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
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
MHD Turbulence
综述了MHD湍流理论和数值实验的研究现状及其在天体物理和太阳科学中的应用。本文介绍了研究湍流的常用工具、基本湍流模型、MHD方程及其波动模式。随后，我们涵盖了Alfvenic湍流，不平衡湍流，小尺度发电机和模型的理论和数值计算超声速MHD湍流。
2019-10-08 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
MHD turbulence and distributed chaos
利用最近的直接数值模拟结果表明，在具有零平均磁场的MHD湍流中，分布混沌的谱特性与流体动力学湍流的谱特性相似。一个例外是当拉伸指数谱$\exp(-k/k_β)^β$具有$β=4/7$时，空间平移对称性的MHD自发破缺。
2016-07-18 nlin.CD physics.flu-dyn physics.plasm-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
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
MHD Dynamos and Turbulence
磁流体发电机与湍流综述。
2011-03-16 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dynamic Alignment and Exact Scaling Laws in MHD Turbulence
磁流体动力学（MHD）湍流是天体物理系统中普遍存在的现象。最近的高分辨率数值模拟表明，强不可压MHD湍流的能谱是$E(k_{\perp})\propto k_{\perp}^{-3/2}$。到目前为止，还没有一个唯象理论能同时解释这种谱，并满足Politano和Pouquet的MHD湍流的精确解析关系。事实上，波利塔诺-普凯关系经常被用来表明MHD湍流的谱具有柯尔莫哥洛夫标度-5/3。利用几何参数和数值试验，我们分析了这一看似矛盾的现象，并证明了最近在MHD湍流中发现的尺度相关的动态对准现象与-3/2标度和Politano-Pouquet关系是一致的。
2009-06-16 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
As a matter of dynamical range -- scale dependent energy dynamics in MHD turbulence
磁化湍流普遍存在于许多天体物理和地球等离子体中，但没有普遍的理论存在。即使是详细的磁流体动力学（MHD）湍流的能量动力学仍然没有得到很好的理解。我们提出了一套亚音速，超Alfvénic，高等离子体β MHD湍流模拟，只在其动力学范围内变化，即，大尺度强迫和耗散尺度的分离及其耗散机制（隐式大涡模拟，ILES，与直接数值模拟，DNS）。使用能量传递分析框架，我们计算的有效，数值粘度和粘性，并证明，所有的ILES计算的MHD湍流解决，并对应于一个等效的粘阻MHD湍流计算。增加ILES中使用的网格点的数量对应于降低耗散系数，即，更大的（动力学和磁）雷诺数恒定强迫规模。独立地，我们使用这个相同的框架来证明-相反的流体动力学湍流-跨尺度的能量通量是不恒定的MHD湍流。这既适用于给定动力学范围的不同介质（如级联过程或磁张力），也适用于对动力学范围本身的依赖性，这决定了流动的物理性质。即使在$2{,}048^3$单元的最高分辨率（最大雷诺数）模拟下，我们也没有观察到任何收敛迹象，这就对MHD湍流中是否存在渐近状态提出了疑问，如果存在，它看起来像什么。
2022-11-17 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Shock identification and classification in 2D MHD compressible turbulence -- Orszag-Tang vortex
针对可压缩MHD湍流中各类激波发生率不明的问题，提出激波检测分类方法并应用于Orszag-Tang涡旋，发现系统以快慢激波为主，中间激波少且多在磁重联区，还提出中间激波形成机制并研究激波相干性与丰度。
2021-11-03 physics.plasm-ph
Damping of Alfvén waves in MHD turbulence and implications for cosmic ray streaming instability and galactic winds
MHD湍流的Alfvénic分量阻尼Alfvénic波。这种效应的后果对许多过程都很重要，从宇宙射线（CR）传播到星系和其他磁化系统中的发射流出和风。我们讨论了湍流对流动不稳定性的阻尼和对平面平行波的阻尼的差异。前者发生在与CR流所沿的局部磁场方向对准的参考系中。后者是在平均磁场的参考系中，并且传统上在等离子体研究中被考虑。我们还比较了流不稳定性的湍流阻尼与离子中性碰撞阻尼，这成为在一个足够低的电离分数占主导地位的阻尼效应。数值试验和天体物理的影响进行了讨论。
