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
Turbulence-induced transport dynamo mechanism
介绍了扩散流产生磁场的输运发电机机制。在该机制中，流体的随机运动引起的跨场输运打破了冻结通量近似，并且由此产生的跨场扩散可以产生磁场。湍流在引起这种随机运动中起着重要作用。与传统的发电机机制相比，这种传输机制具有几个特殊的特征，即场的产生可以在非常慢的时间尺度上发生，因为该机制是由扩散介导的，并且这种机制只有在存在密度不均匀性时才有实际意义。湍流可以显着提高跨场扩散远远超出碰撞运输。详细讨论了扩散产生的磁场的物理意义。
2021-10-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic turbulence and turbulent dynamo in a partially ionized plasma
天体物理学中的流体是湍流的、磁化的，并且经常是部分电离的。作为天体物理学湍流的一个例子，星际湍流在非常大的空间尺度范围内延伸，并参与发生在不同尺度范围内的关键天体物理过程。本世纪以来，人们对磁流体动力学（MHD）湍流的认识取得了重大进展，这使我们能够更好地描述磁化和部分电离等离子体中的湍流。事实上，MHD湍流物理的现代革命性图景促进了各个理论领域的发展，包括耗散MHD湍流的阻尼过程和产生MHD湍流的发电机过程，这些理论领域具有许多重要的天体物理意义。本文回顾了我们最近的一些重要的理论工作，以证明部分电离气体中MHD湍流和湍流发电机性质之间的相互联系。本文还简要介绍了修正后的基本过程对宇宙早期和现代磁重联、宇宙线散射、磁场放大等突出天体物理问题的影响。
2018-10-18 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Chiral anomaly and dynamos from inhomogeneous chemical potential fluctuations
本文通过数值模拟证明，化学势的空间涨落可触发手征发电机不稳定性，产生磁驱动湍流，并最终经磁α效应生成大尺度磁场。
2024-02-05 astro-ph.CO hep-ph physics.flu-dyn
Dynamo instabilities in plasmas with inhomogeneous chiral chemical potential
我们研究了手征磁流体力学中磁场的动力学，它考虑了高能等离子体中与手征磁效应有关的附加电流的影响。我们进行直接的数值模拟，考虑弱种子磁场和手性化学势μ_5与零平均的不均匀性。我们表明，一个小规模的手征发电机可以发生在这样的等离子体中，如果波动的μ_5的长度尺度上，是远远大于发电机增长率达到最大值的规模相关。由于小尺度的手征发电机不稳定性，磁涨落增长了许多数量级。一旦产生的磁场对μ_5波动的非线性反作用开始，这些尺度的比率就会减小，发电机就会饱和。当磁波动增长到足以通过洛伦兹力达到最大场强之前驱动湍流，一个额外的平均场发电机阶段被确定。平均磁场在波动分量的放大饱和之后以大于湍流的积分尺度的尺度增长。平均磁场的增长率是由与电流螺旋度成比例的磁α效应引起的。随着湍流的开始，μ_5的功率谱发展出与其初始形状无关的普适k^（-1）标度，而磁能谱则接近k^（-3）标度。
2022-02-12 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
Fast Zonal Field Dynamo in Collisionless Kinetic Alfven Wave Turbulence
论证了无碰撞动力学阿尔芬波湍流产生快速发电机作用的可能性。电子朗道阻尼提供了锁定所产生的场所需的不可逆性，因此感应电场不会随电阻率而消失。的系统和这些结果的关系的理论的α淬火的自我调节机制进行了讨论。发电机产生的场具有类似于纬向流的对称性，因此称为纬向场。
2001-01-10 astro-ph physics.plasm-ph
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
Subcritical transition to turbulence triggered by a magnetic dynamo
本文提出恒星辐射区中由非线性平均场发电机维持的小尺度湍流可被理解为线性稳定流动中的亚临界分岔，并给出一个简单非线性模型来描述大尺度发电机与小尺度磁不稳定性竞争驱动的天体物理湍流转捩。
2023-11-29 astro-ph.SR 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
Suppression of small-scale dynamo in time irreversible turbulence
本研究针对传统小尺度磁发电机理论基于时间可逆流动的局限，推广标准模型纳入湍流时间不可逆性，发现微小时间不对称会显著抑制低磁普朗特数下的发电机效应、提高阈值甚至完全抑制磁场生成，并给出磁能增长率与流动参数的关系。
2023-10-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
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
How do dynamos saturate?
