Effects of anisotropy of turbulent convection in mean-field solar dynamo models
我们研究了湍流对流的各向异性如何影响大尺度磁场的扩散和太阳上的发电机过程。在平均场磁流体力学框架中使用最小的$τ$近似计算各向异性的影响。我们研究两种类型的平均场发电机模型：著名的基准通量传输模型，和一个分布式发电机模型与地下旋转剪切层。对于这两个模型，我们调查的双细胞纬向环流的影响，最近提出的日震学。我们引入了一个各向异性参数，作为湍流混合的径向和水平强度的比值，来表征各向异性效应。研究发现，湍流对流的各向异性影响对流区内部的磁场分布。各向异性越强，对流区底部和顶部边界附近的磁通量越集中。结果表明，当各向异性参数较大时，临界发电机数和发电机周期趋于常数。各向异性减少了时间-纬度"蝴蝶“图中后续周期的环形场的重叠。如果我们假设太阳黑子是在次表层剪切层附近形成的，那么具有各向异性扩散率的分布式发电机模型满足日震学结果的观测约束，并且与从表面磁场的动态估计的有效湍流扩散值一致。
2013-11-21 astro-ph.SR
Magnetic Quenching of Turbulent Diffusivity: Reconciling Mixing-length Theory Estimates with Kinematic Dynamo Models of the Solar Cycle
太阳对流区的湍流磁扩散率是平均场发电机模型中约束最差的成分之一。这种缺乏约束以前导致了关于最合适的参数集的争议，因为对湍流扩散率值的不同假设导致了完全不同的太阳活动周期预测。通常情况下，发电机社区使用双步骤的扩散率配置文件，其特征在于在对流区的大部分扩散率的低值。然而，这些低扩散率值与基于混合长度理论的理论估计不一致-这表明湍流扩散率值要高得多。更糟糕的是，运动发电机模拟无法使用这些理论估计产生可持续的磁循环。在这项工作中，我们表明，磁循环成为可行的，如果我们结合理论上估计的扩散率分布与磁淬火的扩散率。此外，我们发现，该解决方案的主要特点可以通过发电机模拟使用规定的（运动学）扩散率分布，这是基于动态淬火扩散率的时空几何平均值。在这里，我们提供了一个分析适合的动态淬火扩散率分布，它可以用于运动发电机模拟。在成功地调和混合长度理论估计的扩散率配置文件与运动发电机模型，我们认为，他们仍然是一个可行的工具，了解太阳磁周期。
2010-07-07 astro-ph.SR
A proposed paradigm for solar cycle dynamics mediated via turbulent pumping of magnetic flux in Babcock-Leighton type solar dynamos
目前，Babcock-Leighton通量输运太阳发电机模型似乎是解释太阳黑子周期不同观测方面的最有前途的模型。这些通量传输发电机模型的成功在很大程度上取决于一个单细胞纬向环流与深赤道组件在太阳的对流区的底部。然而，最近的观测表明，日冕流实际上可能非常浅（仅限于太阳顶部的10%），并且比以前认为的更复杂。总之，这些意见提出了严重关切的有效性通量运输范式。通过占湍流泵的磁通量证明在太阳对流的磁流体动力学模拟，我们表明，通量传输发电机模型可以产生类似太阳的磁循环，即使在湍流是浅的。类似太阳的周期性反转即使在赤道环流完全不存在的情况下也能恢复，然而，在这种情况下，太阳表面磁场动力学并不一直延伸到极地地区。非常重要的是，我们的研究结果表明，发电机波传播的帕克-吉村符号规则，可以绕过巴布科克-莱顿发电机模型的湍流抽运的纬度分量-这可以产生赤道向传播的太阳黑子带在没有深，赤道向纬向流。我们还表明，湍流抽运系数的变化可以调制太阳活动周期的振幅和周期性。我们的研究结果表明，交替的磁通量运输范例-介导的湍流泵-维持太阳恒星发电机行动的可行性。
2016-08-29 astro-ph.SR
Turbulent transport coefficients in spherical wedge dynamo simulations of solar-like stars
本文在平均场论的框架下研究了全球可压缩类太阳对流发电机中的发电机作用。我们模拟了一个楔形球壳中的太阳型恒星，对流和旋转之间的相互作用自洽地驱动着一个大规模的发电机。为了分析发电机的机制，我们应用测试场法的方位角（$ϕ$）平均场，以确定27个湍流输运系数的电动势，其中6个是相关的$α$张量。这种方法以前曾被用于模拟在笛卡尔坐标系中或在geodynamo上下文中，并在这里首次适用于完全可压缩模拟类太阳能发电机。我们发现，$α$张量的$ϕϕ$分量不遵循预期的动力学螺旋度的配置文件。湍流抽运速度显著地改变了作用于磁场的有效平均流，因此挑战了通量传输发电机的概念。所有系数都受到动态重要磁场的显著影响。观察到淬灭和增强。这导致系数随活动周期的调制。的时间变化被发现是可比的时间平均值，似乎是负责的磁场生成的非线性反馈。此外，我们量化的有效性的帕克-吉村规则的赤道传播的平均磁场在这种情况下。
2018-01-16 astro-ph.SR
Long-term variations of turbulent transport coefficients in a solar-like convective dynamo simulation
太阳，除了其11年的太阳黑子周期外，还受到其活动的长期变化的影响。在这项工作中，我们分析了一个类似太阳的对流发电机模拟，包含大约60个磁周期，表现出赤道向传播的磁场，多个频率，和不规则的变化，包括错过周期和复杂的奇偶校验偶极和四极模式之间的过渡。我们计算的湍流输运系数，描述的平均磁场的湍流速度场的影响，使用测试场的方法。测试场分析提供了一个合理的解释失踪的周期方面的减少$α_{ϕϕ}$提前减少的表面活动，并加强向下湍流泵在事件中，以限制在对流区的底部，其中局部最大值的磁能在事件中观察到的一些磁场。然而，在同一时间，淬火的湍流磁扩散率被观察到，虽然不同的深度分布相比，其他传输系数。因此，需要专门的平均场建模进行验证。
