Transitions in a magnetized quasi-laminar spherical Couette Flow
本文介绍了一个新的球形库埃特实验的初步结果。液态金属在球壳中的流动暴露于均匀的轴向磁场中。当雷诺数Re=1000时，研究了哈特曼数Ha的增加对流动的影响。由此产生的流动结构检查超声多普勒测速仪。在较弱的外加磁场条件下，我们观察到一个方位波数m=3的赤道反对称喷流不稳定性。当磁场强度增加时，这种不稳定性消失。当磁场进一步增加时，赤道对称回流不稳定性出现。我们的观察结果表明，在良好的协议与线性稳定性分析和非线性流动模拟。
2016-10-27 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Magnetic induction and diffusion mechanisms in a liquid sodium spherical Couette experiment
本文给出了钠离子液体实验中平均轴对称角向流和角向流的重建。该实验装置设置了一个封闭在两个同心球壳之间的球形库埃特流，其中内球容纳了一个强偶极磁体，当旋转时，该磁体充当磁性螺旋桨。测量的平均速度，平均感应磁场和平均电势已获得内部和外部的流体为9赫兹（Rm 28）的内球旋转速率。使用感应方程的所有测量量的平均流量，我们开发了一个非线性最小二乘反演过程中重建的平均速度场的完全相干的解决方案。我们还包括在我们的反演的流体层的响应，非轴对称的时间依赖的磁场，从施加的磁场从轴向偶极子的偏差的结果。我们得到的平均方位角速度场表明，在靠近内球的内部区域中，洛伦兹力占主导地位，这与由科里奥利力控制的外部地转区域形成对比，但其中磁矩仍然是驱动器。洛伦兹力和科里奥利力的存在强烈地阻碍了日冕环流。然而，它贡献了感应磁能的很大一部分。我们的方法设置场景的平均磁场，发电机机制的一个关键问题的速度和磁波动的贡献进行评估。
2014-11-30 physics.class-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Instabilities in magnetized spherical Couette flow
我们报告的三维数值模拟的导电流体在球壳的流动时，施加磁场。不同的球形Couette配置进行了研究，通过改变内部和外部球体之间的旋转比，所施加的场的几何形状，以及内部球体上的磁边界条件。无论是Stewartson层或Shercliff层，伴随着径向射流，可以产生取决于旋转速度和磁场强度，和各种非轴对称不稳定的流动观察。我们发现，边界的存在所产生的不稳定性与磁旋转不稳定性（MRI）呈现惊人的相似之处。为此，我们将我们的数值结果与马里兰实验的实验观察进行比较，马里兰实验声称在类似的设置中观察MRI。
2011-06-01 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Modulated rotating waves in the magnetized spherical Couette system
我们提出了一个研究致力于详细描述调制旋转波（MRW）的磁化球库埃特系统。该装置由限制在两个差动旋转球体之间的液态金属组成，并受到轴向施加的磁场的作用。当磁场强度变化时，通过三维直接数值模拟（DNS）得到了MRW的几个分支。MRW起源于旋转波（RW）的母分支，并根据Rand的（Arch. Ration. Anal 79：1-37，182）和Coughling和Marcus（J. Fluid Mech.234：1- 18，1992）理论描述。我们发现，在低磁场的MRW的多稳定性，对应于从以前的研究已知的径向射流不稳定性相对较大的间隔。然而，在较大的磁场下，对应于回流区，MRW的稳定区间非常窄，因此，如果不详细了解其分叉点，则不太可能找到它们。对不同类别的MRW中最具能量的模式的时空对称性进行仔细分析，将允许在未来与HEDGEHOG实验进行比较，HEDGEHOG实验是一种位于亥姆霍兹-Zentrum Dresden-Rossendorf的磁化球形Couette设备。
2019-07-04 nlin.PS physics.flu-dyn