为了更好地理解发电机系统是如何饱和的，我们研究了非线性饱和发电机产生的速度场的运动学发电机特性。该技术是通过同时解决，除了动量方程，两个感应方程，一个为实际的磁场，一个为一个独立的被动场。我们将这种技术应用到两个说明性的例子：对流驱动的湍流，和湍流的壳模型。在所有的情况下，我们发现，即使发生非线性饱和后，速度仍然是一个有效的运动发电机。我们讨论了发电机饱和过程的影响。
2008-09-13 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Unified treatment of mean-field dynamo and angular-momentum transport in magnetorotational instability-driven turbulence
本文通过直接统计模拟建立统一平均场模型，同时处理MRI驱动湍流中的大尺度发电机与角动量输运，揭示旋转-剪切-电流效应和旋转-剪切-涡量效应分别产生径向和垂直磁场，并给出相关输运系数的显式形式。
2023-11-14 astro-ph.HE astro-ph.SR 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
MHD Turbulence, Turbulent Dynamo and Applications
MHD湍流在许多空间物理和天体物理环境中很常见。本文首先讨论了不可压MHD湍流的性质。导电性良好的流体在一个称为小规模发电机的过程中放大了初始磁场。低于动能和磁能的均分尺度，谱是陡峭的（Kolmogorov-5/3），并以临界平衡的强MHD湍流为代表。本文介绍了普遍非线性小尺度发电机的基本原理和MHD湍流的惯性范围。在高分辨率直接数值模拟中，我们测量了小尺度发电机$C_E=0.05$、Kolmogorov常数$C_K=4.2$和各向异性常数$C_A=0.63$对MHD湍流的效率。我们还讨论了所谓的不平衡或交叉螺旋MHD湍流，这是相关的许多对象，最突出的是在太阳风。结果表明，不可压缩MHD湍流的性质与可压缩湍流中MHD叶栅Alfvénic部分的性质相似。级联的其他部分根据其自身的动态发展。慢模式由Alfvénic模式级联，而快模式创建独立的级联。我们发现，不同的方式分解成Alfvén，慢，快模式的可压缩MHD湍流提供一致的结果，不仅是有用的理解湍流级联，但其与快速粒子的相互作用。
2014-06-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Turbulent Dynamo
导电流体中磁场的产生通常涉及流体湍流、旋转和场的复杂非线性相互作用。这种发电机过程在天体物理学、行星科学和天体物理学中非常重要，因为磁场在这些系统的动力学中起着关键作用。本文为流体力学工作者介绍发电机理论。它通过奠定基础，介绍发电机理论的核心方程和技术，然后提出一些简单的发电机解决方案。目前行使发电机理论家的问题，然后介绍，随着尝试取得进展。本文最后的论点，发电机理论的进展将在未来利用和推进一些目前的突破，中性流体湍流，如在过渡，自我维持的过程，湍流/平均流的相互作用，统计方法和维护和失去平衡。
2019-07-08 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Large scale dynamo action precedes turbulence in shearing box simulations of the magnetorotational instability
我们研究发电机产生（指数增长）的大规模（平面平均）领域的非分层剪切盒模拟的磁旋转不稳定性（MRI）。与以前的研究仅限于水平（$x$-$y$）平均，我们证明了存在大规模的字段时，无论是水平或垂直（$y$-$z$）平均。通过计算平面平均场和功率谱，我们发现大规模的发电机行动在早期的MRI生长阶段-一个以前未确定的功能。快速增长的水平低模式和基准垂直模式在一个狭窄的波数范围内放大这些平面平均场的MRI增长阶段，湍流集之前。大尺度场增长需要线性波动而不是非线性湍流（如由模式-模式耦合定义的），并且作为MRI的直接全局模式增长。只有通过垂直平均，才能表明水平低波数MRI模式的增长直接反馈到初始垂直场，提供了关于为什么大尺度垂直场在饱和状态下维持对抗湍流扩散的线索。我们计算平面平均场方程中的项，以确定垂直和水平平均对大尺度场增长的个体贡献。发现从这种垂直平均获得的大规模场与Ebrahimi\& Blackman之前研究的全球圆柱模拟和准线性分析分析相当。我们讨论了这些新的结果，了解大规模MRI发电机饱和和湍流的潜在影响。
