Energy transfers and magnetic energy growth in small-scale dynamo
在这封信中，我们调查的小规模发电机的磁能增长的动力学研究的能量转移，主要是能量通量和壳到壳的能量转移。在$1024^3$网格上，利用伪谱方法对磁普朗特数$\mathrm{Pm}=20$进行了发电机模拟.我们证明了磁能增长是由大尺度或强迫尺度速度场向小尺度磁场的非局域能量转移引起的。随着发电机的发展，这些能量转移的峰值向较低的波数移动，这就是磁场的积分尺度随时间增加的原因。能量传递$U2U$（速度到速度）和$B2B$（磁到磁）是正向的和局部的。
2014-01-10 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Growth rate degeneracies in kinematic dynamos
我们考虑简单定常流中运动发电机作用的经典问题。由于伴随的感应算子，我们表明，发电机的增长率将是完全相同的两种类型的磁边界条件：磁场可以是正常的（无限磁导率，也称为伪真空）或切线（完美的电导体）的域的边界。这些边界条件对应于通常用于数值模型和与实验室实验相关的定义明确的物理极限。唯一的约束是速度场u是可逆的，这意味着存在一个将u变为-u的变换。我们用受Dudley和James（1989）启发的球面几何中的S2 T2型流动来说明这一令人惊讶的性质。使用这两种类型的边界条件，它示出的发电机的增长率是相同的，虽然相应的磁本征模是截然不同的。
2013-09-24 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Toward an asymptotic behaviour of the ABC dynamo
ABC流最初是由Arnol'd为了研究拉格朗日混沌而引入的。它很快成为通过快速发电机作用来说明磁场放大的原型例子，即发电机作用在典型的时间尺度上表现出磁场放大，与介质的电阻率无关。尽管这种流动是这类重要发电机最经典的例子（适用于大尺度天体物理学物体），最近指出，（BouyaIsmaël和DormyEmmanuel，Phys.Fluids，25（2013）037103），该流动的快速发电机性质尚不清楚，因为增长率仍然取决于磁雷诺数在最大值迄今为止可用$(\text{Rm} = 25000)$。使用国家的最先进的高性能计算，我们提出了高分辨率的模拟（高达40963），并延长$\text{Rm}$值高达$ 5\cdot10^5$。有趣的是，即使在这些巨大的值，领先的本征模的增长率仍然取决于控制参数和渐近制度尚未达到。我们表明，最大的增长率是一个递减函数的$\text{Rm}$的最大值的$\text{Rm}$，我们可以实现（预期在上述文件）。缓慢衰减的振荡可能表明一个新的模式交叉或系统正在接近基本频谱的极限。
2016-03-09 physics.flu-dyn
Optimization of the magnetic dynamo
在恒星和行星中，磁场被认为是源于其内部导电流体的运动，通过一个被称为发电机机制的过程。在这封信中，一个优化过程是用来同时解决发电机理论的两个基本问题：“哪一个速度场导致最磁能增长？和“相对于磁扩散，速度需要多大？”“一般来说，这需要在几何形状内的连续螺线管速度场的整个空间上进行优化。这里考虑的情况下，一个周期性的盒子。用均方根振幅测量流动的强度，示出存在最佳速度场，但在没有应变率限制的情况下，优化容易发散。测量其相关的耗散方面的流量导致识别一个最佳的临界磁雷诺数发电机所需的。发现该磁雷诺数仅比磁场的瞬态增长所需的高15%。
2012-12-19 physics.flu-dyn
Turbulent 3D MHD dynamo model in spherical shells: Regular oscillations of the dipolar field
我们报告的三维数值模拟结果的对流驱动发电机在相对较薄的旋转球壳，显示从一个强大的非振荡偶极磁场到一个较弱的定期振荡偶极场的过渡。这种转变主要是由无应力边界条件的影响引起的。的内，外半径比的变化被发现有一个不太重要的影响。
2011-02-05 physics.flu-dyn
Helical dynamo growth at modest versus extreme magnetic Reynolds numbers
了解天体中大尺度磁场的增长是一个持续的挑战。我们解决了长期存在的问题，有多少螺旋大规模发电机增长发生独立的磁雷诺数（Rm）在一个封闭的体积。从适度的Rm数值模拟，我们确定了一个预饱和制度时，大规模的字段增长独立的Rm，但一个Rm依赖的幅度。然而，对于合理的磁谱，分析预测震级与Rm无关，并且实质上为Rm $\to\infty$。这使人们对封闭发电机的相关性重新感到乐观，并指出适度的Rm和超扩散模拟如何导致对Rm $\to\infty$行为的误解。
2023-03-10 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Dynamo Action in a Quasi-Keplerian Taylor-Couette Flow
我们数值计算的泰勒-库埃特几何的内，外圆柱体的旋转速率满足$Ω_o/Ω_i=(r_o/r_i)^{-3/2}$的导电流体的流动。在这种准开普勒状态下，非磁性系统对于所有雷诺数$Re$都是瑞利稳定的，并且所产生的纯方位流对于所有磁性雷诺数$Rm$都不能产生运动发电机作用。对于$Re=10^4$和$Rm=10^5$，我们证明了一个有限振幅发电机的存在，从而一个合适的初始条件产生相互维持的湍流和磁场，即使两者都不能存在没有其他。这种发电机解决方案的结果显着增加向外角动量传输，与大部分的运输是由麦克斯韦，而不是雷诺应力。