Continuation and stability of rotating waves in the magnetized spherical Couette system: Secondary transitions and multistability
利用Newton-Krylov周期轨道延拓方法计算了轴对称基本磁化球库埃特（MSC）流的旋转波（RW）分叉。此外，他们的稳定性进行了分析的Floquet理论的框架。内球体旋转，而外球体保持静止，流体受到轴向磁场的作用。对于中等雷诺数${\rm Re}=10^3$（测量内旋转）的影响，增加磁场强度（由哈特曼数${\rm Ha}$测量）是解决在${\rm Ha}\in(0,80)$的范围内对应的HEDGEHOG实验在亥姆霍兹Zentrum德累斯顿-罗森多夫的工作条件。研究揭示了具有方位波数$m=2,3,4$的波的多稳定性的几个区域，以及向准周期流的几个转变，即调制旋转波（MRW）。这些非线性流动可以分为三种不同的不稳定性的径向射流，回流和剪切层，在以前的研究中发现。随着磁力的增加，这两个流动不断地联系在一起，并且是同一分支的一部分。在两种不稳定性的中间，在某一临界${\rm Ha}$，流动的非轴对称分量最大。
2018-12-14 physics.flu-dyn
Helical Magnetorotational Instability in Magnetized Taylor-Couette Flow
Hollerbach和Rudiger报道了在轴向和方位向磁场联合作用下磁化Taylor-Couette流中的一种新型磁旋转不稳定性（MRI）。这种“螺旋”MRI（HMRI）的突出优点是在任意低的磁雷诺数和伦德奎斯特数下发生边缘不稳定性，这表明HMRI可能比标准MRI（仅轴向场）更容易实现。我们证实了他们的结果，计算HMRI的增长率，并表明，在电阻极限，HMRI是一个弱不稳定的惯性振荡沿轴在一个独特的方向传播。但是我们报告了HMRI的其他特征，这些特征使得它对实验和电阻性天体物理盘不那么有吸引力。生长速率很小，需要很大的轴向电流。更重要的是，不稳定的高阻流是特有的无限长或周期性的圆柱体：有限的圆柱体与绝缘端盖被证明是稳定的，在这个限制。此外，开普勒旋转配置文件是稳定的阻力限制，无论轴向边界条件。然而，附加的环形场降低了阈值的不稳定性，即使在有限的圆柱体。
2006-06-06 astro-ph physics.flu-dyn
Paradox of inductionless magnetorotational instability in a Taylor-Couette flow with a helical magnetic field
在无感近似下，考虑了具有螺旋形外磁场的流体动力学稳定Taylor-Couette流的磁旋转不稳定性（MRI），该近似由零磁普朗特数（$\Pm=0)$）定义.这导致了一个相当大的简化的问题，最终只包含流体动力学变量。首先，我们指出，任何微扰的能量增长在磁场的存在下，必须增长得更快，没有外地。这是一个悖论，因为基流在没有磁场的情况下是稳定的，而在螺旋磁场的存在下是不稳定的，而不被后者改变，正如最近由Hollerbach和Rudiger发现的那样[Phys. Rev. Lett. 95，124501（2005）]。我们重新审视这个问题，通过使用Chebyshev配置方法来计算线性化问题的特征值谱。通过这种方式，我们证实，MRI与螺旋磁场确实工作在无电感的限制，不稳定的影响出现作为一个有效的移动的瑞利线。其次，我们对线性化方程进行了时间积分，研究了小振幅扰动的瞬态行为，从而表明能量参数也是正确的。然而，这两个事实之间并不存在真正的矛盾。线性稳定性理论预言了任意小振幅扰动的渐近发展，而能量稳定性理论给出了任何特定扰动的瞬时增长率，但它没有说明这种扰动的演化。
2006-06-14 astro-ph physics.flu-dyn
Large-scale dynamo action of magnetized Taylor-Couette flows
