Incompressible Extended Magnetohydrodynamics Waves: Implications of Electron Inertia
Mansoura University（曼苏拉大学）；New Mansoura University（新曼苏拉大学）
本文基于扩展磁流体动力学模型研究等离子体波模式，考虑霍尔漂移和电子惯性效应，推导了不可压缩XMHD的色散关系及其特征向量解，揭示了离子旋磁波和哨波分支的特性，证明XMHD比霍尔MHD更准确描述等离子体动力学。
2026-05-11 physics.plasm-ph
Ideal magnetohydrodynamic equilibria with helical symmetry and incompressible flows
不可压缩流轴对称理想磁流体动力学平衡问题的近期研究[H. Tasso和G. N. Throumoulopoulos，Phys. Plasmas { \bf 5}，2378（1998）]扩展到具有不可压缩流的螺旋对称平衡的一般情况。它示出，所考虑的系统的平衡态是由椭圆形偏微分方程的螺旋磁通量函数$ψ$包含5个表面量以及压力的关系。上述方程可转化为一个微分部分与相应的静力平衡方程形式相同的方程，它可有几类解析解。特别是，平衡与电场垂直的磁表面和非恒定马赫数流的构建。与具有等温磁表面的轴对称平衡的情况不同，螺旋对称$T=T(ψ)$平衡是超定的，即，在这种情况下，平衡方程简化为具有七个表面量的一组八个常微分方程。此外，还证明了（a）纯螺旋流（b）非平行流（具有等温磁表面且磁场模量为表面量）的不可压缩螺旋对称平衡（全能平衡）的不存在性。
1999-07-01 physics.plasm-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
On the Hamiltonian formulation of incompressible ideal fluids and magnetohydrodynamics via Dirac's theory of constraints
利用Dirac的约束哈密顿系统理论，研究了不可压缩理想流体的哈密顿结构，包括熵平流和磁流体动力学.通过假设一个常密度的初等约束，构造了这些系统的Dirac括号.由此产生的括号被认为是自然投影到螺线管速度场。
2011-10-31 nlin.CD physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Differential-geometrical approach to the dynamics of dissipationless incompressible Hall magnetohydrodynamics: II. Geodesic formulation and Riemannian curvature analysis of hydrodynamic and magnetohydrodynamic stabilities
在这项研究中，一个无耗散的不可压缩霍尔磁流体动力学（HMHD）介质的动力学制定为测地线上的两个保体积的同构群的直积。公式给出的测地线和雅可比方程的基础上的线性连接与物理上理想的性能，这与列维-奇维塔连接。推导出了黎曼度规、列维-奇维塔连接的简正模表达式以及相关的公式和方程，并使用了广义Elsässer变量（GEVs）。本文用Jacobi方程和黎曼截面曲率张量检验了流体动力学（HD，$α=0$）和磁流体动力学（MHD，$α\to0$）运动的稳定性以及$O(α)$霍尔项效应，其中$α$代表霍尔项强度参数。有趣的是，两个GEV模之间的MHD和HMHD系统的截面曲率既取正（稳定）值，也取负（不稳定）值，而两个复杂螺旋波之间的HD系统的截面曲率为负定。此外，对于MHD情况，发现只有当模式相互作用是“局部的”时，才出现负截面曲率，即，主流的波数模量（称为$p$）和扰动的波数模量（称为$k$）彼此接近（$k \approx p$）。然而，在非局部极限（$k \gg p$或$k \ll p$），截面曲率总是正值。这一结果导致的猜想，MHD相互作用主要激发波动或非增长的运动，然而，一些局部相互作用导致动力学不稳定，导致混沌或湍流等离子体运动。此外，还发现离子回旋和哨声模式的$O(α)$效应的趋势相反。并与能量-Casimir方法进行了比较。
2017-02-14 physics.plasm-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
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
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