2017-10-06 physics.flu-dyn
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
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
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
Influence of initial conditions on the large-scale dynamo growth rate
为了研究能量和螺旋度对磁场增长的影响，将螺旋动力学强迫施加到具有特定能量和螺旋度分布的磁流体动力学（MHD）系统.模拟结果表明，系统的饱和不受初始条件的影响，但大尺度磁场的增长率与初始大尺度磁能和螺旋度成正比。已经知道小尺度磁场的螺旋分量（即，电流螺旋度$<{\bf j}\cdot {\bf b}>$）抑制大尺度磁场的增长。然而，$<{\bf j}\cdot {\bf b}>$也可以通过改变其符号和大小来促进大尺度磁场的增长。另外，模拟表明非螺旋磁场通过洛伦兹力对速度场有抑制作用。通过比较磁场和动能的变化曲线，发现当外部能量进入三维MHD系统时，动能发生了后移，表明速度场可能在MHD发电机的早期阶段起了先导作用。
2013-08-15 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Vorticity and magnetic dynamo from subsonic expansion waves
本研究通过电阻性MHD直接数值模拟发现，在无旋强迫下，纯旋转无法产生磁发电机，而背景正弦剪切能引发涡度发电机并驱动磁场指数增长至与湍动能平衡，斜压项会延迟发生但加快增长。
2023-07-26 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Instability-driven interfacial dynamo in protoneutron stars
日震学已经证明了太阳中速跃层的存在。目前还不清楚类似的剪切层，被广泛认为是磁发电机行动的座位，也存在于质子中子星。磁扩散率$η$和湍流涡度$α$的突然跳跃，例如在中子指和对流区之间的界面处，已知能够增强质子中子星中的平均场发电机效应。在这里，我们适用于众所周知的，平面平行，麦格雷戈-夏博诺分析的太阳能界面发电机的质子中子星的问题，并计算分析的增长率在一系列条件下。结果表明，像太阳发电机，它是不可能实现自我维持的增长，如果在$α$，$η$，和剪切的不连续性是一致的，磁扩散率是各向同性的。相反，当$η$和$α$中的跳跃位于远离剪切层时，自维持增长可能持续$P\lesssim 49.8$ ms（如果速度剪切位于$0.3R$）或$P\lesssim 83.6$ ms（如果速度剪切位于$0.6R$）。这转化为比太阳中更强的剪切和/或$α$效应。如果磁扩散率是各向异性的，则通过${\bfΩ}\times{\bf{J}}$效应，即使当$α$、$η$和剪切不连续性重合时，自维持生长也是可能的。
2011-08-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The Kraichnan-Kazantsev dynamo
本文研究了Kraichnan不可压无螺旋速度场的发电机效应问题。利用Kazantsev（A.P. Kazantsev，Sov. Phys.JETP 26，1031 - 1034（1968）），我们表明，临界磁雷诺数的存在发电机。普朗特数的值影响磁场的空间分布及其随时间的增长。在流动的扩散尺度和粘性尺度之间，磁场相关长度总是最大的。以同样的方式，场增长的特征在于对应于扩散和粘性特征时间之间的最大的时间尺度。
2001-06-27 astro-ph physics.flu-dyn
Fast and Furious dynamo action in the anisotropic dynamo
在大的磁雷诺数的限制下，只要电导率或磁导率是各向异性的，光滑的微分旋转就能导致快速发电机动作。如果剪切是无限的，例如在两个旋转的固体之间，各向异性发电机变得狂暴，这意味着磁增长率随着磁雷诺数的增加而朝着无穷大增加。
2022-07-08 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Wave-driven dynamo action in spherical MHD systems
本文报道了对球体内机械强迫双涡流动的流体动力学和磁流体动力学数值研究。在中间制度之间的层流和发达国家的湍流的流体动力学不稳定性被发现产生内部波的特征m=2带状波数的模拟。结果表明，这种时间周期性的流作为一个发电机，虽然快照的流量以及平均流量不是发电机。磁场的增长率根据波频率表现出共振效应。在此基础上，提出了一种基于速度和磁场相对对准的周期性自毁自恢复发电机。这种现象解释的非正交本征态的磁感应方程的时间相关的线性算子的混合。这种机制的潜在相关性发电机实验进行了讨论。
2009-09-25 physics.flu-dyn