具有准开普勒旋转定律的含有环形磁场的导电Taylor-Couette流作为Tayler-Spruit型的平均场发电机模型。流动对非轴对称扰动是不稳定的，这些扰动形成定义$α$效应和涡流扩散率的电动势。如果用相同的功率激发具有$m=\pm 1$的两个简并模式，则全局$α$效应消失，发电机不能工作。然而，它示出，泰勒不稳定性产生有限的$α$效果，如果只考虑一个孤立的模式，但这种固有的螺旋度的单模是太低的$α^2$发电机。此外，具有准开普勒旋转的$α\Om$发电机模型需要${\rm Rm}\simeq 2.000$的最小磁旋转雷诺数才能工作。它是否真的起作用取决于对湍流能量的假设。然而，对于磁场上的湍流强度的陡于二次依赖性，发电机仅在所得到的磁涡流扩散率接近其微观值$η_{\rm T}\simeq η$时才被激发。通过基本上较低或较大的涡流扩散系数，发电机不稳定性被抑制。
2020-02-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamic Domains of DTS: Simulations of a Spherical Magnetized Couette Flow
Derviche Tourneur Sodium实验是一个以液态钠为介质、从内球施加偶极磁场的球形库埃特磁流体动力学实验，最近对其诊断进行了升级，以更好地表征流动和具有全球旋转的感应磁场。在升级的同时，使用xshells代码运行了一组直接的数值模拟，以更完整地了解内外球体在不同旋转速率下的流体和磁动力学。这些模拟揭示了几个动态的制度，确定的Rossby数。在正的差异旋转有一个准地转流的制度，与低水平的波动附近的外球。负差旋度显示了在低的负差旋度下出现饱和水动力不稳定性的区域，随后是在低纬度发展的沉积结构区域，当它们向极漂移时，持续5到10个差旋度周期。我们强调，所有这些相干结构出现从湍流。其中至少有一些似乎与平均流的线性不稳定性有关。模拟流可以产生与物理实验相同的测量结果，其特征与实验中发现的特征相似。本文讨论了流体内部速度结构与其表面磁场特征之间的关系。
2018-04-17 physics.flu-dyn
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
Long term time dependent frequency analysis of chaotic waves in the weakly magnetized spherical Couette system
本文用含时频率分析方法研究了混沌流动的长期行为。被测系统由一个导电流体组成，被限制在两个差动旋转的球体之间。球形设置暴露于轴向磁场。经典的傅里叶变换方法提供了与流相关联的频率的时间依赖性的第一估计，以及其体积平均性质。然而，在费根鲍姆以及纽豪斯-吕尔-塔肯斯分叉场景中，它无法检测到接近常规解的奇异吸引子。结果表明，Laskar的频率算法是足够准确地识别这些奇异吸引子，因此是一个有效的工具，在高维动力系统中的混沌流的分类。我们的几个混沌的解决方案，在不同的磁场强度，得到的分析，揭示了强大的鲁棒性的主要频率的流量。该频率与方位角漂移相关，并且非常接近底层不稳定旋转波的频率。与此相反，体积平均属性的主频率可以变化几乎一个数量级的磁场力的减少。我们的结论是，在中等的差分旋转考虑，不稳定的旋转波提供了一个很好的描述的变化的主要时间尺度的任何流量与各自的变化在磁场。
2020-12-31 nlin.CD physics.flu-dyn
Observation of magnetocoriolis waves in a liquid metal Taylor-Couette experiment
报道了在实验室中首次观测到的快、慢磁科里奥利（MC）波。旋转非轴对称模式所产生的磁化湍流泰勒-库埃特流动的液体金属被确定为快和慢MC波的旋转频率上施加的磁场强度的依赖性。所观察到的慢MC波阻尼，但观察提供了一种手段，用于预测的磁旋转不稳定性的发病。
2010-02-19 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Nonaxisymmetric linear instability of cylindrical magnetohydrodynamic Taylor-Couette flow
