Fluctuation dynamo amplified by intermittent shear bursts in convectively driven magnetohydrodynamic turbulence
间歇性的大规模高剪切流被发现经常发生，自发地在统计稳定的湍流Boussinesq磁流体动力学（MHD）对流的直接数值模拟。系统的能量稳定状态是由速度场的对流驱动和小尺度发电机作用维持的。具有强速度和磁剪切的流动结构的间歇性出现在比大尺度对流运动的特征时间更长的时间尺度上以升高的速率产生磁能。磁能放大的弹性表明，间歇性剪切爆发是一个重要的驱动器发电机行动在湍流磁对流。
2013-09-05 astro-ph.SR physics.comp-ph
Saturation of large-scale dynamo in anisotropically forced turbulence
由于磁螺旋度平衡的限制，湍流发电机理论在获得短动力学时间尺度上的大尺度磁场演化方面遇到了困难。这对于理解太阳、恒星和星系等天体物理系统中的大尺度磁场演化具有重要意义。直接数值模拟（DNS）在过去的各向同性强迫螺旋湍流表明，大规模发电机饱和时间尺度依赖于磁雷诺数（Rm）。在这项工作中，我们已经进行了周期性的盒DNS的螺旋强制湍流导致一个大规模的发电机与两种强迫功能，一个各向同性的基础上使用的PENCIL代码和各向异性的基于Galloway-Proctor流。我们表明，当湍流被迫各向异性，非线性（饱和）行为的大型发电机只有弱依赖于RM。事实上，各向异性情况下的磁螺旋度在小尺度和大尺度上的演化与各向同性情况下的磁螺旋度演化有明显的不同。这一结果可能为缓解灾难性淬火等重要问题带来希望。
2021-12-02 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
A comparison between grid and particle methods on the small-scale dynamo in magnetised supersonic turbulence
我们执行的平滑粒子磁流体动力学（SPMHD）的代码，幻影，和欧拉网格为基础的代码，Flash，驱动，马赫数10湍流的小尺度湍流发电机之间的比较。我们表明，第一次，指数增长和饱和的初始弱磁场通过小规模发电机可以成功地再现与SPMHD。这两个代码同意的行为的磁能谱，饱和水平的磁能，和分布的磁场强度在生长和饱和阶段。主要的区别是发电机的增长率，其对分辨率的依赖性，不同的代码，造成的数值耗散和冲击捕获计划的差异，导致在幻影和闪光的有效普朗特数的差异。
2016-05-27 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Efficient quasi-kinematic large-scale dynamo as the small-scale dynamo saturates
恒星和星系中的大尺度磁场被认为是由于螺旋湍流和剪切的综合影响而产生的平均场发电机作用。这些系统也是高度导电的，并且其中的湍流导致波动（或小尺度）发电机，其更快速地放大涡流尺度上的磁场波动并且更小。那么这会干扰和抑制平均（或大规模）场生长吗？使用直接数值模拟的螺旋湍流（有和没有剪切），我们确定了一种新的准运动学的大规模发电机的小规模发电机饱和。因此，这两个发电机一个接一个地有效运转，并导致产生重要的大规模领域。
2019-05-20 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Subcritical transition to turbulence triggered by a magnetic dynamo
本文提出恒星辐射区中由非线性平均场发电机维持的小尺度湍流可被理解为线性稳定流动中的亚临界分岔，并给出一个简单非线性模型来描述大尺度发电机与小尺度磁不稳定性竞争驱动的天体物理湍流转捩。
2023-11-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The fratricide of alpha-Omega dynamos by their alpha-squared siblings
上下文螺旋强迫磁流体动力剪切片湍流可以支持不同的大尺度发电机模式，虽然α - Ω模式通常被认为是主导，因为它是增长最快的。在α - Ω发电机中，大部分场放大是由剪切产生的。由于差动旋转是天体物理学中普遍存在的剪切源，这种发电机被认为是大多数天体物理学大尺度磁场的来源。目标。本文研究了振荡迁移α - Ω型发电机在湍流模拟中的稳定性。方法.我们使用剪切片模拟的磁流体湍流是螺旋被迫在波数约三倍大于最低波数的域，使α - Ω和α2发电机行动是可能的。结果当α - Ω模达到饱和状态后，由螺旋湍流维持的正交α2模将破坏α - Ω模。我们表明，至少有两个过程，通过这种过渡可以发生。结论.本文在太阳和恒星活动的巨极小区的背景下讨论了α - Ω发电机被它的α2兄弟发电机的自相残杀。然而，α - Ω发电机从α2发电机的起源尚未被发现。
2011-02-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Suppression of small-scale dynamo in time irreversible turbulence