Interaction of large- and small-scale dynamos in isotropic turbulent flows from GPU-accelerated simulations
磁流体发电机出现在许多不同的天体物理情况下，湍流存在，但大尺度（LSD）和小尺度发电机（SSD）之间的相互作用还没有完全理解。我们进行了系统的研究各向同性强迫驱动的湍流发电机在等温磁流体与磁普朗特数的单位，专注于指数增长阶段。螺旋和非螺旋强迫被用来分离LSD和SSD的影响在一个周期域。检查了高达$\approx 250$的雷诺数（Rm），并使用多种分辨率进行收敛性检查。我们使用Astaroth代码运行了模拟，该代码旨在加速图形处理单元（GPU）上的3D模板计算，并采用多个GPU进行点对点通信。我们观察到的加速$\approx 35$在单节点性能相比，广泛使用的多CPU MHD求解器的MHD代码。我们从平均磁场及其功率谱估计了生长速率。在低Rm，LSD增长占主导地位，但在高Rm SSD似乎占主导地位，在螺旋和非螺旋强迫的情况下。纯SSD增长率遵循作为Rm的函数的对数标度。从生长阶段的磁场的概率密度函数表现出SSD行为在螺旋强迫的情况下，即使在中间Rm。我们估计平均场湍流输运系数使用封闭，如二阶相关近似（SOCA）。它们产生的生长速率与直接测量的相似，并提供了$α$淬灭的证据。我们的研究结果是一致的SSD抑制LSD的增长在中等的Rm，而发电机的增长是在更高的Rm增强。
2020-12-16 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
A New Dynamical Mean-Field Dynamo Theory and Closure Approach
我们发展了一个新的非线性平均场发电机理论，耦合场的增长的时间演变的磁螺旋度和湍流电动势，$\emfb$。我们表明，动力学和电流螺旋度之间的差异自然出现的增长驱动程序时，时间导数的$\emfb$耦合到理论。该解决方案预测显着的磁场增长的运动学阶段和饱和率/强度，是磁雷诺数依赖/独立的数值模拟协议。早期振荡的振幅为闭合提供了诊断。
2002-10-23 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Efficient highly-subsonic turbulent dynamo and growth of primordial magnetic fields
我们提出的第一个研究的放大磁场的湍流发电机在高亚音速制度，与马赫数范围从$10^{-3}$到$0.4$。我们发现，对于较低的马赫数，发电机的饱和效率，$(E_{\mathrm{mag}}/E_{\mathrm{kin}})_{\mathrm{sat}}$，随着马赫数的减少而增加。即使在能量注入完全通过纵向强迫模态的情况下，在马赫数为$10^{-3}$时，也是$(E_{\mathrm{mag}}/E_{\mathrm{kin}})_{\mathrm{sat}}$ $\gtrsim 10^{-2}$。我们将我们的结果应用于早期宇宙的磁场放大，并预测湍流发电机可以将原始磁场放大到$\gtrsim$ $10^{-16}$高斯（规模高达0.1 pc）和$\gtrsim$ $10^{-13}$高斯（规模高达100 pc）。这产生的磁场与从耀变体$γ$射线观测中推断出的星系际磁场的下限相一致。
2021-01-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-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
The Unsteady Taylor--Vortex Dynamo is Fast
Northwestern University（西北大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Southwest Research Institute（西南研究所）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Flatiron Institute（平顿研究所）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本文研究了不稳泰勒-涡流在高Rm条件下产生快速发电机的机制，揭示了其时空尺度与发电机生长率的关系。
2026-02-17 physics.flu-dyn
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
Numerical simulations for the DRESDYN precession dynamo
目前正在亥姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫中心（HZDR）开发的下一代发电机实验将由一个充满液体钠的旋进圆柱形容器组成。我们进行数值模拟的运动发电机行动应用速度场，从流体动力学模型的进动驱动流。到目前为止，所产生的磁场增长率保持低于发电机阈值的磁雷诺数高达Rm=2000。
2014-11-05 astro-ph.EP physics.flu-dyn
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
Kinematic dynamo in two-dimensional chaotic flow: the initial and final stages