2022-01-13 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Basic Properties of MHD Turbulence in the Inertial Range
我们重新讨论了惯性范围内MHD湍流的谱斜率问题，并认为数值方法更倾向于Goldreich-Sridhar -5/3斜率而不是-3/2斜率。对MHD湍流的各向异性进行了精密测量，确定了Alfvenic湍流的各向异性常数C_A=0.34。它与以前测得的Kolmogorov常数C_K=4.2或纯Alfvenic情况下的C_K = 3.3一起，构成了对MHD级联的完整的谱量描述，具有很高的天体物理实用价值。
2012-04-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Energy transfers in MHD turbulence and its applications to dynamo
本文描述了MHD湍流的模-模能量传递和能量通量。这些能量传递对于理解湍流动力学以及发电机等应用非常有用。我们说明了如何提供有价值的洞察力的大规模的磁能发电机的增长机制的能量通量。
2019-02-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetic turbulence and pressure gradient feedback effect of the $1/2$ mode soft-hard MHD limit in Large Helical Device
本研究的目的是分析磁湍流和压力梯度之间的反馈过程中的LHD内移位形，以及它的作用，在软硬兼施的不稳定性之间的过渡由模式$1/2$在中等等离子体驱动的MHD制度。在本文中，我们总结了两个不同的伦德奎斯特数，$S = 2.5 \times 10^5$和$10^6$，假设在慢重联制度的等离子体模拟的结果。高Lundquist数模拟的结果表明，LHD中间等离子体区域中的磁湍流和压力梯度低于临界值，以驱动向硬MHD状态的转变，因此仅触发软MHD极限中的弛豫（$1/2$类磁共振事件）[Phys. Plasmas 19，082512（2012）]。在低Lundquist数的情况下，系统达到硬磁流体极限，观察到等离子体崩溃。
2017-04-05 physics.plasm-ph
Critical Balance and the Physics of MHD Turbulence
本文讨论了湍流现象学中临界平衡概念的优点和局限性。不可压缩磁流体动力学（MHD）的情况下是一个特别的焦点。讨论强调了原始Goldreich & Sridhar（1995）临界平衡猜想相对于等离子体湍流MHD描述中相关理论问题和模型的地位。研究的问题包括方差和光谱各向异性，平均磁场的影响，局部和非局部的影响，以及潜在的外部驱动的影响。相关的模型，如简化的MHD提供了一个有价值的背景下的考虑。在讨论的过程中，提出了一些新的结果有关的频谱特征和时标。还简要地提到了临界平衡的一些适应和变化。
2020-05-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Energy decay laws in strongly anisotropic MHD turbulence
研究了均匀磁场${\bf B_0}=B_0 e//$对不可压缩磁流体动力学（MHD）湍流能量衰减规律的影响。沿$B_0$的非线性传输减少包括在区分平行和垂直方向的模型中，遵循现象学{ \it à la} Kraichnan。我们预测由于各向异性在强$B_0$极限的能量衰减减慢，剪切波和伪阿尔文波的能量衰减具有不同的幂律。阿尔文波湍流动力学方程的数值结果恢复了这些预测，并且MHD数值结果在最低垂直平面内明显倾向于遵循这些预测。
2007-12-12 physics.flu-dyn 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
As a matter of tension -- kinetic energy spectra in MHD turbulence
磁化湍流普遍存在于许多天体物理和地球系统中，但即使是最简单的形式，磁流体力学（MHD），也没有完整的，无可争议的理论。许多理论和现象学都集中在联合（动能和磁场）的能量通量和光谱。我们强调的重要性，分别处理动能和磁能阐明MHD湍流动力学。我们进行了一个隐式大涡模拟亚音速，超Alfvénic MHD湍流和分析的尺度随时间的能量转移。我们的关键发现是，动能谱开发的缩放约$k^{-4/3}$在固定制度的动能级联被抑制的磁张力。这促使重新评估现有的MHD湍流理论的能量通量的一个更有区别的建模。
2020-09-07 astro-ph.GA 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
Compressible Sub-Alfvenic MHD turbulence in Low-beta Plasmas
