Cross-helicity and transition from magnetohydrodynamics to kinetics in space plasmas
利用直接数值模拟的结果和磁层多尺度飞行任务和CLUSTER航天器上的仪器在地球磁鞘和自由太阳风中进行的测量的结果，研究了空间等离子体磁流体动力学（大尺度）和动力学（小尺度）范围的交叉螺旋度主导的分布式混沌。从磁流体动力学（MHD）到动力学范围存在两种类型的转变：1）从Kolmogorov（标度）MHD湍流到动力学CHDC; 2）从磁流体动力学CHDC到动力学CHDC。其他一些行星的磁鞘测量结果：土星（卡西尼观测），木星（伽利略观测）和水星（信使观测），在这次比赛中已经简要讨论。
2021-09-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Helicity-based, particle-relabeling operator and normal mode expansion of the dissipationless incompressible Hall magnetohydrodynamics
从拉格朗日力学的观点研究了不可压缩、无耗散霍尔磁流体动力学介质的动力学行为。混合和磁螺旋出现，分别从应用程序的粒子重标记对称性的离子和电子流的Noether的第一定理，而与该定理相关的运动常数一般是由他们的任意线性组合。此外，与不变作用量相关的积分路径变分通过积分微分算子在参考路径上的运算来表示，该算子的特征函数是双Beltrami流，即运动方程的无力定常解，并提供了一族正交函数基，从而得到了形式非常简单的运动方程的谱表示.在考虑均匀背景磁场和霍尔项效应消失极限的双重Beltrami流中，广义Elsasser变量最适合于避免标准磁流体力学极限中的奇异性问题。
2015-08-30 physics.plasm-ph
Role of cross helicity in magnetohydrodynamic turbulence
采用高分辨率直接数值模拟方法研究了强不可压三维磁流体动力学湍流。模拟结果表明，配置空间的特点是由区域的积极和消极的交叉螺旋度，对应于高度对齐或反对齐的速度和磁场波动，即使当平均交叉螺旋度为零。为了阐明交叉螺旋度的作用，在交叉螺旋度不为零的不平衡区域获得湍流的谱和结构。当在正和负交叉螺旋度区域上平均时，结果与平衡湍流的模拟一致。对所得结果进行了分析解释。
2009-01-16 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On Magnetohydrodynamic Gauge Field Theory
磁流体力学的Clebsch势规范场理论是在Calkin（1963）理论的基础上发展起来的。它示出了如何极化矢量${\bf P}$在卡尔金的方法，自然产生的拉格朗日乘子约束方程法拉第方程的磁感应${\bf B}$，或者从法拉第方程的磁矢量势的形式。高斯方程（${\bf B}$的发散为零）通过拉格朗日乘子约束被纳入变分原理中。利用Noether定理和规范对称性导出了（a）\磁螺旋度（b）\交叉螺旋度（c）非磁化流体的流体螺旋度（d）一类与旋度和散度方程相关的守恒律，这些守恒律适用于Faraday方程和Gauss方程。磁螺旋度守恒定律是由于磁流体力学中的规范对称性，而不是由于流体重标对称性。分析是在非正压气体的一般情况下进行的，其中气体压力和内能密度取决于熵$S$和气体密度$ρ$。在非正压情况下的交叉螺旋度和流体螺旋度守恒律是非局部守恒律，对于正压气体的情况，它们可以简化为局部守恒律。发展了规范对称性、Clebsch势和Casimirs之间的联系。证明了Henyey（1982）工作中的规范对称性泛函满足Casimir决定方程。
2017-05-07 physics.plasm-ph
Tridimensional to bidimensional transition in magnetohydrodynamic turbulence with a guide field and kinetic helicity injection
我们研究的三维磁流体力学流动的尺寸只强制机械，当磁引导场的强度逐渐增加的过渡。我们使用数值模拟来考虑机械强迫注入（或不注入）的流动中的螺旋度的情况。随着引导场的增加，磁场波动的强度按照引导场强度的幂律减小。我们表明，足够强的引导场，螺旋磁流体动力学流可以成为几乎二维的。在这种情况下，机械能可以经历与逆级联相容的过程，优先向大于强迫尺度的尺度转移。螺旋度的存在改变了小磁场波动的谱标度，并影响速度场和速度梯度的统计。此外，在小尺度下，流动的动力学变得由螺旋度的直接级联主导，这可以用来推导速度场的标度律。
2016-08-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Hall effect on the joint cascades of magnetic energy and helicity in helical magnetohydrodynamic turbulence