研究了二维混沌流中的小尺度运动发电机。分析方法是在Kraichnan-Kazantsev模型的框架内开发的。它表明，磁场$\bm{B}$波动的增长停止在大的时间按照所谓的反发电机定理。$\bm{B}^2$的值随磁性普朗特数的平方增加。找到了磁场相关张量的空间结构。
2016-03-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Spherical single-roll dynamos at large magnetic Reynolds numbers
本文研究被绝缘体包围的球形流体中的运动螺旋发电机。特别是，我们研究他们的行为在制度的大磁雷诺数$\Rm$，发电机行动通常集中在一个简单的共振流面。发电机本征解计算数值计算两个代表性的单辊流使用紧凑的球谐分解和四阶有限差分半径。然后将这些解与Gilbert和Ponty（2000）的大$\Rm$渐近理论的增长率和本征函数进行比较。我们发现，当$\Rm>10^4$的增长率之间，以及当$\Rm>10^5$的本征函数之间有很好的协议。
2010-06-30 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Spectra and Growth Rates of Fluctuating Magnetic Fields in the Kinematic Dynamo Theory with Large Magnetic Prandtl Numbers
银河系存在一个微弱的磁场，这一点已被观测数据反复证实。这个领域的起源还没有被解释在一个完全令人满意的方式，代表了天体物理发电机理论的主要挑战之一。在银河发电机理论和原始起源理论中，小尺度磁涨落都是主要的影响因素。本文致力于建立一个系统的小尺度场的二阶统计理论。这些领域的统计研究的运动学近似和大普朗特数的情况下，这是相关的银河系和原银河系等离子体。平流速度场被假定为高斯和短时相关。对这种运动学发电机模型的理论理解是任何有前景的非线性发电机理论的必要前提。该理论是为任意程度的可压缩性和正式的d维，它概括了以前已知的结果，elancing的解决方案的结构，并揭示了一些新的效果。的磁能谱进行了研究，因为它们的增长和扩展的规模在初始阶段的字段放大。得到了精确的格林函数解。谱理论的补充研究磁场关联函数的配置空间，发电机问题可以映射到一个特定的一维量子力学问题。后一种方法是最适合的运动发电机在长时间限制的描述，即当磁激励已蔓延到所有规模存在于系统中。提出了一种计算长时间内磁场增长率的简单方法。
2002-03-05 astro-ph cond-mat.soft nlin.CD
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
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
A Vorticity-Magnetic Field Dynamo Instability
我们推广的平均场磁场发电机，包括当地的平均涡度的演变，除了平均磁场。耦合方程表现出一般的平均场发电机不稳定性，使湍流能量转移到磁场和涡量在更大的尺度上。涡量和磁场的增长都需要螺旋湍流，而螺旋湍流可以由潜在的全球旋转提供。发电机系数的推导包括从平均磁场的反作用到最低阶。我们发现，平均涡度场实际上可以种子指数增长的平均磁场从只有一个小规模的种子磁场，而不需要种子平均磁场。当脉动速度和磁场互相关消失时，方程解耦，得到独立的平均场磁场和平均场涡度发电机方程。
1997-08-03 astro-ph cond-mat physics.flu-dyn
Impact of time-dependent non-axisymmetric velocity perturbations on dynamo action of von-Kármán-like flows
我们已经进行了数值模拟的运动诱导方程，以检查发电机效率的轴对称冯卡门流随时间变化的非轴对称速度扰动。数值模型是基于法国冯卡门钠发电机（VKS）的设置和在西班牙潘普洛纳的纳瓦拉大学进行的模型水实验的流量测量。我们的模拟表明，方位漂移流扰动的相互作用与磁本征模的基本漂移（由不可避免的赤道对称性破坏的基本流）基本上确定发电机状态的时间行为。我们发现两个不同的制度的发电机行动，取决于（规定）漂移频率的（$m=2$）涡状流扰动。对于相对缓慢漂移的涡旋，我们观察到一个狭窄的窗口，增强的增长率和漂移的磁本征模是同步的扰动漂移。当涡旋漂移频率大致等于未扰动系统中磁本征模的漂移频率时，增长率发生共振式增强。在这个小窗口之外，与未扰动的情况相比，场的产生受到阻碍，并且磁本征模的场振幅被调制为涡旋漂移频率的大约两倍。共振制度和调制制度之间的突然过渡被确定为一个频谱异常点，其中两个先前独立的模式的本征值（增长率和频率）和本征函数崩溃。
2012-12-10 astro-ph.GA physics.flu-dyn
The nature of mean-field generation in three classes of optimal dynamos