本研究针对传统小尺度磁发电机理论基于时间可逆流动的局限，推广标准模型纳入湍流时间不可逆性，发现微小时间不对称会显著抑制低磁普朗特数下的发电机效应、提高阈值甚至完全抑制磁场生成，并给出磁能增长率与流动参数的关系。
2023-10-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Large Scale Azimuthal Structures Of Turbulence In Accretion Disks - Dynamo triggered variability of accretion
我们研究了大尺度方位模、磁模和速度模对吸积盘中MRI湍流的意义。我们进行三维全球分层原行星盘模型的全球理想MHD模拟。我们的域跨越π/4、π/2、π和2π的方位角。我们观察到高达100%的更强的磁场和更强的湍流的限制方位域模型π/2和π/4相比，完整的2π模型。我们表明，对于这些模型，麦克斯韦应力较大，由于强轴对称磁场，产生的αΩ发电机。大的径向扩展的轴对称环向场触发吸积应力的时间放大。所有模型在北半球（上盘）都显示出正的发电机-α。宇称在每个模型中是不同的，并且在40个局部轨道的时间尺度上变化。在2π模型中，环向场相对于中平面大多是反对称的。MRI湍流的涡流是高度各向异性的。湍流速度和磁场的主要波长在一到两个圆盘尺度高度之间。在中平面，我们发现磁倾角约8-9度增加到12-13度的日冕。我们的结论是，方位角范围的π是足够的再现大多数湍流性质的三维全球分层模拟磁化吸积盘。
2011-10-05 astro-ph.SR
The Turbulent Dynamo
导电流体中磁场的产生通常涉及流体湍流、旋转和场的复杂非线性相互作用。这种发电机过程在天体物理学、行星科学和天体物理学中非常重要，因为磁场在这些系统的动力学中起着关键作用。本文为流体力学工作者介绍发电机理论。它通过奠定基础，介绍发电机理论的核心方程和技术，然后提出一些简单的发电机解决方案。目前行使发电机理论家的问题，然后介绍，随着尝试取得进展。本文最后的论点，发电机理论的进展将在未来利用和推进一些目前的突破，中性流体湍流，如在过渡，自我维持的过程，湍流/平均流的相互作用，统计方法和维护和失去平衡。
2019-07-08 astro-ph.EP 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
Lagrangian statistics of a shock-driven turbulent dynamo in decaying turbulence
在超新星激波和星系团中观测到$n$ G级的小尺度波动磁场，其放大可能是由比尔曼电池机制引起的。然而，如果没有湍流发电机，这些磁场就不能进一步放大，湍流发电机通过拉伸-扭曲-折叠（STF）机制产生磁能。因此，我们在这里提出了新的三维磁流体动力学（MHD）模拟的激光驱动的冲击波传播到分层，多相介质，调查后冲击波湍流磁场放大通过湍流发电机。这里使用的配置目前正在国家点火装置（NIF）的激波风洞中进行测试。为了探索激波后湍流区的统计特性，我们使用$384 \times 512 \times 384$示踪剂通过拉格朗日框架跟踪其演变，从而提供了一个高保真的分析冲击介质。我们的模拟表明，磁场的增长，伴随着近萨夫曼动能衰减（$E_{\textrm{kin}} \propto t^{-1.15})$没有湍流驱动，表现出略有不同的特性相比，周期性的盒子模拟。在其演化过程中似乎不存在明显的阶段，因为在湍流衰减过程中观察到磁场放大的激波通道和时间非常短（湍流翻转时间的$\sim\!0.3$）。然而，增长率仍然是一致的压缩（无卷曲）湍流驱动亚音速，可压缩湍流的预期。唯象理解的磁场和速度场的动态也阐明通过拉格朗日频谱，这是一致的预期的惯性范围缩放的欧拉-拉格朗日桥。
2023-02-16 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Common dynamo scaling in slowly rotating young and evolved stars
对晚型恒星的活动和磁性的一种解释是，它们都随着罗斯比数的减少而增强，直到饱和水平，这表明恒星发电机依赖于旋转和对流湍流。然而，一些研究声称，旋转本身就足以充分参数化这种缩放。在这里，我们解决的问题，包括演化的，后主序星的旋转活动关系的分析，湍流恒星发电机的相关性。与主序星相比，这些恒星旋转非常缓慢，但表现出类似的活动水平。我们发现，这两个演变阶段落在一起的旋转活动图，并形成一个单一的序列在不饱和制度的关系，只有来自恒星模型的Rossby数，确认早期的初步结果，依赖于一个更简单的参数化对流周转时间。这反映了最近完全对流的M矮星的结果，它们同样落在与部分对流太阳型恒星相同的旋转活动序列上。我们的研究结果表明，湍流在驱动恒星发电机中起着至关重要的作用，并表明有一个共同的与磁场相关的发电机机制解释了所有晚型恒星的磁活动。
2020-03-19 astro-ph.SR
Small-Scale Dynamo for Full Spectrum of Hydrodynamic Turbulence in Kazantsev Model
Institute of Solar-Terrestrial Physics（太阳-地球物理研究所）
本文提出计算Kazantsev方程中小尺度发电机系数的方法，研究了磁场雷诺数和流体雷诺数对发电机阈值的影响，发现阈值随雷诺数增加而上升并趋于稳定。
