A mean field dynamo from negative eddy diffusivity
利用直接数值模拟，我们验证了Roberts（1972）的“流IV”表现出由水平平均大尺度磁场主导的发电机作用。用试验场方法计算了湍流磁扩散系数，发现它是负的，并克服了分子扩散系数，从而定量地解释了磁雷诺数大于$\approx8$时的大尺度发电机现象。正如对这种发电机所预期的那样，但与$α$效应发电机相反，两个水平场分量彼此独立地增长，并具有任意的幅度比和相位差。小长度尺度的平均磁场被证明是稳定的湍流磁扩散率成为积极的在较大的波数。振荡衰减或增长的解决方案也被发现在某些波数间隔和足够大的值的磁雷诺数。对于磁雷诺数低于$\approx0.5$的湍流磁扩散率被证实是积极的，预期所有不可压缩流。早期声称的发电机驱动的修改泰勒-格林流通过负涡扩散率不能得到证实。
2013-05-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Intermittent turbulent dynamo at very low and high magnetic Prandtl numbers
上下文：直接数值模拟表明，即使在低普朗特数，即发电机是有效的，当Re ->无穷大时，发电机有效运行所需的临界磁雷诺数Rm_c小于流体动力学雷诺数Re。目的：我们验证了Iskakov等人的猜想（2007），即当Re ->无穷大时，Rm_c实际上趋于有限值，并且我们研究了发电机生长因子γ在非常低和高的磁性普朗特数下的行为。研究方法：我们使用局部和非局部壳模型的磁流体动力学（MHD）湍流的参数覆盖范围更广的雷诺数比直接数值模拟，但天体物理的相关性。结果：当Re ->无穷大时，Rm_c趋于有限值。在运动状态下，发电机增长因子γ的Rm ->无穷大的极限表现为Re^β，同样，γ的Re ->无穷大的极限表现为Rm^{β '}，β= β'= 0.4。总结：比较与现象学的基础上间歇性的小规模湍流发电机，以及在不同的本地和非本地模型的增长率之间的差异，表明非本地项发电机效应的微弱贡献。
2011-11-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Small-scale turbulent dynamo for low-Prandtl number fluid: comparison of the theory with results of numerical simulations
P.N.Lebedev Physical Institute of RAS（俄罗斯科学院列别杰夫物理研究所）；National Research University Higher School of Economics（国立高等经济大学）
研究通过比较理论与数值模拟，探讨了高和中等雷诺数下湍流发电机的临界磁雷诺数及增长率，指出使用准拉格朗日速度相关子能更好地解释磁场所生成机制，且与模拟结果一致。
2026-03-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetic helicity and fluxes in an inhomogeneous alpha squared dynamo
在三维湍流发电机的研究中，许多工作都是在三重周期区域中进行的，在这些区域中不存在磁螺旋度通量。在这里，我们提出的模拟湍流强度仍然是几乎均匀的，但现在有一个完美的导体边界条件的一端和垂直场或伪真空条件的其他。这导致了迁移发电机波。与相应的解析可解α ^2发电机的结果吻合得很好，并对两种模型的螺旋度通量进行了研究。研究发现，在中等的磁雷诺数，大部分的磁螺旋度损失发生在大尺度。这种变化是否在更大的磁雷诺数，所需的减轻灾难性的发电机淬火问题，仍然不清楚。
2019-02-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
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 analysis on large-scale magnetic fields at high Reynolds numbers
太阳磁场的活动周期为11年，以太阳黑子的数量表示。这种太阳磁场的维持可以归因于对流区中的流体运动，即发电机。这项研究对Hotta等人（2016）提出的全球太阳发电机模拟进行了平均场分析。虽然这项研究成功地在高雷诺数下产生了相干的大规模磁场，但维持这个磁场的详细物理过程还没有完全弄清楚。本研究借由平均场分析来萃取α张量与湍流磁扩散率张量。湍流磁扩散率表现出显着的减少对高雷诺数。湍流磁扩散系数的减小抑制了大尺度场向小尺度场的能量转换。这意味着湍流磁扩散率的降低有助于在高雷诺数下维持大尺度磁场。观察到一个显着的向下湍流泵浦，它是在大尺度场的弱相增强。本研究提出一个大尺度场的周期性反转过程，它主要由α效应驱动，可能由向下泵浦触发。
