Single-mode nonlinear Langevin emulation of magnetohydrodynamic turbulence
基于布朗运动的朗之万方程，我们提出了一个简单的模型，模拟了不可压缩磁流体动力学湍流中的一个典型模式，提供了几个关键性质的演示。模型方程符合冯·卡门衰减定律和柯尔莫哥洛夫对称性。我们主要集中在惯性范围模式的行为，虽然我们也试图包括一些大尺度模式的属性。不考虑耗散尺度。从该模型的结果进行比较，从出版的直接数值模拟的结果。
2018-05-12 physics.plasm-ph
Generalised global symmetries in holography: magnetohydrodynamic waves in a strongly interacting plasma
我们从广义全局（高级形式）对称性开始探索全息几何理论。特别是，我们专注于强耦合等离子体中的磁流体动力学（MHD）的情况下，通过构建和分析一个全息的双最近，广义的全球性的耗散MHD的制定。最简单的全息对偶的有效理论的MHD，提出作为一个描述等离子体与任何状态方程和输运系数包含动态引力子和两种形式的规范场波动在磁化的黑膜背景。对偶场论，这是密切相关的大- $N_c$，$\mathcal{N} = 4$超对称杨-米尔斯理论（无限）强耦合，是，正如我们所说，在我们的设置耦合到一个动态的$U(1)$规范场与重整化条件相关的电磁耦合。在构造了高阶对称性场论规范-引力耦合的全息字典后，我们计算了对偶状态方程和输运系数，并首次用全息微观描述分析了强相互作用稠密等离子体中MHD波的唯象.从弱到极强的磁场，阿尔文和磁声波的行为的几个预测进行了讨论。
2019-04-25 cond-mat.str-el hep-th nucl-th
Energy spectrum of turbulent fluctuations in boundary driven reduced magnetohydrodynamics
通过对磁流体动力学方程的数值模拟，研究了磁通量绳束在其端点处的稳态流体运动驱动下的非线性动力学行为。MHD湍流的发展示出，系统达到的状态，其特征在于由阿尔芬时间（不可压缩的MHD波沿着场线行进的时间）和驱动运动的对流时间尺度之间的比率。这个时间尺度的比率决定了能量谱和从弱到强湍流的不同区域的弛豫。与唯象理论的连接MHD湍流的能量谱。
2003-09-26 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Generalized Expanding-Box Formulations of Reduced Magnetohydrodynamics in the Solar Wind
本文推导了一组用于研究径向膨胀太阳风小区域内约化磁流体动力学湍流的简化方程，支持盒子静止或沿磁场线以任意速度运动，特别关注与向外传播的 Alfvén 波同速的情况，并采用标量势和 Clebsch 坐标表示，以辅助未来高分辨率数值模拟的设计与优化。
2025-01-29 physics.plasm-ph physics.space-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
Coronal Loop Heating by Nearly Incompressible Magnetohydrodynamic and Reduced Magnetohydrodynamic Turbulence Models
光波和湍流在光球层之外的传输是日冕加热问题的核心。采用近不可压缩磁流体动力学（NI MHD）理论模拟了宁静日冕中的湍流，描述了低频湍流在开放磁场区的输运。它描述了耦合的多数准二维和少数板组件的演变，驱动的磁地毯和平流的亚音速，亚Alfvenic流从较低的日冕。本文将NI MHD湍流传输模型与日冕MHD模型耦合，研究日冕环中的加热问题。在一个现实的基准日冕环问题，我们发现，一个环可以加热到150万K的运输和耗散的MHD湍流所描述的NI MHD模型。我们还发现，大多数2D组件是作为重要的少数板组件在加热的冕环。我们比较我们的耦合MHD/NI MHD模型的结果与简化MHD（RMHD）模型。这些模型之间的一个重要区别是，RMHD解决了小规模的速度和磁场波动，并获得与它们的演变相关的实际粘性/电阻耗散，而NI MHD演变的波动速度和磁场的标量矩和近似耗散使用MHD湍流现象。尽管模型之间存在基本差异，但它们的模拟结果非常匹配，在日冕内部产生几乎相同的加热速率。
2023-01-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nonlinear excitation of low-n harmonics in reduced magnetohydrodynamic simulations of edge-localized modes