本文通过直接数值模拟和Ulysses观测数据，揭示了螺旋磁流体湍流中霍尔效应通过诱导交叉螺旋度抑制逆级联，从而促进大尺度磁能与螺旋度积累的新机制。
2024-05-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
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
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
Magnetic Helicity Conservation and Inverse Energy Cascade in Electron Magnetohydrodynamic Wave Packets
电子磁流体力学（EMHD）提供了一个小尺度磁化等离子体的流体般的描述。EMHD波（也称为哨声波）沿着磁场线传播。传播方向可以平行于或反平行于磁场线。我们数值研究了三维电磁流体波包沿一个方向的传播。我们得到两个主要结果：1.与磁流体动力学（MHD）对应物不同，EMHD波包是色散的。正因为如此，在一个方向上行进的EMHD波包通过自相互作用产生相反的行波包，并将能量级联到更小的尺度。2.沿一个方向传播的EMHD波包明显地表现出逆能量级联。我们发现后者是由于磁螺旋度守恒。比较了三维EMHD湍流和二维流体动力学湍流中的能量逆级联。
2011-04-21 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Cross-helicity effects and turbulent transport in magnetohydrodynamic flow
在大尺度涡运动和/或磁场应变的存在下，湍流交叉螺旋度（波动中的速度-磁场相关性）可能有助于湍流电动势和雷诺应力。交叉螺旋度的这些影响被认为是平衡的主要影响的湍流，如湍流的磁扩散率在磁场的演变和涡流粘度的动量输运。交叉螺旋度效应可能抑制湍流引起的输运增强。物理解释的影响，特别强调交叉螺旋效应和通常的$α$或螺旋效应的发电机行动之间的差异。交叉螺旋度效应在发电机行动的相对重要性进行了验证的援助下的直接数值模拟（DNS）的Kolmogorov流与强加的磁场。还讨论了几种机制，提供湍流的交叉螺旋度。
2011-07-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A Conserved Cross Helicity for Non-Barotropic MHD
交叉螺旋度在非正压磁流体力学（MHD）中不守恒（与正压或不可压缩MHD相反）。在这里，我们表明，变分分析提出了一种新的交叉螺旋度是保守的非正压情况下。在正压假设下，非正压交叉螺旋度退化为标准交叉螺旋度。新的交叉螺旋度是保守的，即使拓扑结构的变分原理不适用。
2016-05-06 physics.plasm-ph
Magnetic Helicity Reversal in the Corona at Small Plasma Beta
太阳和恒星的发电机脱落的小规模和大规模的磁螺旋相反的迹象。然而，太阳风的观测和模拟表明，在发电机上方一定距离处，小尺度和大尺度的磁螺旋度都有相反的符号。随着对活跃区域上方日冕的真实模拟，我们可以获得沿日冕环的磁场和电流密度。我们表明，发生在磁螺旋度的水平平均值的符号反转时，当地最大的等离子体β下降到低于团结和该领域成为几乎完全免费的。因此，这种逆转预计会发生在日冕内，而帕克太阳探测器或太阳轨道飞行器无法直接进行现场测量。我们还表明，反转是与微妙的变化，相对优势的结构与积极和消极的磁螺旋。
2018-12-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Spatio-temporal behavior of magnetohydrodynamic fluctuations with cross-helicity and background magnetic field
我们研究的时空行为的Elsässer变量描述磁场和速度场的波动，使用直接数值模拟的三维磁流体动力学湍流。我们考虑的情况下，相对较小的，中等的，和大的平均背景磁场的值，并与零，小，高交叉螺旋度（速度和磁场之间的相关性）。波数依赖的时间关联函数计算不同的模拟。从这些关联函数，解相关时间的计算和比较不同的理论特征时间：本地非线性时间，随机扫描时间，和Alfvénic时间。据发现，去相关时间占主导地位的平均磁场的低值和低值的交叉螺旋度的扫描效果，而对于大的背景场或交叉螺旋度的值和波矢量充分对齐的引导场，去相关时间控制Alfvénic效应。最后，我们观察到反传播的Alfvénic波动由于反射产生的不均匀性在总磁场。这种效果变得更加突出，在流动与大的交叉螺旋，强烈修改波的传播湍流磁流体动力学流。