2022-07-04 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
The onset of turbulent rotating dynamos at the low $Pm$ limit
我们表明，在低磁普朗特数$Pm$限制（即$Pm = Rm/Re \ll 1$）的湍流非螺旋发电机的临界磁雷诺数$Rm_c$可以显着降低，如果流提交到全球旋转。即使对于中等的旋转速率，所需的能量注入速率也可以减小到大于$10^3$的系数。这种强烈的减少的开始是由于减少的湍流波动，使流有一个更大的截止长度尺度相比，相同雷诺数的非旋转流。因此，即使在雷诺数的高值下（即，在$Pm$的低值下），发电机也表现得好像是由层流行为（即，高$Pm$行为）驱动的。因此，我们的发现为设计新的液态金属发电机实验提供了一个新的范例。
2017-01-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dissipation in dynamos at low and high magnetic Prandtl numbers
使用模拟螺旋驱动的湍流，它示出的比率的动能磁能量耗散规模与磁普朗特数的幂律方式与指数约为0.6。超过六个数量级的磁普朗特数的磁场被发现是由大规模的发电机行动的α平方型。这项工作将小磁普朗特数的类似发现扩展到大磁普朗特数的区域。在大的磁普朗特数，大部分的能量耗散粘性，从而降低了磁能量耗散的量，这意味着可以在磁雷诺数进行模拟，该磁雷诺数比给定分辨率所施加的通常限制大。这类似于早期的发现，即在小的磁性普朗特数，大部分的能量被耗散的粘性，降低了动能能量耗散的量，所以模拟可以在更大的流体雷诺数比其他情况下进行。在大磁普朗特数下磁能量耗散的减少是在某些类星体中发现的暗吸积的背景下讨论的。
2011-05-13 astro-ph.SR
Magnetic helicity fluxes in alpha Omega dynamos
在湍流发电机中，大尺度磁场的产生伴随着磁螺旋度在尺度上的分离。大规模和小规模的部分在数量上增加。小规模的部分，最终可以对发电机和淬火，特别是在高磁雷诺数。本文提出了一个发电机的一维平均场模型，其中域内的扩散磁螺旋度通量是重要的。事实证明，这种效应有助于缓解淬火。在这里，我们表明，内部磁螺旋通量，即使在一个半球，可以是重要的，以减轻灾难性的淬火。
2011-08-23 astro-ph.SR
Magnetorotational turbulence transports angular momentum in stratified disks with low magnetic Prandtl number but magnetic Reynolds number above a critical value
磁旋转不稳定性（MRI）可能主导了吸积盘中角动量的向外输运，使物质落在中心物体上。以前的工作已经确定，MRI可以驱动平均场发电机，可能导致一个自我维持的吸积系统。然而，最近，角动量输运参数$\alphaSS$与磁普朗特数$\Prandtl$的缩放的模拟已经对MRI在真实盘系统中传输与天体物理学相关的角动量的能力产生了怀疑。在这里，我们使用的模拟，包括明确的物理粘度和电阻率表明，当包括垂直分层，平均场发电机行动的操作，驱动系统的配置中的磁场是不完全螺旋。这放松了由磁螺旋度守恒提供的对所产生的场的约束，允许在独立于电阻率的时间尺度上产生平均场。我们的模型表明存在一个临界磁雷诺数$\Rmagc$，低于该运输成为强烈的$\Prandtl$依赖和混乱，但高于该运输是稳定的和$\Prandtl$独立。显示$\Prandtl$依赖性的先前模拟具有$\Rmag < \Rmagc$。我们推测，这种稳定的制度是可能的，因为平均场发电机不是螺旋度限制，因此不依赖于螺旋度喷射过程的细节。根据实际的天体物理参数，原恒星和恒星质量黑洞周围的圆盘都有$\Rmag >> \Rmagc$。因此，我们认为，强$\Prandtl$的依赖性，在最近的模拟中看到的不会发生在真实的系统。
2011-09-12 astro-ph.SR
Coronal influence on dynamos
我们报告的湍流发电机模拟在一个球楔外冠层。我们应用一个两层模型，其中下层代表对流区和上层的日冕。该装置用于研究日冕对地表下发电机作用的影响。增加径向日冕范围逐渐增加到太阳半径的三倍，并改变磁雷诺数，我们发现发电机行动受益于额外的日冕范围在饱和阶段的较高的磁能。在这方面，磁螺旋度通量可以发挥重要作用。
2013-10-02 astro-ph.SR
Mesogranulation and small-scale dynamo action in the quiet Sun