基于典型的I型ELMy ASDEX升级放电的早期ELM阶段的非线性模拟已经使用简化的MHD代码JOREK进行。分析的重点是环形傅里叶频谱的演变。结果发现，在非线性演化过程中，线性次主导低n傅立叶分量，特别是n = 1，增长到与线性主导谐波相当的能量。一个简单的模型，开发的基础上，通过二阶非线性相互作用的环形谐波之间的能量转移的想法。简单的模型再现和解释很好的早期非线性演变的环形谱的JOREK模拟。此外，它示出的n = 1谐波，其空间结构的变化显着的过渡期间，从线性到非线性驱动的增长。线性几乎不稳定的n = 1的刚性增长结构深入等离子体核心。与此相反，非线性驱动的n = 1有一个刚性增长的结构定位在等离子体的边缘，其中占主导地位的环形谐波驱动的n = 1是最大的，并在相位。所提出的二次耦合模型可以解释最近在磁性测量中对强低n分量的实验观察[Wenninger等人，TCV中由低n模式分量主导的边缘局部模式期间的非线性磁扰动，提交给核聚变]。
2013-08-16 physics.plasm-ph
On reduced modeling of the modulational dynamics in magnetohydrodynamics
本文研究了二维MHD湍流中结构形成的调制不稳定性，发现传播谱波会破坏调制不稳定性，提出能同时捕捉两者的近似谱闭合方案，并发现对理想MHD的修正可恢复准线性近似的准确性。
2024-02-20 physics.plasm-ph
Symmetry transformations for magnetohydrodynamics and Chew-Goldberger-Low equilibria revisited
论文的动机是[O. I. Bogoyavlenskij，Phys.Rev.66，056410（2002）]，我们推广了各向同性压力和不可压缩流平行于磁场的MHD平衡的对称变换，在相应的CGL平衡的情况下，各向异性压力。我们发现，只有当磁场为纯极向时，场向平衡的几何对称性才能被这些变换打破。在这种情况下，我们从给定的轴对称的三维CGL平衡。此外，我们研究了一般的对称变换的MHD和CGL平衡与不可压缩流的任意方向，在一些文件中介绍，并发现他们不能打破原来的平衡的几何对称性，除非速度和磁场是共线和纯极向。
2018-10-16 physics.plasm-ph
Reduced magnetohydrodynamic theory of oblique plasmoid instabilities
用简化的磁流体力学方程研究了等离子体团不稳定性的三维性质。对于由$\vc{B}_o = B_{po} \tanh (x/λ) \hat{y} + B_{zo} \hat{z}$表示的具有引导场的Harris平衡，模式谱在电流片中的多个谐振表面处是不稳定的，而不仅仅是极向场$B_{yo} (x) = B_{po} \tanh (x/λ)$的零表面，其是2D中或在不存在引导场的情况下的唯一谐振表面。这里，$B_{po}$是平衡极向场的渐近值，$B_{zo}$是恒定平衡引导场，$λ$是电流片宽度。每个谐振表面上的等离子体团具有唯一的折射角$θ\equiv \arctan(k_z/k_y)$。角度$θ$的谐振表面位置是$x_s = - λ\arctanh (\tan θB_{zo}/B_{po})$，并且谐振表面的存在需要$|θ| < \arctan (B_{po} / B_{zo})$。在恒定- $ψ$状态下，最不稳定的角度是倾斜的，即$θ\neq 0$和$x_s \neq 0$，但在非恒定-$ψ$状态下，最不稳定的角度是平行的，即$θ= 0$和$x_s = 0$。对于固定的双折射角，最不稳定的波数位于常数- $ψ$和非常数- $ψ$区域的交叉点。该模式的增长率为$γ_{\textrm{max}}/Γ_o \simeq S_L^{1/4} (1-μ^4)^{1/2}$，其中$Γ_o = …
2011-12-31 physics.plasm-ph
Hamiltonian structure of single-helicity, incompressible magnetohydrodynamics and application to magnetorotational instability
本文推导了柱坐标系下单螺旋不可压缩MHD的四场简化模型并明确其哈密顿结构，证明了李-泊松括号性质，还成功将模型应用于重现MRI局域色散关系和分析含负能MRI的线性稳定性。
2024-11-30 physics.plasm-ph
Symmetries of a reduced fluid-gyrokinetic system
利用李群方法研究了流体陀螺动力学模型的对称性。具体地，研究了由Zocco和Schekochihin（Zocco & Schekochihin 2011）构造的非线性系统，该系统将非线性流体方程与平行电子动力学的漂移动力学描述相结合。值得注意的是，这个模型是完全的回旋运动，允许任意的k_perp rho_i，其中k_perp是波动的垂直波矢量，rho_i是离子回旋半径。该模型包括积分算子对应的陀螺平均以及有关流体变量的动力学分布函数的力矩方程。发现了大量的精确对称性，其中一些具有意想不到的形式。利用这些结果，新的非线性解决方案的构造，包括螺旋推广的Chapman-Kendall解决方案的崩溃电流片。
2017-12-04 physics.plasm-ph
Discrete Symmetries in Dynamo Reversals