2017-10-06 astro-ph.SR
Rotational dependence of turbulent transport coefficients in global convective dynamo simulations of solar-like stars
对于中等和缓慢的旋转，观测到类太阳恒星的磁活动强烈依赖于旋转。这些观察结果还没有一个坚实的解释发电机理论。我们的目标是找到这样一个解释，通过数值研究的旋转依赖性的发电机驱动器在类太阳恒星。我们运行了半全球对流模拟的恒星旋转率从0到30倍的太阳值，对应的科里奥利数，Co，0至110。我们用测试场方法测量了描述磁场演化的湍流输运系数，并与由微分旋转引起的发电机效应进行了比较。$α$张量的迹线随着Co $^{0.5}$的中等旋转速率而增加，并且随着快速旋转而变平。如果考虑到对流尺度随旋转增加而减小，则这种行为与动力学$α$一致。对于Co $\gtrsim 1$，$α$张量变得高度各向异性。此外，$α_{rr}$在中等旋转（1<Co<10）中占主导地位，$α_{ϕϕ}$在快速旋转（Co $\gtrsim 10$）中占主导地位。湍流抽运效应对磁场的回旋输运起着主导作用。考虑到所有的发电机效应，我们发现三个不同的制度。对于慢自转，在反太阳差异自转的情况下，$α$和Rädler效应占主导地位。对于中等旋转，$α$和$Ω$效应占主导地位，表明$αΩ$或$α^2Ω$发电机在运行，产生向赤道迁移的发电机波与定性太阳一样的旋转配置文件。对于快速旋转，受雷德勒效应影响的$α^2$机制似乎是发电机最可能的驱动力。我们的研究揭示了大量的发电机效应超出了经典的$αΩ$机制的存在。
2020-07-22 astro-ph.SR
Smoothed Particle Magnetohydrodynamics Simulations of Protostellar Jets and Turbulent Dynamos
我们提出的结果从平滑粒子磁流体力学模拟塌陷分子云的核心，和发电机放大的磁场在马赫数10磁化湍流的存在。我们的恒星形成模拟已经产生了，有史以来第一次，高度准直的磁化原恒星喷流从第一流体静力学核心阶段。最多可达40%的初始核心质量可通过这种外流喷出。进行这些模拟的主要困难是保持发散自由约束的磁场，并解决这个问题，我们已经开发了一种新的发散清洗方法，使我们能够稳定地遵循这些原恒星喷流的演变很长一段时间。超声速MHD湍流的模拟能够通过湍流发电机将磁能指数放大高达10个数量级。为了减少数值耗散，使用了一种新的冲击检测算法，该算法能够在大范围的磁场强度中跟踪磁冲击。
2013-10-17 astro-ph.SR
Cross helicity and related dynamo
湍流交叉螺旋度直接关系到平均涡度的电动势和平均磁场应变的雷诺应力张量的耦合系数。这表明，交叉螺旋效应是重要的情况下，全球不均匀的流动和磁场结构。由于这种大尺度结构在地球/天体物理现象中普遍存在，交叉螺旋度效应有望在地球/天体物理流动中发挥重要作用。在湍流交叉螺旋度的存在下，平均涡旋运动对湍流电动势有贡献。由于这种效应产生的磁场被称为交叉螺旋发电机。介绍了交叉螺旋发电机的几个特点。与螺旋度或$α$效应中${\bf{J}}$与湍流电动势中的${\bf{B}}$对齐的情况不同，我们通常在交叉螺旋度发电机中具有有限的平均场洛伦兹力${\bf{J}} \times {\bf{B}}$。这给出了交叉螺旋度效应的一个显著特征。通过在动量方程中考虑交叉螺旋度的影响，我们看到了这种影响的几个有趣的结果。与平均磁剪切耦合的湍流交叉螺旋度减小了湍流或涡动粘性的影响。流动诱导是这种效应的一个重要结果。交叉螺旋发电机的一个关键问题是研究如何以及有多少交叉螺旋可以在湍流中存在。在交叉螺旋度输运方程的基础上，讨论了交叉螺旋度输运的产生机制。一些最近的事态发展，在数值验证的基本概念的交叉螺旋发电机。
2013-06-26 astro-ph.SR
Small-scale dynamos in simulations of stratified turbulent convection
小规模的发电机行动往往被认为是造成宁静的太阳磁场。我们的目的是确定在非旋转湍流对流在低磁普朗特数的小规模发电机的激励条件和饱和水平。我们使用高分辨率的直接数值模拟弱分层湍流对流。我们发现，发电机激励的临界磁雷诺数增加的磁普朗特数减少，这可能表明，小规模的发电机行动是不自动明显的机构与小磁普朗特数的太阳。作为磁雷诺数（${\rm Rm}$）的函数，发电机的增长率是一致的${\rm Rm}^{1/2}$缩放。未发现${\rm Rm}$的生长速率对数增加的证据。
2018-02-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Investigating global convective dynamos with mean-field models: full spectrum of turbulent effects required
湍流效应对太阳和恒星中发电机的作用仍有争议。平均场（MF）理论提供了一个广泛使用的框架，将这些影响的基本磁流体力学。虽然无法观测，湍流效应可以直接研究使用全球对流发电机（GCD）模拟。我们测量湍流输运系数方面的湍流效应，MF框架的基础上，从一个示例性的GCD模拟使用测试场方法。然后，这些系数被用作MF模型的输入。我们发现MF和GCD解之间有很好的一致性，这验证了我们的理论方法。这个协议要求包括所有的湍流效应，甚至那些迄今为止被认为是不重要的。我们的研究结果表明，简单的发电机模型，通常用于太阳和恒星社区，依赖于非常少，精确微调的湍流效应，可能不能代表发电机在全球对流模拟和天文对象的完整动态。
