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
Dynamo efficiency with shear in helical turbulence
为了阐明剪切流对产生磁场（发电机效应）的影响，我们研究了磁场不反作用于速度场的运动学极限。通过非微扰纳入剪切螺旋强迫湍流的影响，我们表明，湍流强度和湍流输运系数（湍流粘度，$α$和$β$效果）增强弱剪切，而强烈抑制强剪切。特别地，$β$显示出比$α$效应更强的抑制。我们讨论了其重要的影响发电机效率，即缩放的发电机数量与差分旋转。
2009-07-07 physics.flu-dyn
On the effects of turbulence on a screw dynamo
在俄罗斯彼尔姆连续介质力学研究所的一项实验中，一个非静止螺旋发电机是用环形空间中的螺旋液钠流来实现的。流动必然是湍流，也就是说，可以认为是平均流和叠加湍流。本文在平均场电动力学的框架内研究了湍流的诱导过程。它们当然意味着导致平均磁场的增强耗散的部分。由于螺旋平均流，在湍流中也存在螺旋结构。它们导致了某种$α$效应，这可能基本上支持了螺旋发电机。这种$α$效应的特殊性解释了在为发电机实验设想的较小版本的设备上进行的测量。湍流的螺旋结构还导致其他效应，这些效应与旋转剪切相结合可能能够产生发电机作用。它们的一部分基本上可以支撑螺旋发电机。在实验条件下，与主流相比，湍流的所有诱导效应都相当弱。平均场感应方程的数值解表明，所有的感应效应的湍流一起让螺旋发电机阈值略有上升，最多百分之一。数值结果也给出了一些见解的行动的个别诱导效应的湍流。
2006-03-10 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Magnetic dynamo action in helical turbulence
在运动学Kazantsev Kraichnan模型的框架下，研究了螺旋度非零的湍流速度场中的磁场放大。我们提出的数值解模型的实际重要的情况下，柯尔莫哥洛夫分布的速度波动，具有较大的磁雷诺数。我们发现，在非螺旋的情况下，增长的磁场描述的几个绑定本征模集中在惯性间隔内的速度场，在螺旋的情况下，绑定本征模的数量大大增加，而且，新的未绑定本征模出现。束缚和非束缚本征模都对大尺度磁场有贡献。这表明，一个大规模的发电机行动，它只捕捉未绑定模式的传统阿尔法模型的适用性有限。
2007-12-13 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Not Much Helicity is Needed to Drive Large Scale Dynamos
了解湍流天体物理转子中大尺度磁场的原位放大一直是发电机理论的核心课题。当湍流速度是螺旋形时，大尺度发电机在超过湍流强迫尺度的尺度上大大放大场，但最小足够的分数动力学螺旋度f_h，C以前没有很好地量化。通过对简单螺旋发电机的直接数值模拟，我们发现f_h，C随强迫与大尺度波数之比k_F/k_min的增大而减小。从大尺度螺旋发电机必须克服大尺度上任何非螺旋场的反作用这一条件出发，我们提出了一个可以解释模拟结果的理论。当k_F/k_min>8时，f_h，C<3%，这意味着即使在中等尺度分离下，很小的螺旋度分数也会强烈影响磁谱。
2012-06-21 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Self-excitation in a helical liquid metal flow: The Riga dynamo experiments
均匀发电机效应是宇宙天体（包括行星、恒星和星系）产生磁场的根源。虽然基本理论自20世纪中叶以来日益繁荣，但直到1999年才在实验室中实现了磁流体发电机。1999年11月11日，随着在里加实验中首次观测到运动发电机，这种情况发生了变化。从那时起，一系列的实验活动提供了丰富的数据的运动学和饱和制度。本文旨在对这些实验进行全面的综述，总结它们的主要结果，并将它们与数值模拟进行比较。
2018-01-05 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
Helical distributed chaos in rotating turbulence and convection (with applications to geomagnetic dynamo)