我们认为，在泰勒-库埃特流的螺旋磁场的应用程序下，主要是磁普朗特数接近无感极限的非轴对称模式的不稳定性，并进行了全面检查的边际稳定性在由此产生的参数空间。我们允许的方位角磁场产生的电流的组合在内部圆筒和流体本身，并引入一个参数，这些电流的强度之间的关系。一组非轴对称模式的不稳定性的控制本征值方程推导和解决的谱配置与Chebyshev多项式在相关的参数空间，与由此产生的不稳定性详细检查。我们发现，通过改变方位角的磁场配置文件的方位角磁旋转不稳定性，非轴对称螺旋磁旋转不稳定性，泰勒不稳定性产生有趣的动态，如不同的首选模式类型，和模式的方位角波数$m>1$。最后，比较了Kirillov $et$ $al$最近进行的WKB分析。[Kirillov，Stefani和Fukumoto，J. Fluid Mech.760，591（2014）]及其在线性状态中的有效性。
2015-10-20 physics.flu-dyn
Statistical State Dynamics of Couette MHD Turbulence
本研究基于统计态动力学框架，证实库埃特MHD湍流中存在与壁面剪切流对应的滚转-条纹结构，其解析解源于不稳定性，可平衡为固定点或自维持湍流态，二者均可能对应大尺度相干发电机。
2025-10-22 physics.flu-dyn
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
Nonlinear evolution of magnetorotational instability in a magnetized Taylor-Couette flow: scaling properties and relation to upcoming DRESDYN-MRI experiment
本研究分析了磁化Taylor-Couette流中标准磁旋转不稳定性（SMRI）的非线性演化与饱和性质，发现磁能和扭矩随雷诺数等参数呈特定幂律标度，为即将进行的DRESDYN-MRI实验中识别SMRI提供了理论依据。
2023-07-27 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Taylor-Couette flow for astrophysical purposes
简要回顾了泰勒-库埃特流的天体物理实验和理论研究。感兴趣的流的差分旋转与内圆筒比外一个更快，但线性稳定对瑞利的无粘离心不稳定性。在剪切雷诺数高达10^6时，这种类型的流体动力学流动（准开普勒）似乎是非线性稳定的：没有看到不能归因于与轴向边界的相互作用而不是径向剪切本身的湍流。直接的数值模拟结果也是一致的，尽管它们还不能达到如此高的雷诺数。这一结果表明，吸积盘湍流不是纯粹的流体动力学的起源，至少在一定程度上，它是由径向剪切驱动。然而，理论预测了天体物理盘中的线性磁流体动力学（MHD）不稳定性：特别是标准磁旋转不稳定性（SMRI）。针对SMRI的MHD Taylor-Couette实验受到液态金属的低磁性普朗特数的挑战。需要高流体雷诺数和仔细控制轴向边界。对实验室SMRI的探索得到了回报，发现了SMRI的一些有趣的无感应表亲，最近报道的成功证明了SMRI本身利用导电轴向边界。一些突出的问题和近期的前景进行了讨论，特别是与天体物理学。
2022-12-16 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.IM
Absolute versus convective helical magnetorotational instability in a Taylor-Couette flow
本文采用无感近似方法，数值分析了螺旋磁场（HMRI）中Taylor-Couette流的磁旋转不稳定性。本文用Chebyshev配置法计算了小振幅扰动的特征谱。首先，我们进行了详细的传统的线性稳定性分析相对于扰动的傅立叶模式的形式，对应于对流不稳定，这是不是在一般的自我维持。螺旋磁场被发现扩展到一个相对较窄的范围内的不稳定性超出其纯粹的流体动力学极限所定义的瑞利线。HMRI出现的临界阈值不仅有一个下限，而且有一个上限，在此阈值下HMRI再次消失。后者将HMRI与磁改性泰勒涡流区分开来。其次，我们也发现了一个绝对不稳定阈值。在Rayleigh线之前的流体动力学不稳定区域中，绝对不稳定的阈值仅略高于对流阈值，尽管前者的临界波长明显短于后者。在瑞利线之外，绝对不稳定的下限显著高于相应的对流下限，而上限则显著低于对流下限。因此，绝对HMRI超出瑞利线的延伸远短于对流不稳定。绝对的HMRI应该是自我维持的，因此，在一个足够大的轴向延伸系统中，在没有任何外部激励的情况下，可以通过实验观察到。