发电机中速度和磁场反转的量化仍然是一个有趣的挑战。在本文中，使用群论分析，我们分类的可逆和不可逆的傅立叶模式期间的发电机反转在笛卡尔框。根据波数指数的奇偶性，我们将速度和磁场傅立叶模各分为8类。然后，利用磁流体力学中的非线性相互作用的性质，证明了这16个元素构成Klein 16群$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
Variational Integrators for Reduced 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）；Aix-Marseille Université, Université de Toulon, CNRS, CPT, UMR 7332（艾克斯-马赛大学、土伦大学、法国国家科学研究中心、CPT、UMR 7332）；ISC-CNR and Politecnico di Torino, Dipartimento Energia（意大利国家研究委员会计算科学研究所和都灵理工大学能源系）
本文提出基于离散变分原理的变分积分器，用于简化磁流体动力学方程，精确保持能量、磁能和交叉能，避免数值电阻引起的异常重联。
2016-04-04 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Embedding physical symmetries into machine-learned reduced plasma physics models via data augmentation
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Universidade de Lisboa（里斯本大学）；Mani L. Bhaumik Institute for Theoretical Physics, University of California at Los Angeles（加州大学洛杉矶分校马尼·L·巴乌米克理论物理研究所）
本文提出通过数据增强嵌入物理对称性，提升机器学习模型对等离子体物理规律的建模精度。
2025-06-18 physics.plasm-ph
The Equations of Reduced Magnetohydrodynamics in Dipole Coordinates
The Catholic University of America（美国天主教大学）；Geospace Physics Laboratory NASA Goddard Spaceflight Laboratory（NASA戈达德太空飞行中心地球空间物理实验室）；Department of Astronomy, University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校天文学系）
本研究推导了偶极坐标系下低β等离子体的RMHD方程，结合计算机代数系统开展分析，可用于磁层-电离层耦合问题，为复杂几何下的多尺度摄动分析提供模板。
2026-11-03 physics.plasm-ph physics.space-ph
Hall magnetohydrodynamics in a relativistically strong mean magnetic field
本文提出相对论性强平均磁场下的霍尔磁流体模型，证明其方程与非相对论霍尔约化磁流体动力学仅差几个常数，从而表明动力学阿尔芬湍流和离子回旋湍流性质在磁主导区中保持不变。
2023-10-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A Reduced-Speed-of-Light Formulation of the Magnetohydrodynamic-Particle-in-Cell Method
降低光速（RSOL）近似是磁流体动力学（MHD）粒子模拟（PIC）的一种有效方法。使用RSOL时，某些“代码内”光速$\tilde{c}$被设置为比真实$c$低得多的值，从而允许模拟采用更大的时间步长（考虑到较大的CR速度，这受到Courant条件的限制）。然而，由于文献中没有一个良好制定的RSOL实现，用RSOL天真地替换真实的$c$，MHD-PIC模拟中的CR特性（例如，CR能量或动量密度，陀螺半径）相对于彼此以及相对于具有不同RSOL选择的收敛（$\tilde{c} \rightarrow c$）解人为地变化。本文导出了一种新的带有RSOL的MHD-PIC方程，证明了：（1）即使对于$\tilde{c} \ll c$，它也保证了CR分布函数和背景等离子体/MHD量的所有稳态性质与RSOL $\tilde{c}$无关;（2）保证了模拟能{ \em同时}代表CR数、质量、动量、和能量密度，（3）保持各种术语（如电场）的正确物理含义，以及（4）确保CR的数值时间步长始终可以安全地增加因子$\sim c/\tilde{c}$。这种新的RSOL配方应使更大的自我一致性和降低CPU成本的CR-MHD相互作用的模拟。
2022-09-19 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Lie Symmetries for the Shallow Water Magnetohydrodynamics Equations in a Rotating Reference Frame
