Chiral Exact Relations for Helicities in Hall Magnetohydrodynamic Turbulence
除了总能量外，三维不可压缩霍尔磁流体力学（MHD）还具有两个无粘不变量：磁螺旋度和广义螺旋度。新的精确关系推导出均匀（非各向同性）固定霍尔MHD湍流（也为它的惯性电子MHD限制）与非零螺旋和大雷诺数的渐近极限。普适定律只以混合二阶结构函数的形式来表示，即两个不同增量的标量积。因此，它提供了相应的不变通量的耗散率的直接测量。研究表明，广义螺旋度级联与左极化涨落密切相关，而磁螺旋度级联与右极化涨落密切相关。
2016-02-01 physics.flu-dyn
Generalized Cross Helicity in Non-ideal Magnetohydrodynamics
本文研究了非理想磁流体动力学（MHD）情形下拓扑不变量非正压广义交叉螺旋度的不变性。现有的工作只考虑了理想正压MHD和理想非正压MHD。非理想MHD的情况下，没有探讨可能是因为它的数学复杂性。在这里，我们考虑耗散过程的形式的热传导，有限的电导率和粘度和这些过程的交叉螺旋守恒的效果。采用解析方法得到了交叉螺旋度时间导数的数学表达式。结果表明，广义交叉螺旋度在非理想MHD极限下是不守恒的，并指出哪些过程影响螺旋度，哪些不影响。此外，我们指出的配置中，这个拓扑常数是保守的，尽管耗散过程。
2022-11-22 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dimensionality, secondary flows and helicity in low-Rm MHD vortices
在本文中，我们研究了一个单一的电驱动涡的维数限制的两个无滑移和完全绝缘的水平壁远离$h$。研究是在弱惯性极限下通过渐近展开进行的，该展开对任何哈特曼数都有效。我们表明，可以充分描述的维数的领导秩序使用单一的参数$l_z^ν/ h$，其中$l_z^ν$代表的距离超过洛伦兹力能够被平衡之前，粘性耗散。基流在一阶时恰好在椭圆平面中引入惯性再循环，这表现为遵循两种完全不同的机制：由沿涡轴的垂直压力梯度驱动的反向埃克曼泵送，或由哈特曼边界层中的径向压力梯度驱动的直接埃克曼泵送。我们表明，当基流是准二维的，直接和反向泵浦的相对重要性是唯一的决定的纵横比$η/ h$，其中$η$是指的宽度的涡。在这两种机制中，只有反向泵浦似乎是螺旋度的重要来源。
2017-06-30 physics.flu-dyn
Magnetic helicity dissipation and production in an ideal MHD code
我们研究了一个湍流螺旋发电机在一个周期性的域通过求解理想磁流体动力学（MHD）方程与FLASH代码使用发散清洗八波方法，并比较我们的结果与直接数值模拟（DNS）使用的ESTA代码。在低分辨率下，FLASH通过产生DNS所期望的大规模磁场来定性地再现DNS结果，但是在更高分辨率下，没有获得大规模磁场。在所有产生大尺度磁场的情况下，理想MHD结果在小尺度下产生的功率太小。因此，与DNS相比，小尺度电流螺旋度太小。由此产生的净电流螺旋度总是错误的符号，并且其统计平均值也不会像DNS所预期的那样在后期接近零。我们的研究结果的恒星和银河系的磁性使用理想的MHD代码的天体物理发电机模拟的影响。
2020-01-26 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Strong magnetohydrodynamic turbulence with cross helicity
磁流体力学（MHD）提供了最简单的描述磁等离子体湍流在各种天体物理和实验室系统。具有非零交叉螺旋度的MHD湍流通常被称为不平衡的，因为它意味着平行和反平行于背景场传播的阿尔文波动的能量不相等。最近的分析和数值研究表明，在每一个尺度上，MHD湍流由正负交叉螺旋度区域组成，表明这种湍流本质上是局部不平衡的。本文给出了稳态不可压MHD湍流的高分辨率数值模拟结果。有人认为，沿相反方向运动的涨落能谱（E^+和E^-）的惯性范围标度与交叉螺旋度的大小无关。当交叉螺旋度不为零时，E^+和E^-保持相同的标度，但振幅不同，这取决于交叉螺旋度的大小。
2010-04-21 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Minimum Quadratic Helicity States
本文在磁流体力学二次螺旋度已有结果基础上，研究旋度算子本征函数对应的最小螺旋度态，证明其满足准稳态不可压缩理想MHD方程且具有最小二次螺旋度。
2024-11-21 astro-ph.SR math.DG physics.flu-dyn
Cross-helicity and chaotic dynamics of full-disc solar magnetic field
ICAR（以色列科学院）
该研究结合实验、数值模拟与太阳观测，证明交叉螺旋度主导混沌/湍流MHD发电机磁场功率谱，并揭示太阳磁场存在赤道附近的确定性混沌及强弱活动期的双状态特征。
2026-09-23 physics.flu-dyn