2016-05-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dynamo model for the inverse transfer of magnetic energy in a nonhelical decaying magnetohydrodynamic turbulence
当磁流体动力学（MHD）系统中存在螺旋性或转动不稳定性时，会出现磁能的逆级联。这一众所周知的现象被认为是宇宙中大尺度磁场的基础。然而，在一个衰减的MHD系统中，非螺旋磁场能量也向大尺度迁移，这为研究静止天体物理系统中大尺度磁场的起源提供了重要线索。Zeldovich绳发电机模型被认为是磁场放大的基本的和象征性的模型。然而，绳模型假设特定的外力，如浮力或科里奥利力是不合适的衰减湍流系统没有任何外力。因此，我们提出了一个新的发电机模型的基础上的磁感应方程不包括一个强迫源。该模型表明磁场（通量）的膨胀和增长实质上是系统能量的重新分配。磁能量的传递实质上是流体运动与种子磁场相互作用而产生的一系列磁场。我们还讨论了基于标度不变MHD方程的解析定理。
2016-02-15 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.flu-dyn
Magnetorotational Turbulence and Dynamo in a Collisionless Plasma
我们提出的结果，从第一个三维动力学数值模拟的磁旋转湍流和发电机，使用本地剪切盒模型的碰撞吸积盘。动力学磁旋转不稳定性的增长从一个亚热磁场具有零净通量的计算域，以产生自持湍流和向外角动量输运。显著的麦克斯韦和雷诺应力伴随着由场对准离子压力各向异性产生的可比粘性应力，其主要由通过粒子捕获和俯仰角散射的镜和离子回旋不稳定性来调节。后者赋予等离子体的有效粘度是偏置的磁场方向和时空可变的。能谱表明，在大尺度上的阿尔文波级联和动力阿尔文波级联在小尺度上，具有强的小尺度密度波动和弱的非轴对称密度波。离子经历非热粒子加速，它们的分布由卡帕分布精确描述。这些结果对低碰撞性吸积流的性质有影响，例如银河系中心黑洞附近的吸积流。
2016-10-19 astro-ph.HE 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
Small-Scale Dynamo Action in Primordial Halos
第一个星系的形成是由于原始晕的引力坍缩。在这个坍缩过程中，微弱的磁性种子场被小尺度发电机以指数方式放大--这是一个将湍流的动能转化为磁能的过程。我们使用Kazantsev理论，它描述了小尺度发电机解析，研究磁场放大不同的湍流速度关联函数。对于不可压缩湍流（Kolmogorov湍流），我们发现增长率与流体动力学雷诺数Re^（1/2）的平方根成正比。在高度可压缩湍流（Burgers湍流）的情况下，增长率与Re^（1/3）成正比。通过详细的化学网络，我们能够跟踪化学演化并确定晕崩溃过程中的动力学和磁粘度（由于欧姆和双极扩散）。这样，我们就可以定量地计算小尺度发电机的增长率，预测小尺度磁场的演化。由于磁能被输送到更大的尺度上的本地涡时标，我们得到的估计的磁场的金斯尺度。即使在那里，我们发现，动能的均分是在小的时间尺度上达到的。因此，在宇宙中第一个物体形成的过程中，就可以预期到动力学相关的场结构。
2012-10-29 astro-ph.CO physics.plasm-ph
Lagrangian statistics of a shock-driven turbulent dynamo in decaying turbulence
在超新星激波和星系团中观测到$n$ G级的小尺度波动磁场，其放大可能是由比尔曼电池机制引起的。然而，如果没有湍流发电机，这些磁场就不能进一步放大，湍流发电机通过拉伸-扭曲-折叠（STF）机制产生磁能。因此，我们在这里提出了新的三维磁流体动力学（MHD）模拟的激光驱动的冲击波传播到分层，多相介质，调查后冲击波湍流磁场放大通过湍流发电机。这里使用的配置目前正在国家点火装置（NIF）的激波风洞中进行测试。为了探索激波后湍流区的统计特性，我们使用$384 \times 512 \times 384$示踪剂通过拉格朗日框架跟踪其演变，从而提供了一个高保真的分析冲击介质。我们的模拟表明，磁场的增长，伴随着近萨夫曼动能衰减（$E_{\textrm{kin}} \propto t^{-1.15})$没有湍流驱动，表现出略有不同的特性相比，周期性的盒子模拟。在其演化过程中似乎不存在明显的阶段，因为在湍流衰减过程中观察到磁场放大的激波通道和时间非常短（湍流翻转时间的$\sim\!0.3$）。然而，增长率仍然是一致的压缩（无卷曲）湍流驱动亚音速，可压缩湍流的预期。唯象理解的磁场和速度场的动态也阐明通过拉格朗日频谱，这是一致的预期的惯性范围缩放的欧拉-拉格朗日桥。
2023-02-16 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic helicity fluxes in dynamos from rotating inhomogeneous turbulence