本文对旋转参考系中的一维浅水磁流体动力学方程进行了李对称性分析，针对重力势和科里奥利项的四种参数组合推导出不同的李代数，并在一般情况下利用一维最优系统构造了解析解。
2024-12-19 math-ph math.AP math.MP
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
Influence of a large-scale field on energy dissipation in magnetohydrodynamic turbulence
在磁流体动力学（MHD）湍流中，大尺度磁场为小尺度动力学设定了一个优选的局部方向，改变了各向同性情况下的湍流统计。即使在没有总磁通量的情况下也会发生这种情况，因为MHD湍流形成随机取向的大尺度强磁场域。因此，研究小尺度磁等离子体湍流的习惯是假设一个相对于湍流涨落的强背景磁场。例如，这是在等离子体的简化模型中完成的，例如简化MHD、降维动力学模型、陀螺动力学等，这使得理论计算更容易并且数值计算更便宜。然而，最近已经清楚的是，湍流能量耗散集中在强磁场变化的区域。相当一部分的能量耗散可能局限于非常小的体积中，对应于强磁化畴之间的边界。在这些区域，简化模型不适用。这对磁等离子体湍流中粒子加热和加速的研究具有重要意义。本文的目的是系统地研究局部磁场变化与磁能量耗散之间的关系，并了解其对模拟真实湍流等离子体中能量耗散的影响。
2017-03-09 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energetic Particle Perpendicular Diffusion: Simulations and Theory in Noisy Reduced Magnetohydrodynamic Turbulence
高能带电粒子的传输（例如，宇宙射线）在湍流磁场中的扩散通常以平行于和垂直于大尺度（或平均）磁场的扩散来表征。非线性引导中心理论（NLGC）是一种重要的垂直扩散理论。这个理论的最新版本，基于随机弹道传播的磁场线和回溯校正（RBD/BC），已显示出良好的协议与测试粒子模拟的两个组件的磁湍流模型。本研究的目的是测试的改进理论的一般性，通过将其应用到噪声减少磁流体动力学（NRMHD）湍流模型，确定垂直扩散系数，比较那些从磁力线随机游走（FLRW）和统一的非线性（UNLT）理论和我们的测试粒子模拟。合成NRMHD湍流模型为高能粒子传输创造了特殊条件，在较高的平行波数下没有磁波动，因此如果粒子Larmor半径$R_{\rm L}$甚至略小于最小共振尺度，则没有共振平行散射。这导致平行平均自由程$λ_\parallel$与$R_{\rm L}$的非单调变化。在所考虑的理论中，只有RBD/BC在所考虑的参数范围内在两个因素内匹配模拟。即使理论依赖于$λ_\parallel$，并且对$R_{\rm L}$没有明确的依赖性，也可以获得这种精度。此外，UNLT理论通常提供准确的结果，甚至FLRW极限在许多情况下也提供了非常简单和合理的近似。
2022-05-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
One-form superfluids and magnetohydrodynamics
我们使用广义全球对称性的框架来研究热电磁的各种流体动力学制度。我们用未破缺或自发破缺的U（1）单形对称性来表述流体力学理论。后者描述了一种单形式的超流体，其特征在于矢量戈德斯通模式和两种形式的超流体速度。这个理论的两个特殊极限已经被详细研究：弦流体极限，其中U（1）的一种形式的对称性被部分恢复，和电极限，其中对称性被完全打破。这些理论的输运性质进行了深入的研究，通过研究所产生的限制，从热力学第二定律和Onsager的关系在一阶导数。我们还为这些理论中的Goldstone模构造了一个流体静力学有效作用量，并用它来描述所有平衡构型的空间。为了明确与热电磁接触，磁流体力学的传统治疗，其中电磁光子被纳入动力学自由度，扩展到包括宇称违反的贡献。我们认为，化学势和电场是不是独立的动态磁流体力学，并说明如何消除这些内的流体动力学导数扩展使用麦克斯韦方程组。此外，一个新的流体力学理论的非导电，但极化，等离子体制定，主要集中在磁占主导地位的部门。最后，它表明，在广义的全球对称性方面制定的一种形式的超流体的不同限制是完全等效的磁流体力学和非导电等离子体的流体力学在非线性水平。
2020-01-08 astro-ph.HE cond-mat.str-el gr-qc
Residual Energy and Broken Symmetry in Reduced Magnetohydrodynamics
本文证明约化磁流体力学方程对剩余能量正负号无内在偏好，并揭示初始状态通过对称性破缺导致阿尔芬准模和零频模中净负剩余能量的产生，从而为太阳风湍流中负剩余能量占优提供了物理解释。
2024-09-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent drag reduction in magnetohydrodynamic and quasi-static magnetohydrodynamic turbulence