宁静太阳区域通常表现出小尺度磁场结构的复杂分布，这些结构与近地表湍流对流运动相互作用。此外，这些磁场中的一些可能是由对流发电机机制局部产生的。除了众所周知的颗粒和超颗粒对流尺度，各种观测表明，有一个中间尺度的对流，称为mesogranulation，垂直磁通量浓度积累优先在mesogranular边界。我们的目的是调查的对流，表现出颗粒和mesogranulation的小尺度发电机性能，比较我们的研究结果与太阳观测。采用一个理想化的模型，局部区域的安静的太阳，我们使用可压缩磁流体力学的数值模拟，在三维笛卡尔域，调查这个系统的参数依赖性（特别是侧重于不同的纵横比和雷诺数的影响）。在纯流体动力对流，我们发现，中粒化是一个强大的功能，这个系统提供的域是足够宽，以适应这些大规模的运动。在较高雷诺数的模拟中，动能谱中的中颗粒峰更为明显。我们研究了该系统的发电机性能的运动学和非线性制度，我们发现，发电机总是更有效地在更大的领域，当mesogranulation存在。此外，我们使用傅立叶空间中的滤波技术来证明，它确实是更大尺度的运动，主要负责驱动发电机。在非线性状态下，磁场分布在空间分布和测得的场强方面与观测结果相比非常有利。
2014-01-20 astro-ph.SR
Catastrophic quenching in alpha-Omega dynamos revisited
在大的磁雷诺数下，磁螺旋度的演化在天体物理的大尺度发电机中起着重要的作用。对这一事实的认识导致了动态α淬火形式主义的发展，它预测了开放系统中灾难性的低平均场。在这里，我们表明，在振荡的α-欧米茄发电机，这种形式主义预测非物理磁螺旋度尺度之间的转移。另一种技术，提出了这种人工制品被删除，通过使用的发展方程的磁场螺旋度的总场在剪切-平流规范。在传统的动力学α猝灭形式主义中，这可以被描述为小尺度场的额外的磁螺旋通量，这在均匀α平方发电机中不会出现。在阿尔法-欧米茄发电机，替代形式主义，导致更大的饱和领域比以前获得的传统形式主义。
2012-03-07 astro-ph.SR
Influence of a coronal envelope as a free boundary to global convective dynamo simulations
我们探讨了一个稳定分层的外部日冕信封旋转湍流对流，差分旋转，和大规模发电机行动的太阳球楔模型的影响。我们解决了可压缩磁流体动力学方程在一个两层模型与不稳定的分层下面的表面，代表对流区，和一个稳定分层的冠状信封上面。界面表示自由曲面。我们将我们的模型与没有冠状包络的模型进行比较。日冕包络的存在被发现修改雷诺应力和$Λ$效应，导致较弱的和非圆柱形的差异旋转。这与由角速度引起并取决于角速度的纬度温度变化减小有关。一些模拟发展了一个近地表剪切层，我们可以将其与热成风平衡方程中的雷诺应力项的符号变化联系起来。此外，自由表面的存在改变了磁场的演化，因为环向场集中在更靠近表面的地方。然而，在所有的模拟中，平均磁场的迁移方向可以用帕克-吉村规则来解释，这与早期的发现是一致的。球形发电机模拟中上边界的真实处理对于流动和磁场演化的动力学至关重要。
2016-12-19 astro-ph.SR
Mean-field dynamo action from delayed transport
我们分析了发电机作用的性质，产生水平平均磁场在两个特定的流动，研究了罗伯茨（1972年，菲尔。横河A 271，411），即他的流II和III。它们的动能螺旋度为零，无论是逐点（流II），还是平均（流III）。使用直接数值模拟，我们确定发电机行动在中等值的磁雷诺数的发病条件。使用测试场的方法，我们表明，湍流磁扩散率，然后是积极的两种流动。然而，我们表明，这两个流量大规模发电机行动发生通过延迟运输。从数学上讲，早期的磁场通过α张量的非对角分量对电动势有贡献，使得零平均磁场变得对发电机动作不稳定。这代表了一个定性的新的平均场发电机机制，以前没有描述过。
2014-01-20 astro-ph.SR
The Global Solar Dynamo
简要总结了太阳发电机研究所依据的各种观测和限制。然后简短地回顾了表明太阳能发电机是巴布科克-莱顿类型的阿尔法-欧米茄发电机的论点。主要的未决问题仍然与次表面动力学有关，包括为什么太阳黑子出现在熟悉的蝴蝶翅膀中的首选纬度，为什么周期约为11年，以及为什么太阳黑子群相对于赤道倾斜（乔伊定律）。接下来，我们转向磁螺旋度，其守恒性质已被确定与大尺度磁场在大磁雷诺数的直接数值模拟中发现的下降。然而，穿过太阳表面的螺旋度磁通量可以缓解这个问题，并将理论与观测联系起来，这将在后面讨论。
2016-02-04 astro-ph.SR
Helical turbulent nonlinear dynamo at large magnetic Reynolds numbers