本文通过直接数值模拟研究了旋转非均匀湍流中的大规模发电机，发现剪切引起的半球小尺度磁螺旋度流能缓解灾难性发电机淬灭，使平均磁场独立于磁雷诺数。
2025-05-01 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamo action driven by precessional turbulence
该研究通过谱分析揭示进动湍流磁发电机在不同尺度上的驱动机制，发现其随庞加莱数和磁普朗特数增强，并从低庞加莱数时涡旋主导转变为高庞加莱数时涡旋、惯性波与背景剪切共同驱动。
2024-05-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
The fratricide of alpha-Omega dynamos by their alpha-squared siblings
上下文螺旋强迫磁流体动力剪切片湍流可以支持不同的大尺度发电机模式，虽然α - Ω模式通常被认为是主导，因为它是增长最快的。在α - Ω发电机中，大部分场放大是由剪切产生的。由于差动旋转是天体物理学中普遍存在的剪切源，这种发电机被认为是大多数天体物理学大尺度磁场的来源。目标。本文研究了振荡迁移α - Ω型发电机在湍流模拟中的稳定性。方法.我们使用剪切片模拟的磁流体湍流是螺旋被迫在波数约三倍大于最低波数的域，使α - Ω和α2发电机行动是可能的。结果当α - Ω模达到饱和状态后，由螺旋湍流维持的正交α2模将破坏α - Ω模。我们表明，至少有两个过程，通过这种过渡可以发生。结论.本文在太阳和恒星活动的巨极小区的背景下讨论了α - Ω发电机被它的α2兄弟发电机的自相残杀。然而，α - Ω发电机从α2发电机的起源尚未被发现。
2011-02-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Turbulent Drag Reduction in Magnetohydrodynamic Turbulence and Dynamo from Energy Flux Perspectives
在这篇综述中，我们描述了湍流减阻在各种流动中使用的通用框架的能量通量。在具有稀聚合物和磁场的湍流中，在大尺度下注入的动能级联到中间尺度下的速度场，以及级联到所有尺度下的聚合物和磁场。因此，与纯流体动力学湍流相比，动能通量$ Π_u(k) $被抑制。我们认为，抑制$Π_u(k)$是一个重要因素，在减少的惯性力$\langle {\bf u \cdot \nabla u} \rangle$和\textit{turbulent drag}。在聚合物、磁流体动力学、准静态磁流体动力学、稳定分层湍流和发电机中观察到湍流减阻的这种特征。此外，它表明，湍流减阻热对流是由于光滑的热板，类似的湍流减阻的钝体。在所有这些流动中，湍流减阻常常导致流动中的强的大尺度速度。
2022-12-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The Small-Scale Dynamo and Non-Ideal MHD in Primordial Star Formation
我们研究了原始晕形成过程中磁场的放大作用。在第一批恒星和星系形成过程中，引力下落运动所产生的湍流可以非常有效地放大磁场，并在短时间内达到动态显著值。卡赞采夫理论描述了所谓的小尺度发电机--一种将湍流的动能转化为磁能的磁流体动力学过程--然后我们就可以计算出小尺度磁场的增长率。我们的计算是基于一个详细的化学网络，我们包括非理想的磁流体力学效应，如双极扩散和欧姆耗散。我们跟随磁场的演化到更大的尺度，直到饱和发生在金斯尺度上。假设由比尔曼电池过程产生的弱磁种子场，Burgers和Kolmogorov湍流都导致在相当小的密度范围内饱和。这样的场很可能在原恒星盘形成后变得相关，因此可能影响宇宙中第一批恒星和星系的形成。
2012-05-23 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulent Dynamos and Magnetic Helicity
它示出的湍流发电机$α$ -效应将磁螺旋度从湍流场的平均场时，湍流是电磁的，而平均场的磁螺旋度跨空间传输时，湍流是静电或由于电子抗磁效应。然而，在所有情况下，发电机效应严格地保持总螺旋度，除了电阻效应和小电池效应。天体物理的情况下，特别是太阳发电机的影响，进行了讨论。
2001-02-19 astro-ph physics.plasm-ph
Mean-field dynamo as a quantumlike modulational instability