本文提出了一个低β等离子体中可压缩亚阿尔芬等温磁流体动力学（MHD）湍流模型，并对其进行了数值检验，将MHD湍流分为三个不同的族--阿尔芬模、慢模和快模。我们发现，由Alfvenic湍流产生的慢模和快模被抑制。结果表明，在可压缩区域中的阿尔芬模式表现出与不可压缩区域相似的标度性和各向异性。慢模式被动地模仿阿尔芬模式。然而，快模式显示出各向同性和类似于声湍流的缩放。
2002-05-17 astro-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Coronal Loop Heating by Nearly Incompressible Magnetohydrodynamic and Reduced Magnetohydrodynamic Turbulence Models
光波和湍流在光球层之外的传输是日冕加热问题的核心。采用近不可压缩磁流体动力学（NI MHD）理论模拟了宁静日冕中的湍流，描述了低频湍流在开放磁场区的输运。它描述了耦合的多数准二维和少数板组件的演变，驱动的磁地毯和平流的亚音速，亚Alfvenic流从较低的日冕。本文将NI MHD湍流传输模型与日冕MHD模型耦合，研究日冕环中的加热问题。在一个现实的基准日冕环问题，我们发现，一个环可以加热到150万K的运输和耗散的MHD湍流所描述的NI MHD模型。我们还发现，大多数2D组件是作为重要的少数板组件在加热的冕环。我们比较我们的耦合MHD/NI MHD模型的结果与简化MHD（RMHD）模型。这些模型之间的一个重要区别是，RMHD解决了小规模的速度和磁场波动，并获得与它们的演变相关的实际粘性/电阻耗散，而NI MHD演变的波动速度和磁场的标量矩和近似耗散使用MHD湍流现象。尽管模型之间存在基本差异，但它们的模拟结果非常匹配，在日冕内部产生几乎相同的加热速率。
2023-01-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Role of Cross Helicity in Cascade Processes of MHD turbulence
本文的目的是研究由一个外力激发的各向同性（非Alfven）MHD湍流的谱特性，该外力在能量的同时将交叉螺旋度注入到流动中。结果表明，交叉螺旋度阻碍了MHD湍流中谱能量的传递，导致系统中能量的积累。这种积累一直进行到涡的增强补偿了非线性相互作用效率的降低。对于给定的注入螺旋度与能量之比，得到了平均湍流能量的估算公式。值得注意的是，湍流在其低速率注入时累积注入的交叉螺旋度-积分相关系数显著超过注入螺旋度与能量之间的比率。结果表明，随着交叉螺旋度的增加，谱斜率从“5/3”逐渐增大到“2”。
2009-04-10 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Residual Energy in Weak and Strong MHD Turbulence
最近的数值和观测研究表明，磁流体湍流中的磁场和速度涨落的谱具有不同的标度指数。这一有趣的特征最近在弱MHD湍流的情况下得到了解释，即湍流由弱相互作用的Alfven波组成。然而，在大多数情况下，天体物理湍流是强烈的。在目前的工作中，我们提出了一个统一的图片，允许一个解决弱和强MHD湍流在同一个立足点。我们认为，磁场和动能是不同的弱和强MHD湍流。它们之间的差，即所谓的剩余能量，是由湍流自发产生的，它具有傅立叶谱E_r（k）=E_v（k）-E_b（k）\propto -f_w（k_||/k_perp）k_perp^{-2}和E_r（k）\propto -f_s（k_||/k_perp）k_perp^{-3}在强湍流中。这里f_w，s（x）是当x>C_w，s时快速下降的函数，而当$x<C_w,s$具有某些常数C_w，s和k_w时，f_w，s（x）没有显著变化。||以及k_perp是相对于所施加的强均匀磁场的场平行和场垂直波矢量。
2012-02-15 astro-ph.GA nlin.CD physics.flu-dyn
Lagrangian Statistics of Navier-Stokes- and MHD-Turbulence
我们报告的高分辨率数值模拟的拉格朗日粒子平流不可压缩湍流水和磁流体动力学（MHD）流的比较。在Navier-Stokes情况下，数值模拟使用了多达$1024^3$配置点和1000万个粒子，在MHD情况下，使用了多达$512^3$配置点和100万个粒子。在流体动力学的情况下，我们的研究结果与最近的实验从Mordant等人。[1]和Xu等人。[2]。它们与Biferale等人的模拟不同。[3]由于用于评估结构函数所选择的范围的差异。在Navier-Stokes湍流中，不稳定性比[3]中的多重分形方法预测的要强，而在MHD湍流中，多重分形方法的预测比我们模拟中观察到的更间歇。此外，我们的模拟表明，拉格朗日Navier-Stokes湍流是更间歇性比MHD湍流，而在欧拉的情况下，情况正好相反。这些发现不能一致地描述的多重分形模型。关键的一点是，耗散结构的几何形状有不同的含义拉格朗日和欧拉的不连续性。应用多重分形方法对加速度PDF进行建模，对于Navier-Stokes情况效果很好，但在MHD情况下，只对尾部进行了很好的描述。