2019-11-08 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The inverse cascade of magnetic helicity in magnetohydrodynamic turbulence
在受迫和衰减的三维磁流体动力学湍流中，研究了导致导电湍流介质中大尺度磁结构形成的磁螺旋度$H^M$的非线性动力学.这是高分辨率的直接数值模拟和统计闭合理论的帮助下完成的。数值观察到的$H^M$的光谱标度与使用统计闭合模型的早期工作不同[Pouquet et al.，J. Fluid \textbf{77} 321（1976）]。通过对这一理论的重新考察，发现了一个普遍的动力学平衡关系，它包括了动能螺旋度、动能和磁能对$H^M$逆级联的影响，并解释了上述的矛盾。考虑的平均场发电机理论的背景下的结果表明，在湍流等离子体中的磁场激发的背景下，重要的$α$发电机效应的非线性修改。
2013-09-20 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Time-dependent relaxed magnetohydrodynamics -- inclusion of cross helicity constraint using phase-space action
从Hamilton作用量原理出发，利用微观质量守恒和宏观总磁螺旋度、交叉螺旋度和熵守恒，作为弛豫域上密度、压力、流体速度和磁矢势变化的唯一约束，变分导出了一种新的含时弛豫磁流体力学（RxMHD）公式.一个新的相空间版本的MHD拉格朗日推导出，它给出了欧拉-拉格朗日方程与以前的工作一致的精确理想和放松MHD平衡流，但广义的松弛概念从静态到动态。文中给出了新动力学形式在短波长线性波中的应用，并导出了多区域弛豫磁流体力学（MRxMHD）的界面连接条件。讨论了$\vec{E} + \vec{u}\times\vec{B} = 0$是否应成为约束的问题。
2020-04-27 math-ph math.MP nlin.CD
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
On the Inverse Transfer of (Non-)Helical Magnetic Energy in a Decaying Magnetohydrodynamic Turbulence
在我们的传统理解中，大尺度磁场被认为是源于存在磁螺旋度、差旋或磁旋不稳定性的逆级联。然而，由于最近的模拟已经给出了强烈的迹象表明，即使在没有磁螺旋度的情况下也可能发生逆级联（转移），这种逆级联的物理起源仍然没有完全理解。本文对自由衰减的螺旋和非螺旋磁流体动力学（MHD）湍流进行了两种模拟。我们验证了螺旋和非螺旋磁场在这两种情况下的逆转移，但我们发现基本的物理原理是根本不同的。在前一种情况下，螺旋磁分量导致磁能的逆级联。利用$α$系数导出了大尺度磁场演化的半解析公式，并与模拟结果进行了比较。但在后一种情况下，$α$效应，包括其他传统的发电机理论，都不适合描述非螺旋磁场的逆传递。为了更好地理解这里的物理工作，我们介绍了一个“场结构模型”的基础上存在的不均匀性的磁感应方程。这个模型说明了如何旋度的电动势（EMF）导致建立一个大规模的磁场，而不需要的磁螺旋。并将准正规近似应用于磁能的逆传递。
2017-09-18 physics.plasm-ph
Nonlocal Evolution of Magnetic Helicity across the Magnetohydrodynamic-Kinetic Interface
Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学）；Max Planck Institute for Solar System Research（马克斯·普朗克太阳系研究所）；Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia（意大利国家地球物理和火山学研究所）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Ilia State University（伊利亚州立大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Adelaide University（阿德莱德大学）；National Institute for Space Research (INPE)（国家空间研究所）
基于帕克太阳探测器数据，首次证实内日球层存在从太阳到水星轨道附近的持续磁螺度逆级联，并发现谱磁螺度密度符号变化的频率随距离对数递减，挑战了传统随机性假说。