Numerical method for the magnetic vector potential in incompressible magnetohydrodynamic flows and the conservation properties of magnetic helicity
提出一种基于守恒有限差分格式、同时松弛磁矢势与电势的不可压缩MHD数值方法，离散证明并验证了总能量、交叉螺旋度和磁螺旋度的守恒与衰减特性。
2024-06-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Variational Formulation of the MHD Induction Equation
本文基于高斯最小约束原理提出MHD感应方程的变分表述，揭示磁螺旋度梯度作为维持磁场无散性的约束力，建立磁螺旋度与压力、磁场与速度的结构类比，并关联Woltjer定理与Taylor弛豫。
2026-09-14 physics.flu-dyn 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
Large-scale dynamics of magnetic helicity
本文研究了磁流体动力学（MHD）湍流中磁螺旋度的动力学特性，研究的尺度大于强迫尺度。我们的结果显示了磁螺旋度的非局部逆级联，它直接发生在从强迫尺度到磁场最大尺度的过程中。我们还观察到，没有磁螺旋度和能量转移到一个中间范围的尺度足够小于容器的大小和大于强迫尺度。因此，这一范围内的尺度，这增加了尺度分离的统计特性，示出在很大程度上描述的零通量的解决方案的绝对统计平衡理论所表现出的截断理想MHD方程。
2017-05-19 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Local and Nonlocal Advected Invariants and Helicities in Magnetohydrodynamics and Gas Dynamics I: Lie Dragging Approach
本文讨论了理想磁流体力学（MHD）和与平流不变量有关的气体动力学中的守恒律。在某些情况下，不变量可以与拉格朗日映射相关的流体重新标记对称性有关。有不同类别的不变量是平流或李拖动的流动。简单的例子是熵S的平流（0-形式）和磁通量的守恒（与流动平流的不变2-形式）。磁通量守恒定律等价于法拉第方程。我们讨论了磁螺旋度与流平流所需的规范条件。讨论了交叉螺旋度为不变量的条件。本文讨论了螺旋度在流体动力学和磁流体力学中的不同变体，包括：流体螺旋度、交叉螺旋度和磁螺旋度。在正压气体的情况下，导出了磁流体力学中的流体螺旋度守恒定律和交叉螺旋度守恒定律。如果磁场位于等熵曲面上，则气体压力可以同时依赖于熵和密度。在这些情况下，守恒律是局部守恒律。我们获得了非正压流体的流体螺旋度和交叉螺旋度的非局部守恒律使用Clebsch变量制定的气体动力学和MHD。Ertel定理和位涡，Hollman不变量，和Godbillon Vey不变量的磁螺旋度为零的特殊流动进行了讨论。
2014-01-08 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Inverse cascade of hybrid helicity in $B Ω$-MHD turbulence
研究了在背景磁场$\bf B_0$存在下，低Rossby数下，固体旋转$Ω_0$对不可压缩磁流体动力学湍流大尺度动力学的影响.在周期箱中，在单位磁普朗特数和强迫在中间波数$k_f=20$进行三维直接数值模拟。当$Ω_0$与$\bf B_0$（即$θ\equiv \widehat{\left(Ω_{0}, \bf B_0 \right)} = 0$）对齐时，发现在$k<k_f$处的磁谱发生反向转移。当强迫优先激发右手（而不是左手）波动时，这种转移更强;当$θ>0$时，它更小，当$θ\ge 35^o$时，它变得更弱。这些属性被理解为混合螺旋度的逆级联的结果，这是一个无粘/理想不变的这个系统时，PDMATHAMT。因此，混合螺旋度成为理解旋转发电机的一个关键因素。这些研究结果的起源与行星和恒星的旋转轴的磁偶极子对齐的含义进行了讨论。
2019-05-24 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
A nested polyhedra model of isotropic MHD turbulence
本文发展了一种适用于磁流体动力学（MHD）湍流的嵌套多面体模型。在大尺度上仅驱动速度场，随机，发散自由强迫导致动能和磁能的清晰，稳定的$k^{-5/3}$谱。由于该模型自然地消除了不同尺度的相互作用，没有引导场，并且避免了通过随机强迫注入任何螺旋性的迹象，因此所得的三维k谱是统计各向同性的。该模型的优点和缺点表明，通过考虑大或小的磁普朗特数。还观察到，均分偏移的时间尺度与最小尺度的时间尺度显示出$k^{-1/2}$缩放。
2017-12-22 physics.flu-dyn
Four-fifths laws in electron and Hall magnetohydrodynamic fluids: Energy, Magnetic helicity and Generalized helicity