利用螺旋分布混沌的概念研究了螺旋度分布矩在旋转湍流中的作用。直接数值模拟、室内实验和地球物理观测的结果已被用于本研究。它示出，特别是，即使在全球螺旋度等于零的情况下，至少偶矩通常是非零的（由于外观的局部空间区域具有较强的负和正螺旋度），并可以发挥重要的作用，在旋转湍流绝热不变量。旋转浮力驱动的热对流（瑞利-贝纳德和瑞利-泰勒，前者也用于磁流体力学）也进行了研究，并在这方面讨论了这种方法的应用，大质量恒星的对流区和地磁发电机。
2021-11-02 physics.flu-dyn
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
The dynamo effect in decaying helical turbulence
我们表明，在衰减的磁流体湍流与初始动力学螺旋，弱磁场最终成为完全螺旋。无论初始磁场是否是螺旋的，磁螺旋度的符号与动力学螺旋度的符号相反。磁场经历逆级联，其中磁能衰减近似为t^{-1/2}。这甚至比完全螺旋的情况更慢，在完全螺旋的情况下，它像t^{-2/3}那样衰减。在此参数范围内，磁能与关联长度的乘积取略大于1的幂，近似为常数。这种磁能的缩放持续了很长时间。在很晚的时候，当磁畴尺寸足够大以适应不断增长的空间尺度时，我们预计会出现与全螺旋磁场通常观察到的t^{-2/3}衰减定律的交叉。无论初始动力学螺旋度的存在与否，磁场在最初的几个周转时间内经历指数增长，这表明小规模的发电机行动。我们的研究结果有广泛的应用实验发电机和天体物理的时间依赖等离子体，包括在早期宇宙的原始湍流。
2019-01-28 astro-ph.CO physics.flu-dyn
Magnetic material in mean-field dynamos driven by small scale helical flows
我们进行运动学模拟的发电机动作驱动的螺旋小尺度流动的导电流体，以推导出平均场的小尺度涡的联合感应作用的性质。我们研究了两种不同的流动模式的风格的G.O.罗伯茨流，但与平均垂直分量和内部装置，模拟的区域与消失流。这些固定装置代表位于各个涡流中心的杆，或提供涡流彼此分离的内部分隔壁。固定装置可由相对磁导率大于可改变发电机行为的磁导率的磁性材料制成。这些调查的动机是广泛未知的强制螺旋流的感应效应，用于液体钠冷却快堆的核心，并从软铁叶轮的关键作用，冯卡门钠（VKS）发电机。对于这两个检查流配置的考虑磁性材料内的流体流导致的临界磁雷诺数的减少高达25%。在可达到的最大渗透率极限内的增长率的发展表明，即使渗透率值更大，也不会进一步显著降低。为了研究由数万个螺旋细胞组成的系统的发电机行为，我们求助于平均场发电机理论（Krause & Rädler 1980），其中小尺度流的作用根据$α$效应和$β$效应被参数化。我们使用所谓的测试场方法计算$α$ -和$β$ -张量的相关元素。我们发现一个合理的协议之间的完全解决模型和相应的平均场模型壁或杆材料在考虑范围$1\leq μ_r \leq 20$。
2014-07-25 physics.flu-dyn
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
Suppression of a kinematic dynamo by large shear
我们数值求解磁感应方程的球壳几何形状，与运动学规定的轴对称流，由一个小规模的螺旋流和大规模的剪切流的叠加。小尺度流被选择为经典Roberts单元的局部模拟，由强螺旋涡卷组成。大尺度流动是径向或纬向的剪切运动。在没有大尺度剪切的情况下，小尺度流动是一个有效的发电机，与以前的结果一致。增加越来越大的剪切流强烈抑制发电机效率，表明剪切并不总是发电机作用的有利成分。
2016-09-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Analysis of the Effect of a Mean Velocity Field on Mean Field Dynamo
我们研究半解析和一致的方式，产生的平均速度场$\bar{\mathbf{U}}$的螺旋MHD湍流，和效果，这个字段可以对平均场发电机。假设一个预定的，最大螺旋小尺度速度场，我们表明，大尺度流动可以产生在MHD湍流，通过小尺度洛伦兹力。这些流通过新的项反作用于平均场发电机的平均电动势，使原始的$α$和$β$项明确地未被修改。交叉螺旋度在连接所有效应中起着关键作用。在我们选择使用的最小$τ$闭包中，弛豫时间越长，影响越强。
2007-04-17 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Numerical solutions of the three-dimensional magnetohydrodynamic alpha-model