2021-10-05 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mechanical energy fluxes associated with saturated coronal heating in M dwarfs: comparison with predictions of a turbulent dynamo
根据经验，M矮星的X射线光度LX的上限约为热辐射通量Lbol的0.2%。在M矮星中的磁场产生于对流运动均分的极限下，我们利用恒星模型计算了阿尔芬波FA的能流随次表面对流区深度的变化。由于阿尔芬波波模式到达日冕的最佳机会，我们建议FA设置的机械通量Fmech，导致日冕加热的上限。这一建议定量地解释了M矮星经验上所报道的LX/Lbol的饱和值。
2016-02-09 astro-ph.SR
The magnetic helicity driven solar-type dynamo
Institute for Solar-Terrrestrial Physics（太阳地球物理研究所）
本研究发现由磁能驱动的太阳型发电机机制，表明大尺度涡旋和波动磁场在恒星对流区内的发电机中起关键作用。
2026-01-12 astro-ph.SR
Reconciling solar and stellar magnetic cycles with nonlinear dynamo simulations
据观测，太阳型恒星的磁场以十年为周期循环，太阳为11年。这些场起源于恒星的湍流对流层，对恒星的自转速率有着复杂的依赖性。我们已经进行了一组湍流的全球模拟，表现出不同的恒星旋转和光度系统的磁周期。我们发现磁循环周期与罗斯比数成反比，罗斯比数量化了旋转对湍流对流的影响。这种趋势依赖于一个基本上非线性的发电机过程，并且与太阳和其他太阳型恒星的周期相一致。
2017-07-13 astro-ph.SR
A Three- dimensional Babcock-Leighton Solar Dynamo Model with Non-axisymmetric Convective Flows
光球上观测到的对流（例如，超粒化（supergranulation，granulation）在从太阳黑子场产生大尺度极场的Babcock-Leighton（BL）过程中起关键作用。在大多数的地面通量输运（SFT）和BL发电机模式中，地面场的扩散和迁移被模拟为有效的湍流扩散。我们提出了第一个运动学三维FT/BL模型，明确纳入现实的对流太阳观测的基础上。获得的结果通常与观察到的表面通量演变以及湍流扩散率为$3 \times 10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$（300 km $^2$ s $^{-1}$）数量级的非对流模型非常一致。然而，我们发现，湍流扩散系数的使用低估了发电机效率，产生较弱的平均场和较短的周期。
2018-09-18 astro-ph.SR
Dependence of stellar magnetic activity cycles on rotational period in nonlinear solar-type dynamo
本文用非线性发电机模型研究了太阳型恒星在14 ~ 30天自转周期范围内大尺度磁场的湍流产生。我们的模型考虑到非线性效应的动力学淬火的磁螺旋，和逃逸的磁场从发电机区域由于磁浮力。结果表明，所观察到的旋转周期和活动周期的持续时间之间的相关性可以解释的分布式发电机模型的框架下，从磁浮力或磁螺旋度的湍流产生的动态磁反馈作用。我们讨论的影响，我们的研究结果的理解发电机过程中运行的类太阳恒星。
2016-02-25 astro-ph.SR
Fluctuation Dynamo and Turbulent Induction at Small Prandtl Number
本文在Kazantsev-Kraichnan白噪声平流模型中，研究了Prandtl数为零、磁雷诺数为无穷大时涨落发电机的拉格朗日机制。对于对应于湍流惯性范围的粗糙速度场，通量冻结仅在随机意义上成立。我们表明，场线到达同一点，最初分开了许多电阻长度是很重要的发电机。与初始分离矢量平行的种子场的磁矢量到达反相关并产生“反发电机”效应。我们还研究了空间均匀的种子场的“磁感应”问题。我们发现这个过程和涨落发电机之间没有本质的区别，两者都产生相同的增长率和小尺度的磁相关。在涨落发电机失效的非常粗糙的速度场中，我们得到了感生磁能谱。我们用这些结果来评估理论提出的磁谱在实验室实验中的湍流感应
2010-08-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Solar parity issue with flux-transport dynamo
我们研究了两个重要的参数，湍流扩散率和湍流，通过轴对称运动学发电机模拟的基础上的通量传输发电机模型的半球之间的太阳磁宇称的依赖关系。众所周知，由于湍流扩散率半球之间的磁场的耦合是太阳宇称问题的一个重要因素，但尚未研究产生偶极场的详细判据。我们的结论如下。(1)表面附近较强的扩散性更可能导致磁场为偶极子。(2)表面附近较薄的强扩散层也更容易产生偶极磁场。(3)更快的回旋流更倾向于使磁场成为四极，即，关于赤道对称。这些结果表明，湍流扩散率和纬向流是决定太阳全球磁场结构的关键。
2010-04-13 astro-ph.SR
Curvature and folding dynamo effects in turbulent plasmas and ABC flux tubes