该研究聚焦电子与霍尔磁流体系统，借鉴Eyink纵向结构函数及经典MHD方程的最新成果，推导出能量、磁螺旋度和广义螺旋度对应的五分之四型守恒量定律。
2024-04-10 math.AP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dissipative invariants in MHD turbulence
利用分布混沌方法和直接数值模拟结果研究了耗散不变量在各向同性均匀MHD湍流中的作用。本文还简要讨论了弱外加平均磁场和无扰动光球层中的磁场效应。
2020-06-23 physics.flu-dyn
Cross-helicity effect on $α$-type dynamo in non-equilibrium turbulence
本文利用双尺度直接相互作用近似研究非平衡湍流中的α型发电机效应，发现当MHD湍流同时具有螺旋性和交叉螺旋性时，非平衡效应可通过无穷小脉冲交叉响应函数增强发电机过程，并分析了交叉螺旋度的演化与来源。
2023-03-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the removal of the barotropic condition in helicity studies of the compressible Euler and ideal compressible MHD equations
University of Cambridge（剑桥大学）；Imperial College London（帝国理工学院）
本文提出新的涡量密度定义，去除可压缩流体中等熵条件的限制，并应用于磁流体动力学方程。
2025-01-29 math.AP nlin.CD physics.flu-dyn
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
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
Conservation of magnetic-helicity fluctuations due to spatial decorrelation of fluxes in decaying MHD turbulence
Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University（澳大利亚国立大学天文与天体物理研究学院）；Australia’s Climate Simulator (ACCESS-NRI), Australian National University（澳大利亚气候模拟器（ACCESS-NRI），澳大利亚国立大学）；Princeton Center for Theoretical Science（普林斯顿理论科学中心）；Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, University of Cambridge（剑桥大学应用数学与理论物理系）；Gonville & Caius College（冈维尔与凯斯学院）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学加拿大理论天体物理研究所）
研究探讨了在衰减磁流体动力学湍流中，磁旋磁通量波动的守恒性，通过分析空间相关性的消失，揭示了磁流体动力学湍流中磁旋磁通量波动的守恒机制。
2025-11-12 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
The cross helicity at the solar surface by simulations and observations
驱动MHD湍流的准线性平均场论表明，观测到的交叉螺旋度<u \cdot b>可以直接得到宁静太阳的磁涡扩散率η_{T}。为了模拟太阳表面的交叉螺旋度，用非线性MHD程序NIRVANA模拟了垂直大尺度磁场作用下的磁对流。计算的非常稳健的结果是< u_z b_z >\simeq 2< u \cdot b>与施加的磁场幅度无关。交叉螺旋度的相关系数约为10%。类似的鲁棒性是发现磁扰动的均方根值超过平均场幅度（仅）的五倍。当等温声速为6.6 km/s时，特征螺旋度速度u η为1 km/s。这一数值与从HINODE卫星和瑞典1米太阳望远镜（SST）提供的交叉螺旋度分量的数据中获得的经验结果吻合得很好< u_z b_z >。因此，模拟和观测结果都得出一个数值η_{T} \simeq 10 ^12 cm ^2/s，这是宁静太阳表面的特征。
2012-06-27 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
On the structure and statistical theory of turbulence of extended magnetohydrodynamics