我们提出了直接的数值模拟和阿尔法模型模拟四个熟悉的三维磁流体动力学（MHD）湍流效应：选择性衰减，动态对齐，逆级联的磁螺旋度，和螺旋发电机效应。的MHD α-模型示出捕获的长波长光谱在所有这些问题中，允许在相同的动力学和磁雷诺数的计算机时间和内存显着减少。在螺旋发电机中，α-模型不仅正确地再现了运动状态期间磁能的增长率，而且还捕获了非线性饱和水平和由螺旋湍流产生的大尺度磁场的晚期。
2004-12-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Effect of flow shear on the onset of dynamos
通过直接数值模拟研究流剪切对发电机不稳定性的影响，发现剪切对螺旋和非螺旋基础流的小尺度发电机作用分别起抑制和放大作用，并验证了非螺旋流磁能增长率代数规律的普适性。
2023-05-31 astro-ph.GA physics.comp-ph physics.flu-dyn
Shell to shell energy transfer in MHD, Part II: Kinematic dynamo
本文研究了在运动发电机状态下，受迫三维磁流体湍流中不同尺度之间的能量传递。研究了两种不同的力：非螺旋Taylor Green流（磁普朗特数P_M = 0.4）和螺旋ABC流（P_M = 1）。这种分析使我们能够检查哪些尺度的速度流是负责发电机的行动，并确定哪些尺度的磁场直接从速度场接收能量，哪些尺度通过级联的磁场从大到小的尺度接收磁能。结果表明，湍流速度脉动是小尺度（小尺度发电机）磁场放大的主要原因，而大尺度磁场的放大主要是由于大尺度流动。磁场能量从大尺度到小尺度的直接级联也存在，并且是小尺度中磁场增加的补充机制。从小磁尺度的速度场输入的能量占主导地位的能量是级联从大尺度，直到大尺度的磁能谱的峰值达到。在更小的尺度上，大部分磁能输入来自级联过程。
2005-05-26 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Two-Loop Turbulent Helical Magnetohydrodynamics: Large-Scale Dynamo and Energy Spectrum
本文对完全发展湍流中的不可压缩螺旋MHD进行了双圈场论分析，发现质量型项会导致平凡基态失稳，并提出引入外部参数或通过旋转对称性自发破缺实现稳定，后者对应湍流发电机阶段，并使磁能谱斜率变陡从而打破能量均分。
2025-06-25 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulent 2.5 dimensional dynamos
我们研究由具有形式（u（x，y，t），v（x，y，t），w（x，y，t））的三个分量的湍流二维流驱动的发电机不稳定性，有时称为2.5维流。这种类型的流动提供了一种近似的非常快速的旋转流动经常观察到的性质。系统的低维数允许调查范围广泛的流体雷诺数Re，磁雷诺数Rm和强制长度尺度相对于域的大小，仍然是禁止的全三维数值模拟。因此，我们能够确定的发电机开始作为一个功能的Re和最不稳定的模式在大Rm极限的渐近行为的属性。特别是它已被证明：在一个非螺旋流在一个无限域的临界磁雷诺数Rmc成为一个常数在大Re限制。螺旋流总是导致发电机与平均场的预测一致。对于薄层的螺旋和非螺旋流的RMC规模作为一个幂律的Re。当Re和Rm足够大时，最快增长模的增长率变得与Re和Rm无关。在这个极限中，最不稳定的长度尺度与强迫长度尺度成线性关系。因此，虽然平均场的预测是有效的，他们预计不会占主导地位的大Rm限制。
2015-12-12 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
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
Geometry-induced self-excited dynamo in a regular tetrahedron
Graduate School of System Informatics, Kobe University（神户大学系统信息研究生院）
提出一个无旋转的磁流体发电机模型，利用正四面体腔的几何约束产生螺旋度，通过数值模拟展示磁场指数增长及饱和态，磁能超过动能，流场和磁场具有D4对称性。
2026-11-06 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