2026-11-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
A unified large/small-scale dynamo in helical turbulence
我们使用高分辨率的直接数值模拟（DNS）表明，螺旋湍流可以产生显着的大规模领域，即使在存在强大的小规模发电机行动。在运动学阶段，统一的大/小尺度发电机增长领域的形状不变的本征函数，与大多数功率峰值在小尺度或大$k$，如在\citet{SB14}。然而，大规模的领域可以清楚地检测到在小$k$的能量谱的负极化分量与正极化波的强迫作为一个多余的功率。其强度$bar{B}$（相对于总均方根场$B_{rms}$）随着磁雷诺数$R_m$的增加而减小。然而，随着洛仑兹力变得重要，统一发电机产生的场通过在连续更大的尺度上饱和而有序化。表征小尺度场的正极化波的磁积分尺度从运动学阶段到饱和显著增加。这意味着小尺度场在给定的强迫尺度下变得尽可能相干，从而避免了$\bar{B}/B_rms$的$R_m$依赖性猝灭。这些结果是对磁性普朗特数为$P_m=0.1$和$10$的$1024^3$ DNS得到的。对于$P_m=0.1$，$\bar{B}/B_{rms}$在饱和时从大约$0.04$增长到大约$0.4$，在最后阶段由螺旋度耗散辅助。对于$P_m=10$，$\bar{B}/B_{rms}$从远小于0.01增长到$0.2$量级的值。我们的结果证实了螺旋湍流中存在统一的大/小尺度发电机。
2016-06-16 astro-ph.GA astro-ph.SR
Turbulent processes and mean-field dynamo
本文探讨了平均场发电机理论在太阳物理中的应用，分析了多种湍流效应及其对现代太阳发电机模型的影响，并介绍了从对流局部模拟推导湍流输运系数的方法。
2023-11-22 astro-ph.SR
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
Magnetic helicity fluxes in dynamos from rotating inhomogeneous turbulence
本文通过直接数值模拟研究了旋转非均匀湍流中的大规模发电机，发现剪切引起的半球小尺度磁螺旋度流能缓解灾难性发电机淬灭，使平均磁场独立于磁雷诺数。
2025-05-01 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Budget equations and astrophysical nonlinear mean-field dynamos
本研究针对现有非线性平均场发电机代数淬灭理论的不足，引入总湍流动能预算方程分析三类湍流中的磁场反馈效应，发现非线性发电机数随大尺度磁场增强而减小，最终使三类平均场发电机不稳定性被饱和。
2023-12-16 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Dynamo action driven by precessional turbulence
该研究通过谱分析揭示进动湍流磁发电机在不同尺度上的驱动机制，发现其随庞加莱数和磁普朗特数增强，并从低庞加莱数时涡旋主导转变为高庞加莱数时涡旋、惯性波与背景剪切共同驱动。
2024-05-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
Dynamo-driven plasmoid ejections above a spherical surface
我们扩展早期模型的湍流发电机的上部，几乎免费的外部球形几何形状，并研究如何出现磁通量从下层到上层，而不被驱动的磁浮力。我们还研究了这是如何影响等离子体喷射的可能性。使用一个球形楔形，包括北半球和南半球，直到中纬度和太阳经度的一定范围。在半径上，我们覆盖了对应于太阳对流区的区域和太阳半径两倍的外部区域。湍流是由内部的螺旋强迫函数驱动的，其中符号在两个半球之间的赤道处改变。一个振荡的大规模发电机与赤道迁移被发现在湍流区运行。等离子体团喷射以规则的间隔发生，类似于早期笛卡尔模型中所看到的。这些等离子体团喷射暂时与日冕物质抛射有关。磁螺旋度在湍流区外改变了符号，这与最近对太阳风的研究结果一致。
2011-08-17 astro-ph.SR
Magnetic and Kinetic Power Spectra as a Tool to Probe the Turbulent Dynamo
太阳上磁场的产生和扩散是所有空间和时间尺度上太阳活动的关键机制--从太阳活动周期到平静太阳中小尺度磁性元素的演变。太阳发电机作为一个非线性动力学过程运行，被认为表现为两种类型：作为一个全球发电机负责太阳周期的周期性，以及作为一个小规模的湍流发电机负责在安静的太阳磁毯的形成。对太阳湍流的大量MHD模拟尚未就太阳上存在湍流发电机达成共识。与此同时，来自日之出仪器的对安静太阳的高分辨率观测表明了湍流发电机的可能性。从观测资料中分析湍流的特征将有助于解决这一问题。本文分析了Hinode/SOT、SOHO/MDI、SDO/HMI和大熊太阳天文台（BBSO）的新太阳望远镜（NST）的磁能谱和速度能谱，探讨了宁静太阳中小尺度湍流发电机的可能性。
2011-12-12 astro-ph.SR
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