2009-04-04 astro-ph physics.flu-dyn
On self-sustaining processes in Rayleigh-stable rotating plane Couette flows and subcritical transition to turbulence in accretion disks
开普勒吸积盘中的亚临界湍流转变仍然是一个有争议的问题，为了确定这种情况是否为非磁化吸积盘中角动量输运的起源提供了一个合理的解释，需要一些理论上的进展。受线性稳定非旋转剪切流中精确非线性定常自维持解的最近发现的启发，我们试图计算Rayleigh稳定旋转平面Couette流中的类似解，并结合非线性延拓方法和渐近理论来识别这种流中的转捩机制。我们得到精确的非线性解决方案瑞利稳定的气旋制度，但它是不可能的计算解决方案瑞利稳定的反气旋制度，包括开普勒流，使用类似的技术。我们还提出了这些各种问题的渐近描述在大雷诺数，提供了一些洞察非旋转和瑞利稳定的反气旋制度之间的差异，并推导出一些必要条件的机制类似于非旋转的自我维持的过程中存在的流的瑞利线。我们的研究结果表明，亚临界转变机制不能识别壁界瑞利稳定的反气旋剪切流的亚临界转变的现象，直接转置在气旋和非旋转壁界剪切流。然而，渐近的发展，留下开放的可能性，非线性自我维持的解决方案可能存在于无界或周期性流的瑞利线。这些可以作为一个起点，发现解决方案，瑞利稳定的流动，但非线性稳定性的开普勒吸积盘仍有待确定。
2006-12-07 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
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
Destabilization of rotating flows with positive shear by azimuthal magnetic fields
根据瑞利准则，当旋转流的比角动量径向向外增加时，旋转流是线性稳定的。只要角速度向外减小，著名的磁旋转不稳定性就为使这些流动不稳定开辟了一条道路。使用短波长近似，我们证明，即使是非常陡峭的正剪切流可以不稳定的方位角磁场，这是在流体中的电流。我们说明了这种不稳定性的旋转增强扭结型不稳定性的情况下，在流体中的均匀电流的过渡，并讨论了观察它在磁化泰勒-库埃特流的前景。
2015-11-12 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Transition to turbulence in ferrofluids
众所周知，在经典流体中，湍流通常发生在高雷诺数下。但是湍流能在低雷诺数下发生吗？在这里，我们调查的过渡到湍流的经典泰勒-库埃特系统中的旋转流体制造的磁性流体与磁化纳米颗粒嵌入在液体载体。我们发现，在存在的磁场湍流可以发生在雷诺数是至少一个数量级小于那些在传统的流体。这是建立了广泛的计算铁流体力学通过详细的分叉分析和表征的行为的物理量，如能量，波数，和角动量通过分叉。一个惊人的发现是，随着磁场的增加，可以准确可靠地确定湍流的开始。我们的研究结果表明，湍流的实验研究可以大大方便，通过使用铁磁流体，开辟了一个新的途径，探讨湍流的基本原理和具有挑战性的问题，湍流控制。
2015-01-08 physics.flu-dyn
Turbulence Reduces Magnetic Diffusivity in a Liquid Sodium Experiment
本文研究了在外加磁场作用下，液钠球库埃特实验中小尺度湍流脉动对平均磁场感应的贡献。在$Rm \approx 100$上进行了大量的测量，用反演技术得到了$α$和$β$效应的径向分布和平均流图。结果表明，小尺度湍流脉动对平均磁场感应有很强的贡献的磁扩散率是负的在内部区域和积极的接近外壳.我们的实验的直接数值模拟支持这些结果.由小尺度波动的有效磁扩散率的降低意味着湍流实际上可以帮助实现大尺度磁场的自我生成.