Numerical simulations of strong incompressible magnetohydrodynamic turbulence
磁化等离子体湍流遍布宇宙，可能在各种天体物理环境中发挥重要作用。磁流体动力学（MHD）提供了最简单的理论框架，在其中可以建立湍流动力学的唯象模型。MHD湍流的数值模拟被广泛用于指导和检验理论预测，然而，模拟MHD湍流和精确测量其标度特性是远远不够的。计算能力将计算限制在中等雷诺数，并且经常进行简化假设，以便可以访问更大范围的尺度。在描述了研究强不可压缩MHD湍流的理论预测和数值方法之后，我们提出了一系列高分辨率直接数值模拟的结果。我们讨论的影响，在计算方法的不一致性可以有解决方案和它的物理解释。
2012-02-15 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Nature of Transonic Sub-Alfvénic Turbulence and Density Fluctuations in the Near-Sun Solar Wind: Insights from Magnetohydrodynamic Simulations and Nearly-Incompressible Models
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Alabama in Huntsville（阿拉巴马大学亨茨维尔分校）；Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR)（空间等离子体与航空研究发展中心）
研究太阳风湍流从亚声速到跨声速转变的性质，提出近不可压缩模型，揭示低频二维结构主导，压缩波动为次要成分，扩展了湍流理论。
2025-09-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Development of Anisotropy in Incompressible Magnetohydrodynamic Turbulence
我们提出了一套三维（3D）的不可压缩衰减磁流体动力学湍流的直接数值模拟中，我们调查的外部均匀磁场B_0的影响。在B_0强度的参数研究，特别是，我们区分剪切-从伪阿尔芬波动力学。初始动能和磁能相等，互相关性可忽略不计。讨论了B_0的时间效应和光谱效应。一个亚临界平衡之间的阿尔芬和非线性时间与全球和光谱的定义。强磁化流的非线性动力学的特征在于，如果k_perp谱（其中B_0定义了平行方向）是在固定的k_（2D）谱上绘制的，或者如果它是在所有k_（1D）谱上积分（平均）的，则它是不同的。在前一种情况下，一个更广泛的惯性范围被发现与陡峭的幂律，更接近波湍流的预测比柯尔莫哥洛夫一个喜欢在后一种情况下。据信，平均效应可能是一个来源的困难，以检测过渡到波湍流在自然等离子体。第一次，细丝的形成报告内的电流和涡度片在强磁化流修改我们的经典图片耗散片在导电流。
2008-08-22 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On resistive magnetohydrodynamic equilibria of an axisymmetric toroidal plasma with flow
它表明，磁流体动力学平衡状态的轴对称环形等离子体具有有限的电阻率和平行于磁场的流动是由二阶偏微分方程的极向磁通量函数$ψ$耦合伯努利型方程的等离子体密度（这是相同的形式对应的理想MHD平衡方程）以及关系$Δ^\star ψ=V_c σ$。(Here，$Δ^\star$是Grad-Schlüter-Shafranov算子，$σ$是电导率，而$V_c$是恒定环形回路电压除以$2 π$）。特别地，对于不可压缩流，上述偏微分方程变成椭圆形，并且从伯努利方程[H. Tasso和G. N. Throumoulopoulos，Phys. Plasmas { \bf 5}，2378（1998）]。对于形式为$σ=σ(R, ψ)$（$R$是到对称轴的距离）的电导率，可以构造几类具有不可压缩流的解析平衡，它们具有定性上合理的$σ$分布，即具有$σ$的分布在靠近磁轴处取最大值，在等离子体表面取最小值。对于$σ=σ(ψ)$，考虑磁轴附近的关系式$Δ^\starψ= V_c σ(ψ)$，可证明不存在可压缩或不可压缩平衡。这一结果可以推广到更一般的情况下，非平行流躺在磁表面。
2000-09-27 physics.plasm-ph
Coexistence of weak and strong wave turbulence in incompressible Hall magnetohydrodynamics