2026-10-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Differential-geometrical approach to the dynamics of dissipationless incompressible Hall magnetohydrodynamics I: Lagrangian mechanics on semidirect product of two volume preserving diffeomorphisms and conservation laws
利用拉格朗日力学，在两个保体积同形群的半直积上，建立了无耗散不可压缩霍尔磁流体动力学（HMHD）介质的动力学方程。在$\mathbb{T}^3$或$E^3$的情况下，Galtier（S. Galtier 2006 J. Plasma Phys.72 721-769）给出了诸如李代数的结构常数、运动运动方程和守恒定律的基本公式和方程的非常简单的表达式。四个常数的运动，其中三个是独立的，自然来自广义Elsasser变量表示的运动方程的HMHD系统：总等离子体能量，磁螺旋度，混合螺旋度，和修改后的交叉螺旋度。
2015-04-03 nlin.CD physics.plasm-ph
Magnetic helicity and the evolution of decaying magnetohydrodynamic turbulence
在迄今为止所做的许多单实现数值研究的基础上，本文给出了逆谱传输的围扰平均高分辨率直接数值模拟。这确定了这种类型的光谱转移作为磁流体动力学湍流的统计特性，从而允许可靠的数值探索其动力学。从这些合奏运行的磁能衰减指数已被确定为$n_E = (0.47 \pm 0.03) + (13.9 \pm 0.8)/R_λ$的初始螺旋磁场。我们首次表明，即使在去除了动量方程中的洛伦兹力项，从而使其与感应方程解耦之后，反向光谱传输仍然存在。感应方程现在与外部施加的速度场是线性的，因此适用于许多分析技术。一个新的大门已经打开，分析反向光谱传输，讨论了各种想法。
2014-10-07 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Multi-region relaxed magnetohydrodynamics in plasmas with slowly changing boundaries --- resonant response of a plasma slab
最近提出的动力学扩展的泰勒松弛，\emph{multi-region relaxed magnetohydrodynamics}（MRxMHD）的绝热极限进行了总结，特别注意相对磁螺旋度的适当定义。使用一个简单的两个区域，剪切磁场模型类似的Hahm-Kulsrud-Taylor（HKT）波纹边界板模型的形式主义。在MRxMHD的线性梯度-Shafranov方程适用，即使在有限的波纹振幅。边界波纹的绝热导通在谐振表面处激发出对抗重联的屏蔽电流片。扰动磁场作为纹波幅度的函数计算调用由电流片分开的两个区域中的磁螺旋度守恒。在低纹波振幅下，电流片的每一侧上出现“半岛”，将旋转变换锁定在谐振值。超过一个临界振幅，这些岛屿消失，旋转变换发展一个不连续的电流片。
2017-03-17 physics.plasm-ph
The Second Quadratic Invariant of Astrophysical Gyrokinetics
University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
该研究发现天体物理陀螺动力学的新二次不变量陀螺动力学螺旋度，推导其在五种子模型中的极限形式，揭示磁流体与相空间螺旋度的转化机制，该转化可规避螺旋度壁垒并增强太阳风湍流加热。
2026-07-31 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Determination of turbulent heating rate and relaxed states in finite Larmor radius magnetohydrodynamic turbulence with helicity barrier
Indian Institute of Technology Kanpur（印度坎普尔理工学院）
本文研究了有限兰姆半径磁流体动力学湍流中能量和广义螺旋度的 cascade 法律，揭示了强螺旋度失衡导致的 helicity 障碍，从而得出离子加热率的计算方法，并推导了松弛状态的特性。
2026-04-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Variational formulation of relaxed and multi-region relaxed magnetohydrodynamics