Advances in mean-field dynamo theory and applications to astrophysical turbulence
本文综述了平均场论的最新进展，并讨论了平均场理论在太阳、晚型恒星、吸积盘、星系和早期宇宙中的应用。我们特别关注时空非局部性方面，这是一个主要的见解，出现了从应用测试场方法到不同长度和时间尺度的磁场。我们还回顾了非线性淬火的地位和磁螺旋度的关系，这是一个重要的现代太阳发电机理论的观测诊断。太阳和一些恒星发电机似乎都在一个尚未成功建模的中间状态下运行。这一机制的一端是类似反太阳的差异自转，另一端是属于超活跃恒星的恒星活动周期。模拟这种制度的困难可能与模拟太阳/恒星对流的缺点有关。在银河系和河外星系的长度尺度上，观测的限制仍然不那么严格和不确定，但最近在理论和观测方面的进展表明，可能很快就有可能进行更有说服力的比较。在整个早期宇宙中反向级联磁螺旋度的可能性在解释宇宙学长度尺度上磁场的下限以及宇称破缺和这种场的有限螺旋度的可能性方面特别令人兴奋。
2018-07-09 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Alfvén-dynamo balance and magnetic excess in MHD turbulence
三维磁流体动力学（MHD）湍流的初始磁场和动能均分自发发展的磁过剩（或剩余能量），以及在数值模拟和太阳风。1983年得到的闭合方程描述了剩余谱是由发电机源产生的，与总能量谱成比例，由线性阿尔文阻尼项平衡。在2005年发现了一个很好的协议与不可压缩的模拟，然而，最近的太阳风测量不同意这些结果。以前的dynamo-Alfvén理论推广到一个家庭的模型，导致简单的关系之间的剩余和总的能量谱。我们希望根据MHD模拟和太阳风数据详细评估这些模型。该系列的模型进行了测试，对可压缩衰减MHD模拟低马赫数，低交叉螺旋度，零平均磁场，没有或有扩展项（EBM或扩展箱模型）。一个单一的dynamo-Alfvén模型被发现正确地描述太阳风缩放和可压缩模拟没有或有膨胀。它相当于1983-2005年的闭合方程，但具有非线性周转和线性阿尔文时间的临界平衡，而发电机源项保持不变。与以前的不可压缩模拟的差异阐明。该模型预测的总能量和剩余能量$m_R = -1/2 + 3/2 m_T$的光谱斜率之间的线性关系。检查\cite{2013ApJ...770..125C}中的太阳风数据，我们的关系被发现是有效的，无论交叉螺旋度，甚至更好地在高交叉螺旋度，总能量斜率从$1.7$到$1.55$变化。
2016-03-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Unappreciated cross-helicity effects in plasma physics: Anti-diffusion effects in dynamo and momentum transport
利用多尺度重整化微扰展开分析方法，研究了磁流体湍流中的交叉螺旋度（速度-磁场关联）效应对磁场感应和动量输运的影响。该理论的轮廓是参照速度和磁场之间的交叉相互作用的响应函数的作用。在这个公式中，湍流通量的表达式：湍流电动势（EMF）的平均感应方程和雷诺应力和湍流麦克斯韦应力的动量方程。与电动势的表达式相关，讨论了发电机中交叉螺旋度效应以及其他发电机效应的物理起源。为了理解湍流交叉螺旋度的实际作用，考虑了它的输运方程。通过实例讨论了交叉螺旋度的几种产生机制。在交叉螺旋度产生机制的基础上，讨论了交叉螺旋度在恒星发电机中的作用。交叉螺旋度的动量输送和全球流动的产生中的作用进行了论证。回顾了快速重联中湍流效应的特征，特别强调了交叉螺旋度在有效电阻率局部化中的作用。最后，一个注释是解决的方法，阐明了结构的生成和维持在非常强的湍流。需要一个适当的反扩散效应公式，它与通常的扩散效应相反。与传统的启发式模型相比，基于这种解析公式的湍流模型方法也被认为是。自洽框架处理的平均场和湍流之间的非线性相互作用的重要性，以及强调。
2023-03-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Confinement of the solar tachocline by a cyclic dynamo magnetic field
太阳速跃层令人惊讶的薄度至今仍没有得到确切的理解。在众多可能的情况下，建议解释其径向约束，一个假设是基于麦克斯韦应力所施加的循环发电机磁场的太阳穿透皮肤深度以下的湍流对流区。我们的目标是评估在何种条件下（湍流水平的速跃层，发电机产生的领域，传播机制的强度），这种情况下可以实现在太阳速跃层。我们开发了一个简化的1D模型的上部速跃层的影响下的振荡磁场施加从上面。湍流输运用增强的湍流扩散（或反扩散）系数参数化。两个主要的过程中，被认为是湍流粘性传播或辐射传播。进行了广泛的参数研究，以建立物理参数制度下，速度跃层的磁约束，这是由于表面发电机场可以实现。我们已经探索了大范围的磁场振幅，粘度，欧姆扩散率和热扩散率。我们发现，对于大的，但仍然现实的磁场强度，差分旋转可以被抑制在上辐射区（因此速跃层限制），如果弱湍流存在（具有增强的欧姆扩散率$η> 10^{7-8} \, cm^2/s$），即使在存在辐射扩散。我们的研究结果表明，发电机磁场，在弱湍流的存在下，可以防止向内钻速跃层受到粘性扩散或辐射传播。
2017-03-07 astro-ph.SR