本文报道了在较强平均磁场作用下，三维不可压缩霍尔磁流体动力学湍流的数值研究。利用螺旋度分解和交叉双相干分析，我们观察到离子回旋波和哨声波之间存在着显著的共振三波耦合。这两个群体的非线性程度的详细研究表明，离子回旋组件经历了从弱到强的波湍流从大到小尺度的过渡，而哨声波动显示所有尺度的弱波湍流字符。这种非平凡的共存的两个政权与两个人口的波引起异常的各向异性和标度特性。利用时空傅立叶变换可以有效地区分弱波和强波湍流分量。分析表明，虽然共振三元相互作用生存的高度非线性浴离子回旋波动在大尺度的非线性度是低的两个群体的波，哨声波往往被杀死的非线性交叉耦合在较小的尺度，其中离子回旋组件是在强波湍流制度。这种情况可能对许多天体物理和空间等离子体中的磁化湍流物理学产生深远的影响，在这些等离子体中，不同的波共存并竞争跨尺度的非线性能量传递。
2017-12-28 nlin.CD physics.plasm-ph
Lagrangian and Dirac constraints for the ideal incompressible fluid and magnetohydrodynamics
流体流动的不可压缩性约束是由拉格朗日在所谓的拉格朗日变量描述中使用他的拉格朗日（变分）公式中的乘数方法施加的。另一种方法是在欧拉变量描述中采用非正则泊松括号的狄拉克约束方法的推广来施加不可压缩性。在这里，它示出了如何施加不可压缩性约束，使用狄拉克的方法在两个典型的泊松括号中的拉格朗日变量的描述和非典型的泊松括号中的欧拉描述，允许对流的密度。这两种情况都给出了无穷维测地线流在保体积同态群上的动力学，并给出了这种动力学在约束和原始变量方面的显式表达式。由于拉格朗日守恒律和欧拉守恒律并不完全相同，因此对各种方法进行了比较。
2020-04-04 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Coarse-Grained Incompressible Magnetohydrodynamics: analyzing the turbulent cascades
我们制定了一个粗粒化的方法，磁流体动力学（MHD）流体在一个连续的长度尺度。在这种方法中，有效的方程推导出可观测的速度和磁场空间平均在任意尺度的分辨率。裸速度和磁场的微观方程重整化粗粒化产生的宏观有效方程，包含一个次尺度应力和次尺度电动势（EMF）所产生的非线性相互作用的消除场和等离子体运动。在大的粗粒化的长度尺度，直接耗散的微观机制（如分子粘度和斯皮策电阻率）的不变量是可以忽略不计的。在大尺度上的平衡，而不是占主导地位的子尺度非线性项，它可以跨尺度转移不变量，并解释在能源的工作概念和拓扑通量链接的两个螺旋。这种方法的一个重要应用是MHD湍流，其中粗粒化长度$\ell$位于惯性叶栅范围内。我们表明，在足够粗糙的速度和/或磁场的情况下，非线性尺度间传输不需要消失，可以持续到任意小的尺度。虽然封闭的表达式是不可用的次尺度应力和次尺度电动势，我们推导出严格的上限上的有效耗散，它们产生的标度指数的速度和磁场。这些界限提供了精确的约束的唯象理论的MHD湍流，以允许非线性级联的能量和交叉螺旋度。另一方面，我们表明，前向级联的磁螺旋度渐近小尺度是不可能的，除非三阶矩的速度或磁场成为无穷大。
2017-01-30 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
The scaling properties of dissipation in incompressible isotropic three-dimensional magnetohydrodynamic turbulence
耗散过程的统计特性限制了三维不可压缩磁流体动力学（MHD）湍流的大尺度数值模拟分析，例如Biskamp和Muller的分析[Phys.Plasmas 7，4889（2000）]。预计湍流的结构函数将显示统计自相似性，但通过直接数值模拟可获得的雷诺数相对较低，再加上系统的有限尺寸，使其难以直接测量。然而，它是已知的，扩展的自相似性，它约束的比例不同的顺序的结构函数的指数，是很好地满足。这意味着物理标度参数的扩展超出了惯性范围，进入耗散范围。目前的工作集中在耗散过程本身的标度特性。这提供了一个重要的一致性检查，因为我们发现耗散结构函数指数的比率是由Biskamp和Muller提出的She和Leveque [Phys.Rev.Lett 72，336（1994）]理论预测的。这进一步证明了三维MHD湍流中的级联机制是非线性随机涡流扰动，其不稳定性水平取决于通过形成电流片的耗散。
2005-01-12 physics.plasm-ph physics.space-ph
Von Karman-Howarth equation for Hall magnetohydrodynamics: Hybrid simulations