本文提出平均场波动力学（MFWK）方法，将平均场发电机视为MHD湍流的调制不稳定性，无需尺度分离，并预测由湍流速度与电流相关性驱动的新发电机效应。
2025-02-25 physics.plasm-ph
Dynamo in the Intra-Cluster Medium: Simulation of CGL-MHD Turbulent Dynamo
标准的磁流体动力学（MHD）描述的等离子体中的热，磁化气体的内集群（ICM）介质是不够的，因为它是弱碰撞。在这种无碰撞的磁化气体中，粒子的微观速度分布不是各向同性的，从而在动力学尺度上产生动力学效应。这些动力学效应对于理解湍流以及ICM中磁场的放大和维持都很重要。通过对MHD方程的修正，可以建立无碰撞或弱碰撞气体的流体模型。这些模型通常被称为动力学MHD（KMHD）。使用基于CGL封闭的KMHD模型，该模型允许压力张量的两个分量（相对于局部磁场的平行分量和垂直分量）的绝热演化，我们进行了强迫湍流的3D数值模拟，以研究初始弱种子磁场的放大。我们发现，磁能的增长率与普通的MHD湍流发电机相当，但磁能的饱和程度小于MHD情况。我们还发现，发电机工作的一个必要条件是对压力的各向异性施加限制。
2011-02-25 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetic reconnection and dynamos in the presence of plasma turbulence
本文研究了湍流等离子体中的磁场演化，利用 Maxwell 方程的精确结果解释了快速磁重联的普遍性，并指出了其对磁场演化和发电机理论的约束，纠正了重联文献中误用二维理论的问题。
2025-04-05 physics.plasm-ph
Budget equations and astrophysical nonlinear mean-field dynamos
本研究针对现有非线性平均场发电机代数淬灭理论的不足，引入总湍流动能预算方程分析三类湍流中的磁场反馈效应，发现非线性发电机数随大尺度磁场增强而减小，最终使三类平均场发电机不稳定性被饱和。
2023-12-16 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Effects of turbulence, resistivity and boundary conditions on helicoidal flow collimation: consequences for the Von-Kármán-Sodium dynamo experiment
利用可压缩MHD程序PLUTO对钠流进行了流体动力学和磁流体动力学模拟，研究了Von-Karman-Sodium发电机实验中的磁场再生现象。研究的目的是分析流体电阻率和湍流度对剩余磁场螺旋运动准直的影响。我们使用一个简化的carnival几何形状来表示在一个多叶片叶轮的一个腔附近的流动动力学的灵感来自于那些在冯卡门钠（VKS）实验。我们进行数值模拟与动力学雷诺数高达1000磁普朗特数在30和0.1之间。我们的研究表明，完美的铁磁壁有利于增强准直的流动和磁场，即使湍流度的模型增加。叶片间螺旋相干涡的位置随冲击速度的变化而变化。如果气流入射角类似于TM 73叶轮配置，则其更靠近上游叶片和叶轮基部，该叶轮配置在非铲取方向上旋转。当螺旋涡进行旋进运动时，在较高的动力学雷诺数下也获得了该结果，当再次使用完美的铁磁边界条件时，导致涡演化和磁场准直中的增强效应。我们估计的效率发生在叶轮附近的一个假设的发电机循环，并讨论我们的研究结果的背景下，平均场发电机理论的相关性。
2017-08-07 physics.plasm-ph
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
Turbulent Cascades and the alpha Dynamo
本文结合实验室实验，对湍流驱动发电机的平均场模型进行了评述。有人认为，在这样的实验中，驱动发电机场的α效应将远小于耗散的β效应。因此，平均场发电机不能维持。这一结论得到了最近在麦迪逊发电机实验中对α和β效应的测量的支持。
2012-10-13 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Saturation mechanism of the fluctuation dynamo in supersonic turbulent plasmas