Nonlinear turbulent dynamo during gravitational collapse
通过湍流发电机的放大，磁场可能对第一批恒星的形成具有潜在的重要性。为了研究原初气体引力坍缩过程中的发电机行为，我们将非线性湍流发电机理论扩展到包括引力压缩效应。发电机和压缩之间的相对重要性在收缩过程中变化，随着密度的增加，磁场的放大从发电机为主过渡到压缩为主。在磁场放大的非线性阶段，由于湍流与磁场的能量按尺度平均分配，理想磁流体动力学（MHD）湍流中磁场的重联扩散就显得尤为重要。它导致磁通冻结条件的破坏，并解释了（a）非线性发电机的小增长率，（b）在收缩过程中磁能对密度的弱依赖性，（c）饱和磁能，以及（d）磁场的大关联长度。由此产生的磁场结构和磁场强度与密度的比例关系与磁通冻结的预期完全不同。
2020-07-21 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electromotive force due to magnetohydrodynamic fluctuations in sheared rotating turbulence
本文在二阶关联近似下计算了一般小尺度磁流体动力学湍流的平均电动势。为了增进对吸积盘发电机的了解，包括了小尺度磁波动、速度梯度、密度和湍流分层以及旋转所产生的影响。补充数值结果的主要结果是，由于磁场波动引起的非对角湍流电阻率可以产生大规模的发电机作用--“剪切电流”效应的磁模拟。此外，考虑到在盘的分层区域中的$α$效应，给出了一个令人困惑的结果，即对于$α$的符号没有强有力的预测，因为由于动力学和磁波动的效应，以及由于剪切和旋转的效应，每个都是相反的符号，并且倾向于相互抵消。
2015-08-06 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Smoothed Particle Magnetohydrodynamics Simulations of Protostellar Jets and Turbulent Dynamos
我们提出的结果从平滑粒子磁流体力学模拟塌陷分子云的核心，和发电机放大的磁场在马赫数10磁化湍流的存在。我们的恒星形成模拟已经产生了，有史以来第一次，高度准直的磁化原恒星喷流从第一流体静力学核心阶段。最多可达40%的初始核心质量可通过这种外流喷出。进行这些模拟的主要困难是保持发散自由约束的磁场，并解决这个问题，我们已经开发了一种新的发散清洗方法，使我们能够稳定地遵循这些原恒星喷流的演变很长一段时间。超声速MHD湍流的模拟能够通过湍流发电机将磁能指数放大高达10个数量级。为了减少数值耗散，使用了一种新的冲击检测算法，该算法能够在大范围的磁场强度中跟踪磁冲击。
2013-10-17 astro-ph.SR
Rotational Dependence of Large-scale Dynamo in Strongly-stratified Convection: What Causes It?
在具有对流湍流的刚性旋转磁流体动力学（MHD）系统中，当自旋速率足够大时，可以激发出$α^2$型大尺度发电机。本文采用平均场发电机模型结合磁流体对流的直接数值模拟，研究了$α^2$型发电机的转动相关性及其产生的原因。考虑到太阳/恒星发电机的应用，我们采用了强分层的多变性作为对流大气的模型。我们的DNS模型表明，$α^2$型发电机被激发时，${\rm Ro} \lesssim 0.1$，其中${\rm Ro}$是定义的体积平均对流速度的Rossby数。从相应的MF模型，我们证明了旋转依赖的$α^2$型发电机主要是由于湍流磁扩散的大小的变化。随着自旋速率的增加，湍流磁扩散减弱，而对流区的$α$效应基本保持不变，为大尺度发电机的激发提供了临界点。本文还从湍流电动势的转动依赖性的观点讨论了冷星中可观测到的恒星磁活动的${\rm Ro}$依赖性。总的来说，我们的研究结果表明，为了更好地掌握恒星发电机的活动和它的${\rm Ro}$依赖性，它应该是量化的对流速度的变化与恒星的自旋速率，考虑到旋转淬火和洛伦兹力反馈的磁场对流湍流。
2022-06-14 astro-ph.SR
The kinetic helicity needed to drive large-scale dynamos
当湍流是螺旋形的并且如果畴足够大以使$α$效应支配湍流扩散时，已知通过所谓的$α$效应可以在与湍流涡旋的尺度相比更大的尺度上产生磁场。使用三维湍流模拟，我们表明，所产生的平均磁场的饱和状态的能量与归一化螺旋度的产品和域尺度的比值，以涡尺度线性增加，提供这个产品超过一个临界值的团结。这意味着，大规模的发电机行动开始时，归一化的螺旋度大于反尺度比。我们的研究结果表明，小规模发电机行动的出现并没有任何显着的影响，大规模发电机。Pietarila Graham等人（2012，Phys. Rev. E85，066406）最近发现的较小的最小螺旋度可能是由于在大磁雷诺数下小尺度发电机作用的开始而引起的伪影。然而，当动力学螺旋度很小时，大规模发电机作用的开始是难以建立的。他们使用了具有时间相关相位的ABC流，而不是随机强迫。我们表明，这种发电机饱和过早的方式，让人想起内部磁螺旋通量的非均匀发电机。此外，即使对于非常低的分数螺旋度，这样的发电机显示大规模的领域，改变方向，这是不典型的湍流发电机。