研究发电机解的本征值谱，已被证明是发电机物理知识的基础。早先，黎曼空间中发电机的曲率折叠关系已经被研究[PPL 2008]。在这里，一般湍流发电机灯丝的解析解得到电阻等离子体。动力学螺旋度为零的湍流扩散率产生一个稳定的发电机特征值的快速模式。磁场沿着嵌入在3D等离子体中的细丝放置在局部框架2平面上。曲率效应在快速磁发电机中起着折叠的作用。在本例中，考虑了等离子体在磁场分量的法向分量和副法向分量之间的均分。在相反的情况下，振荡的，纯虚的，分支的频谱中发现发电机流形。当发电机增长率与灯丝曲率一致时，得到了退化本征值。所得发电机的谱类似于Arnold在紧致环面上得到的快速发电机解。Shukurov等人[Phys Rev E，2008]利用Perm液体钠实验研究了利用这种溶液的发电机实验。发电机等离子体的另一个例子是阿诺德-贝尔特拉米-柴尔德里斯[ABC]的具有驻点的扭曲磁通量管。
2010-04-15 astro-ph.SR math-ph math.MP
Small-scale dynamo in cool main sequence stars. II. The effect of metallicity
所有冷的主序星，包括我们的太阳，都被认为有磁场。对太阳的观测表明，即使在平静的区域，也存在小尺度的湍流磁场。模拟进一步表明，这种磁场影响地下和光球结构，从而影响辐射转移和出射通量。由于其他恒星上的小尺度湍流磁场无法直接观测到，因此必须用数值方法研究它们对近地面层的影响。直到最近，只有在太阳系的情况下，才有全面的三维模拟来捕捉小尺度湍流磁场的影响。已经开始了一系列将SSD模拟扩展到其他恒星的研究。在这里，我们的目的是检查小尺度的湍流磁场在太阳的有效温度，但不同的金属量的恒星。我们调查的磁对流的三维模拟的属性，在盒子中覆盖对流上层区和光球进行的MURaM代码的金属丰度值的$ \rm M/H = \{-1.0, 0.0, 0.5\}$有和没有一个小规模的发电机。我们发现，小尺度湍流磁场增强的小尺度湍流发电机显着影响地下动力学和显着改变光球中的流速。此外，明显更强的磁场强度存在于对流区的低金属。然而，在光学表面处，平均垂直磁场的范围从M/H = 0.5的64 G到M/H =-1.0的85 G。
2022-11-04 astro-ph.SR
Turbulent small-scale dynamo action in solar surface simulations
我们证明了磁对流模拟纳入基本的物理过程，太阳表面对流表现出湍流小尺度发电机的行动。通过推导可压缩磁流体动力学（MHD）的能量平衡方程和传递函数，我们量化的磁能的来源上的规模按规模的基础上。我们排除了两种替代机制的产生小尺度磁场的模拟：纠缠的磁场线与湍流级联和阿尔芬化的小尺度速度波动（“湍流感应”）。相反，我们发现小尺度磁能的主要来源是小尺度磁场线的惯性范围流体运动对抗磁张力产生（对抗欧姆耗散）更小尺度的磁场。所涉及的尺度随着雷诺数的增加而变小，这表明发电机是一个小尺度湍流发电机。
2010-04-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Rotationally induced coherence in turbulent kinematic dynamos
我们考虑旋转，运动发电机在低磁普朗特数$Pm$。我们表明，包括旋转导致时空相干性的增加和修改的湍流谱。这些效应使流动在驱动发电机方面更有效，从某种意义上说，与非旋转发电机相比，达到磁雷诺数$Rm_c$临界值所需的能量注入率降低了（Seshasayanan等人，2017）。对于随机发电机，已知增长率将在很大程度上由阻力标度处的流的谱指数决定。然而，在这里，我们证明了旋转流中的发电机增长率增加了旋转诱导的长寿命的大尺度涡的相干时间大于当地的周转时间。这些涡流在决定发电机增长率方面起着主要作用。
2018-11-03 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Nonlinear turbulent dynamo during gravitational collapse
通过湍流发电机的放大，磁场可能对第一批恒星的形成具有潜在的重要性。为了研究原初气体引力坍缩过程中的发电机行为，我们将非线性湍流发电机理论扩展到包括引力压缩效应。发电机和压缩之间的相对重要性在收缩过程中变化，随着密度的增加，磁场的放大从发电机为主过渡到压缩为主。在磁场放大的非线性阶段，由于湍流与磁场的能量按尺度平均分配，理想磁流体动力学（MHD）湍流中磁场的重联扩散就显得尤为重要。它导致磁通冻结条件的破坏，并解释了（a）非线性发电机的小增长率，（b）在收缩过程中磁能对密度的弱依赖性，（c）饱和磁能，以及（d）磁场的大关联长度。由此产生的磁场结构和磁场强度与密度的比例关系与磁通冻结的预期完全不同。
2020-07-21 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Enhancement of small-scale turbulent dynamo by large-scale shear
小尺度发电机普遍存在于大尺度切变的湍流中，从太阳和银河系的磁性到吸积盘、宇宙学和结构形成。使用高分辨率的直接数值模拟，我们表明，在非螺旋强迫湍流与零平均磁场，大规模的剪切支持小规模的发电机行动，即，发电机增长速率随着剪切而增加，剪切增强或甚至产生湍流，这又进一步增加发电机增长速率。当生产率的湍流动能由于剪切和强迫是可比的，我们发现缩放的增长率$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}$，仅由给定速度场的诱导方程产生。
2017-08-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
An advective solar-type dynamo without the alpha effect