在流体动力学湍流中，大尺度注入的动能级联到惯性范围，导致恒定的动能通量。相反，在磁流体动力学（MHD）湍流中，一部分动能被转移到磁能。因此，对于相同的动能注入率，MHD湍流中的动能通量与其流体动力学对应物相比减小。这导致非线性项（$\la | ({\bf u}\cdot \nabla) {\bf u} | \ra$，其中${\bf u}$是速度场）和湍流阻力相对减弱，但MHD湍流中的速度场增强。我们使用流体动力学和MHD湍流的壳模型模拟来验证上述。准静态MHD湍流也表现出类似于MHD湍流的湍流阻力减小。
2020-04-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Piecewise omnigenous magnetohydrodynamic equilibria as fusion reactor candidates
Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT（CIEMAT 国家聚变实验室）；Universidad Carlos III, Madrid（马德里卡洛斯三世大学）；Princeton University, New Jersey, USA（美国新泽西州普林斯顿大学）
本文提出一种满足理想磁流体动力学平衡方程的分段全向仿星器磁场配置，实现了前所未有的分段全向性，从而在降低径向输运、自举电流和快离子损失的同时保持磁流体动力学稳定性，满足可行聚变反应堆候选的物理标准。
2026-06-02 physics.plasm-ph
New Exact Plasma Equilibria with Axial and Helical Symmetry
本文给出了轴向和螺旋形简化系统的静力平衡磁流体动力学方程的精确解，并讨论了它们之间的关系。对于这两种对称性，物理限制的解决方案进行了讨论，可以看出，出现了两个不同的家庭的物理解决方案，对应于两个不同的压力分布。一种适用于大气限制的等离子体，而另一种适用于驻留在真空中的等离子体。对于真空中的解决方案，径向依赖性被发现表现为周期性的轴对称和螺旋对称。对于这些物理解，只能考虑某个选定区域内的截断解。然后，磁场边界可以由电流片来描述。在文章的最后，将这些静力平衡解转化为非零流速解。
2022-03-26 physics.plasm-ph
Intermittency in Hall-magnetohydrodynamics with a strong guide field
本文详细研究了具有外部引导场的可压缩霍尔磁流体动力学湍流的速度和磁场波动的不稳定性。为了数值求解方程，使用了一个简化的模型，当存在强引导场时有效。在模拟中考虑离子趋肤深度的不同值。分析所得到的数据，计算垂直于引导场的几个方向上的场增量，以及建筑结构函数和概率密度函数。在磁流体力学极限下，我们恢复了通常的结果，磁场比速度场更间歇。在霍尔效应的存在下，在小于离子趋肤深度的尺度上的场波动显示出在接近单分形标度的情况下的不连续性水平的大幅降低。
2013-02-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A paradigmatic flow for small-scale magnetohydrodynamics: properties of the ideal case and the collision of current sheets
我们提出了两套磁流体动力学（MHD）的初始条件，其中速度和磁场都具有空间对称性，这些空间对称性随着系统的演化而被动力学方程所保持。当以数字方式实现时，它们允许为给定的分辨尺度分离大量节省CPU时间和存储器存储要求。给出了推广到MHD的Taylor-Green流的基本性质，并研究了其中一种流的理想无耗散情况，直到相当于2048^3个网格点。在考虑的最高空间分辨率下，能谱的对数递减量δ的时间演化保持指数，在达到网格分辨率之前短暂地观察到加速。直到delta指数衰减结束时，该行为与没有出现奇点的规则流一致。随后的短加速形成的小磁尺度可以与近碰撞的两个电流片驱动磁压力在一起。它导致强烈的梯度与快速旋转的方向的磁场，一个功能也观察到在太阳风。
2008-08-25 physics.flu-dyn 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
On weak and strong magnetohydrodynamic turbulence
最近的数值和观测研究包含相互矛盾的磁流体动力学湍流谱的报告。为了澄清这个问题，我们研究了具有强引导场$B_0$的各向异性不可压缩磁流体动力学湍流。我们在一个特殊的设置，使我们能够阐明弱和强湍流制度之间的过渡减少MHD方程进行数值模拟。表示$k_{\|}$、$k_\perp$和$b_λ$，表示波动的特征平行场和垂直场波数，$b_λ$表示尺度为$λ\sim 1/k_{\perp}$的波动场。我们发现，当满足临界平衡条件$k_{\|}B_0\sim k_{\perp} b_λ$时，湍流较强，能谱为$E(k_{\perp})\propto k^{-3/2}_{\perp}$。随着谱的$k_{\|}$宽度增加，湍流迅速变弱，并且在极限$k_{\|}B_0\gg k_{\perp} b_λ$中，谱接近$E(k_{\perp})\propto k_{\perp}^{-2}$。观测到的光谱对线性和非线性相互作用平衡的敏感性可以解释在这种平衡条件没有得到很好控制的情况下相互矛盾的数值和观测结果。