在旋转的天体物理系统中，包括行星、恒星和星系，大尺度磁场的激发和进一步维持通常被认为涉及由螺旋磁流体动力学湍流驱动的流体磁发电机效应。虽然这种情况是有吸引力的一般理由，但它目前仍然在很大程度上不受约束，特别是因为一个基本的了解大规模的流体磁性的非线性渐近行为的天体物理学相关的，但危险的制度，大磁雷诺数$Rm$仍然缺乏。我们探索这个问题，使用本地高分辨率模拟湍流磁流体动力学驱动的非均匀螺旋强迫产生的正弦曲线的动力学螺旋度，模仿半球形分布的动力学螺旋度在旋转的湍流流体体。我们确定了一个过渡在大$Rm$的非线性状态，其次是$Rm\simeq 3\times 10^3$，由强大的，饱和的小尺度磁流体动力学湍流和较弱的，旅行相干大尺度场振荡。这种状态的特点是一个渐进的小电阻耗散的磁螺旋度，其空间重新分布通过动力学螺旋度的半球分布驱动的湍流通量在赤道，并在大$Rm$的重联典型的等离子体团的纠缠的动态磁场的试探性存在。
2021-12-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Solar surface and atmospheric dynamics: The Photosphere
本文综述了宁静太阳的磁性的各个方面。的建议，一个小规模的发电机在颗粒尺度上产生我们所说的安静的太阳场进行了一些详细的研究。尽管发电机的作用已经在数值上得到了证明，但有人认为，目前的模拟仍然远远没有达到太阳上可能存在的复杂性。我们的这种说法的基础上，没有那么多的低磁雷诺数在模拟中使用，但最重要的是，在他们所采用的动力学雷诺数的小。有人认为，在太阳表面的低磁普朗特数可能会造成意想不到的问题，所观察到的互联网领域的识别与发电机行动在颗粒尺度。在更大（和更深）的尺度上，某种形式的湍流发电机是有利的。Hinode观测到的网络间磁场与Hanle测量推断出的磁场之间的比较正朝着类似的描述收敛。它们都被描述为随机取向的，在几百高斯范围内的大部分横向场。这些相似之处使人们更自然地认为它们是一样的。然而，由于观察到的互联网领域的空间分布中的磁通量的大空隙，有人认为，他们是不太可能产生的发电机行动中的晶间巷道。它的结论是，如果发电机是在颗粒尺度上，最终产品可能还没有观察到在目前的空间分辨率和灵敏度与塞曼效应。
2013-01-29 astro-ph.SR
Methodology for estimating the magnetic Prandtl number and application to solar surface small-scale dynamo simulations
上下文在太阳大气中的小尺度发电机的数值研究的一个关键步骤包括一个准确的测定的磁普朗特数，Prm，源于辐射磁流体动力学（MHD）模拟。目标。其目的是提供一个可靠的方法来估计有效的雷诺数和磁雷诺数，Re和Rem，和它们的比率Prm=Rem/Re（磁普朗特数），这将MHD模拟和分类的小规模发电机模拟这些无量纲参数。方法.提出的计算Re和Rem的方法是基于适当元素上的投影方法，并且它依赖于使用比模拟代码中的数值算子更高阶精确的数值算子进行的后处理步骤。一些辐射MHD模拟与不同的有效粘度和等离子体的粘性进行了CO 5 BOLD代码，和由此产生的增长率的磁能和饱和磁场强度的特征在于在Re和Rem。结果总的来说，所提出的方法提供了一个坚实的估计的耗散系数影响的动量和感应方程的MHD模拟代码，因此也是一个可靠的评估的磁普朗特数表征的数值结果。此外，它被发现，小规模的发电机是活跃的，可以放大一个小的种子磁场显着的值在CO 5 BOLD模拟网格间距小于h=12公里，即使在Prm=0.65。然而，它也是显而易见的，这是很难单独的Prm分类发电机模拟，因为它不仅是重要的耗散系数的幅度估计，而且在尺度能量耗散发生。
2022-03-24 astro-ph.SR
Small-scale dynamos on the solar surface: dependence on magnetic Prandtl number
在太阳表面层可能的小规模发电机行动的问题是重新与现实的三维MHD模拟。在其他的MHD问题，发电机行动被发现是一个敏感的函数的磁普朗特数${\rm P_{\rm m} }=ν/η$，它消失在一个临界值${\rm P_{\rm c}}$，这是一个函数的数值分辨率。在3.5 km的网格间距处，基于代码（STAGGER）中实现的超扩散系数的${\rm P_{\rm c}}$为$\approx 1$，随着网格间距的增加而增加。在其他设置中，它仍然不确定是否存在小规模发电机行动的天体物理极限，其中${\rm P_{\rm m} }<<1$和磁雷诺数${\rm R_m}\gg 1$。这个问题是讨论的背景下，外部杂散字段被观察到在其他数值和实验室系统中产生和维持发电机行动的强烈影响，并与II型超瞬态行为的发电机行动中观察到的外部字段的情况下。
2015-05-18 astro-ph.SR
Can catastrophic quenching be alleviated by separating shear and alpha effect?