内容：大多数太阳和恒星发电机模型使用阿尔法-欧米茄方案，其中磁场是由差异旋转（欧米茄效应）和螺旋湍流对流（阿尔法效应）引起的平均电动势之间的相互作用产生的。然而，有湍流发电机mechanisms，可以补充的α效应或可能是一个替代it. Aims：我们调查模型的太阳能型发电机的α效应是完全取代其他两个湍流发电机机制，即欧米茄X J效应和剪切电流效应，这两个结果从平均磁场的不均匀性。研究方法：我们研究了轴对称平均场发电机模型，包含差分旋转，欧米茄X J和剪切电流的影响，和一个双曲环流。模型计算是利用从日震测量中获得的太阳自转剖面和根据太阳内部标准模型获得的其他量的径向剖面进行的。结果：在没有纬向流的情况下，模型与太阳观测值不能取得满意的一致。然而，包括一个足够强的纬向环流，大规模的太阳磁场的主要属性，即它的振荡行为，它的纬向漂移向赤道内的每半个周期，和它的偶极宇称相对于赤道平面，正确地再现。结论：我们由此构建了第一个不使用α效应的太阳能发电机的平均场模型。
2009-10-14 astro-ph.SR
Rotational Dependence of Large-scale Dynamo in Strongly-stratified Convection: What Causes It?
在具有对流湍流的刚性旋转磁流体动力学（MHD）系统中，当自旋速率足够大时，可以激发出$α^2$型大尺度发电机。本文采用平均场发电机模型结合磁流体对流的直接数值模拟，研究了$α^2$型发电机的转动相关性及其产生的原因。考虑到太阳/恒星发电机的应用，我们采用了强分层的多变性作为对流大气的模型。我们的DNS模型表明，$α^2$型发电机被激发时，${\rm Ro} \lesssim 0.1$，其中${\rm Ro}$是定义的体积平均对流速度的Rossby数。从相应的MF模型，我们证明了旋转依赖的$α^2$型发电机主要是由于湍流磁扩散的大小的变化。随着自旋速率的增加，湍流磁扩散减弱，而对流区的$α$效应基本保持不变，为大尺度发电机的激发提供了临界点。本文还从湍流电动势的转动依赖性的观点讨论了冷星中可观测到的恒星磁活动的${\rm Ro}$依赖性。总的来说，我们的研究结果表明，为了更好地掌握恒星发电机的活动和它的${\rm Ro}$依赖性，它应该是量化的对流速度的变化与恒星的自旋速率，考虑到旋转淬火和洛伦兹力反馈的磁场对流湍流。
2022-06-14 astro-ph.SR
Intermittent turbulent dynamo at very low and high magnetic Prandtl numbers
上下文：直接数值模拟表明，即使在低普朗特数，即发电机是有效的，当Re ->无穷大时，发电机有效运行所需的临界磁雷诺数Rm_c小于流体动力学雷诺数Re。目的：我们验证了Iskakov等人的猜想（2007），即当Re ->无穷大时，Rm_c实际上趋于有限值，并且我们研究了发电机生长因子γ在非常低和高的磁性普朗特数下的行为。研究方法：我们使用局部和非局部壳模型的磁流体动力学（MHD）湍流的参数覆盖范围更广的雷诺数比直接数值模拟，但天体物理的相关性。结果：当Re ->无穷大时，Rm_c趋于有限值。在运动状态下，发电机增长因子γ的Rm ->无穷大的极限表现为Re^β，同样，γ的Re ->无穷大的极限表现为Rm^{β '}，β= β'= 0.4。总结：比较与现象学的基础上间歇性的小规模湍流发电机，以及在不同的本地和非本地模型的增长率之间的差异，表明非本地项发电机效应的微弱贡献。
2011-11-09 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
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
Turbulence and Dynamo Interlinks
湍流在天体物理环境中的作用及其与磁场的相互作用仍然存在很大争议。在这个讲座中，我们将在发电机过程的框架中讨论这个问题。我们将首先介绍一个非常简短的总结湍流发电机理论，然后将集中在小尺度湍流发电机和它们的特殊相关性的起源和维持的磁场在星系团内介质（ICM）的星系。在这些环境中，非常低密度的流动需要无碰撞MHD处理。我们将展示这种方法在这些环境中的磁场的湍流放大的影响。最后，我们还将简要地讨论MHD湍流和快速磁重联之间的联系及其在发电机过程中磁通量扩散的可能影响。
2013-01-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
Turbulent dynamos in a collapsing cloud
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究所）；Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics（大学间天体物理与天文中心）；Department of Physics, Ashoka University（阿肖卡大学物理系）；School of Mathematics, Statistics and Physics, Newcastle University（纽卡斯尔大学数学、统计与物理学院）
研究坍缩云中小型和大型发电机的行为，揭示磁场在坍缩背景下的超指数增长机制，挑战传统发电机理论。
2026-01-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
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$和\textit{turbulent drag}。在聚合物、磁流体动力学、准静态磁流体动力学、稳定分层湍流和发电机中观察到湍流减阻的这种特征。此外，它表明，湍流减阻热对流是由于光滑的热板，类似的湍流减阻的钝体。在所有这些流动中，湍流减阻常常导致流动中的强的大尺度速度。
2022-12-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A new simple dynamo model for stellar activity cycle