2007-02-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Cross-field transport and pitch-angle anisotropy of solar energetic particles in MHD turbulence
最近对太阳高能粒子在日光层湍流中传播的模拟也在本讲习班上讨论，研究了俯仰角散射和垂直输运在日光经度上粒子传播中的作用，如多航天器测量（STEREO A/B、ACE、SOHO等）所示。在不同的能量范围内都是1 AU。在某些情况下，颗粒分布的一阶俯仰角各向异性是不可忽略的。本文计算了两种MHD湍流模型（a）3-D各向同性模型和（b）Goldreich-Sridhar提出的各向异性模型，在考虑俯仰角依赖性的非均匀湍流中由于梯度/曲率漂移引起的平均垂直位移。我们发现，在这两种情况下，漂移规模为$(1-μ^2)^2$与余弦的俯仰角$μ$，与以前的模型运输的SEP。这一结果可能会影响SEP通过日光层传播的模型。
2015-12-30 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nonlinear Frequency Shifts due to Phase Coherent Interactions in Incompressible Hall MHD Turbulence
Institute of Fusion Studies, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校聚变研究所）；Physics Department, Ujjain Engineering College（乌杰因工程学院物理系）
研究不可压缩霍尔磁流体湍流中相位相干相互作用导致的非线性频率位移，通过简化模型分析波-波相互作用对线性色散的影响
2026-02-18 physics.plasm-ph
Third-order Elsässer moments in axisymmetric MHD turbulence
研究了在均匀磁场$\bb0$作用下的不可压MHD湍流。这种情况在相关空间中用发散关系来描述，该关系表示在惯性范围内埃尔塞塞能流的统计守恒。当$B_0$足够强时，观测到的各向异性的发展，意味着空间相关的叶理。一个直接的后果是可能的三阶Elsässer矩的参数化的强度的各向异性导出一个矢量法。我们使用所谓的临界平衡假设来固定这个参数，并找到一个唯一的表达式。
2010-10-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Leveling of MHD turbulence imbalance in shear flows
Abastumani Astrophysical Observatory（阿巴斯图马尼天体物理观测站）；Department of Physics, Faculty of Exact and Natural Sciences, Tbilisi State University（第比利斯国立大学精确与自然科学学院物理系）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；M. Nodia Institute of Geophysics（M.诺迪亚地球物理研究所）
本研究通过线性非模态动力学揭示了鞘流中MHD湍流不平衡的平衡机制，为理解太阳风中的湍流平衡提供了新视角。
2026-09-07 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the locality of MHD turbulence scale fluxes
对定常湍流状态下磁流体动力学（MHD）能流的尺度局部性进行了数值研究。两种类型的力用于驱动湍流，一种是仅作用于速度场的动力学力，另一种是作用于速度场和磁场的动力学感应强迫机制。分析是在谱空间中进行的，该空间遵循边界的幂律分解为一系列壳。这些壳之间发生的三元传输计算和通量和局部函数恢复部分求和有关的壳。采用Kraichnan定域函数，得到四种MHD能流的标度指数分别为1/3和2/3，比流体动力学湍流的标度指数4/3小。为了更好地理解这些结果，对总能量通量进行了深入分析。
2011-08-19 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Quasi-isotropic cascade in MHD turbulence with mean field
本文提出了一个在大尺度强磁场作用下不可压缩磁流体力学湍流的唯象理论，它建立了强、弱磁流体力学湍流各向异性模型之间的联系。我们认为，在垂直于平均场的平面内，Iroshnikov-Kraichnan各向同性级联自然发展，而在垂直级联的触发下，可以发展出振幅较弱的平行级联。具有由准谐振条件产生的减小的通量。所得到的能谱$E(k_\parallel,k_\bot)$在所有方向上具有相同的斜率。惯性范围在平行和垂直方向上的范围之间的比率等于$b_{rms}/B_0$。这些性质与最近的三维MHD模拟中发现的各向同性强迫相匹配[R。格拉平和W.- C. Müller，Phys. Rev. E \textbf{82}，26406（2010）]。