2015-10-05 astro-ph.SR physics.class-ph physics.flu-dyn
An exact analytical solution for the weakly magnetized flow around an axially symmetric paraboloid, with application to magnetosphere models
本文给出了绕轴对称抛物面的弱磁化流动的精确解析解，采用欧拉势和柯西积分方法，并推广到轻微可压缩情形，应用于磁层模型。
2024-11-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Non-diffusive angular momentum transport in rotating $\bf z$-pinches
研究了在环形背景磁场存在下导电泰勒-库埃特流的稳定性。对于足够强的磁振幅，这样的磁流体动力学流对非轴对称扰动是不稳定的，这也可以传输角动量。根据经常使用的扩散近似，人们期望角动量输运对于刚性旋转为零。然而，在非扩散$Λ$效应的意义上，即使对于{ \em刚性}旋转的$z$ -箍缩，对于大（小）磁马赫数，也会出现向外（向内）定向的轴对称角动量通量。因此，磁化旋转罐中的内部旋转永远不会均匀。这些特定的旋转法律被用来估计的非扩散$Λ$效应和扩散剪切引起的运输相互补偿的不稳定性引起的涡流粘度的值。结果提供了Shakura-Sunyaev粘性系数，导致数值随旋转雷诺数线性增长。
2019-07-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Observation of axisymmetric standard magnetorotational instability in the laboratory
我们报告的第一个直接证据轴对称标准磁旋转不稳定性（SMRI）从一个磁化的液体金属剪切流在泰勒-库埃特细胞与独立旋转和导电端盖的实验和数值研究相结合。当沿旋转轴施加均匀的垂直磁场$B_i$时，由于剩余Ekman循环的磁化，内筒上的测量径向磁场$B_r$随着小的磁雷诺数$Rm$线性增加。在实验和非线性数值模拟中，从$B_r$超过临界$Rm$的非线性增加中识别轴对称SMRI的开始。轴对称SMRI只存在于足够大的$Rm$和中间$B_i$，与理论预测一致的功能。我们的模拟进一步表明，轴对称SMRI导致的速度和磁场，以贡献一个向外通量的轴向角动量在体区域，就像它应该在吸积盘。
2022-09-18 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.flu-dyn
Cross-correlation Aided Transport in Stochastically Driven Accretion Flows
导致旋转剪切吸积流的线性不稳定性的起源一直是一个有争议的话题。虽然对磁化吸积流在瑞利稳定极限中的这种非正常瞬态扰动增长有一些解释，但在没有磁扰动的情况下，类似的不稳定性仍然无法解释。这种二分法在Chattopadhyay { \it et al}最近的两篇出版物中得到解决，其中表明这种不稳定性，特别是对于非磁化吸积流，通过系统中固有随机噪声的相互作用引入（即使是3000 K的\enquote{cold}吸积流在统计术语中也太\enquote{hot}，并且能够诱导强的热模式），库埃特流动剖面。然而，这两项研究都排除了额外的能量流入（或流出），这可能是由于扰动速度流的噪声的非零互相关引起的，比如说，与驱动涡量流（或等效的磁场和磁涡量流动力学）的噪声。在这篇文章中，我们表明，非零噪声互相关本质上重新归一化的时间相关性的强度。除了能量率的整体提升（空间和时间相关性，因此在系综平均能谱），这导致受影响的变量的增长率的相互竞争，通常导致在小时间内抑制振荡阿尔芬波，同时导致在相对较长的时间尺度上更快的饱和。这种效应在磁场通量的情况下更为明显，其中噪声互相关放大了相关场的强度。
2014-12-04 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Exploring nonnormality in magnetohydrodynamic rotating shear flows: application to astrophysical accretion disks