作为大规模发电机的副产品而产生的小规模磁螺旋度被认为在发电机饱和中起主要作用。在平均场模型中，小尺度磁螺旋度的产生可以用动力学猝灭理论来模拟。突变猝灭是指饱和场强随雷诺数的增加而减小。有人认为，灾难性淬火只影响非零螺旋湍流的区域（即运动学α作用的区域），通过将强剪切区域与α层分离，可以减轻灾难性淬火。本文对雷诺数在1 < Rm < 10^5范围内的球壳中的简单轴对称双层α-ω发电机进行了系统的研究。在动态淬火的框架中，我们表明，这可能不是这种情况下，这表明磁螺旋通量将是必要的。
2010-05-31 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
Tayler instability and dynamo action of cylindric magnetic rings
本文研究准开普勒Taylor-Couette流中单环与双环环向磁场的Tayler不稳定性，揭示Pm、Reynolds数和磁Mach数的影响，并分析其弱alpha效应与小尺度发电机模式。
2025-03-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Mechanism of local dynamo action on the Sun
在平静的太阳中，磁场通常被观测为小尺度的磁性元素，“盐和胡椒”，覆盖整个太阳表面。通过使用3D辐射MHD数值模拟，我们证明了这些场是对流区顶层局部发电机作用的结果，其中极弱的“种子”磁场可以局部增长到平均均分场之上（例如，从$10^{-6}$ G“种子”场到超过1000 G的磁性结构）。我们发现，当地发电机行动只发生在一个浅，约500公里深，地下层，从产生的领域被输送到更深的层对流下沉气流。我们证明，所观察到的主导地位的垂直磁场在光球和水平场以上的光球可以解释由发电机产生的多尺度磁回路。
2013-12-03 astro-ph.SR
Kinematic dynamo induced by helical waves
我们数值研究了周期盒中两个螺旋波叠加引起的运动发电机，作为理解天体发电机作用的简化模型。研究了磁雷诺数、波数和频率对发电机作用的影响。发现这种螺旋波发电机是一种慢发电机。发电机增长率存在一个最佳波数。较低的波频率有利于发电机的行动和振荡的磁能出现在某些特定的波频率。
2014-07-24 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Helicity conservation in nonlinear mean-field solar dynamo
我们使用包含次表层剪切的轴对称发电机模型来探讨磁螺旋度守恒对平均场太阳发电机的影响。我们的研究结果支持了Hubbard & Brandenburg（2012）最近的发现，他们认为如果考虑到总磁螺旋度守恒，平均场发电机中的灾难性淬灭会得到缓解。我们表明，太阳发电机可以在磁雷诺数高达$10^{6}$的宽范围内运行。我们还发现，磁螺旋度的边界条件影响的$α$ -效应的分布在太阳表面附近。
2012-11-11 astro-ph.GA 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
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
Small-scale dynamo action in rotating compressible convection
我们研究发电机行动在对流层的导电，可压缩流体，旋转的垂直轴。在上、下边界面上，磁场采用理想导电边界条件。两个不同层次的热分层被认为是。如果磁扩散率足够小，对流就像一个小型发电机。使用定义的磁雷诺数$R_M$是基于水平积分尺度和水平平均速度在中层的域，我们发现，旋转倾向于减少$R_M$的临界值以上的发电机行动观察。在旋转计算中，增加层内的热分层水平不会显著改变$R_M$的临界值，但它确实会导致非旋转情况下该临界值的降低。在磁雷诺数的最高可计算值处，发电机的饱和水平在所有情况下都是相似的，平均磁能密度在平均动能密度的4%和9%之间。为了进一步了解旋转和非旋转对流之间的差异，我们量化的拉伸性能的每个流通过测量李雅普诺夫指数。在远离边界的地方，由于流动而引起的拉伸率在旋转情况下比在相应的非旋转计算中对深度的依赖要小得多。它还表明，旋转的影响显着降低的磁能量耗散在层的下部。我们还研究了发电机的饱和机制的某些方面。
2011-10-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamo Onset as a First-Order Transition: Lessons from a Shell Model for Magnetohydrodynamics
本文对磁流体动力学（MHD）湍流壳模型中的发电机作用在磁普朗特数$Pr_{\rm M}$和磁雷诺数$Re_{\rm M}$的宽范围内进行了系统的、高分辨率的研究。我们的研究表明，这是很自然的发电机开始认为是一个非平衡，一阶相变之间的两个不同的湍流，但统计稳定的状态。磁能和动能之比是这种转变的一个方便的序参量。利用这个序参量，我们得到了$(Pr^{-1}_{\rm M}, Re_{\rm M})$平面内MHD壳模型中发电机形成的稳定性图（或非平衡相图）。发电机边界，发电机和非发电机区域分开，似乎有分形特征。我们得到的滞后行为的序参量跨越这个边界和建议的成核型现象。
2009-11-23 astro-ph.SR nlin.CD
Traces of large-scale dynamo action in the kinematic stage