2012-09-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Shell to shell energy transfer in MHD, Part I: steady state turbulence
通过分析在没有外加均匀磁场的情况下直接数值模拟的结果，研究了充分发展的三维MHD湍流中能量从大尺度向小尺度的转移.我们的结果表明，动能从大尺度到小尺度的动能转移，以及磁能从大尺度到小尺度的磁能转移，是局部的，在中性流体的情况下也发现了这一点，并且在某种程度上与Kolmogorov（1941）的湍流理论是一致的。然而，能量从速度场到磁场的转移是傅立叶空间中的高度非局部过程。大尺度速度场的能量可以直接传递到小尺度磁场中，而不需要中间尺度的参与。本文还讨论了这些结果对MHD湍流模拟的一些启示。
2005-05-26 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Wave turbulence in incompressible Hall MHD
我们调查的陡峭的磁场波动幂律谱观察到的内太阳风的频率高于0.5赫兹。频谱的高频部分可归因于色散非线性过程。在这种情况下，弱相互作用波的长时间的行为进行检查的框架内的三维不可压缩霍尔MHD湍流。在标准的MHD方程中加入霍尔项，使阿尔文波具有色散和圆偏振。我们引入广义Elsässer变量，并使用复杂的螺旋度分解，我们推导出三波相互作用过程的一般波动力学方程，它们描述了在强均匀磁场$B_0 \ep$的存在下，阿尔文，哨声和离子回旋波湍流的非线性动力学。Hall MHD湍流的特征是具有不同强度的各向异性。我们证明了电子和标准MHD湍流可以看作是本理论的两个频率极限，但标准MHD极限是奇异的;此外，我们详细分析了离子MHD湍流极限。给出了主波动力学方程在小尺度和大尺度极限下的精确幂律解，分别给出了总能谱$E(\kpn,\kpa) \sim \kpn^{-5/2} |\kpa|^{-1/2}$和$E(\kpn,\kpa) \sim \kpn^{-2}$。一个各向异性的现象是开发来描述连续的能谱的不同的标度律，一个预测$E(\kpn,\kpa) \sim \kpn^{-2} |\kpa|^{-1/2} (1+\kpn^2d_i^2)^{-1/4}$。阿尔文，哨声和离子回旋波之间的非局部相互作用进行了研究;一个非平凡的动力学存在，只有当大尺度动能和磁能之间的均分发生差异。
2006-08-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Chirality, extended MHD statistics and solar wind turbulence
我们将\citet{MeyrandGaltierPRL12}的单流支配态（OFDS）论点与单手征扇区支配态（OCSCS）一\citep [][]{hydrochirality}结合起来，形成了太阳风湍流（SWT）的非线性扩展磁流体动力学（XMHD）理论，\textbf{ranging from the MHD- to subproton-, and even to subelectron-scale regimes} \citep [修改][]{AbdelhamidLingamMahajanAPJ 16}的理论。用螺旋表象揭示了\citet{MiloshevichLingamMorrisonNJP17}的XMHD绝对平衡中的简并手征态，为用OCSDS取代以往理论中的线性波（无限小或任意有限振幅）论证提供了基础. OFDS-plus-OCSDS理论与局部最小能量/稳定性原理的可能联系也进行了讨论。
2017-05-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Long-term decaying evolution of MHD turbulence
本文采用壳模型对大雷诺数下磁流体湍流的自由衰减进行了数值研究。我们研究的统计特性的基础上的代表性样本的实现（128实现每种类型的初始条件）在$10^5$大规模的周转时间。模拟结果表明，尽管初始条件相似，但无力非螺旋MHD湍流可以表现出两种不同的演化情景。在第一种情况下，交叉螺旋度的积累是如此之快，能量级联消失之前，显着的磁能耗散。然后系统接近最大交叉螺旋度的状态。在第二种情况下，级联过程继续保持活动状态，直到以大规模周转时间为单位的时间$10^4$。然后，由于磁螺旋度守恒，磁场变得非常螺旋。因此，磁能不随动能而消散。
2010-09-22 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
MHD Turbulence: A Biased Review