2013-11-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Generalized quenching of large-scale magnetic dynamos in anisotropic flows
伴随着大尺度上相反符号增长的小尺度磁螺旋度的建立是平均场发电机的传统动力学猝灭理论的核心。然而，传统的形式主义假设各向同性湍流，从而排除了磁洛伦兹反反应的一部分。这使得它不足以预测一般各向异性流动的完全淬火。为了克服这一不足，我们推导出一个新的广义淬火形式主义，包括充分的反作用洛伦兹力，和一个新的“选择性阻尼$τ$“封闭，保持磁螺旋。我们应用的形式主义的$\bmα^2$发电机的例子，并显示其预测淬火不同情况下的湍流-各向同性螺旋，各向异性螺旋，各向异性非螺旋。它预测强于常规淬火一般，但减少到传统的情况下，在螺旋各向同性的限制。
2020-06-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Varying the forcing scale in low Prandtl number dynamos
小尺度发电机预计将在所有湍流和导电的天体物理流体中运行，例如星际介质、恒星内部和吸积盘，它们也可能受到大尺度发电机的影响或与之竞争。然而，小规模的发电机被激发在小和中等比例的粘度磁扩散率（磁普朗特数）的可能性一直在争论，和它们依赖于大规模的强迫波数的可能性已经提出。在这里，我们表明，使用四个值的强迫波数，小尺度发电机不依赖于模拟域的大小和湍流的积分尺度之间的尺度分离，即，强迫量表。此外，光谱瓶颈湍流，这已被暗示为负责提高小规模发电机的激发条件，被发现是不变的强迫波数下。然而，当强迫在最低的几个波数，有效的强迫波数，进入定义的磁雷诺数被发现是约两倍的域的最小波数。我们的工作是相关的小规模发电机，其中几个应用程序正在讨论的未来研究。
2018-06-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetized compressible turbulence with a fluctuation dynamo and Reynolds numbers over a million
本研究开展了雷诺数超百万的超音速MHD湍流高分辨率模拟，发现动能谱在动能主导与强磁化尺度间存在突变，并揭示了局部弛豫区域的形成机制及其对级联过程和涨落发电机饱和的深刻影响。
2024-05-29 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.comp-ph
Mean-field dynamos: the old concept and some recent developments
本文转载了卡尔·史瓦西2013年的演讲。解释了电磁运动导电流体中平均场的电动力学和磁流体力学的一些基本思想。需要强调的是，平均电动势与平均磁场及其一阶空间导数之间的联系一般来说既不是局部的，也不是瞬时的，而且相当多的关于平均场概念的假定失效的主张都是由于忽略了这一方面而产生的。除了平均场发电机机制的$α^2$和$α$ $Ω$型几个其他的考虑。平均场电动力学和磁流体力学的许多进展都是由计算确定平均电动势与平均磁场之间关系的系数的试验场方法引起的。作为一个重要的例子，解释了均匀各向同性湍流中的记忆效应。在磁流体动力学湍流中，可能存在一种与平均磁场无关的平均电动势，称为吉泽效应。尽管做了许多努力，但迄今为止还没有令人信服的关于$α$淬灭的全面理论，即随着平均磁场的增大，$α$效应的减小，以及平均场发电机的饱和。对这样一个理论的步骤进行了解释。最后，对发电机的实验室试验作了一些评论。
2014-02-26 astro-ph.SR
Enhancement of small-scale turbulent dynamo by large-scale shear
小尺度发电机普遍存在于大尺度切变的湍流中，从太阳和银河系的磁性到吸积盘、宇宙学和结构形成。使用高分辨率的直接数值模拟，我们表明，在非螺旋强迫湍流与零平均磁场，大规模的剪切支持小规模的发电机行动，即，发电机增长速率随着剪切而增加，剪切增强或甚至产生湍流，这又进一步增加发电机增长速率。当生产率的湍流动能由于剪切和强迫是可比的，我们发现缩放的增长率$γ$的小规模发电机和湍流速度$u_{\rm rms}$与剪切率$S$是独立的磁性普朗特数：$γ\propto |S|$和$u_{\rm rms} \propto |S|^{2/3}$。对于大的流体和磁雷诺数，$γ$，由其无剪切值归一化，仅取决于剪切。在补偿了剪切引起的湍流速度的影响后，我们发现小尺度发电机的归一化增长率具有标度，$\widetildeγ\propto |S|^{2/3}$，仅由给定速度场的诱导方程产生。
2017-08-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Coherent nonhelical shear dynamos driven by magnetic fluctuations at low Reynolds numbers
非螺旋剪切发电机的研究，特别侧重于相干发电机行动的可能性。主要结果-作为Squire & Bhattacharjee [arXiv：1506.04109（2015）]结果的后续-涉及“磁剪切电流效应”作为驱动大规模磁场产生的可行机制。这种效应提出了一种有趣的可能性，即小尺度发电机的饱和状态可以驱动大尺度发电机作用，并且在吸积盘湍流的非分层区域中可能很重要。在本文中，在低雷诺数的影响进行了研究，消除了小规模的发电机激励和辅助分析，使准线性统计模拟方法的使用的复杂性。除了磁驱动发电机，新的结果的运动非螺旋剪切发电机。这些说明了在这样的发电机相干和非相干驱动之间的关系，证明了旋转在确定每个机制的相对优势的重要性。