Helical Fluid and (Hall)-MHD Turbulence: a Brief Review
螺旋度是表征湍流拓扑结构的反射对称性破坏的一种度量，它对湍流的动力学和基本统计特性有着重要的贡献。我们回顾了他们的几个主要特点，新的和旧的，作为双向级联的发现或在发电机问题中的大规模磁场增强的螺旋涡的作用。讨论了磁流体动力学中速度与感应强度的互相关对磁流体动力学的贡献。接下来，我们考虑如何湍流输运的螺旋约束的影响，特别是在磁重联和融合等离子体的上下文中{下一个和两个流体近似}。如何构建非反射对称螺旋流湍流模型的核心问题进行了审查，包括在剪切的存在下，我们最后简要提到的螺旋度的发展中可能发挥的作用强本地化的准奇异结构（在小尺度）。
2021-08-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetic dynamo action in astrophysical turbulence
本文在Kazantsev Kraichnan模型的框架下研究了湍流速度涨落放大的磁场的结构。我们考虑Kolmogorov分布的速度波动，并假设雷诺数和磁雷诺数都很大。我们提出了完整的数值解的模型的光谱和增长率的磁波动。我们认为天体物理相关的限制大，小磁普朗特数，并解决螺旋和非螺旋的情况下。
2009-04-11 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The fate of alpha dynamos at large $Rm$
当今太阳磁场演化模型的核心是阿尔法发电机的描述。在这项工作中，我们调查的命运α-发电机的磁雷诺数$Rm$增加。使用Floquet理论，我们能够精确地量化平均场效应，如α和β效应（i）通过严格区分发电机模式，涉及大尺度组件从那些只涉及小尺度，并通过（ii）提供一种方法来调查任意大尺度分离以最小的计算成本。我们将这个框架应用于螺旋和非螺旋流以及随机流与短相关时间。我们的研究结果确定，α描述是有效的$Rm$小于一个临界值$Rm_c$，在小规模发电机不稳定开始。当$Rm$高于$Rm_c$时，发电机停止遵循平均场描述，并且大尺度模式的增长率变得与尺度分离无关，而大尺度模式中的能量与尺度分离的平方成反比。在第二个制度的结果不依赖于螺旋度的存在。因此，阿尔法型太阳和恒星模型的建模需要重新评估和平均场建模的新方向提出。
2016-07-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Small-scale chaotic dynamo and spontaneous breaking of local reflectional symmetry in magnetohydrodynamics
它示出，使用直接数值模拟的结果，局部反射对称性（和相应的本地化的动力学和磁螺旋）的自发破缺可以主导的小尺度MHD发电机在瑞利-B {é}nard对流的混沌动力学，在强分层下的动力学强迫流，在近地表太阳对流，并在动力学强迫流在大磁雷诺数。确定性和螺旋分布混沌的概念已被用于这一目的。大、小尺度发电机机制的共存以及所得结果在太阳光球平静区和活跃区的应用已作了简要讨论。
2022-09-13 physics.flu-dyn
Magnetic-field generation in helical turbulence
我们研究分析放大弱磁场在均匀和各向同性湍流缺乏反射对称性（螺旋湍流）。我们建议，可以发现的磁能和磁螺旋度的谱分布作为自伴，薛定谔型系统的演化方程的本征模。我们认为，大规模和小规模的磁波动不能有效地分离，传统的α模型是，在一般情况下，不是一个足够的描述大规模发电机机制。因此，对这种过程的正确数值模拟应该能够将磁波动分解到非常小的电阻尺度。
2005-12-14 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Transition from large-scale to small-scale dynamo
发电机方程的数值求解与螺旋迫使相应的罗伯茨流。在完全湍流状态下，流动在长时间尺度上表现为罗伯茨流，在短时间尺度上表现为湍流波动。发电机的启动控制的长时间尺度的流动，与以前的卡尔斯鲁厄实验结果。发电机机制是由一个广义的$α$ -效应，其中包括通常的$α$ -效应和湍流扩散，加上所有高阶的影响。除了发病，我们发现，这种广义的$α$效应尺度为$O(Rm^{-1})$，表明接管小规模发电机行动。这一点得到了模拟的证实，在模拟中，即使大规模的场被人为抑制，发电机也会发生。
