确定了直接数值模拟的湍流贡献的平均磁压力在一个强分层等温层与大等离子体β，其中一个弱的均匀的水平平均磁场施加。湍流的有效平均磁压力的负贡献被确定为强分层强迫湍流的磁雷诺数和普朗特数的值的范围内。小规模的发电机行动，以减少湍流的有效平均磁压力的负面影响。然而，描述负有效磁压现象的湍流系数被发现收敛的磁雷诺数在60和600之间，这是这里考虑的最大值。在所有这些模型中，湍流强度几乎与高度无关，因此，由于密度减小，动能密度随高度减小。在第二系列的数值实验中，湍流强度随高度增加，使得湍流动能密度几乎与高度无关。湍流磁扩散率和湍流抽运速度的测定与测试场的方法为这两种情况。湍流磁扩散率的垂直分布被认为是同意所期望的基础上简单的混合长度表达式。湍流泵浦被证明是湍流磁扩散率的梯度，但它是预期的两倍大。相应的数值平均场模型表明，在这两种情况下，可以发生大规模的不稳定性，提供的尺度分离的程度是足够大的，因此湍流磁扩散率足够小。
2012-02-21 astro-ph.SR
Numerical simulations of the magnetorotational instability in protoneutron stars: I. Influence of buoyancy
磁旋转不稳定性（MRI）被认为是快速旋转质子中子星磁场放大的一种很有前途的机制。与吸积盘相反，由熵和轻子分数梯度驱动的径向浮力预计具有与旋转和剪切一样重要的动力学作用。我们调查的浮力的MRI的非线性相位的影响知之甚少，通过三维数值模拟的本地模型在赤道平面的质子中子星。Boussinesq近似的使用使我们能够利用剪切箱模型与干净的剪切周期性边界条件，同时考虑到径向熵和成分梯度驱动的浮力。我们发现，显着更强的湍流和磁场在不稳定的流动。另一方面，浮力只有有限的影响湍流的强度和磁场放大的粘性稳定的流动中存在的一个现实的热扩散。然而，在后一种情况下，湍流的性质受到显著影响。特别是，相对于极向分量，磁场和速度的环向分量变得更加占主导地位。此外，我们观察到在稳定的浮力制度的长期生活的连贯结构，如通道流和纬向流的形成。总的来说，我们的研究结果支持的能力，MRI放大磁场显着，即使在稳定分层区域的质子中子星。
2015-04-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
Angular momentum and chemical transport by azimuthal magnetorotational instability in radiative stellar interiors
利用三维MHD直接数值模拟研究辐射恒星内部AMRI驱动的角动量与化学元素传输，发现分层增强时角动量径向外传且由麦克斯韦应力主导，湍流粘度与扩散系数随浮力效应减弱，预测红巨星核心可于数千年内达均匀旋转。
2023-11-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
Angular momentum transport and large eddy simulations in magnetorotational turbulence: the small Pm limit
吸积盘中的角动量输运通常被认为是由于磁旋转不稳定性介导的磁流体动力学湍流。尽管有丰富的文献的MRI，控制湍流的饱和振幅的参数知之甚少，并在欧姆扩散制度的渐近行为的存在没有明确确立。我们研究了小磁普朗特数极限下的湍流态性质。由于这是非常昂贵的计算，我们还研究了最常见的次网格尺度模型的相关性和适用范围。在可压缩和不可压缩极限下进行非分层剪切盒模拟，分辨率高达800个单元/圆盘尺度高度。后者构成了MRI湍流模拟有史以来达到的最大分辨率。在存在的平均磁场线程域，角动量输运收敛到一个有限的值在小Pm限制。当平均垂直场振幅使得热压力与磁压力之比β等于1000时，我们发现当Pm接近零时α约为0.032。在平均环向场β = 100的情况下，我们发现在相同的极限下α~0.018。隐式大涡模拟和Chollet-Lévet闭合模型都再现了α参数和功率谱的结果。当使用这样的方法时，实现了至少16（并且高达256）倍的计算成本的降低。如果存在平均磁场，MRI湍流在小Pm极限下有效运行。隐式LES提供了一个实用和有效的手段调查这一制度，但应谨慎使用，特别是在垂直领域的情况下。Chollet-Lefford闭包模型非常适合用频谱代码进行模拟。