近年来，已经发现了几个最优发电机。它们使磁能量耗散最小化，或者等价地，在固定的磁雷诺数下使增长率最大化。在Willis（2012，Phys.Rev.Lett. 109，251101），我们发现平均场发电机行动的平面平均。磁场的一个分量呈指数增长，而另一个分量在开始时以振荡方式衰减。这种行为与α ^2发电机的行为不同，在α ^2发电机中，平面平均值的两个非零分量是耦合的，并且具有相同的增长率。对于威利斯发电机，我们发现，平均场是由一个负的湍流磁扩散率，它有一个非均匀的空间轮廓附近发病。衰减分量中的时间振荡是由扩散率张量的对应分量在平均场衰减时是复杂的并且以这种方式依赖于时间引起的。增长的平均场可以由负的磁扩散率与正的磁超扩散率相结合来模拟。在Chen等人（2015，J. Fluid Mech. 783，23）的另外两类最优发电机中，我们在某种程度上发现了类似的平均场发电机作用。当磁边界条件混合时，当发电机为15%超临界时，平面平均场的两个分量以不同的速率增长。当平均磁场满足齐次边界条件（其中磁场是切向的边界），平均场发电机行动被发现的一维平均，但不是平面平均。尽管有不同的空间分布，两个发电机显示负湍流磁扩散率。我们的发现表明，负湍流磁扩散率可能支持更广泛的发电机比以前认为，包括这三个最佳发电机。
2019-12-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Slow dynamo modes in compact Riemannian plasma devices from Brazilian spherical tokamak data
由于柯林反发电机定理自然地适用于轴对称装置和流动，在球马克等离子体装置实验中经常发现反发电机模。本文充分考虑了无边界紧致黎曼等离子体装置（如托卡马克、仿星器和扭转加速器）中慢发电机模的存在性。研究表明，衰减模式磁场作用下的扰动无扭流能够产生一种缓慢的有扭发电机等离子体流，其中无扰流也是一种定常流。当获得高雷诺磁数$Rm$的慢发电机极限时，未扰动的等离子体流达到平衡，如在spheromak。从国家空间研究所的巴西球形托卡马克获得的纵横比数据和其他数据被用来获得慢发电机作用的磁场的最大磁增长率的数值估计，即对于环形初始磁场$B_{0}\approx{0.4T}$和纵横比数据为1.5的托卡马克的$γ_{1max}\approx{\frac{0.26}{a}{\times}\frac{v_{1θ}}{B_{1s}}}$。对于$a\approx{0.2m}$的托卡马克内半径，得到慢发电机的最大增长率为$γ_{1max}\approx{1.3{\times}\frac{v_{1θ}}{B_{1s}}}$，其中$v_{1θ}$是极向扰动扩散流。安全因子由$q\approx{-1}$给出，它是$q<1$，表示球形托卡马克等离子体的稳定性。
2009-02-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energy transfers in dynamos with small magnetic Prandtl numbers
在$1024^3$网格上对磁普朗特数为$\mathrm{Pm} =0.2$的发电机进行了数值模拟，计算了能流和壳层间的能量传递。计算结果表明，磁能增长主要是由于能量从大尺度速度场向大尺度磁场的转移，磁能通量是向前的。稳态磁能比动能小得多，而不是均分;这是因为磁雷诺数接近发电机过渡区。我们还将我们的结果与带有$\mathrm{Pm} =20$的发电机和衰减发电机的结果进行了对比。
2015-06-19 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Revisiting the ABC flow dynamo
ABC流是快速发电机作用的原型，对于大型天体中磁场的起源至关重要。可能研究最多的构型是经典的1：1：1流动。我们研究其发电机性能变化的磁雷诺数。我们确定了两个扭结的增长率，这分别对应于一个本征值交叉和本征值合并。对于控制参数的有限值，主特征值变为纯实数。最后，我们表明，即使对于Rm = 25000，主导特征值尚未达到渐近行为。它仍然随着控制参数的变化而变化非常显着。即使在这些非常大的Rm值下，这个流的快速发电机性质也不能成立。
2012-10-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Numerical studies of dynamo action in a turbulent shear flow - I
我们进行数值实验，研究剪切发电机的问题，我们寻找大规模的磁场的增长，由于非螺旋搅拌在小尺度的背景线性剪切流，在以前未探索的参数制度。我们证明了大规模的发电机行动的限制时，流体雷诺数（${\rm Re}$）是低于统一的，而磁雷诺数（${\rm Rm}$）是高于统一的指数增长率与剪切成线性比例，这是与早期的数值工程。低${\rm Re}$的极限是特别有趣的，因为在这个极限中看到发电机作用将为进一步的理论研究提供足够的动力，这可能会将注意力集中在${\rm Re} < 1$的这个分析上更容易处理的极限上，而不是${\rm Re} > 1$的更强大的极限。我们还进行了模拟的制度时，（i）（${\rm Re}$，${\rm Rm}$）$< 1$ ;（ii）${\rm Re} > 1$和${\rm Rm} < 1$，并计算所有组件的湍流输运系数（$α_{ij}$和$η_{ij}$）使用测试场方法。我们的结果与早期分析工作（Sridhar & Singh 2010; Singh & Sridhar 2011）的结果在类似的参数范围内具有相当好的一致性。
2015-02-10 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Kazantsev dynamo in turbulent compressible flows