2007-12-13 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Perfect magnetohydrodynamics as a field theory
我们提出了一般的协变作用的自耦合复杂的标量场和电磁学的理论，凭借的约束是等效的，在长波长的制度，完善磁流体力学（MHD）。由此得到了考虑洛伦兹力的欧拉方程，以及理想流体的热力学关系式。后者的物态方程与标量场的自势有关。我们引入1+3符号来说明MHD与场变量的关系。在我们的方法中，标量场是单值的要求导致了以$\hbar$为步长的某个循环的量子化;在经典极限中，这个特征导致了该循环的守恒。环流是相同的，在Oron的推广开尔文环流定理完美MHD，我们在这里描述了新的保守螺旋度与之相关联。我们还证明了存在两个伯努利定理的MHD的每个时空对称的流动和几何形状，其中之一是有关适当定义的势流。在两种对称性同时存在的情况下，我们明确地展示了守恒量，并给出了例子。此外，在这种情况下，我们展示了一个新的保守的MHD循环不同于Oron的，并提供了一个例子。
2006-10-16 astro-ph gr-qc hep-th
Stream-Aligned Magnetohydrodynamics for Solar Wind Simulations
我们提出了一个简化的磁流体动力学（MHD）数学模型，描述了具有冻结磁场的高导电等离子体的动力学行为，约束的假设是，存在一个参考系，其中磁场矢量，$\mathbf{B}$，是对齐的等离子体速度矢量，$\mathbf{u}$，在每个点。我们称这种解决方案为“流对准MHD”（SA-MHD）。在该模型的框架内，感应方程中的电场$\mathbf{E} = -\mathbf{u} \times \mathbf{B} \equiv 0$和能量方程中的电磁能通量（坡印廷通量）$\mathbf{E}\times\mathbf{B}\equiv0$同样消失。同时，在动量方程中充分考虑了磁场对等离子体运动的力效应（安培力）。所提出的模型的任何稳态解都是完整的MHD方程组的合理解。然而，相反的说法是不正确的：在一个任意的稳态磁场中，电场不一定要完全消失（尽管它的旋度必须消失）。具体地说，现实的三维解决方案的稳态（“环境”）的太阳大气中的形式，所谓的帕克螺旋，可以有效地产生内流对齐的磁流体动力学（SA-MHD）没有损失的一般性
2021-11-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Approximate higher-form symmetries, topological defects, and dynamical phase transitions
本文提出近似高形式对称性的有效理论与流体动力学框架，刻画显式、自发及伪自发破缺、对偶网络和涡旋缺陷增殖，并统一解释多种凝聚态与等离子体相变。
2023-01-23 cond-mat.soft cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Finite Dissipation in Anisotropic Magnetohydrodynamic Turbulence
在存在外部支撑的平均磁场的情况下，湍流的导电介质（如等离子体）变得各向异性。该平均磁场与磁场的波动、湍流部分分离，对系统的动力学具有相当大的影响。在本文中，我们研究衰减不可压缩磁流体动力学（MHD）湍流的耗散率随雷诺数的增加，并在存在一个平均磁场的变化强度。通过数值计算，我们发现随着雷诺数的增加，耗散率对于每个磁场强度都渐近到一个有限值，从而证实了适用于MHD的Kármán-Howarth假设。无量纲耗散率的渐近值最初被平均磁场从零平均场值抑制，但随后对于更高的平均场强度值接近恒定值。此外，为了比较，我们进行了一组二维（2DMHD）和一组减少MHD（RMHD）模拟。我们发现RMHD结果非常接近对应于三维运行的高平均场极限的值，而2DMHD结果承认远离零平均场情况和三维情况的高平均场极限的不同值。这些发现为空间和天体物理学中的许多应用提供了坚实的基础，其中假设湍流的冯卡门衰变。
2018-12-06 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Effective field theories of dissipative fluids with one-form symmetries
本文构建了具有一形式对称性的耗散流体（弦流体）的最一般有效场论，揭示了离散对称性导致的两种扩散输运，并应用于磁流体动力学，证明自发破缺时约化为麦克斯韦理论，支持光子为戈德斯通玻色子的解释。
2025-05-26 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