几个天体中的磁场通过发电机机制被放大和维持，发电机机制是将湍流动能转换为磁能。一个能将磁场放大到$<$尺度（湍流的驱动尺度）的发电机被称为波动发电机。研究了超声速湍流等离子体中涨落发电机的特性，这对激光等离子体湍流的ISM、结构形成和实验室实验都有重要意义。利用模拟，我们探讨了亚音速和超音速湍流的指数增长和饱和状态的波动发电机的属性。我们证实，波动发电机效率降低压缩性。我们表明，波动发电机产生的磁场是空间间歇性和水平的不稳定性下降的领域饱和。我们发现一个更强的反作用的磁场上的速度为亚音速的情况下相比，超音速的情况下。局部地，我们发现，涡量和速度，速度和磁场，电流密度和磁场之间的对齐的水平在饱和阶段相比，指数增长阶段的亚音速的情况下，增强，但只有电流密度和磁场对齐的超音速的情况下，增强。我们表明，磁场放大（由于较弱的拉伸的场线）和扩散减少时，该领域的饱和，但相对于放大的扩散增强。在亚音速紊流中，这种情况在整个体积内发生，但在超音速情况下，这种情况主要发生在强场区。这导致波动发电机的饱和。总之，磁场的放大和扩散都受到影响，因此饱和不需要它们中的任何一个的剧烈变化。[摘要删节]
2021-09-24 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Apparent suppression of turbulent magnetic dynamo action by a dc magnetic field
数值研究的直流磁场发电机行动（发展磁场与大空间尺度），由于螺旋驱动的磁流体动力学湍流的影响，报告。直流磁场的明显作用是抑制发电机的动作，高于一个相对较低的阈值。然而，抑制的可能性，从矩形三重空间周期性边界条件和均匀的直流磁场的不适当的组合的结果被解决：迄今为止，在湍流调查的一个共同的和方便的计算惯例。物理原因所观察到的抑制建议。其他的几何形状和边界条件提供的发电机行动预计不会被抑制的直流磁场组件的存在。
2002-02-09 physics.plasm-ph
A comparison of the turbulent dynamo in weakly-collisional and collisional plasmas: from subsonic to supersonic turbulence
本文通过HPIC与MHD模拟对比研究了弱碰撞等离子体在亚声速和超声速湍流中的湍流发电机特性，发现其与碰撞等离子体中的MHD发电机物理性质相似，并推断出有效雷诺数。
2025-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.plasm-ph
Electromotive force due to magnetohydrodynamic fluctuations in sheared rotating turbulence
本文在二阶关联近似下计算了一般小尺度磁流体动力学湍流的平均电动势。为了增进对吸积盘发电机的了解，包括了小尺度磁波动、速度梯度、密度和湍流分层以及旋转所产生的影响。补充数值结果的主要结果是，由于磁场波动引起的非对角湍流电阻率可以产生大规模的发电机作用--“剪切电流”效应的磁模拟。此外，考虑到在盘的分层区域中的$α$效应，给出了一个令人困惑的结果，即对于$α$的符号没有强有力的预测，因为由于动力学和磁波动的效应，以及由于剪切和旋转的效应，每个都是相反的符号，并且倾向于相互抵消。
2015-08-06 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetic Field Amplification in Young Galaxies
目前的宇宙是高度磁化的，在像银河系这样的典型星系中，磁场的量级为几个10^-5 G，相干长度大于10 kpc。我们认为，磁场在星系的形成和早期演化过程中已经被放大到这个值。年轻星系中的湍流是由吸积和第一代恒星的超新星（SN）爆炸驱动的。小尺度发电机可以将湍流动能转化为磁能，并在短时间尺度上放大非常弱的原始磁种子场。放大发生在两个阶段：在运动学阶段的磁场指数增长，最大的增长在最小的非电阻规模。在接下来的非线性阶段，磁能向更大的尺度移动，直到发电机在湍流强迫尺度上饱和。为了定量描述磁场的放大，我们建立了年轻星系星际介质的微观物理模型，并确定了小尺度发电机的增长率。我们估计两个湍流强迫机制：吸积驱动的湍流和SN驱动的湍流的饱和场强和发电机时标。我们比较他们达到的场强，当只有恒星磁场分布的SN爆炸。我们发现，小尺度发电机是更有效地磁化年轻星系的ISM。在吸积驱动的湍流中，经过2400万年~ 27000万年的时间，磁场强度达到10^-6 G的量级;而在SN驱动的湍流中，仅仅经过400万年~ 1500万年，发电机就在典型的10^-5 G的磁场强度下饱和。这比哈勃时间短得多。我们的工作可以帮助理解为什么今天的星系是高度磁化的。
2013-11-10 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.flu-dyn
Energy transfer in Hall-MHD turbulence: cascades, backscatter, and dynamo action