使用直接数值模拟（DNS），我们验证了在运动学状态下，湍流螺旋发电机以这样一种方式增长，即磁能谱保持高精度的形状不变，即，在每个波数$k$，频谱以相同的增长率增长。大规模发电机作用的特征可以通过两个相反极化成分之一的小$k$上的过剩磁能来识别。还可以选择磁场的适当定义的平面平均值，使得其rms值隔离平均场的强度。然而，这些不同的分析方法表明，大尺度场的强度随着磁雷诺数${\rm Re}_{\rm M}$的增加而减小，如${\rm Re}_{\rm M}^{-1/2}$（对于中间值）和${\rm Re}_{\rm M}^{-3/4}$（对于较大值）。包括螺旋度和DNS的卡赞采夫模型的分析都表明，这是由于磁能谱仍然在电阻标度处达到峰值，即使存在螺旋度。正如预期的那样，大尺度场的振幅随着分数螺旋度的增加而增加，使我们能够确定大尺度发电机作用的开始，并将其与小尺度发电机的开始区分开来。我们的DNS表明，相反，早期的结果为较小规模的分离（只有1.5，而不是现在的4），小规模的发电机仍然可以激发在磁普朗特数为0.1，只有中等值的磁雷诺数（$\sim 160$）。
2014-09-17 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Effect of Velocity Shear on Dynamo Action Due to Rotating Convection
最近的数值模拟发电机行动所造成的旋转对流揭示了一些严重的问题，在应用的标准图片的平均场电动力学在高值的磁雷诺数，从而强调了大规模的磁场发电机在这一制度的困难。在这里，我们考虑运动发电机过程中的旋转对流层的Boussinesq流体的附加影响的大规模水平速度剪切。剪切流的减弱增强了发电机的增长速率，并且还导致在大尺度上产生显著的磁场。通过频谱滤波技术，我们分析了主要负责发电机行动的速度模式，并表明，从全流产生的磁场依赖于速度场的尺度范围。对流体进行过滤，使剪切流和对流之间的尺度真正分离，也会导致发电机作用;然而，在这种情况下，磁场的结构与全速场产生的结构非常不同。我们还表明，发电机行动的性质是大致相似的，无论是否在没有剪切流可以支持发电机行动。
2012-11-22 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Fluctuation Dynamo and Turbulent Induction at Small Prandtl Number
本文在Kazantsev-Kraichnan白噪声平流模型中，研究了Prandtl数为零、磁雷诺数为无穷大时涨落发电机的拉格朗日机制。对于对应于湍流惯性范围的粗糙速度场，通量冻结仅在随机意义上成立。我们表明，场线到达同一点，最初分开了许多电阻长度是很重要的发电机。与初始分离矢量平行的种子场的磁矢量到达反相关并产生“反发电机”效应。我们还研究了空间均匀的种子场的“磁感应”问题。我们发现这个过程和涨落发电机之间没有本质的区别，两者都产生相同的增长率和小尺度的磁相关。在涨落发电机失效的非常粗糙的速度场中，我们得到了感生磁能谱。我们用这些结果来评估理论提出的磁谱在实验室实验中的湍流感应
2010-08-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Rotationally induced coherence in turbulent kinematic dynamos
我们考虑旋转，运动发电机在低磁普朗特数$Pm$。我们表明，包括旋转导致时空相干性的增加和修改的湍流谱。这些效应使流动在驱动发电机方面更有效，从某种意义上说，与非旋转发电机相比，达到磁雷诺数$Rm_c$临界值所需的能量注入率降低了（Seshasayanan等人，2017）。对于随机发电机，已知增长率将在很大程度上由阻力标度处的流的谱指数决定。然而，在这里，我们证明了旋转流中的发电机增长率增加了旋转诱导的长寿命的大尺度涡的相干时间大于当地的周转时间。这些涡流在决定发电机增长率方面起着主要作用。
2018-11-03 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetic Wreaths and Cycles in Convective Dynamos
太阳型恒星表现出丰富多样的磁活动。为了探索这种活动的对流起源，我们进行了一系列的全球三维磁流体动力学（MHD）模拟与滞弹性球谐（ASH）代码。在这里，我们报告的发电机机制实现的人工扩散的影响系统地减少。模拟是在太阳值的三倍（3 $Ω_\odot$）的标称旋转速率下进行的，但类似的动力学也适用于太阳。我们以前的模拟表明，对流发电机可以建立持久的环形磁通结构（磁环）中的湍流对流区和高转速促进循环逆转这些花圈。在这里，我们证明，磁循环也可以通过减少扩散，从而增加雷诺数和磁雷诺数。在这些更加湍流的模型中，扩散过程不再在建立和维持差动旋转和磁环的关键动力学平衡中发挥重要作用。磁反转是由于对流运动的极向磁感应不平衡，在较高的扩散水平是稳定的。此外，湍流水平的提高导致环形磁环中更大的不稳定性，促进了从我们模拟域的内部深处上升到上部区域的浮力磁环的产生。本文还讨论了这种磁浮力对太阳和恒星通量出现的影响。
2012-11-13 astro-ph.SR physics.comp-ph
Comment on paper by L. M. Malyshkin and S. Boldyrev, "Magnetic dynamo action at low magnetic Prandtl numbers", PRL 105, 215002 (2010)
在低磁普朗特数和大磁雷诺数Rm下，小尺度发电机不稳定性增长率的标度λ \sim Rm^{1/2}在阈值附近是否有效？我们对高斯白噪声速度场（Kazantsev-Kraichnan模型）发电机方程的分析甚至数值解（Malyshkin和Boldyrev，2010）都表明答案是否定的。与Malyshkin和Boldyrev（2010）的主张相反，发电机增长率有两种不同的渐近性：在阈值附近和远离阈值。
2010-12-13 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