2015-07-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Fundamental scales in the kinematic phase of the turbulent dynamo
湍流发电机是将湍流动能转换为磁能的强大机制。一个关键的问题，关于磁场放大的湍流，是，在什么规模，$k_{\rm p}$，磁场成为最集中？关于$k_{\rm p}$是由粘性尺度$k_ν$（湍流动能耗散）还是电阻尺度$k_η$（磁场耗散）控制，存在一些分歧。在这里，我们使用直接的磁流体动力学湍流的数值模拟来测量的湍流发电机的运动学阶段的特征尺度。我们运行$104$ -模拟与流体动力学雷诺数的$10 \leq {\rm Re} \leq 3600$，和磁雷诺数的$270 \leq {\rm Rm} \leq 4000$，探索$k_{\rm p}$对$k_ν$和$k_η$的依赖性。使用物理动机模型的动能和磁能谱，我们测量$k_ν$，$k_η$和$k_{\rm p}$，确保获得的尺度数值收敛。我们确定的整体耗散尺度关系$k_ν= (0.025^{+0.005}_{-0.006})\, k_{\rm turb}\, {\rm Re}^{3/4}$和$k_η= (0.88^{+0.21}_{-0.23})\, k_ν\, {\rm Pm}^{1/2}$，其中$k_{\rm turb}$是湍流驱动波数和${\rm Pm}={\rm Rm}/{\rm Re}$是磁普朗特数。我们证明了$k_{\rm p}$的原理依赖于$k_η$。对于等离子体的${\rm Re} \gtrsim 100$，我们发现，$…
2022-04-07 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
A Reconnecting Flux Rope Dynamo
我们发展了一个新的模型的波动发电机中的磁场被限制在薄磁通绳平流的多尺度流动模拟湍流。磁耗散仅通过磁通绳的重新连接而发生。我们调查的动能释放成热，介导的发电机行动，无论是在我们的模型，并通过求解感应方程相同的流量。我们发现磁绳发电机在将机械能转化为热能方面要高出一个数量级。磁场重联中磁能释放的概率密度呈幂律形式，斜率为-3，与纳米耀斑对日冕的加热一致。
2009-10-26 astro-ph.GA astro-ph.SR
Effects of small-scale dynamo and compressibility on the $Λ$ effect
$Λ$效应描述了旋转引起的雷诺应力的非扩散作用。它通常负责维持太阳和其他晚型恒星观测到的差异旋转。在这里的灵敏度的$Λ$效应的小尺度磁场和压缩性研究通过强迫湍流模拟与各向异性强迫在完全周期性立方体或在密度分层域与各向同性强迫。研究了小尺度发电机自洽产生磁场的情况下，小尺度磁场的影响。结果表明，小规模的磁场导致淬火的$Λ$效果是温和的比在情况下，也存在一个大规模的领域。在马赫数从0.015到0.8的范围内，压缩性对$Λ$效应的影响可以忽略不计。如果强迫尺度大约是密度尺度高度的两倍，密度分层会引起湍流的显著各向异性和垂直$Λ$效应。
2020-02-17 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The small-scale turbulent dynamo in smoothed particle magnetohydrodynamics
超音速湍流被认为是恒星形成的核心。利用光滑粒子磁流体动力学（SPMHD）方法模拟了超声速湍流中磁场的小尺度发电机放大。计算使用等温气体驱动的均方根速度为10马赫，使条件是代表恒星形成的分子云在银河系。磁能的增长遵循10个数量级，直到它达到饱和，即动能的百分之几。我们的发电机计算的结果进行了比较，从基于网格的方法的结果，发现他们的统计数据和定性行为非常一致。模拟利用最新的算法发展，我们已经开发，特别是，一个新的发散清洗方法，以保持对磁场的螺线管约束和方法，以减少数值耗散的磁震捕获计划。我们证明，我们的发散清洗方法可用于实现$\nabla \cdot {\bf B}=0$的机器精度，虽然在显着的计算费用。
2016-06-02 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Collapse-accelerated small-scale dynamos in the first stars and galaxies
International Centre for Theoretical Sciences（国际理论科学中心）
本研究探讨引力坍缩对小尺度发电机放大磁场的影响，发现坍缩可显著加速发电机，使磁场在坍缩时间内达到动力学显著强度，影响第一代恒星与星系的形成与演化。
2026-10-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Is the small-scale magnetic field correlated with the dynamo cycle?