本文综述了扩展磁流体力学（XMHD）非正则哈密顿模型的最新研究进展。利用哈密顿方法的优点，研究了XMHD湍流的一些一般性质，并与理想MHD湍流进行了比较。以XMHD为例，计算了该模型的螺旋度通量传输率，验证了该模型的刘维尔定理。后者与绝对平衡态结合使用，以获得不变量的光谱，并确定级联的方向，例如，推广了著名的理想磁流体力学逆级联的磁螺旋度。对XMHD进行了类似的分析，考察了二级结构函数和绝对平衡态，得到了一些有趣的结果。当交叉螺旋度被认为是级联的，注入的磁螺旋度的逆级联也发生在霍尔MHD范围内-这是与文献中以前的结果是一致的。相反，在惯性MHD范围内，即在尺度小于电子趋肤深度，所有的光谱量预计将经历直接级联。我们的结果在空间和天体物理等离子体的后果和相关性也进行了简要讨论。
2017-01-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
From Weakly to Strongly Magnetized Isotropic MHD Turbulence
研究了大尺度磁场作用下高雷诺数各向同性磁流体动力学湍流随磁场强度的变化规律。对于各种流动构型，即使大尺度磁场能量比动能大20倍，能量耗散率ε仍遵循柯尔莫哥洛夫标度ε~ U^3/L。磁能的进一步增加显示出向ε~ U^2 B / L标度的转变，这意味着磁剪切在这一点上比速度波动更有效地级联能量。强螺旋构型形成偏离这些标度的螺旋度凝聚。弱湍流标度是缺席的调查。最后，磁能谱显示出对柯尔莫哥洛夫谱k^{-5/3}的支持，而动能谱更接近于Iroshnikov-Kraichnan谱k^{-3/2}。
2012-09-19 physics.flu-dyn
On the MHD load and the MHD metage
类比流体力学中的载荷和称量，我们定义了磁流体的磁流体动力学载荷和磁流体力学称量。它们可以用来把MHD中的磁场写成Clebsch形式。我们展示了如何利用这两个概念来推导出磁模拟的Ertel定理，以及如何在磁流体中的磁场的非平凡拓扑的存在下，可以将磁场线的链接数与不变的MHD负载相关联。本文说明了MHD度量在相应的标号空间中的对称平移产生交叉螺旋度守恒。
2007-04-26 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Emergence of magnetic structure in supersonic isothermal magnetohydrodynamic turbulence
本文通过直接数值模拟研究了马赫数高达10的等温磁流体动力学湍流中磁螺旋度的逆转移，发现用阿尔芬速度代替磁场时不可压缩MHD的结果可扩展至超音速MHD，并揭示了压缩性对三种尺度转移现象的不同影响。
2023-11-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Influence of small scale magnetic energy and helicity on the growth of large scale magnetic field
研究了初始给定的小尺度磁能（$E_M(0)$）和螺旋度（$H_M(0)$）对磁流体动力学（MHD）发电机的影响。推导并求解了$E_M$（t）、$H_M$（t）和电动势（$\langle {\bf v}\times {\bf b}\rangle$、$EMF$）的方程。结果表明，由$E_M$（0）引起的小尺度磁场（${\bf b}_i$）改变了$EMF$，并产生了附加项，其影响取决于磁扩散率$η$、初始条件位置（$IC$ s）$k_f$和时间（$\sim e^{-ηk_f^2 t}$）. ${\bf b}_i$增加了能量的反向级联，导致大尺度磁场（$\overline{\bf B}$）的增强生长。模拟数据表明，$E_M$（0）在小规模下提高了增长率，而增长率也成比例地依赖于$H_M(0)$。如果$E_M$（0）相同，则正$H_M(0)$对MHD发电机比负$H_M(0)$更有效。讨论了大尺度磁螺旋度与注入动力学螺旋度符号相反的原因。
2014-04-02 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
High Reynolds number magnetohydrodynamic turbulence using a Lagrangian model
借助先前测试的磁流体动力学（MHD）湍流模型，我们在没有强迫和没有施加均匀磁场的情况下，探索了高达6000^3网格点的等效分辨率的高雷诺数区域。对于这里选择的给定初始条件，具有相等的动能和磁能，流动最终由磁场主导，并且动力学导致各向同性的Iroshnikov-Kraichnan能谱。然而，垂直于局部平均场的局部各向异性磁场波动遵循柯尔莫哥洛夫定律。我们发现，与所谓的临界平衡假设相反，涡流周转时间的阿尔芬时间的比值随波数的增加。剩余能量和螺旋度谱也被认为是由磁螺旋度的保守所发挥的作用进行了研究，并发现磁螺旋度和剩余螺旋度谱的标度律。我们把这些结果的上下文中的动力学的全局各向同性MHD流是局部各向异性的，因为强大的大尺度磁场的影响，导致部分平衡之间的动能和磁模式的能量和螺旋度。
2011-05-18 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