剪切流中湍流的出现是一个研究得很好的领域。然而，主要问题之一是引用流是稳定的线性稳定性分析与从实验和模拟证明它是相反的结果之间的明显矛盾。有一些成功，特别是在天体物理系统，基于磁旋转不稳定性（MRI）。然而，MRI要求系统被弱磁化，这不是一般磁流体动力学（MHD）流的特征。然而，这种流动的线性扰动在本质上是非正态的，这就论证了其中非线性的起源。这个想法是，非正常扰动可能会产生巨大的瞬态能量增长（TEG），这可能会导致非线性和进一步的湍流。然而，到目前为止，剪切流中的非正常效应还没有探讨磁场的存在。在这里，我们考虑扰动粘阻不可压缩的MHD剪切流旋转一般。基本上，我们考虑的磁化版本的Orr-Sommerfeld和Squire方程和它们的磁类似物在科里奥利效应的存在。我们使用伪谱特征值方法求解方程。我们调查可能出现的不稳定性和大TEG在三种不同的流量：开普勒，恒定角动量和平面Couette流。我们发现，超过一定值的磁场，不稳定性和TEG都停止发生。我们还表明，TEG是最大的波数空间中的不稳定区域附近的磁场和雷诺数。旋转剪切流在天体物理学中是普遍存在的，特别是吸积盘，其中分子粘度太低，无法解释观测数据。其中能量-动量输运的主要公认原因是湍流粘性。因此，这些结果将在天体物理学中具有重要意义。
2016-09-07 astro-ph.HE physics.flu-dyn
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
Two types of axisymmetric helical magnetorotational instability in rotating flows with positive shear
我们揭示和研究了一种新型的线性轴对称螺旋磁旋转不稳定性，它能够不稳定的粘性和阻力旋转流与径向增加角速度，或正剪切。这种不稳定性本质上是双扩散的，并且与更熟悉的螺旋磁旋转不稳定性不同，其在高于Liu极限的正剪切下操作，因为当施加轴向/极向和方位角/环形磁场的组合的${\rm (i)}$并且磁普朗特数${\rm (ii)}$不太接近1时，它对宽范围的正剪切起作用。我们首先研究这种不稳定性与径向局部WKB分析，然后确认其存在使用的两个旋转圆柱体之间的磁化流的导电或绝缘边界的全局稳定性分析。从实验的角度来看，我们还证明了存在的新的不稳定性磁化粘性和电阻泰勒-库埃特流与正剪切的流动参数的值，这可以实现在即将到来的实验在DRESDYN设施。最后，这种不稳定性可能会对太阳速跃层赤道部分的动力学和发电机的作用有影响，因为上述两个必要条件发生不稳定性在这个地区得到满足。我们的全球稳定性计算的速斜状配置，代表一个薄的旋转圆柱层与适当的边界条件-进行内部和绝缘外圆柱-和流动参数的值，表明它确实可以出现在这种情况下，与太阳周期的特征增长时间。
2019-09-21 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Diffusive MHD Instabilities: Beyond the Chandrasekhar Theorem
本文研究了轴向无限圆柱流的磁流体动力学稳定性，其中包含一个与线性方位速度具有相同径向轮廓的环形磁场背景场。对于理想流体，如果阿尔芬速度等于背景流的速度，那么Kazrasekhar（1956）已经证明了这种构形的稳定性。然而，对于瑞利线上的磁化泰勒-库埃特流，对于有限扩散率，这种流对非轴对称扰动变得不稳定，其中旋转速率的临界磁雷诺数不依赖于磁普朗特数Pm，如果Pm << 1。为了研究这种新的扩散方位角磁旋转不稳定性，考虑了具有相同径向轮廓但具有不同振幅的流和场。当Pm << 1时，具有最弱磁场和最慢自转速率的不稳定区域位于阿尔芬速度和自转速度等幅的Erasekhar线以下。我们发现，然后与雷诺数和哈特曼数标度的边缘不稳定线。不稳定性所需的场强和旋转速率的最小值（略微）随着越来越平坦的旋转而增长。最后，背景场的相应电流变得如此之强，以至于泰勒不稳定性（即使没有旋转也存在）也出现在小哈特曼数的分叉映射中，取代了所有的方位角磁旋转不稳定性。
2014-07-01 astro-ph.GA 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
Non-axisymmetric modes of magnetorotational and possible hydrodynamical instabilities in the upcoming DRESDYN-MRI experiments -- linear and nonlinear dynamics
针对DRESDYN项目液态钠泰勒-库埃特MRI实验，研究非轴对称模式的线性与非线性动力学，明确其触发条件、饱和特性及对轴对称研究结论的影响，为实验探测提供理论支撑。
2024-03-06 astro-ph.EP 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