本文重新推导了均匀不可压Hall-MHD湍流的动力学矢量方程和类似于不可压MHD的三阶关联张量的精确标度律，并应用于二维等离子体湍流的混合模拟结果。在大（MHD）尺度的模拟表现出明确的惯性范围内的MHD动态法律是有效的。在亚离子范围内的级联继续通过霍尔项，但在不可压缩的霍尔MHD方程的框架中推导出的动力学定律仅在低等离子体β模拟。对于较高的β等离子体，级联速率在亚离子范围内降低，并且随着等离子体β的增加，变化变得更加明显。叶栅通量的这种中断可以归因于非热（动力学）特征或动力学方程中不包括在Hall-MHD不可压缩近似中的其他项。
2018-03-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A local approach to the study of energy transfers in incompressible magnetohydrodynamic turbulence
本文提出了一种研究磁流体动力学（MHD）湍流中尺度间能量传递的局部方法。该方法基于执行物理场的局部平均，这相当于过滤小于某个参数$\ell$的尺度。在这项工作中的一个关键步骤是推导出一个当地卡门豪沃思莫宁关系提供了一个当地形式的波利塔诺和Pouquet的4/3定律，没有任何假设的同质性或各向同性。我们的方法是准确的，非随机的，我们显示其连接到通常的统计结果的湍流。它的实施所获得的数据，通过一个三维的强迫，不可压缩MHD方程的数值模拟从约翰霍普金斯湍流数据库构成了我们研究的主要部分。首先，我们证明了局部Kármán-Howarth-Monin关系成立。接下来研究局部跨尺度传输的空间统计，它们的平均值和标准差在惯性尺度上是最大的，它们的概率密度函数（PDF）显示出非常宽的尾部。构成PDF尾部的事件被证明形成强转移的结构，无论是正面的还是负面的，并且可以在整个可用的尺度范围内观察到。随着$\ell$的减小，这些结构在空间中变得越来越局部化，同时导致平均能量级联率的分数增加。最后，我们强调他们的准一维（类似的）或准二维（片/带状）的性质，并表明，他们出现在强涡度或电流密度的地区。
2019-04-16 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Scenarios for magnetic X-point collapse in 2D incompressible dissipationless extended magnetohydrodynamics
本文针对二维不可压缩无耗散扩展磁流体动力学（XMHD），通过自相似模型得到耦合常微分方程并利用雅可比椭圆函数求解，揭示磁X点坍缩的场景，且解析解与数值解高度一致。
2025-08-25 math-ph math.MP physics.plasm-ph
A Detailed Examination of Anisotropy and Timescales in Three-dimensional Incompressible Magnetohydrodynamic Turbulence
当磁流体动力学湍流在大尺度平均磁场存在下演化时，相对于该优选方向发展各向异性。众所周知的趋势是，相对于沿着磁场的方向，垂直于磁场的梯度会发展得更强。这种频谱的各向异性与动力学过程的估计时间尺度的各向异性密切相关，需要重新考虑尺度局部性和频谱转移等基本问题。在这里分析的高分辨率三维模拟的非受迫磁流体动力学湍流允许定量评估的行为理论上相关的时间尺度在傅立叶波矢量空间。我们讨论的非线性时间，阿尔文时间，估计频谱传输率的分布。注意被称为频谱的特殊区域，如二维极限和“临界平衡”区域的潜在意义。一个公式的估计频谱传输方面的抑制因子支持的结论，准二维波动（其特征在于强非线性）是不是一个奇异的限制，但可能在一般情况下，预计作出重要贡献。
2020-05-19 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Elliptic and hyperelliptic magnetohydrodynamic equilibria
本研究是以前的一个“超椭圆”轴对称平衡开始[Tasso和Throumoulopoulos，物理等离子体5，2378（1998）]的延续。具体地说，一些平衡与不可压缩流不对准的磁场和适当的侧边条件，如“等温”磁表面，“等动力”或P + B^2/2常数磁表面的限制被发现是可约化的椭圆积分。第三类恢复在[Schief，Phys. Plasmas 10，2677（2003）]中发现的最近的平衡。与场取向流相反，这里找到的所有解在磁轴附近的椭圆表面上具有非零的环形磁场。
2004-04-14 physics.plasm-ph
Topological soliton in magnetohydrodynamics