TURB-MHD: an open-access database of forced homogeneous magnetohydrodynamic turbulence
University of Rome Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学）；INFN（意大利国家核物理研究所）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
TURB-MHD数据库提供了强制均匀磁流体动力学湍流的数据集，用于研究总能量 cascade 和部分逆动能 cascade 的现象。
2025-12-14 physics.flu-dyn
Local and Nonlocal Advected Invariants and Helicities in Magnetohydrodynamics and Gas Dynamics II: Noether's Theorems and Casimirs
利用Noether第一和第二定理导出了与流体重标对称性有关的理想气体动力学和磁流体动力学（MHD）中的守恒定律。Lie拖曳不变量的讨论中的MHD Casimirs。利用Noether定理，结合流体重标对称性和规范变换，导出了适用于包含Clebsch变量的非正压流体螺旋度的非局部守恒定律。用同样的方法导出了包含Clebsch势的非定域交叉螺旋度守恒定律和MHD能量守恒定律。欧拉庞加莱变分方法也被用来推导守恒律与流体重新标记对称性使用Noether的第二定理。
2014-01-08 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Kinetic Helicity in the Earth's atmosphere
概述了速度场的螺旋度（“动力学”螺旋度，以区别于磁流体力学，天体物理学和太阳物理学中使用的“磁”螺旋度;或在本章中简称为\emph{helicity}）和作用，这一概念在大气物理学和大气湍流的现代研究中发挥作用。螺旋度的一般信息，包括一些历史的评论和简要说明的基本作用，螺旋度发挥流体动力学。螺旋度概念的不同应用进行了讨论的各种动态大气过程的分析，包括应用到强烈的大气涡旋，如热带气旋，龙卷风和沙尘暴，也埃克曼边界层动力学。强调螺旋度平衡条件和重要作用，螺旋度通量发挥其维持。本文简要介绍了螺旋湍流理论的基本原理，着重讨论了大气边界层内湍流的螺旋特性。特别是，从奥布霍夫大气物理研究所（莫斯科）的研究小组的开拓性努力，以测量湍流螺旋度在自然大气条件下进行了说明。
2023-03-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A non local shell model of turbulent dynamo
本文推导了一种新的磁流体动力学（MHD）湍流壳模型，其中能量传递不一定是局部的。与原MHD方程一样，该模型在相空间中保持了总能量、磁螺旋度、交叉螺旋度和体积（刘维尔定理），而不考虑外力、粘性耗散和磁扩散的影响。在没有磁场的情况下，该模型表现出统计稳定的动能解与柯尔莫哥洛夫谱。本文研究了在运动学和动力学两种情况下，在很宽的磁普朗特数范围内，种子磁场对湍流和非线性相互作用的发电机作用。能量传递的非定域性被清楚地识别。
2007-01-11 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Hall cascade with fractional magnetic helicity in neutron star crusts
中子星壳中磁场的欧姆衰减通常被认为是由霍尔漂移控制的，这导致了所谓的霍尔级联。在这里，我们表明，螺旋和分数螺旋磁场进行强烈的逆级联磁流体力学（MHD），但磁能衰减更慢，随着时间的$t$：$\propto t^{-2/5}$而不是$\propto t^{-2/3}$在MHD。即使对于非螺旋磁场，对于足够强的磁场，也存在一定程度的逆级联。用波数$k$进行惯性范围定标与以前对强制霍尔级联的发现是一致的，即，与$k^{-7/3}$成比例，但在衰减情况下，亚惯性距离谱变陡到一个新的$k^5$斜率，而不是MHD中的$k^4$斜率。通过逆级联，大尺度磁场的能量可以在时间上以二次方增加。对于螺旋场，能量耗散被发现是成反比的大规模磁场和成比例的均方根（rms）磁场的五次方。对于均方根磁场为$10^{14}\,$ G几倍的中子星条件，大尺度磁场可能只有$10^{11}\,$ G，同时仍然产生$10^{33}\,$ erg $\,$ s $^{-1}$数千年的磁耗散，这可以通过X射线发射来表现出来。最后指出，局部非分层模型的结论与有边界分层模型的结论相当一致。
2020-08-03 astro-ph.HE physics.flu-dyn
On the inverse cascade of magnetic helicity