这篇评论将过去几年的发展放在规范时间线的背景下（Kolmogorov到Iroshnikov-Kraichnan到Goldreich-Sridhar到Boldyrev）。有人认为，Beresnyak的反对，Boldyrev的对齐理论违反了RMHD重标度对称性可以调和对齐，如果后者被理解为一个不稳定性效应。因此，在这种解释中恢复的博尔迪列夫的标度是湍流系统中不稳定性的物理理论的一个例子。排列结构的出现带来了重联物理学，因此MHD湍流理论与撕裂和电流片破裂的物理学交织在一起。回顾了Loureiro、Mallet等人最近在这方面的工作，认为我们终于对MHD级联的耗散尺度有了一个相当完整的了解。这幅图似乎与Beresnyak的耗散截止的Kolmogorov标度与Boldyrev的对准叶栅相一致。这些想法也使一些进展，在了解饱和磁流体发电机，认为是由重联控制，并包含，在小尺度上，撕裂介导的级联类似于其强平均场对应。在这个核心叙述的边缘，标准的弱MHD湍流理论被认为需要调整-并提出了一个计划-考虑到自发涌现的二维凝聚在调解阿尔芬波级联中发挥的作用。这就完成了大尺度下的MHD级联的图像。一些悬而未决的问题进行了调查，关于不平衡的MHD湍流（提出了一个新的理论），剩余能量，亚粘性和衰减制度的MHD湍流（重联再次突出功能）。最后，有人认为，自然的研究方向是现在远离MHD和动力学领域。
2022-07-19 astro-ph.GA astro-ph.HE nlin.CD
Turbulent spectra and spectral kinks in the transition range from MHD to kinetic Alfvén turbulence
本文首次在MHD/动力学湍流转捩的背景下，对动力学Alfvén湍流的弱色散子区（WDR）进行了区分和研究。在WDR中发现了动力学Alfvén波（KAWs）的强湍流和弱湍流分别形成的垂直波数谱~ k^{-3}和~ k^{-4}。这些陡峭的WDR光谱连接在MHD和强色散KAW子范围内的较浅的光谱，这导致在观察到的湍流光谱中经常看到的特定的双扭结（2-k）图案。第一个弯折发生在MHD湍流转变为弱色散KAW湍流的地方，第二个弯折发生在弱色散和强色散KAW子区之间。我们的分析表明，部分湍流耗散由于振幅依赖的超绝热离子加热可能发生在附近的第一个光谱扭结。这个过程的类阈值性质导致有条件的选择性耗散，仅影响最大的超阈值振幅，并在低于第一光谱扭结的范围内降低不稳定性。最近的几个反直觉的观测结果可以解释的选择性耗散耦合到弱色散KAWs之间的非线性相互作用。
2011-05-10 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence evolution in MHD plasmas
近十年来，星际介质中的湍流一直是一个活跃的研究领域。在大多数情况下，数值模拟是首选的工具。但是，虽然市场上有一些模拟，但有些问题最终没有得到回答。在这篇论文中，我们将研究在一些可能的星际介质情况下，可压缩和不可压缩驱动对湍流谱演化的影响。结果表明，驱动力不仅影响可压缩与不可压缩分量的比值，而且还影响湍流的各向异性。
2013-01-18 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
Intermittent, Reflection-Driven, Strong Imbalanced MHD Turbulence
本文提出考虑间歇性和阿尔芬波反射的强不平衡MHD湍流唯象模型，其谱斜率和标度指数预测与帕克太阳探测器观测吻合，并揭示反射驱动间歇性会增强小尺度平行波数，从而可能增加太阳风和日冕中的离子回旋加热。
2025-02-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Generalized phase mixing: Turbulence-like behaviour from unidirectionally propagating MHD waves
我们提出了三维（3D）的理想磁流体力学（MHD）模拟的结果的动力学的垂直不均匀等离子体的传播Alfvénic波扰动。这种情况的简单版本已经被广泛研究为相混合现象。我们表明，通过推广教科书版本的相位混合，有趣的现象，如顺磁行为和复杂的电流片结构，一个新颖的纵向均匀等离子体由单向传播波激发。这是天体物理学中与湍流相关现象的一个重要发现，放松了产生湍流行为所必须满足的条件。
2017-11-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Cascades and dissipation ratio in rotating MHD turbulence at low magnetic Prandtl number
提出了旋转和外加磁场共同作用下各向同性磁流体动力学湍流的现象。假设三重相关衰减时间在涡旋翻转时间和与旋转频率和Alfvén波周期相关联的时间之间是最短的。对于$Pm=1$，它导致了四种分段谱，这取决于四个参数，能量注入率，磁扩散率，旋转速率和外加磁场。本文采用磁流体湍流的壳模型（包括旋转和外加磁场），给出了$Pm \le 1$的谱，以及磁耗散和粘性耗散的比值。
2010-10-15 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Factors Controlling the Statistics of Magnetic Reconnection in MHD Turbulence