2015-05-21 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Bipolar region formation in stratified two-layer turbulence
这项工作提出了一个广泛的研究，以前发现的形成双极通量浓度在两层模型。我们解释的形成过程中的负有效磁压不稳定性（NEMPI），这是一个可能的机制来解释太阳黑子的起源。在我们的模拟中，我们使用笛卡尔域的等温分层气体，分为两层。在下层，湍流是被迫与横向非螺旋随机波，而在上层没有流诱导。始终在整个域中施加弱的均匀磁场。在这项研究中，我们改变分层通过改变重力加速度，磁雷诺数，施加的磁场的强度，和域的大小，以调查他们的形成过程的影响。双极磁结构的形成在很大的参数范围内发生。磁结构变得更强烈的分层，直到密度对比成为周围的$100$穿过湍流层。对于考虑的雷诺数，磁通量浓度产生在磁普朗特数在0.1和1之间。双极区域中的磁场随着较高的施加场强而增加，直到该场变得与湍流的均分场强相当。更大的水平范围使通量集中变得更强和更连贯。双极结构的大小与畴的大小无关。在双极区形成的情况下，我们发现大规模的磁场，这是一个磁流体不稳定性的指示指数增长。此外，通量浓度与强大的大规模向下和收敛流。这些发现意味着NEMPI是负责磁通量浓度。
2016-04-26 astro-ph.SR
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
Zero net flux MRI-turbulence in disks $-$ sustenance scheme and magnetic Prandtl number dependence
利用标准剪切盒模拟方法研究了净磁通量为零的开普勒圆盘中磁旋转不稳定性（MRI）驱动湍流对磁普朗特数（${\rm Pm}$）的维持和依赖性。我们专注于傅立叶空间中的湍流动力学，捕捉特定/非正则各向异性的非线性过程，由于磁盘流剪切。这是一种新型的非线性波矢方向上的模式重新分布--非线性横向叶栅--它是剪切流的普遍现象，与通常的正/逆叶栅有着根本的不同。零通量MRI没有指数增长模式，因此其增长是瞬态的或非模态的。湍流的自我维持是由MRI的瞬态增长和非线性横向级联的建设性合作。这种合作发生在小的波数（在流量大小尺度上），称为傅立叶空间中的重要区域。直接级联将模能量从重要区域转移到更大的波数。在大的${\rm Pm}$，横向级联优于直接级联，保持大部分模式的能量包含在小的波数。然而，随着${\rm Pm}$的减小，横向级联的作用减弱，并且不再能够对抗直接级联的作用，直接级联更有效地将能量传递到更高的波数，从而导致增加的电阻耗散。这破坏了维持方案，导致湍流衰减。因此，零净通量MRI湍流的衰减与减少${\rm Pm}$归因于拓扑重排的非线性过程时，直接级联开始占上风的横向级联。
2020-10-07 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
On characterizing nonlocality and anisotropy for the magnetorotational instability
吸积盘中的角动量输运在多大程度上主要是局部的或非局部的，以及是什么决定了这一点，是理解吸积引擎的一个重要研究途径。沿着这条道路走一步，我们分析模拟的磁旋转不稳定性（MRI）计算能量和应力功率谱分层等温剪切盒模拟在几个新的方式。我们将盒子分为两个区域，盘和冠，其中盘是MRI不稳定区域，冠是磁主导区域。我们计算了不同数量的分数功率，包括磁能和麦克斯韦应力，发现它们主要由最低波数的贡献。这是更戏剧性的日冕比光盘，表明在日冕区域的运输是由更大的结构比光盘。通过计算平均功率谱在一个方向上的$k$空间的时间，我们还表明，MRI湍流是强烈的各向异性的大尺度时，用这种方法分析，但各向同性的小尺度。虽然剪切盒本身是为了代表吸积盘的局部部分，但应力和能量由最大尺度主导的事实突出了局部性并没有被捕获在盒内。这有助于量化全球模拟对解决运输局部性问题的直观重要性，对此可以进行类似的分析。