理想磁流体力学（IMHD）受到无限多个微观约束的强烈约束，这些微观约束表示每个无限小流体单元中的质量、熵和磁通量守恒，后者阻止了磁重联。相比之下，在泰勒弛豫模型形成的宏观自组织等离子体平衡态，所有这些限制放宽保存的全球磁通量和螺旋度。拉格朗日变分原理，导致一个新的，完全动态的，\emph{relaxed magnetohydrodynamics}（RxMHD），使所有的静态解决方案是泰勒状态，但也允许流。通过假设一些长寿命的宏观电流片可以作为弛豫的屏障，将等离子体分成多个弛豫区域，进一步推广，\emph{multi-region relaxed magnetohydrodynamics}（MRxMHD）的开发。
2015-11-10 physics.plasm-ph
Magnetic helicity transport in the advective gauge family
磁螺度通量的调查家庭的仪表，其中的贡献，从理想的磁流体动力学采取的形式是一个纯粹的平流通量。在这个平流规范家庭的磁流体动力学湍流的数值模拟表现出不稳定性触发的非物理的无旋贡献的磁矢势的积累。作为一种补救措施，矢量势在数值上表现良好的规范中演化，从规范变换获得对流矢量势。在运动学制度，磁螺旋度密度演变类似于一个被动标量时，电阻率是小的，湍流混合是温和的，即当流体雷诺数不是太大。在动力学制度中，电阻贡献的磁螺旋度通量在平流规范被发现是显着的，由于在磁矢势的无旋部分的小长度尺度的发展。
2011-01-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph
On triple correlations in isotropic electron magnetohydrodynamic turbulence
研究了三维各向同性电子磁流体动力学湍流中相关特性的演化。在惯性范围内，得到了涨落磁场各分量的纵向和横向两点三重关联与磁螺旋度和能量耗散率之间的普适精确关系。
2003-06-25 nlin.CD physics.plasm-ph
Ribbons characterize magnetohydrodynamic magnetic fields better than lines: a lesson from dynamo theory
布莱克曼和勃兰登堡认为，当磁场用带状或管状表示而不是用线表示时，发电机理论中的磁螺旋度守恒原则上可以用平均场发电机的图来捕捉。在这里，我们提出了这样一个示意性的带状图的$α^2$发电机，跟踪磁螺旋度，并提供了不同规模的大尺度磁螺旋度，小尺度磁螺旋度，动力学螺旋度的过程中所涉及的。这也促使我们对α^2发电机的螺旋度演化方程构造了一个新的“2.5尺度”最小化推广，它分别考虑了这三种不同的长度尺度，同时只保留了两个动力学方程。我们求解了这些方程，发现在淬灭到与磁雷诺数R_M相关的区域之前，大尺度场首先以与磁雷诺数R_M无关的速率增长。但我们也发现，小尺度流螺旋度所在的波数与强迫尺度的波数之比越大，非线性发电机猝灭发生得越早，线性增长转折处的大尺度场越弱。理论和示意图之间的和谐体现了一个普遍的教训，即MHD中的磁场更好地可视化为二维带状（或成对的线），而不是单线。
2014-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Variational Integrators for Ideal Magnetohydrodynamics
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Technische Universität München, Zentrum Mathematik（慕尼黑工业大学数学中心）
本文提出一种变分积分器，用于理想磁流体动力学，通过离散作用原理保持几何特性，避免数值电阻，保留磁场线拓扑并保证能量、磁旋度和交叉旋度的守恒。
2018-03-12 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Joint inverse cascade of magnetic energy and magnetic helicity in MHD turbulence
我们发现，相反方向的能量和磁螺旋度的通量共存的惯性范围内充分发展的磁流体动力学（MHD）湍流与小尺度源的磁螺旋度。利用磁流体动力学湍流的螺旋壳模型，我们研究了高雷诺数磁流体动力学湍流的螺旋度注入的规模是远远小于能量注入的规模。在比螺旋度强迫尺度更大的尺度范围内，出现了类似于Schneck的效应，导致谱斜率的局部减小。斜率的变化在一个域中具有较高的相对磁螺旋度，这决定了在给定尺度下与螺旋模式相关的磁能的一部分。如果相对螺旋度接近1，则光谱斜率趋向于$-3/2$。我们表明，这种能量堆积是由与磁螺旋度相关的磁能的逆级联引起的。这种负能通量是纯磁能转移的贡献，它在非螺旋极限中消失。在天体物理发电机的背景下，我们的研究结果表明，一个大规模的发电机可以在小尺度上产生的磁螺旋度的影响。特别是动力学螺旋度，根本不参与这个过程。一个有趣的发现是，一个反向级联的磁能可以提供一个小规模的源的磁螺旋度波动没有平均注入的磁螺旋度。