2020-04-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Turbulent transport and dynamo in sheared MHD turbulence with a non-uniform magnetic field
本文研究了大尺度速度和非均匀磁场共同作用下的三维磁流体动力学湍流。通过假设湍流由螺旋和非螺旋谱的外力驱动，我们研究了这两个剪切对湍流强度和湍流输运的综合影响，湍流扩散系数（湍流粘度，$α$和$β$效应）与雷诺数相似。结果表明，在弱和强磁场的限制下，湍流粘性和扩散系数分别对强剪切和强磁场发生猝灭。对于弱的流动剪切，我们进一步表明，磁剪切增加的湍流强度，同时降低湍流输送。在存在强流动剪切的情况下，发现磁剪切的效果通过增强湍流和运输来对抗流动剪切的效果（其由于剪切稳定而减少湍流），从而通过流动剪切稳定来减弱强猝灭。在强磁场的情况下（与流动剪切相比），磁剪切增加湍流强度并淬灭湍流传输。
2009-07-07 physics.flu-dyn
Generation of large-scale magnetic fields by small-scale dynamo in shear flows
我们提出了一种新的机制，湍流平均场发电机中的磁场波动所造成的小规模发电机驱动的大规模磁场的产生。这与小规模磁场对大规模发电机的作用有害的普遍看法形成鲜明对比。这些发电机发生在大规模的速度剪切的存在下，并不需要净螺旋度，从非对角线组成部分的湍流电阻率张量作为磁模拟的“剪切电流”的效果。考虑到湍流等离子体中不可避免地存在非螺旋小尺度磁场，以及速度剪切的一般性质，所提出的机制可能有助于解释大尺度磁场在广泛的天体物理对象的产生。
2015-08-06 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
A simplified model of collision-driven dynamo action in small bodies
我们研究了自维持发电机作用在一个旋转的球体，其旋转方向反转周期性的数字。这个系统就像是一个简单的模型，由频繁的碰撞提供动力的小物体中的发电机。发现在一定的碰撞率区间内，发电机作用是可能的。在高埃克曼数时，层流上旋流在边界层中呈螺旋形，Ekman环流与方位角剪切一起为发电机作用提供动力。在低埃克曼数时，非轴对称不稳定性有助于发电机动作。在低埃克曼数时，磁场发生不稳定。
2015-01-22 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
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
Laboratory experiments on dynamo action and magnetically triggered flow instabilities
行星、恒星和星系的磁场是由运动的导电流体的自激产生的。一旦产生，磁场就可以通过破坏旋转流的稳定来在宇宙结构的形成中发挥积极作用，否则旋转流在流体动力学上是稳定的。长期以来，磁流体发电机作用和磁触发流动不稳定性都是纯理论研究的主题。然而，与此同时，在里加、卡尔斯鲁厄和卡达拉什的大规模液体钠实验中观察到了发电机效应。本文总结了液态金属实验中的发电机效应和各种磁不稳定性，如螺旋磁旋转不稳定性、方位磁旋转不稳定性和泰勒不稳定性的研究结果。我们详细讨论了我们的计划，进动驱动的发电机实验和大规模的泰勒-库埃特实验，使用液体钠，并观察磁触发的不稳定性的前景与正剪切流。
2018-03-09 physics.flu-dyn
Transport coefficients for the shear dynamo problem at small Reynolds numbers
我们建立在Sridhar和Singh（JFM，664，265，2010）中开发的公式的基础上，并针对小的磁和流体雷诺数，但对于任意值的剪切参数，提出了\emph{shear dynamo problem}的理论。专门的情况下，是缓慢变化的平均磁场，在时间上，明确的表达式的输运系数，$α_{il}$和$η_{iml}$，推导。证明了当速度场为非螺旋时，输运系数$α_{il}$为零。然后，我们考虑强迫，随机动力学的不可压缩的速度场在低雷诺数。一个精确的，明确的解决方案的速度场的推导，和速度谱张量计算的伽利略不变强迫统计。我们考虑了非螺旋、各向同性和时间上的δ相关的强迫统计量，并专门研究了平均场仅是空间坐标$X_3$和时间$τ\,$的函数的情况;这种简化对于与Brandenburg，R{ä}dler，Rheinhardt & Käpylä（ApJ，676，740，2008）的数值实验进行比较是必要的。明确的表达式推导出所有四个组成部分的磁扩散系数张量，$η_{ij}(τ)\,$。这些被用来证明，剪切电流效应不能负责发电机行动在小$\re$和$\rem$，但剪切参数的所有值。