2014-04-09 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetorotational dynamo can generate large-scale vertical magnetic fields in 3D GRMHD simulations of accreting black holes
本文首次在三维全局GRMHD模拟中识别并量化了由MRI非线性演化驱动的吸积黑洞大尺度垂直磁场发电机机制，揭示磁环平流的关键作用，并指出传统α-发电机模型不足，需用剪切流效应或随机α-发电机描述。
2023-10-31 astro-ph.HE astro-ph.SR
Wind-driven Accretion in Protoplanetary Disks. I: Suppression of the Magnetorotational Instability and Launching of the Magnetocentrifugal Wind
我们进行本地，垂直分层剪切盒MHD模拟原行星盘（PPD）的基准半径为1 AU，考虑到欧姆电阻率和双极扩散（AD）的影响。的磁扩散系数进行评估自洽从一个查找表的基础上平衡化学。我们首先表明，列入AD显着改变了传统的分层吸积的图片。没有净垂直磁场，系统演变成一个环向场占主导地位的配置与极弱的湍流在远紫外电离层，是太低效，以驱动快速吸积。在存在弱的净垂直场（中平面处的等离子体β ~ 10 ^5）的情况下，我们发现MRI被完全抑制，导致在整个盘的垂直范围内完全层流。一个强大的磁离心风发射，有效地带走磁盘角动量，很容易占所观察到的吸积率在PPD。此外，在物理盘风的几何形状下，所有的吸积流通过一个强电流层的厚度为~0.3H，是从磁盘中平面偏移的径向速度高达0.4倍的声速。欧姆电阻率和AD对于抑制MRI和风发射都是必不可少的。风的传输效率随着净垂直磁通量和FUV电离穿透深度的增加而增加。我们的层流风解对行星的行星形成和全球演化有重要意义。
2013-04-03 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
The stability of stratified spatially periodic shear flows at low Péclet number
这项工作解决的问题，分层，空间周期性剪切流在低Péclet数，但高雷诺数的稳定性。这个很少被研究的极限是由天体物理系统激发的，在天体物理系统中，普朗特数通常很小。此外，它可以使用Lignieres提出的一组简化的“低Péclet数方程”来研究[Astronomy & Astrophysics，348，933-939，1999]。通过线性稳定性分析，我们首先确定了无穷小扰动不稳定的条件。我们将Squire定理推广到低Péclet数方程，证明了第一不稳定模总是二维的。然后，我们进行能量稳定性分析的低Péclet数方程，并证明，对于一个给定的雷诺数值，在临界强度的分层，任何光滑的周期性剪切流是稳定的任意振幅的扰动。在该参数范围内，流动只能是层流，而不会发生湍流混合。发现线性和能量稳定性的条件是不同的，因此，我们确定了一个区域中的参数空间有限振幅不稳定性可能存在。使用直接数值模拟，我们确实发现，该系统是这样的有限振幅不稳定性。我们确定数值多远的线性稳定区域的参数空间湍流可以持续。
2015-07-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Simulating the magnetorotational instability on a moving mesh with the shearing box approximation
本文将运动网格代码AREPO与Dedner散度清除用于剪切盒MRI模拟，验证线性增长、零净通量湍流、发电机及分层结构，并表明其适合全局盘和大密度变化问题。
2023-09-27 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.IM