2014-12-10 astro-ph.GA 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
Magnetic helicity, weak solutions and relaxation of ideal MHD
我们重新审视的问题，磁螺旋度和Woltjer-Taylor弛豫理论的背景下，磁流体力学的弱解的保护。我们介绍了一个轻松的系统，理想的MHD系统，其中adverplies的流体动力学湍流的影响，如从磁螺旋度守恒的雷诺应力项的外观在等离子体湍流的观察一致的方式。作为副产品，我们回答了两个悬而未决的问题，在该领域：我们显示的清晰度的$L^3$可积性条件的磁螺旋守恒和提供湍流有界的解决方案MHD耗散能量和交叉螺旋，但（任意）恒定的磁螺旋。
2021-09-19 math.AP physics.plasm-ph
Generation of momentum transport in weakly turbulent $β$-plane magnetohydrodynamics
本文对具有面内平均场的$β$平面上的磁流体动力学（MHD）湍流进行了解析和计算研究。我们首先推导出两个有用的分析约束：我们表示的平均湍流交叉螺旋度的平均湍流磁能，然后表明（弱湍流）的时间平均动量输运系统中可以表示的交叉螺旋度谱。然后，我们完成了封闭的系统使用弱湍流理论，适当地扩展到一个系统与多个相互作用的本征模。我们使用这个封闭的Rossby参数$β$的最低阶的光谱微扰解决，从而表明，在系统中的动量输运是$O(β^2)$，从而量化的过渡远离阿尔文湍流。最后，我们验证了我们的理论结果进行直接数值模拟系统在广泛的$β$。
2022-12-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph
How Spectral Shapes of Magnetic Energy and Magnetic Helicity Influence their Respective Decay Time Scales
结果表明，在磁流体动力学中，磁能谱和磁螺旋度谱的形状会影响磁螺旋度阻性耗散时间尺度是大于、等于还是小于磁能谱。计算强调，磁螺旋度不一定总是比磁能耗散得慢得多。虽然在等离子体装置中磁螺旋度的详细研究中可以隐含地理解这一点，但在比较磁螺旋度与磁能演化的初步讨论中并没有充分强调这一点。测量磁能和螺旋度衰减时间可以提供对初始光谱的后验洞察。
2004-01-05 astro-ph physics.plasm-ph
Chiral magnetohydrodynamics with zero total chirality
本文模拟零总手征性条件下手征磁流体动力学中磁场与手征化学势的耦合演化，揭示CPI、涡旋转折和自旋翻转对逆级联及螺旋度守恒的作用。
2023-08-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Helicity-conservative finite element discretization for incompressible MHD systems
建立了在离散水平上精确保持磁螺旋度和交叉螺旋度、能量定律和磁高斯定律的不可压缩磁流体力学系统的有限元法。变量被离散为de Rham复形中的离散微分形式。我们提出了数值试验，以显示该算法的性能。
2021-03-07 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Revisiting Kinematic Fast Dynamo in 3-dimensional magnetohydrodynamic plasmas: Dynamo transition from non-Helical to Helical flows
本文利用可控流体螺旋度的运动学快速发电机模型，首次系统揭示了流体螺旋度对短尺度发电机从非发电机到发电机状态转变的强影响，并展示了磁场几何结构从非扭转到扭转再到雪茄状的过渡。
2022-11-22 astro-ph.GA physics.comp-ph physics.flu-dyn
Constraining Alfvénic Turbulence with Helicity Invariants
本文研究了广义磁流体力学不变量（广义螺旋度和广义能量）对湍流某些全局特性的约束。我们表明，全球湍流动能和磁能将接近均分只有在某些情况下，取决于广义螺旋度的比例。在具有最小热能的系统中，我们证明了三个不变量共同决定了与Alfvénic湍流相关的特征长度尺度。
2020-05-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Taylor state merging at SSX: experiment and simulation