Magnetic helicity fluxes and their effect on stellar dynamos
我们研究了磁场驱动的α ^2发电机中的磁螺旋度通量，以证明它们能够减轻灾难性的猝灭。使用一维平均场形式来获得10^5量级的磁雷诺数。我们研究了通过中平面的扩散磁螺旋度通量以及最近提出的交替动态淬火形式主义。通过加入剪切力，我们对发生发电机作用的剪切力和强迫力参数的临界值进行了参数扫描。对于这个$αΩ$发电机，我们发现首选模式关于中平面反对称。这也验证了在3-D直接数值模拟。
2012-01-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
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，$…
2022-04-07 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Large-scale dynamo action of magnetized Taylor-Couette flows
具有准开普勒旋转定律的含有环形磁场的导电Taylor-Couette流作为Tayler-Spruit型的平均场发电机模型。流动对非轴对称扰动是不稳定的，这些扰动形成定义$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
Large-scale-vortex dynamos in planar rotating convection
最近的几项研究已经证明了大尺度涡旋如何在旋转平面对流中自发产生。在这里，我们研究发电机性能的旋转Boussinesq对流等流量。对于中等值的磁雷诺数（$100 \lesssim Rm \lesssim 550$，其中$Rm$基于盒深度和对流速度），产生大尺度（即系统尺寸）磁场。磁能的振幅随时间振荡，与大尺度涡旋的振荡振幅几乎异相。一旦磁场达到临界强度，大尺度涡旋就会被破坏，这表明这些振荡是磁源的。发电机机制依赖于那些长度尺度介于大尺度涡旋和典型对流单体尺寸之间的流动分量;不需要较小尺度的流动。尽管大尺度涡旋基本上是二维的，但它在磁感应强度中起着至关重要的作用;因此，我们将这种发电机称为大尺度涡旋发电机。对于较大的磁雷诺数，发电机是小规模的，具有在对流单体的规模达到峰值的磁能谱。在这种情况下，小尺度磁场通过破坏允许其形成的对流速度之间的相关性来持续抑制大尺度涡旋。因此，在高$Rm$时对大尺度涡旋的抑制可能限制了大尺度涡旋发电机与具有中等$Rm$值的天体（如行星）的相关性。在这种情况下，在低磁普朗特数的大规模涡流发电机的操作能力是极大的兴趣。
2017-01-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
The role of magnetic boundaries in kinematic and self-consistent magnetohydrodynamic simulations of precession-driven dynamo action in a closed cylinder
本研究数值模拟了进动圆柱内导电流体流动的发电机作用，对比了运动学方法与自洽三维MHD模拟，发现外部层电磁特性显著影响临界磁雷诺数，且非线性模拟揭示了小尺度发电机解及短暂的发电机爆发现象。
2025-04-04 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Ultimate large-$Rm$ regime of the solar dynamo
CNRS（法国国家科学研究中心；天体物理与行星研究所）；IRAP（图卢兹大学；奥克西塔尼大学；天体物理与行星研究所）；Université de Toulouse；UPS-OMP；IRAP
研究揭示了太阳发电机在大Rm下的极限区域，通过数值模拟表明该区域需在简化模型中实现，且现有模拟仍处于非渐进湍流状态。
2026-02-06 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
The combined effect of precession and convection on the dynamo action
为了了解地球和行星磁场的产生，我们数值研究了进动和对流对球壳发电机作用的综合影响。在低Ekman数下，研究了单独的对流、单独的旋进以及对流和旋进的组合效应，在低Ekman数下，旋进流动已经不稳定。结果表明，虽然单独的进动和对流不足以支持发电机作用，但由于进动和对流不稳定性的共振，进动和对流的联合作用可以支持发电机作用。这一结果可以解释为什么地球发电机与火星发电机相比维持了如此长的历史。
2016-08-02 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Axisymmetric dynamo action is possible with anisotropic conductivity
发电机理论的一个里程碑是考林定理，其现代形式被称为轴对称速度场不可能通过发电机作用产生轴对称磁场。使用各向异性的电导率，我们表明，轴对称发电机实际上是可能的运动一样简单的固体旋转。最重要的是，不稳定性分析可以完全解析地进行，导致发电机阈值的显式表达式，这是发电机理论中唯一的例子。
2020-04-17 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
Turbulent small-scale dynamo action in solar surface simulations