我们考虑的运动学波动发电机问题的流是随机的，白色的时间，螺线管和潜在的组件。该模型是Kazantsev模型的推广。如果螺线管部分和势流部分具有相同的标度指数，则随着流动的可压缩性增加，增长率减小，但保持为正。如果螺线管和潜在的部分的标度指数不同，特别是如果它们对应于典型的柯尔莫哥洛夫和伯格斯值，我们再次发现，在压缩性的增加减缓增长率，但不关闭它。慢下来，但是，较弱的临界磁雷诺数是低于螺线管和潜在的组件显示柯尔莫哥洛夫标度。有趣的是，我们发现存在这样的情况：当势部分比螺线管部分更光滑时，压缩性的增加会增加增长率。我们还发现，标度指数的临界值以上的发电机被认为是统一的压缩性无关。最后，我们认识到，尺寸$d = 3$是特殊的，因为对于所有其他值的$d$的临界指数较高，并取决于压缩性。
2019-03-01 astro-ph.GA nlin.CD physics.flu-dyn
Large ${\rm Pm}$ small-scale kinematic dynamo in protoneutron stars
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院哈格普尔分校）；Indian Institute of Technology Madras（印度理工学院马德拉斯分校）；Université Paris Cité, Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, AIM（巴黎西岱大学、巴黎萨克雷大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心、天体物理学信息与方法研究所）
本研究通过模拟和理论模型，探讨了中子星前身星中湍流对流发电机如何产生磁星强磁场，发现增长率随Pm和Ra增加，并预测在大Pm极限下增长率约1 ms⁻¹。
2026-09-16 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetic dynamo action in random flows with zero and finite correlation times
磁流体发电机理论为宇宙中磁场的起源提供了流行的理论描述。在这里，我们考虑的问题的运动，小规模的发电机行动驱动的随机，不可压缩，非螺旋，均匀和各向同性流。在Kazantsev发电机模型中，驱动流的统计被假设为在时间上瞬时相关。在这里，我们比较了模型的结果与发电机特性的模拟流，具有相同的空间特性的卡赞采夫流，但不同的时间统计。特别是，模拟流是强迫纳维-斯托克斯方程的解，因此具有有限的相关时间。我们发现卡赞采夫模型通常预测更大的磁增长率和在较小尺度上达到峰值的磁谱。然而，我们表明，通过过滤的扩散率谱在小尺度上，它是可能的，使增长率的协议，同时对齐的磁谱。
2011-03-07 astro-ph.GA astro-ph.SR nlin.CD
Magnetic field amplification during a turbulent collapse
本研究通过三维模拟，利用超共动坐标研究引力坍缩中湍流驱动的磁场放大，发现大磁雷诺数下共动磁场随共形时间指数增长，证实了发电机效应的存在。
2025-09-10 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Intermittent magnetic field excitation by a turbulent flow of liquid sodium
麦迪逊发电机实验中测得的磁场表明，当施加轴向磁场时，会出现间歇性的增长。间歇性场的几何形状是一致的增长最快的磁本征模预测的运动发电机理论使用层流模型的平均流量。虽然平均流的本征模衰减，它是假设，湍流的速度场的波动改变流动的几何形状，使本征模的增长率是暂时的积极。因此，可以预期，湍流发电机的开始的特征是磁不稳定性。
2006-07-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Time scales separation for dynamo action
天体发电机作用的研究通常涉及两个时间尺度：慢扩散时间尺度和快平流时间尺度。我们调查的可能性场放大的中间时间尺度与时间相关的调制的流量。我们考虑一个简单的稳定的配置，发电机的行动是没有实现。我们研究了随时间变化的扰动流的效果。我们表明，一些消失的低频扰动可以产生指数增长的磁场上的典型时间尺度的振荡。发电机机制依赖于这里的参数不稳定性与瞬态放大剪切流。自然发电机的后果进行了讨论。
2008-04-02 astro-ph physics.class-ph physics.flu-dyn
Understanding Helical Magnetic Dynamo Spectra with a Nonlinear Four-Scale Theory
最近MHD发电机模拟磁普朗特数$>1$表明，当MHD湍流被迫与足够的动能螺旋度，饱和磁能谱的演变，从有一个单一的峰值低于强制规模成为双峰与一个峰值在系统（=最大）的规模和一个在强制规模。最近的非线性双尺度非线性螺旋发电机理论，其中的系统和强制尺度进行相反的符号的磁螺旋度的系统尺度场的增长是很好的模拟。但是双尺度理论不能模拟小尺度峰值向强迫尺度的移动。在这里，我开发了一个四尺度螺旋发电机理论，它表明，小尺度的螺旋磁能首先在非常小的尺度饱和，但随后在较大的尺度在较大的值连续饱和，最终成为主导的强迫规模。小尺度峰值向强迫尺度的转移是在大尺度场运动学增长区结束时完成的，对于大的$R_M$，小尺度峰值向强迫尺度的转移不依赖于磁雷诺数$R_M$。四尺度和双尺度理论随后几乎相同地发展，并且都显示出系统上显著的场增长和独立于$R_M$的强迫尺度。在本方法中，频谱的螺旋和非螺旋部分在很大程度上是解耦的。分数螺旋湍流的影响进行了讨论。