通过研究三维磁流体动力学（MHD）直接数值模拟中不同球壳之间螺旋度在傅立叶空间中的详细传递，研究了导电流体中磁螺旋度的逆级联.使用两种不同的数值模拟，一种是在感应方程中用电动势强迫系统，另一种是在机械上用ABC流强迫系统，而磁场仅由发电机动作维持。在两个模拟的初始阶段的磁螺旋度级联被观察到是逆的和本地的（在尺度空间）在大尺度上，和直接的和本地的小尺度。当接近饱和时，螺旋度大部分集中在大尺度上，叶栅是非局域的。螺旋度直接从强迫尺度传递到最大尺度。同时，从最大尺度到小尺度观察到一个幅度较小的直接级联。
2005-09-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Direction of cascades in a magnetofluid model with electron skin depth and ion sound Larmor radius scales
本文研究了考虑电子惯性和离子声Larmor半径的二维模型中级联的方向，得到了能量和螺旋度的绝对平衡态的解析表达式。结果发现，通常都在尺度短于电子趋肤深度的能量和磁螺旋度有直接级联，而在大尺度的螺旋度有一个逆级联，如早先建立的减少磁流体动力学（MHD）。研究还发现，陀螺效应的引入允许负温度态（与能量共轭）的存在和能量向大尺度的凝聚。二维和三维扩展MHD模型（MHD与双流体效应）之间的比较表明两者之间的定性协议。
2018-08-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Inverse energy transfer in decaying MHD turbulence: A shell-to-shell analysis
Hamburger Sternwarte, University of Hamburg（汉堡天文台，汉堡大学）
通过壳层到壳层传递函数分析，发现衰减磁流体动力学湍流中能量从小尺度向大尺度的逆传递机制，表现为自相似倍增增长，且仅发生在同号螺旋度扇区内。
2026-05-26 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Chaotic behavior of Eulerian MHD turbulence
在欧拉坐标系下，利用直接数值模拟方法研究了湍流导电流体的混沌特性。最大李雅普诺夫指数测量模拟与不同的雷诺数和磁普朗特数。我们扩展的Ruelle理论的流体动力学湍流磁流体动力学湍流作为一个工作假设，并找到广泛的协议与结果。在其他模拟中，我们引入了磁螺旋度，这些模拟显示出减少的混乱，预计将被消除在最大螺旋度。我们还发现，两个最初接近的字段之间的差异线性增长的后期，这也是最近发现的流体力学。这种线性增长率被认为是依赖于相关领域的耗散率。我们讨论了这种线性增长对可预测性的重要影响。我们推断系统中的混沌完全由速度场主导，并将这项工作与太阳天气和受限等离子体等实际磁系统联系起来。
2019-04-08 astro-ph.CO nlin.CD physics.flu-dyn
MHD inverse cascade in the early Universe
我们对三维自由衰减磁流体动力学（MHD）湍流进行了数值模拟，这可以应用于早期宇宙中随机磁场的演化。对于螺旋磁场的逆级联效应中观察到的磁螺旋度和能量从较小的尺度转移到较大的尺度，伴随着幂律增长的特征长度尺度的磁场。磁场迅速达到自相似演化的标度区域，并在高波数下具有幂律行为。我们还发现幂律衰减的磁能和动能。
2002-01-29 astro-ph hep-ph physics.flu-dyn
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
Partial invariants, large-scale dynamo action, and the inverse transfer of magnetic helicity
部分守恒拟能量的存在被证明是导致逆能量转移发展嵌入磁流体动力学（MHD）湍流，在类比的二维非导电湍流拟能的影响。通过分解的速度和磁场在谱空间上的螺旋模式，我们确定的三波（三元组）相互作用的子集保存两个新的拟能量，可以映射到三元组相互作用最近确定的促进大规模$α$型发电机行动和磁螺旋度的逆转移。由于它们依赖于相互作用尺度的局部性，不变量表明磁螺旋度的逆传递可能是由局部和非局部尺度的相互作用促进的，并且是一个比$α$ -发电机更局部的过程。我们测试预测嵌入（部分）的能量通量通过构建一个壳模型（减少波空间模型）的最小集合的三元组相互作用（MTI）所需的保存理想的MHD不变量。数值模拟的MTIs表明，对于一系列的强迫配置，部分不变量，有一些例外，确实有用的理解嵌入的贡献，总的光谱能量通量。此外，我们表明，严格的逆能量转移可能会发展，如果拟能守恒相互作用的青睐，最近发现的非导电三维湍流受到强旋转或禁闭的能量级联反转的机制。所提出的结果具有影响的理解背后的大规模发电机行动和磁螺旋度的逆转移，过程被认为是中央的大规模磁结构形成的物理机制。
2019-11-19 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Scaling laws and diffuse locality of balanced and imbalanced MHD turbulence