我们描述了在SSX装置中两个泰勒态等离子体的动态合并的实验和模拟。泰勒状态由装置两端的磁化等离子体枪形成。我们已经进行了实验与泰勒状态的任何意义上的磁螺旋（右手扭曲或左手扭曲）。我们目前的结果都反螺旋合并（一侧左手，其他右手）和共螺旋合并（双方左手）。实验表明，显着的离子加热，符合磁重联。这些实验的磁流体动力学模拟揭示了最终的放松，合并状态的结构。
2019-10-28 physics.plasm-ph
Magnetic helicity in multiply connected domains
磁螺旋度是磁流体力学的一个基本量，它携带着磁场的拓扑信息。所谓“拓扑信息”，我们通常指的是磁场线的连接。然而，对于非单连通的域，螺旋度也取决于域的拓扑结构。本文将单连通域中磁螺旋度的标准定义推广到任意拓扑结构的$\mathbb{R}^3$中的多连通域。我们还讨论了如何使用经典的Biot-Savart算子简化了螺旋度的表达，以及域拓扑结构如何影响螺旋度的物理解释。
2019-08-10 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Spheromak formation and sustainment by tangential boundary flows
非线性，电阻，三维磁流体动力学方程数值求解，以证明形成和维持spheromak的可能性，迫使切向流在等离子体边界。该方法可以用螺旋度注入来解释，与以往的螺旋度注入方法不同。在以前的直流螺旋度注入实验中也观察到的几个功能进行了识别和讨论。
2010-01-15 physics.comp-ph 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
Discrete Symmetries in Dynamo Reversals
发电机中速度和磁场反转的量化仍然是一个有趣的挑战。在本文中，使用群论分析，我们分类的可逆和不可逆的傅立叶模式期间的发电机反转在笛卡尔框。根据波数指数的奇偶性，我们将速度和磁场傅立叶模各分为8类。然后，利用磁流体力学中的非线性相互作用的性质，证明了这16个元素构成Klein 16群$Z_2 \times Z_2 \times Z_2 \times Z_2$ .我们证明，在一类泰勒-格林发电机领域的逆转，以及在早期的实验和模型的逆转，属于我们的群论参数预测的类之一。
2017-05-26 physics.plasm-ph
The Transport of Relative Canonical Helicity
相对正则螺旋度的演化在两流体磁流体力学形式主义检查。正则螺旋度在这里被定义为等离子体物种的正则动量的螺旋度。物种的正则螺旋度耦合在一起，可以从一个转换到另一个，而总规范不变的相对正则螺旋度保持全局不变。该转换是由离子和电子正则通量管共同的表面处的焓差驱动的。该模型提供了一个解释，为什么在反螺旋合并分叉的阈值取决于尺寸参数。尺寸参数确定磁螺旋度湮灭是否将焓引导到磁通量管中或引导到正则通量管的涡量流管组件中。相对正则螺旋度的输运约束了等离子体流和磁场之间的相互作用，并提供了一个更一般的框架，用于从焓或感应边界条件驱动流和电流。
2012-09-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph
On uniqueness of transfer rates in magnetohydrodynamic turbulence
在流体动力学和磁流体动力学湍流中，传递速率的表达式依赖于满足$\textbf{k+p+q=0}$的波数三元组$(\textbf{k,p,q})$上的积分。作为示例，$S_E^{uu}(\textbf{k|p,q})$表示从三元组中的两个其他模式$\textbf{p}$和$\textbf{q}$到模式$\textbf{k}$的动能传递速率。正如Kraichnan（1958）所指出的，在$S_E^{uu}(\textbf{k|p,q})$中，转移到模式$\textbf{k}$的能量中有多少部分来自$\textbf{p}$，多少部分来自$\textbf{q}$是未知的。因此，这样的表达式与通常用双尺度能量交换来描述湍流是不一致的。尽管有这个问题，Dar et al.（2001）进一步将这些转移分解为$\textbf{p}$ -到- $\textbf{k}$和$\textbf{q}$ -到- $\textbf{k}$的单独贡献，从而引入了他们应用于MHD湍流的模式到模式转移的概念。这样做，他们不得不留出额外的转移在每个三合会内流通，但没有计算出来。在本文中，我们解释了如何推导出完整的表达式的方式到方式的转移，包括循环转移。我们对流体动力学湍流中的动能和动能螺旋度，以及MHD湍流中的动能、磁能和磁螺旋度进行了计算。将磁平流的贡献与磁拉伸分开，涉及磁场的能量模式到模式转移率变得唯一定义，与流体…