我们使用霍普夫映射来构造一个由闭合场线组成的磁位形，每个闭合场线都与所有其他闭合场线相连。用这种方法，我们得到了具有无限电导率的理想不可压缩流体的磁流体动力学方程的解，它描述了一个局域拓扑孤子。
2004-09-20 physics.class-ph physics.plasm-ph
Excitation of negative energy surface magnetohydrodynamic waves in an incompressible cylindrical plasma
在存在波衰减机制和外部能量供应的情况下，剪切流中可能出现负能量波现象。研究了不可压缩极限下等离子体圆柱中负能量表面波的出现。圆柱体被轴向磁场和不同密度的等离子体包围。在考虑流管内部流动和流管外部粘性的情况下，导出了色散关系，得到了波的相速度和增长率（增量）的解析解。研究发现，负能波耗散不稳定性发生的临界速度切变和Kelvin-Helmholtz不稳定性发生的阈值依赖于轴向波长。香肠NEW的外观的临界剪切是最低的最长的轴向波长，而扭结波的临界剪切的最小值达到的轴向波长可比的圆柱体的直径。耗散不稳定性的临界速度和KHI阈值之间的范围示出依赖于内部和外部的Alfvén速度的差异的圆筒。对于所有的轴向波数，新出现的剪切流速度低于KHI阈值。在低密度圆柱体中比在高密度圆柱体中更容易激发NEW。对于方位角数$m=0$和轴向波数较大的模式以及高阶模式（$m>0$），可以有效地产生负能量表面波。
2020-05-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph
PHASE: Multi-Regime Modeling of Incompressible Magnetohydrodynamics
Canadian Institute for Theoretical Astrophysics（加拿大理论天体物理研究所）；University of Toronto（多伦多大学）；Purdue University（普渡大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Flatiron Institute（熨斗研究所）
PHASE通过结合迁移学习、机制感知自适应和残差校正，用单一模型实现跨参数不可压缩MHD的精确预测，大幅降低误差并泛化到未见参数。
2026-09-30 cs.LG physics.comp-ph physics.plasm-ph
Compressible dynamics of magnetic field lines for incompressible MHD flows
证明了不可压缩磁流体力学流动中磁场线的变形是可压缩映射的结果。映射雅可比矩阵的零的出现对应于磁场线的断裂，其与磁场的局部爆破相关联。这种事件的可能性被发现是不太可能在二维，但不是在三维。
2003-10-01 physics.plasm-ph physics.space-ph
Hall-magnetohydrodynamic waves in flowing ideal incompressible solar-wind plasmas: Reconsidered
众所周知，磁结构的太阳大气支持MHD波沿各种喷流的传播，也包括太阳风。众所周知，在某些条件下，即足够高的射流速度下，传播的MHD模式可以变得不稳定，而不是最常见的Kelvin-Helmholtz不稳定性（KHI）。在这篇文章中，我们将探讨如何传播和不稳定性的特点，沿着一个缓慢的太阳风MHD模式的影响时，他们调查的理想霍尔磁流体力学的框架。如果射流宽度小于或相当于所谓的霍尔参数$l_\mathrm{Hall} = c/ω_\mathrm{pi}$（其中$c$是光速，$ω_\mathrm{pi}$是离子等离子体频率），则霍尔磁流体动力学是适用的。我们模拟太阳风作为一个移动的速度$\vec{v}_0$圆柱形通量管半径$a$，包含不可压缩的等离子体密度$ρ_\mathrm{i}$通过一个恒定的磁场$\vec{B}_\mathrm{i}$。周围等离子体的特征在于其密度$ρ_\mathrm{e}$和磁场$\vec{B}_\mathrm{e}$。在标准模型和Hall-MHD模型的框架下推导了MHD波的色散关系，并以密度对比度$η= ρ_\mathrm{e}/ρ_\mathrm{i}$、磁场比$b = {B}_\mathrm{e}/{B}_\mathrm{i}$和霍尔尺度参数$l_\mathrm{Hall}/a$为输入参数进行了数值求解。结果表明，当$l_\mathrm{Hall}/a$为中等值时…
2020-02-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-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