近年来，将强MHD湍流理论推广到非零交叉螺旋度（或能量不平衡）的研究引起了人们极大的兴趣。在我们早期的出版物中，我们进行了三维数值模拟，并表明一些现有的模型与数值不一致。在本文中，我们把注意力集中在低不平衡限制，并进行了新的高分辨率模拟。结果强烈表明，在小的不平衡的限制，我们顺利过渡到一个标准的Goldreich-Sridhar（1995）平衡模型。我们还声称，Perez-Boldyrev（2009）模型预测，由于所谓的“动态对齐”，两个组件的非线性时间尺度相同，强烈矛盾的数字证据。
2010-05-03 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
MHD simulations of the solar photosphere
我们简要地回顾了太阳光球的观测，并指出了一些悬而未决的问题，这层太阳的磁流体动力学。然后，我们讨论了目前的建模工作，解决其他问题，超颗粒的起源。
2012-06-28 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Modeling the turbulent cross-helicity evolution: Production, dissipation, and transport rates
人们已经认识到，湍流交叉螺旋度（速度和磁场波动之间的相关性）可以发挥重要的作用，在几个磁流体动力学（MHD）等离子体现象，如全球磁场的产生，湍流抑制等，尽管其相关性的交叉螺旋度的演变，很少有人注意到湍流交叉螺旋度的耗散率，$ε_W$。本文考虑湍流交叉螺旋度耗散率的模型表达式。在代数模型的基础上，根据非均匀湍流的统计分析理论，提出了$ε_W$的演化方程。采用$ε_W$湍流模型模拟太阳风湍流。将数值模拟结果与卫星观测结果进行了比较。结果表明，就太阳风应用而言，$ε_W$的最简单的代数模型足以阐明太阳风湍流的大尺度空间演化。并讨论了横螺旋度演化对大尺度速度结构（如速度切变和流动膨胀）的依赖性。
2011-07-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Variational Principles and Applications of Local Topological Constants of Motion for Non-Barotropic Magnetohydrodynamics
磁流体力学（MHD）的变分原理已被前人以拉格朗日和欧拉形式引入。本文介绍了较简单的欧拉变分原理，由它可以导出某些场拓扑的非正压MHD的所有有关方程。本文给出了非定常非正压气流的五个独立函数的变分原理。这比正压MHD的标准方程中出现的八个变量少，它们是磁场$\vec B$、速度场$\vec v$、熵$s$和密度$ρ$。对于内能是熵和密度的函数的非正压MHD情况，以往的工作只考虑简单的正压情况，而没有讨论。了解熵和温度的变化规律对磁流体力学的变分分析具有重要意义。因此，我们引入了一个非正压MHD的变分原理，并表明五个函数将足以描述这个物理系统。我们还将讨论上述分析对拓扑常数的影响。它将被证明，而交叉螺旋度是不保守的非正压MHD这个量的一个变量。这对非正压MHD稳定性的影响进行了讨论。
2017-03-21 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A Conservative Finite Element Solver for MHD Kinematics equations: Vector Potential method and Constraint Preconditioning
提出了一种新的三维稳态磁流体动力学（MHD）运动学方程的守恒型有限元求解器，该求解器以磁矢势和电流密度为求解变量，分别采用H（curl）协调的边元和H（div）协调的面元进行离散。因此，离散电流密度和磁感应强度的无发散约束都得到满足。此外，该解还保持了总的磁螺旋度。生成的线性代数方程是一个典型的病态不确定对偶鞍点问题。为了有效地解决这个问题，我们开发了一个基于约束预处理框架的块预处理器，并设计了一个预处理FGMRES求解器。数值实验验证了预条件子的保守性、离散解的收敛速度和鲁棒性。
2021-11-23 astro-ph.SR cs.NA math.NA
Twist, writhe and energy from the helicity of magnetic perturbed vortex filaments
通过对测地线涡丝解和反常磁流体动力学（MHD）涡丝解的磁螺旋度的计算，得到了正交扰动涡丝的扭转数、扭动数和磁能。根据Berger和Prior [J.Phys.A39（2006）8321]最近导出的公式计算扭曲，并且最后根据螺旋度与扭曲和扭曲之和成比例的定理计算扭曲。扭转数与总扭转和矢势的积分成正比。磁能是根据挠率平方的积分计算的，这使我们能够根据Fukumoto [J. Phys. Soc. Japan，（1987）]在流体涡丝中的一个定理，在螺旋丝的情况下对能量进行约束。它还表明，在考虑的情况下，在那里一个小的正交磁场存在沿细灯丝的灯丝扭转一致的磁扭曲。在Moffatt-Ricca（Proc Roy Soc London A，1992）计算中没有出现的扭数表达式中，得到了一个新的Aharonov-Bohm（AB）相位项.