2003-06-23 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Bihelical Magnetic Relaxation and Large Scale Magnetic Field Growth
一个统一的，三个尺度系统的方程容纳非线性速度驱动的螺旋发电机，以及依赖于时间的弛豫的磁为主的单螺旋或双螺旋系统的推导和求解。当相同大小的相反的磁螺旋度被注入到中尺度和小尺度上时，大尺度磁螺旋度在运动学上（与磁雷诺数无关）增长到等于中尺度上的磁螺旋度。对于自由弛豫和驱动弛豫，都迅速产生大尺度场。随后，一个耗散有限的发电机，由小尺度动力螺旋度的增长驱动，进一步放大了大尺度场。这一结果对日冕的天体物理学研究具有重要意义。转子的大尺度对应于日冕的中间尺度。双螺旋磁弛豫可以产生全球尺度的磁场，这可能有助于解释天体物理冕洞和磁流体外流的形成。
2004-10-20 astro-ph 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
Self-similar turbulent dynamo
数值研究了高导电流体中磁场的放大。在生长过程中，磁场在空间上是间歇性的：它并不均匀地填充体积，而是集中在细长的折叠结构中。与普遍持有的观点相反，如果存在扩散，则折叠场的不透明度在整个生长阶段不会无限增加。相反，正如我们所展示的，场强的概率密度函数（PDF）变得自相似。归一化矩随磁普朗特数以幂函数形式增加。我们认为，自相似性是预期与有限的流量规模和系统的大小。在非线性饱和状态下，双折射率降低，PDF呈指数变化。平行线指出，最近观察到的被动标量混合和地图发电机的自相似行为。
2004-03-04 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
The Small-Scale Dynamo at Low Magnetic Prandtl Numbers
今天的宇宙是高度磁化的，尽管第一个磁性种子场很可能非常微弱。为了解释磁场强度在许多数量级上的增长，需要进行快速放大过程。目前已知的最有效的机制是小型发电机，它将湍流动能转化为磁能，导致磁场的指数增长。发电机的效率取决于由湍流谱v（l）\propto l^{θ}的斜率表示的湍流类型，其中v（l）是尺度l下的涡流速度。我们探索湍流谱范围从不可压缩Kolmogorov湍流θ = 1/3的高度可压缩Burgers湍流θ = 1/2。在这项工作中，我们分析了小规模发电机的性能为低磁普朗特数Pm，这表示的比例的磁雷诺数，Rm，流体动力学的，Re。我们使用WKB近似求解描述小尺度磁场演化的Kazantsev方程。在低磁普朗特数的极限下，生长速率与Rm^{（1-θ）/（1+ θ）}成正比。我们进一步讨论了临界磁雷诺数Rm_crit，这是所需的小规模发电机行动。对于Kolmogorov湍流，Rm_crit的值约为100，对于Burgers湍流，Rm_crit的值约为2700。此外，我们讨论了Rm_crit提供了一个更强的限制，在低的Pm比它的大Pm。我们的结论是，小规模的发电机可以运行在低磁普朗特数的制度，如果磁雷诺数是足够大的。因此，小尺度上的磁场放大可以在大范围的物理环境中发生，并且在短时间尺度上放大弱磁种子场。
2012-12-25 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dynamo Action in the Presence of an Imposed Magnetic Field
本文研究了在初始均匀$B_0$的磁场作用下，二维非线性磁流体力学基态在三维扰动下的线性稳定性.选择强制使得当$B_0=0$ .我们首先研究这些基本状态的属性和它们对$B_0$和磁雷诺数$Rm$的依赖性。然后研究这些状态的线性稳定性。它被发现，在一个给定的$Rm$的背景场的存在是稳定的。结果还允许我们推测，在一个固定的$B_0$值的增长不稳定的扰动是“快”，在这个意义上说，增长率成为独立的$Rm$作为$Rm \to \infty$。
2009-01-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetic Dynamo Driven by Inertial Waves
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；Abastumani Astrophysical Observatory（阿巴斯图马尼天体物理观测台）；Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Marseille, IRPHE UMR 7342（艾克斯马赛大学，法国国家科学研究中心，马赛中央理工学院，IRPHE UMR 7342）；Department of Applied Mathematics, School of Mathematics, University of Leeds（利兹大学数学学院应用数学系）
研究证实惯性波湍流可驱动磁发电机，引入涡旋受控阻尼提升发电机在低Pm、低Po下的增长率，确立惯性波为行星恒星内部磁场放大的有效机制。