2011-05-13 astro-ph.GA 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 Prandtl number dependence of kinetic to magnetic dissipation ratio
利用直接数值模拟三维磁流体湍流，无论是螺旋或非螺旋强迫，我们表明，运动的能量耗散的比例总是增加与磁普朗特数，即，运动粘度与磁扩散率之比。这种依赖关系总是可以近似为幂律，但指数在所有情况下都不相同。对于非螺旋湍流，指数约为1/3，而对于螺旋湍流，指数在0.6和2/3之间。在统计稳定状态下，发电机将动能转化为磁能的速率必须等于焦耳耗散速率。我们强调，无论是小规模和大规模的发电机，能量转换的效率敏感地依赖于磁普朗特数，从而对微物理耗散过程。为了理解这种行为，我们还研究了湍流的壳模型和一维被动和主动标量模型。我们的结论是，磁普朗特数的依赖性是定性最好的再现在一维模型中的耗散通过本地化阿尔芬扭结的结果。
2014-07-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamo effect in parity-invariant flow with large and moderate separation of scales
结果表明，非螺旋（更准确地说，宇称不变）流能够维持一个大型发电机的负磁涡流扩散率效应是很常见的。这一结论是基于对大量随机选择的流动的数值检验。也发现了一些具有强负涡流扩散率的异常值，并且它们被解释为控制参数与产生小尺度磁场的临界值的接近程度。此外，它示出，奇偶不变的流量，适度分离的尺度之间的基本流和磁场往往显着降低临界磁雷诺数的发电机动作的发病。
2001-04-05 cond-mat.stat-mech 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
Effects of magnetic and kinetic helicities on the growth of magnetic fields in laminar and turbulent flows by helical-Fourier decomposition
我们提出了一个不可压缩的均匀导电流体的螺旋傅立叶表示的数值和分析研究。我们分析研究小规模和大规模的发电机性能，以及逆级联的磁螺旋，在最一般的最小子集的相互作用速度和磁场上的一个封闭的傅立叶三和弦。我们主要集中在磁场增长的动力学和磁螺旋之间的三个相互作用的波数的分布的函数的依赖性。通过结合直接数值模拟的全磁流体动力学方程的螺旋傅立叶分解，我们在数值上证实，在运动发电机制度的系统开发了一个大规模的磁螺旋相反的符号相比，小规模的动力螺旋，一种三元组由三元组$α$ -效果在傅立叶空间。关于小尺度扰动，我们从理论上预测和数值上证实，最大的不稳定性是实现了相同的螺旋度的流的磁性组件，在协议的拉伸-扭曲-折叠机制。反之亦然，在存在的洛伦兹反馈的速度，我们发现，逆级联的磁螺旋度大多是本地的，如果磁和动力学螺旋度有相反的符号，而它是更非本地和更激烈的，如果他们有相同的符号，如预测的分析方法。我们的分析和数值计算结果进一步证明了螺旋傅立叶分解的潜力，以阐明在充分发展的湍流和层流中的磁和动力学螺旋纠缠动力学。
2017-03-01 astro-ph.EP astro-ph.SR nlin.CD
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
Data-driven scale identification in oscillatory dynamos
本研究探讨Dynamic Mode Decomposition（DMD）在Parker平均场发电机模型中识别多尺度相干磁场结构的能力，发现DMD能分离出与非线性动力学相关的慢/快模态簇，且优于Fourier变换，并评估了模型参数对精度的影响及在复杂流中的局限性。
2024-01-09 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Ponomarenko dynamo sustained by a free swirling jet
Coventry University（考文垂大学）；University of Latvia（拉脱维亚大学）