Numerical Measurements of the Spectrum in Magnetohydrodynamic Turbulence
我们报告了一组广泛的直接数值模拟强迫，不可压缩，磁流体动力学湍流与强引导场的结果。目的是解决关于场垂直能谱E（k_ \perp）\propto k_ \perp ^ α的幂律指数（比如α）的争论。两个主要的理论预测，α=-3/2和α=-5/3，都得到了不同小组进行的数值模拟的支持。我们的模拟具有512^3网格点的分辨率，强引导场，各向异性模拟域，并实现了广泛的大规模强迫例程，包括文献中先前报道的那些。我们的研究结果表明，具有强引导场的发展良好的强不可压MHD湍流的谱是E（k_{\perp}）\propto k_{\perp} ^{-3/2}。
2007-06-13 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
General exact law of compressible isentropic magnetohydrodynamic flows: theory and spacecraft observations in the solar wind
磁流体动力学（MHD）湍流的各种形式的精确定律已被导出，无论是在不可压缩极限，或等温可压缩流动。在这里，我们提出了一个更一般的方法，使我们能够获得任何湍流等熵流（即，常数熵）。我们证明，已知的MHD精确的法律（不可压缩和等温）和新的（多变）的一个可以得到作为特定情况下的一般法律时，相应的封闭方程。我们还恢复了所有已知的流体动力学（HD）湍流（不可压缩的，等温的和多变的）从这个法律的限制${\bf B}=0$的确切法律。我们还表明，在这项工作中的两种形式（等温和多方）的MHD精确的法律利益之间的差异驻留在一些源项和明确的形式取决于内能的通量项。最后，我们将这两种形式的帕克太阳探测器（PSP）的数据在日光层内，以突出不同的封闭方程如何影响能量级联率估计。
2021-05-17 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Spectral Modeling of Magnetohydrodynamic Turbulent Flows
基于涡阻尼拟正态马尔可夫近似，提出了一种用于不可压磁流体动力学方程大涡模拟的动力学谱模型。该模型扩展了经典的频谱大涡模拟的纳维-斯托克斯方程，将一般（非Kolmogorovian）的频谱以及涡噪声。我们推导出MHD模型，并表明，引入一个新的涡流阻尼时间的频谱张量的动力学之间的速度和磁场均分的情况下，导致更好的协议与直接的数值模拟，发电机计算的一个重要点。
2008-03-31 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
The third-order law for increments in magnetohydrodynamic turbulence with constant shear
本文将均匀不可压缩磁流体（MHD）湍流中三阶结构函数的理论推广到存在常速度剪切的情况。一个概括的通常的关系[Politano和Pouquet，物理评论E，57 - 21（1998）]之间的三阶结构函数和耗散率在稳定的惯性范围内的湍流，其中剪切起着至关重要的作用。特别地，剪切的存在导致三阶定律，其不是简单地与相对分离成比例。对实验室和空间等离子体的可能影响进行了讨论。
2009-07-21 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the Existence of Fast Modes in Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence
通过对可压缩和不可压缩驱动条件下三维可压缩MHD湍流中快磁声模的存在性和性质进行了数值模拟。我们使用两种方法来确定快速模式的存在：仅基于空间变化的模式分解和所有波动的时空4D-FFT分析。后者的方法使我们能够量化的波动，满足色散关系的快速模式与有限的频率。总体而言，我们发现，通过时空4D FFT方法识别的快速模式在总波动功率中的比例对于几乎不可压缩的驱动是微小的，或者对于高度可压缩的驱动是~2%。我们讨论了我们的结果的影响，了解空间和天体物理等离子体中的可压缩波动。
2022-01-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Exact law for compressible pressure-anisotropic magnetohydrodynamic turbulence: toward linking energy cascade and instabilities