University of Delaware（特拉华大学）；University of Waikato（怀卡托大学）；University of Hawaii at Manoa（夏威夷大学马诺阿分校）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究揭示了磁流体动力学湍流中磁重联统计特性与全球湍流磁场的关系，发现重联率分布与湍流磁场幅度存在强相关性，表明磁重联在能量耗散中起重要作用。
2025-12-31 physics.plasm-ph physics.space-ph
A review of the possible role of constraints in MHD turbulence
本文综述了近年来磁流体力学（MHD）湍流尺度间能量分布的研究进展。为此目的采用了各种工具，并通过考虑理想（非耗散）不变量，即总能量、磁螺旋度以及速度与磁场之间的互相关（集中在三维情况下），发挥了核心作用。这些概念，主要是基于理论，模型和直接的数值模拟，被简要地放在观测的背景下，特别是太阳风，以及一些剩余的开放的问题进行了划定。文中还提到了利用推广到MHD的泰勒-格林流在直至$6144^3$点的等效网格上进行三维理想MHD动力学研究的新结果。
2012-11-04 astro-ph.SR nlin.CD physics.plasm-ph
Numerical simulations of strong incompressible magnetohydrodynamic turbulence
磁化等离子体湍流遍布宇宙，可能在各种天体物理环境中发挥重要作用。磁流体动力学（MHD）提供了最简单的理论框架，在其中可以建立湍流动力学的唯象模型。MHD湍流的数值模拟被广泛用于指导和检验理论预测，然而，模拟MHD湍流和精确测量其标度特性是远远不够的。计算能力将计算限制在中等雷诺数，并且经常进行简化假设，以便可以访问更大范围的尺度。在描述了研究强不可压缩MHD湍流的理论预测和数值方法之后，我们提出了一系列高分辨率直接数值模拟的结果。我们讨论的影响，在计算方法的不一致性可以有解决方案和它的物理解释。
2012-02-15 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Energy transfer in Hall-MHD turbulence: cascades, backscatter, and dynamo action
本文采用平均场论推导输运系数的方法和三维直接数值模拟的方法研究了Hall MHD中的尺度相互作用。在磁主导的制度，涡电阻率被发现是负定的，导致大规模的不稳定性。总能量的直接级联被观察到，虽然随着霍尔效应的幅度增加，发现大尺度的磁能的反向散射，在MHD流中不存在的功能。磁场和速度场之间的耦合不同于MHD的情况，并且还观察到从小尺度磁场到大尺度流的能量后向散射。我们还讨论了非螺旋磁强迫霍尔-MHD模拟中观测到的大尺度磁场增长。
2005-10-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Clustering of passive impurities in MHD turbulence
采用高分辨率数值模拟方法研究了重粒子、中性粒子或带电粒子在不可压缩电阻性磁流体动力学（MHD）湍流中的输运。观察到这种杂质的空间分布显示出强烈的偏离均匀性，无论是在耗散和惯性范围尺度。中性粒子由于其与流动的粘性阻力而倾向于聚集在相干涡面附近，导致同时存在非常集中和几乎空的区域。带电粒子的成团特征是不同的。除了阻力之外，这些还表现出洛伦兹力。由于吸引和排斥涡面的空间不均匀性的区域的变化。虽然小的电荷会增加聚集，但较大的电荷会产生相反的效果。
2009-02-18 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Extended Scaling Laws in Numerical Simulations of MHD Turbulence
磁化湍流在天体物理系统中无处不在，众所周知，它跨越了广泛的空间尺度。磁流体湍流的唯象理论描述了惯性尺度范围内湍流涨落的自相似动力学。数值模拟的作用是指导和检验这些理论。然而，目前可用的计算能力将模拟限制在雷诺数上，雷诺数明显小于天体物理设置中的雷诺数。为了提高计算效率，因此，探测更大范围的尺度，人们经常考虑磁场引导的MHD湍流的基本各向异性，梯度在磁场平行方向上要慢得多。然后通过采用简化的MHD方程和放宽场平行的数值分辨率来优化模拟。在这项工作中，我们探索了一种不同的可能性。我们提出，存在某些量，是非常稳定的雷诺数。作为一个例子，我们研究的磁流体湍流的磁场和速度波动之间的对准角，测量两个专门构造的结构函数的比率。我们发现，这个比例的缩放可以令人惊讶地扩展到相对较低的雷诺数的制度。然而，扩展的缩放变得容易被破坏时，在模拟中的耗散范围是欠解决。因此，数值优化方法走得太远会导致虚假的数值效应和MHD湍流物理的错误表示，这反过来又会影响我们正确识别操作天体物理系统的物理机制的能力。
2011-04-07 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Spacetime Hall-MHD turbulence at sub-ion scales: structures or waves?