提出了一个新的恒星活动周期发电机模型。通过考虑非均匀平均流对湍流的影响，表明湍流横螺旋度（速度-磁场相关性）应作为平均绝对涡度的耦合系数进入湍流电动势的表达式。交叉螺旋度效应的引入使得本模式与现有的$α$ -- $Ω$ --型模式主要有两点不同。首先，除了通常的$α$（螺旋度效应）和$β$（湍流磁扩散率），我们认为$γ$系数（交叉螺旋度效应）作为发电机过程的关键成分。第二，不同于$α$和$β$系数，这往往是作为一个可调参数在目前的研究，时空演变的$γ$系数是同时解决的平均磁场方程。基本情况如下：在存在湍流交叉螺旋度的情况下，由湍流交叉螺旋度介导的环向旋转引起环向场。$α$效应从环形场产生极向场。这个极向场产生了一个湍流的十字螺旋度，其符号与原来的相反。然后，一个循环的逆转完成。最简单的本征值分析给出了一个蝴蝶图，它证实了上述情况，以及向赤道迁移，交叉螺旋度和磁场之间的相位关系等这些结果表明，湍流交叉螺旋度的振荡是一个关键的活动周期。湍流交叉螺旋度的反转不是磁场反转的结果，而是磁场反转的原因。这个新的模型有望开辟平均场或湍流闭合发电机方法的可能性。
2016-04-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
A mean field dynamo from negative eddy diffusivity
利用直接数值模拟，我们验证了Roberts（1972）的“流IV”表现出由水平平均大尺度磁场主导的发电机作用。用试验场方法计算了湍流磁扩散系数，发现它是负的，并克服了分子扩散系数，从而定量地解释了磁雷诺数大于$\approx8$时的大尺度发电机现象。正如对这种发电机所预期的那样，但与$α$效应发电机相反，两个水平场分量彼此独立地增长，并具有任意的幅度比和相位差。小长度尺度的平均磁场被证明是稳定的湍流磁扩散率成为积极的在较大的波数。振荡衰减或增长的解决方案也被发现在某些波数间隔和足够大的值的磁雷诺数。对于磁雷诺数低于$\approx0.5$的湍流磁扩散率被证实是积极的，预期所有不可压缩流。早期声称的发电机驱动的修改泰勒-格林流通过负涡扩散率不能得到证实。
2013-05-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Solar poloidal magnetic field generation rate from observations and mean-field dynamos
本文结合光球观测与平均场发电机模型，研究第23和24太阳活动周半球磁通量生成率，揭示径向湍流扩散的关键作用，并提出SFT模型可通过降低扩散系数来协调观测结果。
2024-08-09 astro-ph.SR physics.space-ph
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
The kinetic helicity needed to drive large-scale dynamos
当湍流是螺旋形的并且如果畴足够大以使$α$效应支配湍流扩散时，已知通过所谓的$α$效应可以在与湍流涡旋的尺度相比更大的尺度上产生磁场。使用三维湍流模拟，我们表明，所产生的平均磁场的饱和状态的能量与归一化螺旋度的产品和域尺度的比值，以涡尺度线性增加，提供这个产品超过一个临界值的团结。这意味着，大规模的发电机行动开始时，归一化的螺旋度大于反尺度比。我们的研究结果表明，小规模发电机行动的出现并没有任何显着的影响，大规模发电机。Pietarila Graham等人（2012，Phys. Rev. E85，066406）最近发现的较小的最小螺旋度可能是由于在大磁雷诺数下小尺度发电机作用的开始而引起的伪影。然而，当动力学螺旋度很小时，大规模发电机作用的开始是难以建立的。他们使用了具有时间相关相位的ABC流，而不是随机强迫。我们表明，这种发电机饱和过早的方式，让人想起内部磁螺旋通量的非均匀发电机。此外，即使对于非常低的分数螺旋度，这样的发电机显示大规模的领域，改变方向，这是不典型的湍流发电机。
2013-11-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Generation of strong magnetic fields via the small-scale dynamo during the formation of the first stars
在这里，我们总结了我们最近的高分辨率计算机模拟结果的湍流放大弱磁种子场显示，这种领域将呈指数放大，也在引力坍缩让人想起的情况下，在原始恒星形成。指数磁场放大是由湍流小尺度发电机驱动的，只有在中央核心的湍流运动得到充分解决的情况下，才能在计算机模拟中观察到这种情况。我们发现，牛仔裤的长度，决定了中央核心区域，必须解决至少30个网格单元，以捕捉发电机活动。我们从研究中得出结论，强磁场将在宇宙中第一批恒星的形成过程中产生，可能会影响它们的演化和质量分布。
2012-02-21 astro-ph.CO astro-ph.SR
Magnetic helicity and fluxes in an inhomogeneous alpha squared dynamo
在三维湍流发电机的研究中，许多工作都是在三重周期区域中进行的，在这些区域中不存在磁螺旋度通量。在这里，我们提出的模拟湍流强度仍然是几乎均匀的，但现在有一个完美的导体边界条件的一端和垂直场或伪真空条件的其他。这导致了迁移发电机波。与相应的解析可解α ^2发电机的结果吻合得很好，并对两种模型的螺旋度通量进行了研究。研究发现，在中等的磁雷诺数，大部分的磁螺旋度损失发生在大尺度。这种变化是否在更大的磁雷诺数，所需的减轻灾难性的发电机淬火问题，仍然不清楚。
2019-02-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Fluctuation dynamo amplified by intermittent shear bursts in convectively driven magnetohydrodynamic turbulence