2007-01-28 astro-ph cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Inverse transfer of magnetic helicity in direct numerical simulations of compressible isothermal turbulence: scaling laws
在等温理想磁流体力学（MHD）框架下，通过直接数值模拟大尺度机械驱动的湍流，研究了磁螺旋度的逆传递。机械力要么是纯螺线管的，要么是纯压缩的，所考虑的紊流稳态具有均方根（RMS）马赫数0.1 $\lesssim$ M $\lesssim$ 11。一个连续的小规模电动势强迫注入磁螺旋波动，这导致越来越大的磁结构的建立。谱标度指数的观察，对于低马赫数，是一致的不可压缩的情况下与以前的研究。更高的压缩性导致更平坦的磁螺旋度标度指数。与压缩驱动紊流相比，即使在高马赫数下，螺线管驱动紊流与不可压缩情况的偏差也比较小，在压缩驱动紊流中，在相对较低的RMS马赫数M $\gtrsim$ 3下已经可以看到很大的偏差。因此，可压缩效应可以在磁螺旋度的逆传递中发挥重要作用，特别是当湍流驱动器相当压缩时。然而，在不可压缩情况下观察到的理论结果，可以通过适当改变变量，使用阿尔文速度代替磁场，转移到超音速湍流。
2020-09-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Biot-Savart helicity versus physical helicity: A topological description of ideal flows
对于等熵（因此可压缩）流，流体轨迹被认为是一个家庭的一个参数的轨道，光滑，方向保持和非奇异的同构在一个紧凑的和光滑的边界域在欧几里德3-空间，必然保持有限的措施，后来解释为流体质量。证明了在这样的同胚下，无发散且与边界矢量场相切的前推的毕奥-萨伐尔螺旋度是守恒的，并且由于这些情况下存在等熵流，因此对于这样的流建立了毕奥-萨伐尔螺旋度的守恒性。另一方面，众所周知的理想流的螺旋度守恒，我们在这里称之为“物理螺旋度”被发现是一个独立的常数的毕-萨伐尔螺旋度。这两个螺旋度之间的差异反映了该区域的一些拓扑特征以及讨论的速度场和涡度场，并且对于简单连通区域，这两个螺旋度重合。涡量场的能量变化形式上与不可压缩流相同。对于由多个不相交的固体环面组成的流体域，在每一时刻，本文发现流体域上光滑矢量场的调和纽结子空间具有两个独立的基集，这两个基之间具有一种特殊的正交性，由此得到了依赖于螺旋度差的涡场和速度场的拓扑描述，因为这种差仅依赖于调和纽结部分。速度、涡度及其毕奥-萨伐尔矢量场。对于理想MHD流，讨论了三种独立的常螺旋度，通过在磁位动力学中引入一个特殊的调和纽结场，将磁位的螺旋度推广到非单连通区域.
2014-05-10 math-ph math.MP physics.flu-dyn
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
Evolution of similarity lengths in anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
在早期的一篇论文（Wan等人，2012）中，作者指出，如果平行与垂直（相对于$\vB_0$）相似性长度尺度的比率在时间上保持恒定，则在存在均匀平均磁场$\vB_0$的情况下，存在各向异性不可压缩3D磁流体动力学（MHD）湍流的相似性解。这个猜想似乎是一个相当严格的约束动力学的衰减的含能涡MHD湍流。然而，我们在这里表明，使用直接数值模拟，这一假设确实是满足不可压缩MHD湍流。经过一个初始的瞬态周期后，平行与垂直的长度尺度的比值在涡流衰减期间围绕一个稳定值波动。我们进一步表明，泰勒-卡门类似的相似性衰减持有的MHD湍流中存在的平均磁场。不同的参数，包括雷诺数，直流电场强度，和交叉螺旋度，相似性衰减的性质的影响进行了讨论。
2019-06-18 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