本文导出了可压缩压力各向异性磁流体动力学湍流的第一精确定律。对于一个gyrotropic压力张量，我们研究了双绝热的情况下，并显示存在新的通量和源项的确切法律，让人想起的等离子体不稳定条件，由于压力各向异性。霍尔长期示出，使离子尺度修正的确切法律，而不明确影响的压力项。在压力各向同性的限制，我们恢复所有已知的等温和多方封闭的结果。不可压缩极限的回旋系统导致的推广的Politano和Pouquet的法律，其中一个新的{ \it不可压缩}源项被发现，并反映了交流的磁场和动能与不再保守的内能。我们强调了新的法律提供的可能性，以调查湍流级联和不稳定性之间的潜在联系广泛观察到的实验室和天体物理等离子体。
2022-03-24 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Stochastic Line-Motion and Stochastic Conservation Laws for Non-Ideal Hydromagnetic Models. I. Incompressible Fluids and Isotropic Transport Coefficients
我们证明了非理想（粘性和电阻）不可压缩磁流体动力学方程的光滑解满足通量守恒的随机律。这个属性涉及从一个给定的，固定的表面通过平流它在时间上向后扰动下的等离子体速度与随机白噪声的表面的合奏。结果表明，通过固定表面的磁通量等于在较早的时间通过表面系综的磁通量的平均值。这一结果与著名的理想磁流体力学的阿尔芬定理类似，并且对任何磁普朗特数都有效。第二个随机守恒定律被证明在单位普朗特数下成立，这是由Bekenstein-Oron对理想MHD导出的广义Kelvin定理的随机版本。这些随机守恒律不仅被证明是非理想MHD方程的结果，但事实上被证明是等价于这些方程。我们得出类似的结果，两个更精细的磁流体模型，霍尔磁流体力学和双流体等离子体模型，仍然假设不可压缩的速度和各向同性的输运系数。最后，我们利用这些结果简要讨论了磁流体湍流的无限雷诺数极限，并支持通量守恒在该极限下保持随机性的猜想。
2008-11-30 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Particle-relabeling symmetry, generalized vorticity, and normal-mode expansion of ideal incompressible fluids and plasmas in three-dimensional space
理想的不可压缩流体动力学，磁流体动力学和霍尔磁流体动力学介质，这是制定为动力系统在适当的李群配备黎曼度量的拉格朗日力学考虑，导致广义涡度的概念，以及广义坐标，速度和动量。每个系统的行动是保守的对积分路径变化的广义涡度的方向，这种不变性与粒子重新标记对称性。广义涡量由积分微分算子在广义速度上的运算来表示。运营商的本征函数提供了一套正交函数，我们得到共同的数学表达式，这些动力系统使用的正交函数。特别地，我们发现黎曼度规$g_{im}$与李群结构常数$C^{m}_{jk}$的乘积是由算符本征值$Λ(i)$与某个完全反对称张量$T_{ijk}$的乘积给出的：$g_{iα}C^α_{jk}=Λ(i)T_{ijk}.$.本文还讨论了它的物理意义，包括MHD湍流的弱相互作用猜想.
2018-10-20 nlin.CD 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
Dynamic Alignment in Driven Magnetohydrodynamic Turbulence
最近的分析预测的动机，我们报告的数值证据表明，在驱动不可压缩磁流体动力学湍流的磁场和速度场的波动局部倾向于调整其极化方向。这种动态对准在较小尺度下更强，偏振之间的角度失配随着尺度λ近似为θ_λ~ λ^{1/4}而减小。这可以自然地导致非线性相互作用的减弱，并为在强磁化湍流的数值实验中观察到的能谱E（k）~ k^{-3/2}提供解释。
2006-12-21 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Wave turbulence in magnetohydrodynamics
本章主要回顾了近二十年来在不可压缩和可压缩情况下磁化等离子体（MHD、Hall MHD和电子MHD）中波动湍流的研究进展。重点是均匀和各向异性湍流，通常提供了最好的理论框架，调查空间和实验室等离子体。行星际介质和太阳大气作为两个例子的介质中的各向异性波湍流是相关的。波湍流的最重要的结果报告和讨论的背景下，空间和模拟磁化等离子体。重要的问题和可能的虚假解释最终进行了讨论。
2012-01-06 astro-ph.SR nlin.CD physics.plasm-ph