Local instabilities in magnetized rotational flows: A short-wavelength approach
我们进行了局部稳定性分析的存在下，一个恒定的垂直磁场和方位角磁场与一般的径向依赖性的旋转流。采用短波长近似，我们开发了一个统一的框架调查的标准，螺旋，和方位角版本的磁旋转不稳定性，以及电流驱动的扭结型不稳定性。考虑到粘性和电阻设置，我们的主要焦点是小磁普朗特数的情况，例如，不仅适用于液态金属实验，而且适用于吸积盘的较冷部分。我们表明，以前被认为是局限于陡峭的旋转配置文件的无感应版本的MRI扩展以及开普勒的情况下，如果只有方位场稍微偏离其电流自由（在流体中）的配置文件。我们找到了一个明确的标准分离纯方位无感磁旋转不稳定性的制度，这种不稳定性与泰勒不稳定性混合。我们进一步证明，对于特定的参数配置的方位角MRI起源作为一个耗散引起的不稳定性的理想磁流体力学的Ehrasekhar的均分解决方案的结果。
2014-09-28 astro-ph.SR math.DS physics.flu-dyn
Dissipative Taylor-Couette flows under the influence of helical magnetic fields
本文研究了轴向无界圆柱中磁流体Taylor-Couette流动的线性稳定性。施加从纯轴向到纯方位角变化的磁场，其中一般螺旋场由β=B_z/B_z参数化。我们绘制了从β=0的标准MRI到β \to \infty的非轴对称方位角磁旋转不稳定性（AMRI）的转变。对于有限的β，对应于右螺旋和左螺旋的正波数和负波数m不再相同。从β=0到β \to \infty的转变包括具有轴对称和非轴对称模式的MRI的所有可能形式。对于非轴对称模式，最不稳定的模式在相反的方向上的背景场螺旋。标准（β=0）MRI对于弱场（包括最低雷诺数的不稳定性）是轴对称的，但对于较强场是非轴对称的。如果方位场部分是由于轴向电流流过流体本身（而不仅仅是沿着中心轴），那么它也不稳定的非轴对称泰勒不稳定性，这是最有效的没有旋转。对于大β，这种不稳定性的波数m=1，而对于β \simeq 1，m=2是最不稳定的。最不稳定的模式与背景场的方向相同。
2010-01-12 astro-ph.SR
Flows and dynamos in a model of stellar radiative zones
在恒星结构的标准模型中，恒星辐射带通常被假定为静止的，但有可靠的理论和观测证据表明，情况并非如此。我们调查的直接数值模拟的三维和时间依赖性的恒星辐射区的模型组成的导电和稳定分层的滞弹性流体局限于一个旋转的球壳和驱动的斜压扭矩。随着斜压驱动力的逐渐增加，从轴对称和赤道对称的时间无关流的一系列过渡流与一个强极向分量和较小的对称性被发现，它表明，所有的流动制度，其特征在于具有显着的非轴对称分量是能够产生自持磁场。随着普朗特数的值的减小和埃克曼数的值的减小，流变得强烈地依赖于时间，具有逐渐复杂的空间结构，并且发电机可以在较低的磁普朗特数的值下产生。
2018-05-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn
How to form a millisecond magnetar? Magnetic field amplification in protoneutron stars
要解释磁星（磁性最强的中子星）的性质，需要$10^{15}\,{\rm G}$量级的极强磁场。如此强大的磁场被认为对核心坍缩超新星的动力学起着重要作用，并且在快速旋转的情况下，可能为与长伽马射线暴相关的超亮超新星和超超新星提供动力。然而，这些强磁场的起源仍然不清楚，很可能需要在质子中子星中放大许多数量级。磁旋转不稳定性（MRI）是最有前途的代理之一，它可以在原则上指数快速放大一个弱的初始磁场的动态相关的强度。我们描述了我们目前的理解质子中子星的MRI，并显示其依赖于特定的质子中子星的物理条件，如中微子辐射，强浮力效应和大磁普朗特数的最新结果。
2017-06-27 astro-ph.HE astro-ph.SR
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