间歇性的大规模高剪切流被发现经常发生，自发地在统计稳定的湍流Boussinesq磁流体动力学（MHD）对流的直接数值模拟。系统的能量稳定状态是由速度场的对流驱动和小尺度发电机作用维持的。具有强速度和磁剪切的流动结构的间歇性出现在比大尺度对流运动的特征时间更长的时间尺度上以升高的速率产生磁能。磁能放大的弹性表明，间歇性剪切爆发是一个重要的驱动器发电机行动在湍流磁对流。
2013-09-05 astro-ph.SR physics.comp-ph
Hysteresis between distinct modes of turbulent dynamos
太阳发电机的非线性平均场模型显示了长期的变化，这可能与从长期放射性碳数据推断的不同活动状态有关。本文的目的是探索的直接数值模拟的Kitchatinov \& Olemskoy（2010）的最新平均场模型预测的发电机滞后。我们进行三维模拟的大型发电机在剪切盒螺旋强制湍流。作为初始条件，我们要么采用弱随机磁场，要么从早期模拟的快照开始。两个准稳定的状态被发现共存在一定范围内的参数接近的大规模发电机的发病。根据初始条件，模拟收敛到这些状态之一。当分数螺旋度或磁普朗特数在连续运行之间增加到发电机开始的临界值以上时，场强跳到一个有限值。然而，当分数螺旋度或磁普朗特数然后再次降低时，场强度保持在类似的值（强场分支），甚至低于原始开始。我们还观察到间歇性衰减阶段远离强场分支接近大规模发电机行动的点是可能的。因此，在平均场模型中先前看到的发电机滞后通过3D模拟再现。它可能与太阳活动的不同模式，如大极小期的讨论。
2015-04-23 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Calculating turbulent transport tensors by averaging single plume dynamics and application to dynamos
湍流中的输运系数由湍流波动之间的关联函数组成，并且需要有效的方法来计算它们。例如，在用于模拟恒星和星系的大尺度磁场增长的平均场发电机理论中，湍流电动势通常近似为湍流输运系数与平均磁场的连续高阶空间导数的一系列张量积。标准模型的一个成分是零阶项的运动学系数，即平均动力学伪张量$\bmα$，其将环向场转换为极向场。在这里，我们展示了一种有效的方法来计算这个量的旋转分层湍流，从而计算的预平均量的运动的一个单一的羽流，平均值，然后采取了不同方向的羽流的合奏。我们在最方便的框架中计算羽流动力学，然后转换回实验室框架并取平均值。我们简洁的位形空间计算给出了基本相同的结果，以前的方法。本申请阐明了什么是广泛适用的方法。
2018-11-28 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent dynamo action and its effects on the mixing at the convective boundary of an idealized oxygen-burning shell
本文通过高分辨率三维磁流体动力学模拟，研究氧燃烧壳层对流边界处的小尺度湍流发电机放大和强磁场对质量卷吸的抑制，发现磁场可使卷吸率降低约20%。
2023-09-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Lorentz force mediation of turbulent dynamo transitions
本研究通过改变磁普朗特数调节洛伦兹力，发现其强度决定恒星对流发电机转变，包括较差自转模式切换，并受局部磁罗斯比数控制。
2025-01-04 astro-ph.SR 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 in Highly Compressible Supersonic Plasmas
这个动荡的发电机可以解释宇宙磁力的起源。虽然磁场的指数放大已经在不可压缩气体中进行了研究，但对高度可压缩的超音速等离子体（如星系的星际介质和早期宇宙）中的发电机作用知之甚少。在这里，我们进行了第一次定量比较的理论模型的发电机增长率和饱和度与三维磁流体动力学模拟超音速湍流与网格分辨率高达1024^3细胞。我们获得了数值收敛性，并发现发电机作用在低和高磁普朗特数Pm = nu/eta = 0.1-10（粘性耗散与磁耗散之比）时都发生，而这在超音速湍流中只在Pm >= 1时才出现。我们测量了临界磁雷诺数，Rm_crit = 129（+43，-31），表明可压缩发电机几乎与不可压缩气体一样有效。考虑到现在和早期宇宙的物理条件，我们得出结论，磁场需要考虑从早期到现在的宇宙年龄的结构形成过程中，因为它们抑制气体碎裂和驱动强大的喷流和外流，都极大地影响了恒星的初始质量函数。
2014-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
The nature of mean-field generation in three classes of optimal dynamos