我们证明了磁对流模拟纳入基本的物理过程，太阳表面对流表现出湍流小尺度发电机的行动。通过推导可压缩磁流体动力学（MHD）的能量平衡方程和传递函数，我们量化的磁能的来源上的规模按规模的基础上。我们排除了两种替代机制的产生小尺度磁场的模拟：纠缠的磁场线与湍流级联和阿尔芬化的小尺度速度波动（“湍流感应”）。相反，我们发现小尺度磁能的主要来源是小尺度磁场线的惯性范围流体运动对抗磁张力产生（对抗欧姆耗散）更小尺度的磁场。所涉及的尺度随着雷诺数的增加而变小，这表明发电机是一个小尺度湍流发电机。
2010-04-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Study of Dynamo Action in Three Dimensional Magnetohydrodynamic Plasma with Arnold-Beltrami-Childress Flow
研究了三维磁流体动力学（MHD）等离子体中以ABC流为初始条件的发电机作用。该研究描绘了从相干非线性振荡到发电机过渡的关键参数。此外，在磁普朗特数等于单位的动力学和动力学模型的发电机行动的驱动ABC流进行了研究。磁电阻率选择在发生快速发电机的值处，并且生长速率不随磁电阻率的变化而进一步变化。磁能增长的指数增加，表明一个更快的发电机，如果一个较高的波数相比，一个较低的波数被激发。这个结果对于运动学的和外力的动力发电机都是适用的，其中磁场对速度场的反作用不再是可以忽略的。在一个受外力的动态发电机的情况下，超阿尔文流已被发现激发强大的发电机引起的磁能增长的7个数量级。磁场通过洛伦兹力项对速度场的反作用影响了速度场的动力学特性，进而影响了磁场的动力学特性，当发电机作用非常显著时，会导致磁场饱和。
2019-01-28 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Magnetic dynamo action at low magnetic Prandtl numbers
本文研究了小磁普朗特数区域中运动学湍流发电机作用对磁场的放大作用。这样的制度是相关的行星和恒星内部，以及液态金属实验室实验。Kazantsev Kraichnan模型的基础上，建立发电机阈值和发电机增长率的湍流波动的不同动力学螺旋度的全面分析。有人建议，在对比的情况下，大磁普朗特数，在小磁普朗特数的运动发电机行动的显着影响的动力学螺旋度，它可以是相当有效的螺旋度谱的适当选择。
2010-10-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamos driven by poloidal flows in untwisted, curved and flat Riemannian diffusive flux tubes
最近，Vishik反快速发电机定理已经针对非拉伸通量管进行了测试[Phys Plasmas 15（2008）]。在本文中，另一个反发电机定理，称为考林定理，它指出，轴对称磁场不能支持发电机行动，仔细测试对厚管和弯曲的黎曼无扭流，以及薄通量管扩散和无扩散介质。在非扩散介质中，在薄的黎曼平坦无扭曲通量管中不违反Cowling定理，其中Frenet曲率为负。然而，薄通量管中的扩散作用导致由极向流驱动的发电机作用，如Love和Gubbins（Geophysical Res.）在地球发电机的背景下。实际上，它表明，一个缓慢的发电机行动获得。在这种情况下，Frenet和Riemann曲率仍然为零。在扩散介质中的磁丝的情况下，发电机的作用时，得到的Frenet标量曲率为负。由于黎曼曲率张量可以用磁通量管轴的弗伦内曲率来表示，这个结果可以类似于最近由奇科内，拉图什金和史密斯得到的结果，该结果指出紧致黎曼流形中的测地曲率可以驱动流形中的发电机作用。研究还表明，在没有扩散的情况下，磁能不会增长，但极向场可以产生磁性的环形磁场，这就是所谓的等离子体发电机。
2010-03-12 astro-ph.SR math-ph math.MP
Small-scale dynamo saturation across magnetic Prandtl numbers using the EDQNM closure
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究所）；Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics（大学间天文学与天体物理中心）；Department of Physics, Ashoka University（阿肖卡大学物理系）
研究小尺度发电机饱和问题，通过分析和数值方法证明 EDQNM 闭合与运动学发电机模型等效，可扩展到多尺度湍流和非线性 regime，探索参数范围，给出不同磁普朗特数下渐近 regime 及相关比率。
2026-07-07 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Periodic magnetorotational dynamo action as a prototype of nonlinear magnetic field generation in shear flows
以开普勒剪切流中的磁旋转发电机为原型，研究了倾向于磁流体动力学不稳定性的剪切流中发电机作用的性质。利用直接数值模拟和牛顿方法，我们计算了一个精确的时间周期磁旋转发电机的三维耗散不可压缩磁流体动力学方程的旋转和剪切。我们讨论的物理机制背后的周期，并表明，它是从一个大规模的轴对称环形磁场和非轴对称扰动放大的磁旋转不稳定性之间的线性和非线性相互作用的组合。我们证明，这种大规模的发电机机制是整体内在的非线性和不可还原的标准平均场发电机形式主义。因此，我们的研究结果提供了明确的证据，一个通用的非线性产生机制的时间相关的相干大尺度磁场剪切流，并呼吁新的理论发电机模型。这些发现为理解亚临界磁旋湍流的相变和统计性质提供了重要线索。
2011-09-08 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