利用快速迭代滤波技术研究了中等等离子体$β=2$中二维霍尔-磁流体动力学湍流的时空特性。结果表明，在亚离子尺度的磁能集中在扰动频率小于离子回旋（IC）的频率和偏振特性是不兼容的动力学阿尔文波（KAWs）和IC波。在更高的频率，我们清楚地确定了哨声波和KAWs的签名，但他们的能量贡献的磁功率谱是可以忽略不计的。我们的结论是，在亚离子尺度的二维霍尔-MHD湍流的动力学主要是由本地化的间歇结构，没有显着的贡献的波动。
2021-07-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Scaling properties of small-scale fluctuations in magnetohydrodynamic turbulence
磁流体动力学（MHD）湍流在大多数自然系统中，包括星际介质，太阳日冕，和太阳风，有雷诺数远远超过雷诺数在数值实验中可实现的。因此，小尺度波动的普遍标度特性引起了人们的极大关注，这些特性可以在模拟中可靠地测量，然后外推到天体物理尺度。然而，与流体动力学湍流，其中的惯性和耗散间隔的通用结构所描述的Kolmogorov自相似性相比，MHD湍流的缩放不能建立仅仅基于尺寸参数，由于存在一个内在的速度尺度-阿尔芬速度。在这封信中，我们证明了Kolmogorov第一自相似性假设不能以同样的方式制定为MHD湍流，它是制定为流体动力学的情况下。除了深刻的后果的分析考虑，这也提出了严格的条件，MHD湍流的数值研究。与流体动力学情况相比，MHD湍流数值模拟中的离散化尺度应比耗散尺度减小得更快，以便模拟随着雷诺数的增加而保持解析。
2014-09-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph
On the parallel spectrum in MHD Turbulence
磁流体湍流的各向异性已被广泛研究多年，最突出的是在太阳风和高分辨率模拟测量。观察到平行于局部磁场的光谱比垂直光谱更陡，通常为$k^{-2}$，与广泛接受的Goldreich-Sridhar（1995）模型一致。在这封信中，我深入研究了平行和垂直谱之间关系的本质，并认为这种$k^{-2}$标度与强流体动力学湍流中拉格朗日频谱的$ω^{-2}$标度具有相同的起源。这是因为阿尔文波沿着磁场线传播。现在已经很清楚，观察到的各向异性可以在不调用“临界平衡”参数的情况下进行论证，并且比以前认为的更可靠。平行谱（拉格朗日谱）和垂直谱（欧拉谱）之间的关系是阿尔芬波强湍流的必然结果，而不是基于测不准关系的猜想。我测试了这一点，使用高分辨率的模拟MHD湍流，特别是我验证了截止的平行频谱尺度作为柯尔莫哥洛夫时间尺度，而不是长度尺度。
2015-02-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-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
The Properties of Compressible MHD and Cosmic Ray Transport
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Iroshnikov-Kraichnan和Goldreich-Sridhar模型，并讨论阿尔芬，慢，快波的标度。我们讨论了这一新的见解的影响，MHD湍流宇宙线运输。
2002-11-22 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Identification of the weak-to-strong transition in Alfvénic turbulence from space plasma
利用四颗Cluster航天器首次在地球磁鞘中观测到MHD湍流的Alfvénic弱到强转变，揭示了非线性相互作用在能量级联中的关键作用，对恒星形成和太阳风加热等领域具有广泛影响。
2024-04-24 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