近年来，已经发现了几个最优发电机。它们使磁能量耗散最小化，或者等价地，在固定的磁雷诺数下使增长率最大化。在Willis（2012，Phys.Rev.Lett. 109，251101），我们发现平均场发电机行动的平面平均。磁场的一个分量呈指数增长，而另一个分量在开始时以振荡方式衰减。这种行为与α ^2发电机的行为不同，在α ^2发电机中，平面平均值的两个非零分量是耦合的，并且具有相同的增长率。对于威利斯发电机，我们发现，平均场是由一个负的湍流磁扩散率，它有一个非均匀的空间轮廓附近发病。衰减分量中的时间振荡是由扩散率张量的对应分量在平均场衰减时是复杂的并且以这种方式依赖于时间引起的。增长的平均场可以由负的磁扩散率与正的磁超扩散率相结合来模拟。在Chen等人（2015，J. Fluid Mech. 783，23）的另外两类最优发电机中，我们在某种程度上发现了类似的平均场发电机作用。当磁边界条件混合时，当发电机为15%超临界时，平面平均场的两个分量以不同的速率增长。当平均磁场满足齐次边界条件（其中磁场是切向的边界），平均场发电机行动被发现的一维平均，但不是平面平均。尽管有不同的空间分布，两个发电机显示负湍流磁扩散率。我们的发现表明，负湍流磁扩散率可能支持更广泛的发电机比以前认为，包括这三个最佳发电机。
2019-12-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mean-field dynamo due to spatiotemporal fluctuations of the turbulent kinetic energy
本研究解析证明，即使动能螺旋度处处为零，介观尺度平均湍动能的时空涨落及其引发的扩散率涨落也能驱动大尺度磁场增长，并揭示了发电机运行的约束条件及湍流抗磁性的作用。
2023-09-11 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent pitch-angle scattering and diffusive transport of hard-X-ray producing electrons in flaring coronal loops
最近从{ \em RHESSI}的观测已经揭示，在耀斑环的日冕部分中的非热电子的数量可以超过解释同一耀斑环的硬X射线发射足点所需的电子数量。因此，这样的来源不能被解释的基础上的标准碰撞输运模型，其中电子流沿环，同时失去他们的能量，通过碰撞与周围的等离子体;额外的物理过程，要么陷阱或散射的高能电子，是必需的。出于这一点和其他意见，建议高能量电子被限制在冠状区域的源，我们认为湍流俯仰角散射的快电子关闭低频磁波动的限制机制，建模为平行于平均磁场的空间扩散。在一般情况下，湍流散射导致沿环路的非热电子的碰撞停止距离的减少，因此，相对于足点的冠状HXR源的增强。源尺寸$L$随电子能量$E$的变化变得比与碰撞输运相关的二次行为弱，其中$L(E)$的斜率直接取决于平均自由程$λ$再次俯仰角散射。比较模型的预测与观测，我们发现，$λ\sim$ $(10^8-10^9)$厘米为$\sim30$千电子伏，小于一个典型的耀斑环的长度和小于，或相当于，电子加速区域的大小。
2013-12-25 astro-ph.HE astro-ph.SR 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，$…
2022-04-07 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
The small-scale turbulent dynamo in smoothed particle magnetohydrodynamics
超音速湍流被认为是恒星形成的核心。利用光滑粒子磁流体动力学（SPMHD）方法模拟了超声速湍流中磁场的小尺度发电机放大。计算使用等温气体驱动的均方根速度为10马赫，使条件是代表恒星形成的分子云在银河系。磁能的增长遵循10个数量级，直到它达到饱和，即动能的百分之几。我们的发电机计算的结果进行了比较，从基于网格的方法的结果，发现他们的统计数据和定性行为非常一致。模拟利用最新的算法发展，我们已经开发，特别是，一个新的发散清洗方法，以保持对磁场的螺线管约束和方法，以减少数值耗散的磁震捕获计划。我们证明，我们的发散清洗方法可用于实现$\nabla \cdot {\bf B}=0$的机器精度，虽然在显着的计算费用。
2016-06-02 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Dissipative effects on the sustainment of a magnetorotational dynamo in Keplerian shear flow
磁旋转发电机一直被认为是天体物理学吸积盘中湍流角动量输运的可能驱动因素之一。然而，各种数值结果表明，这种发电机可能难以激发在天体物理学相关的制度的磁普朗特数（Pm）显着小于单位，目前还不清楚的原因。这篇文章的目的是提出的第一个结果，正在进行的数值调查的作用，在这个问题中的线性和非线性耗散效应。结合参数的探索和不可压缩的非线性MRI发电机周期的过渡动力学在大的纵横比剪切盒的能量分析，我们发现，湍流磁扩散的激励和维持这个发电机在中等磁雷诺数（Rm）越来越难以减少Pm。这将导致发电机的临界Rm的增加，增加运动学雷诺数（Re），与早期的数值结果一致。鉴于其非常通用的性质，我们认为，湍流磁扩散可能是一个重要的决定因素，MRI发电机激发磁盘，也可能限制MRI湍流在低PM制度的角动量运输的效率。
2014-10-13 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Run-away transition to turbulent strong-field dynamo
本文利用动态模式分解分析弱场与强场发电机状态间的转变，发现亚谐波不稳定性促成向强发电机的亚临界转变，并为降阶建模提供模态基础。
2025-05-10 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Lagrangian statistics of a shock-driven turbulent dynamo in decaying turbulence
在超新星激波和星系团中观测到$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