本文采用平均场论推导输运系数的方法和三维直接数值模拟的方法研究了Hall MHD中的尺度相互作用。在磁主导的制度，涡电阻率被发现是负定的，导致大规模的不稳定性。总能量的直接级联被观察到，虽然随着霍尔效应的幅度增加，发现大尺度的磁能的反向散射，在MHD流中不存在的功能。磁场和速度场之间的耦合不同于MHD的情况，并且还观察到从小尺度磁场到大尺度流的能量后向散射。我们还讨论了非螺旋磁强迫霍尔-MHD模拟中观测到的大尺度磁场增长。
2005-10-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
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
Saturation of the Turbulent Dynamo
宇宙中强磁场的起源可以通过小空间尺度上的湍流运动放大弱种子场，随后将磁能传输到更大尺度来解释。这个过程被称为湍流发电机，并取决于湍流的性质，即流体动力学雷诺数和气体的可压缩性，以及磁扩散率。虽然我们知道线性区域中的磁能的增长率，但饱和水平，即可以达到的磁能与湍流动能的比率，从分析计算中是未知的。在本文中，我们提出了第一个尺度相关的饱和度模型的基础上，有效的湍流电阻率，这是由湍流涡旋的周转时间尺度和磁能密度。与斯皮策值相比，磁电阻率增加，并且磁能谱处于其最大值的有效尺度向更大的空间尺度移动。当峰值达到由临界磁雷诺数确定的特征波数k* 时，该过程结束。发电机的饱和水平也取决于湍流的类型，并且对于大的和小的磁普朗特数Pm的限制而不同。利用我们的模型，我们发现对于Pm>>1，饱和度在43.8%和1.3%之间，对于Pm<<1，饱和度在2.43%和0.135%之间，其中较高的值表示不可压缩湍流，较低的值表示高度可压缩湍流。
2015-08-14 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetized compressible turbulence with a fluctuation dynamo and Reynolds numbers over a million
本研究开展了雷诺数超百万的超音速MHD湍流高分辨率模拟，发现动能谱在动能主导与强磁化尺度间存在突变，并揭示了局部弛豫区域的形成机制及其对级联过程和涨落发电机饱和的深刻影响。
2024-05-29 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.comp-ph
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
Nonlinear turbulent dynamo during gravitational collapse
通过湍流发电机的放大，磁场可能对第一批恒星的形成具有潜在的重要性。为了研究原初气体引力坍缩过程中的发电机行为，我们将非线性湍流发电机理论扩展到包括引力压缩效应。发电机和压缩之间的相对重要性在收缩过程中变化，随着密度的增加，磁场的放大从发电机为主过渡到压缩为主。在磁场放大的非线性阶段，由于湍流与磁场的能量按尺度平均分配，理想磁流体动力学（MHD）湍流中磁场的重联扩散就显得尤为重要。它导致磁通冻结条件的破坏，并解释了（a）非线性发电机的小增长率，（b）在收缩过程中磁能对密度的弱依赖性，（c）饱和磁能，以及（d）磁场的大关联长度。由此产生的磁场结构和磁场强度与密度的比例关系与磁通冻结的预期完全不同。
2020-07-21 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Alfvén-dynamo balance and magnetic excess in MHD turbulence
三维磁流体动力学（MHD）湍流的初始磁场和动能均分自发发展的磁过剩（或剩余能量），以及在数值模拟和太阳风。1983年得到的闭合方程描述了剩余谱是由发电机源产生的，与总能量谱成比例，由线性阿尔文阻尼项平衡。在2005年发现了一个很好的协议与不可压缩的模拟，然而，最近的太阳风测量不同意这些结果。以前的dynamo-Alfvén理论推广到一个家庭的模型，导致简单的关系之间的剩余和总的能量谱。我们希望根据MHD模拟和太阳风数据详细评估这些模型。该系列的模型进行了测试，对可压缩衰减MHD模拟低马赫数，低交叉螺旋度，零平均磁场，没有或有扩展项（EBM或扩展箱模型）。一个单一的dynamo-Alfvén模型被发现正确地描述太阳风缩放和可压缩模拟没有或有膨胀。它相当于1983-2005年的闭合方程，但具有非线性周转和线性阿尔文时间的临界平衡，而发电机源项保持不变。与以前的不可压缩模拟的差异阐明。该模型预测的总能量和剩余能量$m_R = -1/2 + 3/2 m_T$的光谱斜率之间的线性关系。检查\cite{2013ApJ...770..125C}中的太阳风数据，我们的关系被发现是有效的，无论交叉螺旋度，甚至更好地在高交叉螺旋度，总能量斜率从$1.7$到$1.55$变化。