研究通过旋流喷射流实现发电机效应，发现磁场增长需外部激励，提出克服此限制的方法。
2026-02-18 physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the exact solutions of (magneto)hydrodynamic systems and the superposition principles of nonlinear helical waves
本文用统一意义上的螺旋表象系统地阐述了几种流体力学模型的任意振幅圆偏振波的限制叠加原理。结果表明，只有单波长同手征Beltrami模和一维二分量分层涡模（我们称之为XYz流/波）满足任意振幅叠加以消除一般非线性的一般模式;同时，对于某些特定情况，还有其他特殊的叠加原理。我们试图评论与地球和/或天体物理流体和磁流体动力学湍流问题的可能联系，如旋转湍流，发电机和太阳大气湍流，特别是与引入局部冻结在一些（随机分布）时空区域的无序。最近关于霍尔和完全双流体磁流体力学的精确解的分歧也解决了这样的治疗。这项工作的补充，通过研究模式，完全杀死三元相互作用或非线性，以前的研究热化纯粹从三元相互作用，反过来又提供了替代的视角的非线性。
2014-07-31 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
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
Run-away transition to turbulent strong-field dynamo
本文利用动态模式分解分析弱场与强场发电机状态间的转变，发现亚谐波不稳定性促成向强发电机的亚临界转变，并为降阶建模提供模态基础。
2025-05-10 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Compressible test-field method and its application to shear dynamos
在这项研究中，我们提出了一个可压缩的测试场方法（CTFM）计算$α$效应和湍流磁扩散率张量，以及那些相关的平均有质动力和质量源，适用于完整的MHD方程。我们描述了该方法的理论背景，并将其与准运动学试验场方法和以前研究的简化MHD（SMHD）变体进行比较。我们提出了几个测试情况下，使用速度和磁场的罗伯茨几何，并与强加场的方法进行比较。我们表明，对于中等施加的场强，非线性CTFM（nCTFM）给出的结果与施加场的方法。在剪切发电机的情况下，不同口味的nCTFM的比较也同意均分场强。CTFM和SMHD变体之间存在一些偏差。作为一个相关的物理应用，我们研究非螺旋强迫剪切流，表现出大规模的发电机行动，并提出了一个重新分析低雷诺数，中等剪切系统，在那里我们以前忽略了动量方程中的压力梯度，并没有发现相干的剪切流效应。另一个关键的区别是，在早期的研究中，我们使用磁力来模拟小规模的发电机作用，而在这里，它是由纯粹的动力学强迫自洽驱动的。具有普遍有效性的运动CTFM构成了我们分析的核心。我们仍然没有发现相干剪切电流效应，但恢复强大的大规模发电机行动，根据我们的分析，是通过非相干效应驱动。
2022-02-03 astro-ph.IM 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
Helical mode interactions and spectral transfer processes in magnetohydrodynamic turbulence
通过将傅立叶空间中的速度场和磁场分解为螺旋模，解析地研究了磁流体动力学（MHD）湍流中的谱传递过程。确定了控制螺旋模式演化的动力系统的稳定解，并对这些解进行了稳定性分析。分析的解释是，不稳定的解决方案，导致相互作用的模式之间的能量转移，而稳定的解决方案没有。由此，可能的尺度间的能量和螺旋度转移的相互作用模式的螺旋度的依赖性。正如从三维MHD湍流中磁螺旋度的逆级联所预期的那样，与类似螺旋度的模式相互作用导致能量和磁螺旋度向较小波数的转移。然而，具有不同螺旋度的模式的一些相互作用也有助于逆能量转移。因此，非螺旋磁场的逆能量级联是可能的。此外，它被发现，高值的交叉螺旋度可能有一个不对称的影响，正向和反向转移的能量，其中正向转移是更淬灭的区域中的高交叉螺旋度比反向转移。这与最近观测到的太阳风湍流相一致。对于特定的螺旋相互作用的发电机行动的关系建立。
2015-09-01 astro-ph.CO nlin.CD physics.flu-dyn