2026-08-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
The small-scale dynamo: Breaking universality at high Mach numbers
小尺度发电机在大范围的条件下，包括低马赫数下的亚音速湍流、高马赫数下的高超音速湍流和大范围的磁普朗特数Pm（即动力粘度与磁阻率之比），都可能在磁化宇宙方面发挥重要作用。低马赫数特别可能导致众所周知的不可压缩Kolmogorov湍流，而对于高马赫数，我们处于高度可压缩状态，因此接近Burgers湍流。在这项研究中，我们探讨是否在这个大范围的条件下，一个普遍的行为可以预期。我们的出发点是以前的调查在运动学制度。在这里，基于Kazantsev模型的分析研究表明，发电机的行为显着依赖于Pm和湍流的类型，并且数值模拟表明，增长率对气流的马赫数有很强的依赖性。一旦磁场在电流放大尺度上饱和，就会发生逆反应，并且生长转移到下一个更大的尺度。我们采用一个福克-普朗克模型计算的磁场放大在非线性政权，并找到一个由此产生的幂律增长，依赖于所调用的湍流类型。对于Kolmogorov湍流，我们证实了以前的结果表明，线性增长的磁能。对于更一般的湍流谱，其中湍流速度v_t与特征长度尺度u_ \ell \propto \ell^{\vartheta}成比例，我们发现磁能的增长为（t/ T_{ed}）^{2 \vartheta /（1- \vartheta）}，其中t是时间坐标，T_{ed}是湍流强迫尺度上的涡翻转时间。对于Burgers湍流，\vartheta =1/2，因此可以预期二次增长而不是线性增长，并且达到…
2013-01-18 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetic Field Amplification by Small-Scale Dynamo Action: Dependence on Turbulence Models and Reynolds and Prandtl Numbers
小尺度发电机是将湍流动能转化为磁能的过程，因此预计它主要取决于湍流的性质。在这项工作中，我们提出了一个小尺度发电机模型，该模型考虑了湍流速度谱v（l）~ l^θ的斜率，其中l和v（l）是湍流波动的大小和该尺度上的典型速度。磁场的波动分量的时间演化，即，小尺度场由Kazantsev方程描述。我们用量子力学WKB近似求解这个线性微分方程的本征值。这种方法的有效性估计作为一个函数的磁普朗特数Pm。我们计算的最小磁雷诺数发电机行动，Rm_crit，使用我们的湍流速度关联函数模型。对于Kolmogorov湍流（θ =1/3），我们发现临界磁雷诺数约为110，而对于Burgers湍流（θ =1/2），临界磁雷诺数约为2700。在无限磁普朗特数的极限下，我们进一步导出了一般湍流小尺度磁场的增长率为γ ~ Re^（（1-θ）/（1+ θ））.随着磁普朗特数的减小（减小到Pm约大于10），小尺度发电机的增长率减小。这种下降的细节取决于WKB近似，这对于大约为1的磁性普朗特数变得无效。
2012-02-20 astro-ph.CO physics.flu-dyn
Why dynamos are prone to reversals
在最近的一篇论文中（Phys. Rev. Lett. 94（2005），184506; physics/0411050）表明，具有球对称螺旋湍流参数α的简单平均场发电机模型可以表现出对于地球的磁场反转典型的许多特征。特别是，该模型产生不对称的反转，场强和间隔长度的正相关性，和双峰场分布。所有这些功能是归因于磁场动力学的非自伴发电机运营商的频谱的一个例外点附近。增长率曲线的负斜率附近的局部最大值和异常点之间的系统不稳定，并驱动它的异常点，并超过进入振荡分支的符号发生变化。这种反转模型的一个弱点是明显的必要性，微调的磁雷诺数和/或径向分布的α。在本文中，它表明，这种微调是没有必要的情况下，更高的超临界发电机。数值例子和物理参数的编译表明，随着磁雷诺数的增加，有强烈的趋势，异常点和相关的局部最大值移近零增长率线。尽管球对称α ^2发电机模型再次证明了这一点，但饱和发电机进入易逆转状态的“自调谐”机制的主要思想似乎可以很好地转移到其他发电机上。因此，反向发电机可能是更典型的，可能会发生得更频繁的性质比什么可以预期从纯粹的运动学的角度。
2005-09-14 astro-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Numerical study of dynamo action at low magnetic Prandtl numbers
我们提出了一个三管齐下的数值方法在低磁普朗特数$P_M$发电机问题。通过结合直接数值模拟、拉格朗日平均模型和大涡模拟（LES），解决了大尺度范围内的困难。流动是由泰勒-格林强迫产生的;它结合了大尺度下的明确结构和小尺度下的湍流波动。我们的主要发现是：（i）发电机观察到从$P_M=1$下降到$P_M=10^{-2}$ ;（ii）的临界磁雷诺数急剧增加与$P_M^{-1}$作为湍流集，然后饱和;（iii）在线性增长阶段，最不稳定的磁模式移动到小尺度$P_M$减少和Kazantsev $k^{3/2}$频谱开发;然后发电机增长在大尺度和修改湍流速度波动。
2004-10-07 physics.flu-dyn physics.geo-ph