小尺度的磁场在太阳表面是普遍存在的-即使在高纬度地区。从观测中我们知道，这个场与全球太阳黑子周期无关（甚至可能是微弱的相关）。我们的目的是探索的起源，特别是周期依赖的这种现象，使用三维发电机模拟。我们采用了一个简单的模型，在剪切盒湍流发电机驱动的螺旋强迫湍流。根据发电机的参数，大规模（全球）和小规模（本地）发电机可以独立地在这个模型中。通过不同参数区域的模拟，我们发现，当系统中只有大尺度发电机时，大尺度磁场的破碎和缠结所产生的小尺度磁场与全球磁循环正相关。然而，当两个发电机都工作时，小规模场是由小规模发电机和大规模场的纠缠产生的。在这种情况下，当大尺度场弱于湍流的均分值时，小尺度场与大尺度磁循环几乎不相关。另一方面，当大尺度磁场强度大于均分值时，我们观察到小尺度磁场与大尺度磁周期之间存在一种近似关系。这种关系可以解释为对小尺度发电机的抑制。根据我们的研究，我们得出结论，观测到的太阳小尺度磁场是由小尺度发电机和大尺度磁场缠结的联合机制产生的。
2015-10-16 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Dynamo induced by time-periodic force
为了理解时变流（如湍流）驱动的发电机效应，本文数值研究了旋转磁流体动力学流中时变力引起的发电机效应，并着重研究了力频率对发电机效应的影响。发现发电机作用依赖于力的频率。当力的频率接近共振频率时，力可以驱动发电机，而当力的频率远离共振频率时，发电机失效。在共振频率附近的频率范围内，力的共振频率感应出弱磁场，并且随着力的频率偏离共振频率，磁能增加。这与共振时的强流将诱发强场的直觉相反。这是因为磁场与自励发电机内的流体流动发生非线性耦合，改变了驱动力与惯性波的共振。
2018-02-26 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
The Turbulent Dynamo in Highly Compressible Supersonic Plasmas
这个动荡的发电机可以解释宇宙磁力的起源。虽然磁场的指数放大已经在不可压缩气体中进行了研究，但对高度可压缩的超音速等离子体（如星系的星际介质和早期宇宙）中的发电机作用知之甚少。在这里，我们进行了第一次定量比较的理论模型的发电机增长率和饱和度与三维磁流体动力学模拟超音速湍流与网格分辨率高达1024^3细胞。我们获得了数值收敛性，并发现发电机作用在低和高磁普朗特数Pm = nu/eta = 0.1-10（粘性耗散与磁耗散之比）时都发生，而这在超音速湍流中只在Pm >= 1时才出现。我们测量了临界磁雷诺数，Rm_crit = 129（+43，-31），表明可压缩发电机几乎与不可压缩气体一样有效。考虑到现在和早期宇宙的物理条件，我们得出结论，磁场需要考虑从早期到现在的宇宙年龄的结构形成过程中，因为它们抑制气体碎裂和驱动强大的喷流和外流，都极大地影响了恒星的初始质量函数。
2014-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Rotational effects on the small-scale dynamo
本文通过直接数值模拟研究旋转对湍流中小尺度发电机的影响，发现慢旋转抑制其增长与饱和，超过阈值后大尺度涡旋增强之，且高雷诺数下磁能比仍受抑制达35%。
2025-02-24 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Calculating turbulent transport tensors by averaging single plume dynamics and application to dynamos
湍流中的输运系数由湍流波动之间的关联函数组成，并且需要有效的方法来计算它们。例如，在用于模拟恒星和星系的大尺度磁场增长的平均场发电机理论中，湍流电动势通常近似为湍流输运系数与平均磁场的连续高阶空间导数的一系列张量积。标准模型的一个成分是零阶项的运动学系数，即平均动力学伪张量$\bmα$，其将环向场转换为极向场。在这里，我们展示了一种有效的方法来计算这个量的旋转分层湍流，从而计算的预平均量的运动的一个单一的羽流，平均值，然后采取了不同方向的羽流的合奏。我们在最方便的框架中计算羽流动力学，然后转换回实验室框架并取平均值。我们简洁的位形空间计算给出了基本相同的结果，以前的方法。本申请阐明了什么是广泛适用的方法。
2018-11-28 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
The inverse cascade of magnetic helicity in magnetohydrodynamic turbulence
在受迫和衰减的三维磁流体动力学湍流中，研究了导致导电湍流介质中大尺度磁结构形成的磁螺旋度$H^M$的非线性动力学.这是高分辨率的直接数值模拟和统计闭合理论的帮助下完成的。数值观察到的$H^M$的光谱标度与使用统计闭合模型的早期工作不同[Pouquet et al.，J. Fluid \textbf{77} 321（1976）]。通过对这一理论的重新考察，发现了一个普遍的动力学平衡关系，它包括了动能螺旋度、动能和磁能对$H^M$逆级联的影响，并解释了上述的矛盾。考虑的平均场发电机理论的背景下的结果表明，在湍流等离子体中的磁场激发的背景下，重要的$α$发电机效应的非线性修改。
2013-09-20 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