2020-04-21 physics.flu-dyn physics.geo-ph 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
Amplification of large-scale magnetic field in nonhelical magnetohydrodynamics
通常认为，动力学螺旋度和磁螺旋度在大尺度发电机的生长中起着至关重要的作用。本文证明了螺旋度对大尺度磁场的放大并不是必不可少的。为此，我们进行了非螺旋磁流体动力学（MHD）模拟，并表明，大规模的磁场可以增长时，在非螺旋磁流体动力学的随机外力在$1/10$的盒子大小。利用数值计算的能通量和壳-壳传递率表明，大尺度磁能的增长是由于在强迫尺度上来自速度场的能量传递。
2017-08-21 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
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
Interpreting magnetic helicity flux in solar flux emergence
磁螺旋通量给出了关于通过边界的磁场的拓扑结构的信息。在太阳物理学应用中，这一边界就是光球层，磁螺旋度通量已成为分析进入太阳大气层的磁场的一个重要量。在这项工作中，我们研究的演变磁螺旋度通量的磁流体动力学（MHD）模拟太阳通量的出现。我们考虑新兴的磁场与不同的拓扑结构，并探讨如何磁螺旋通量模式对应的动态出现。为了研究螺旋度输入是如何连接到出现过程中，我们考虑两种形式的螺旋度通量。第一种是给出以磁通量加权的拓扑信息的标准形式。第二种形式表示净绕组，可以解释为标准螺旋度通量减去磁通量。这两个数量提供了重要的和独特的信息的新兴领域的结构，这些数量显着不同的混合符号螺旋度字段。这项研究的一个新的方面是，我们占光球的不同形态，由于密集的等离子体的运动提升到色球层。我们的结果将被证明是有用的解释磁螺旋度通量图在太阳观测。
2019-02-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magneto-inertial range dominated by magnetic helicity in space plasmas
该研究综合模拟、实验与多源空间观测，在 Kolmogorov-Iroshnikov 框架下验证磁螺旋度主导的磁惯性区谱理论，并表明其跨越磁流体动力学至动力学尺度均成立。
2024-05-21 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic winding: what is it and what is it good for?
磁绕组是表征磁螺旋度和衡量磁场线纠缠度的基本拓扑量。与磁螺旋度一样，磁绕组也是理想磁流体力学的不变量。在本文中，我们详细描述了磁绕组所描述的内容、如何计算它以及如何根据螺旋度解释它。我们展示了如何磁绕组提供了一个清晰的拓扑描述磁场（开放或关闭），我们给出的例子来展示如何磁绕组和螺旋度可以表现出不同的，从而揭示不同的和重要的信息有关的基础磁场。
2020-09-24 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Helicity-conserving relaxation in unstable and merging magnetic flux ropes
本文研究磁通量绳因理想扭结不稳定性及相互作用合并而发生的螺旋度守恒弛豫，结合三维MHD与测试粒子模拟解释太阳耀斑和球形托卡马克过程。
2023-08-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Evolution of field line helicity during magnetic reconnection
我们研究了连接两个边界的磁场的磁力线螺旋度的演化，重点是局部有限B磁重联。总（相对）磁螺旋度已经被认为是一个重要的磁流体动力学过程的拓扑约束。场线螺旋度提供了进一步的优点，因为它保留了所有拓扑信息，并且可以区分具有相同总螺旋度的不同磁场。磁重联改变场的连通性和场线螺旋度反映了这些变化，本文的目标是表征的演变。我们首先推导出场线螺旋度的演化方程，并检查其条款，还获得了一个简化的形式的情况下，动力学是本地化的域。主要结果，我们支持使用运动学的例子，是在一个复杂的磁场中的局部重联，磁力线螺旋度的演变是由一个类似的工作项，评估在磁力线端点，即广义磁力线速度和矢势的标量积占主导地位。此外，与无符号量的积分相比，该项在某些区域上的通量积分非常小，这表明场线螺旋度的变化以组织良好的成对方式发生。由此可见，重联是非常有效的重新分配螺旋度在复杂的磁场，尽管对总的螺旋度的影响不大。
2015-02-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