2016-03-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Generation of Magnetic Field by Combined Action of Turbulence and Shear
在细长剪切盒中数值研究了非螺旋湍流中叠加线性剪切的平均场发电机的可行性。发现磁场在远大于湍流外尺度的尺度上呈指数增长，其特征尺度为l_B ~ S^{-1/2}，增长率为γ ~ S，其中S为剪切率。这种新发现的剪切发电机效应可能代表了一个非常通用的机制，产生大规模的磁场在广泛的一类天体物理系统的空间相干平均流量。
2008-05-06 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Hall-MHD in driven turbulence FLASH simulations
University of Rochester（罗切斯特大学）；University of Oxford（牛津大学）；Laboratory of Laser Energetics, University of Rochester（罗切斯特大学激光能量学实验室）
本研究在FLASH代码中实现Hall-MHD，对比有无霍尔项时的涨落发电机，发现霍尔项使发电机饱和磁能更低、小尺度磁场结构更少，霍尔项类似增强的湍流扩散率。
2026-09-04 physics.plasm-ph
Global fluctuations in magnetohydrodynamic dynamos
几个发电机模型的总磁能的时间波动的频谱是不同的白噪声的频率小于底层湍流速度场的周转时间的倒数。这种现象的例子是已知的，从以前的工作，我们在本文中添加模拟的G. O。旋转球壳中的罗伯茨发电机和对流驱动发电机。用简单的唯象模型解释了磁能中色噪声的出现。湍流的Kolmogorov理论被用来预测惯性范围内的动能和磁能波动的频谱。
2011-01-21 physics.flu-dyn physics.geo-ph physics.plasm-ph
Fundamental scales in the kinematic phase of the turbulent dynamo
湍流发电机是将湍流动能转换为磁能的强大机制。一个关键的问题，关于磁场放大的湍流，是，在什么规模，$k_{\rm p}$，磁场成为最集中？关于$k_{\rm p}$是由粘性尺度$k_ν$（湍流动能耗散）还是电阻尺度$k_η$（磁场耗散）控制，存在一些分歧。在这里，我们使用直接的磁流体动力学湍流的数值模拟来测量的湍流发电机的运动学阶段的特征尺度。我们运行$104$ -模拟与流体动力学雷诺数的$10 \leq {\rm Re} \leq 3600$，和磁雷诺数的$270 \leq {\rm Rm} \leq 4000$，探索$k_{\rm p}$对$k_ν$和$k_η$的依赖性。使用物理动机模型的动能和磁能谱，我们测量$k_ν$，$k_η$和$k_{\rm p}$，确保获得的尺度数值收敛。我们确定的整体耗散尺度关系$k_ν= (0.025^{+0.005}_{-0.006})\, k_{\rm turb}\, {\rm Re}^{3/4}$和$k_η= (0.88^{+0.21}_{-0.23})\, k_ν\, {\rm Pm}^{1/2}$，其中$k_{\rm turb}$是湍流驱动波数和${\rm Pm}={\rm Rm}/{\rm Re}$是磁普朗特数。我们证明了$k_{\rm p}$的原理依赖于$k_η$。对于等离子体的${\rm Re} \gtrsim 100$，我们发现，$…
2022-04-07 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Stochastic Flux-Freezing and Magnetic Dynamo
我们认为，磁通量守恒在湍流等离子体在高磁雷诺数既不持有在传统意义上也不完全打破，而是有效的一种新的统计意义上的“自发随机性”的拉格朗日粒子轨迹。后者的现象是由于爆炸分离的粒子进行湍流理查森扩散，这导致了古典动力学的拉普拉斯决定论的崩溃。我们讨论自发随机性的经验证据，包括我们自己的新的数值结果。然后，我们使用拉格朗日路径积分的方法来建立随机磁通冻结电阻磁流体方程，并认为，根据理查森扩散的性质，磁通守恒必须保持随机无限磁雷诺数。作为这些结果的一个重要应用，我们考虑在单位磁普朗特数的非螺旋，不可压缩湍流的运动，波动发电机。我们目前的结果拉格朗日发电机机制的随机粒子方法表现出很强的相似性之间的Pr = 1和Pr = 0发电机。磁力线运动的随机性是两者的基本组成部分。最后，我们简要地考虑了非线性MHD湍流、发电机和重联的一些结果
2010-08-29 physics.plasm-ph
