Charged space debris induced nonlinear magnetosonic waves using inertial magnetohydrodynamics
本文在惯性磁流体动力学框架下建立受迫Kadomtsev-Petviashvili方程，揭示带电空间碎片诱发的慢、快磁声孤波稳定性及精确加速解。
2023-06-07 nlin.PS physics.plasm-ph
Hamiltonian Formalism of Extended Magnetohydrodynamics
扩展磁流体力学（MHD）系统包括霍尔效应和电子惯性效应，在无限维相空间上具有非正则泊松代数所体现的哈密顿结构。一个非平凡的部分制定的证明雅可比的身份泊松括号。我们发现了一个生成泊松括号的基本李代数。一类相似的Poisson代数可以由同一个李代数生成，它包含了Hall MHD系统和惯性MHD系统。
2015-01-22 physics.plasm-ph
Generalized Magnetofluid Connections in Relativistic Magnetohydrodynamics
将磁连接的概念推广到非理想相对论磁流体等离子体。采用相对论性磁流体动力学的一般方程组，包括热惯性，热电动势，霍尔和电流惯性效应，我们推导出一个新的协变连接方程显示广义磁流体连接的存在，保持在无耗散等离子体动力学。这些连接与统一电磁场和流场的一般反对称张量密切相关，允许将磁连接概念扩展到更广泛的概念。
2015-02-26 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Wave Turbulence in Inertial Electron Magnetohydrodynamics
本文发展了一种在较强均匀外磁场$\boldsymbol{B_0} = B_0 \hat{\boldsymbol{e}}_\|$作用下的惯性电子磁流体力学（IEMHD）的波动湍流理论。这一制度是相关的尺度小于电子惯性长度$d_e$。我们推导了描述惯性哨声波或动力学阿尔文波之间的三波相互作用的动力学方程。我们发现，对于两个不变量，能量和动量，转移是各向异性的（轴对称），主要是在垂直方向（$\perp$）的直接级联$\boldsymbol{B_0}$。精确的固定的解决方案（Kolmogorov-Zakharov谱），我们证明了地方。我们还发现了Kolmogorov常数$C_K \simeq 8.474$。在最简单的情况下，该研究揭示了$k_\perp^{-5/2} k_\|^{-1/2}$中的能谱和受$k_\perp^{-3/2} k_\|^{-1/2}$中的能量动力学支配的动量谱。这些解对应于磁能谱$\sim k_\perp^{-9/2}$，它比在大于$d_e$的尺度上所作的EMHD预测更陡。最后，我们讨论的应用理论空间等离子体。
2022-09-18 physics.flu-dyn 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
Remarkable connections between extended magnetohydrodynamics models
通过使用适当的变量变换，所有扩展的磁流体动力学（MHD）模型的共性建立。建立了无惯性Hall MHD和惯性MHD（具有电子惯性，但不具有Hall漂移）以及扩展MHD（具有这两种效应）的泊松括号之间的显著对应关系。这些模型的螺旋度（共两个）通过这些对应关系获得。所有扩展的MHD模型的共同之处是追溯到存在两个李拖曳2-形式，这是密切相关的两个潜在的物种的典范动量。用适当的速度对这些2-形式进行李拖曳，也能导出正确的运动方程。对霍尔磁流体泊松括号进行了详细的分析，并通过详细的证明验证了Jacobi恒等式，从而保证了所有模型的泊松括号都是Jacobi恒等式。
2015-06-30 physics.plasm-ph
Universal energy cascade and relaxation in three-dimensional inertial electron magnetohydrodynamic turbulence
该研究推导了三维电子磁流体动力学湍流的精确级联关系，通过数值模拟验证了跨电子惯性尺度的普适能量级联，并利用非线性传递消失原理揭示了压力平衡的弛豫态。
2025-07-10 physics.plasm-ph
Modification of magnetohydrodynamic waves by the relativistic Hall effect
通过推导相对论霍尔磁流体动力学（HMHD）的线性色散关系，研究表明相对论霍尔效应显著改变了波的传播特性。而在非相对论HMHD中，快磁声波的相速度和群速度随着霍尔效应的增大而变得各向异性，相对论霍尔效应给各向异性带来了上界。具有强霍尔效应的Alfveén波群速度也变得比非相对论情况下的各向异性小。此外，阿尔文和快波的群速度表面在与周围磁场接近垂直的方向上合并成一个单一的表面。同样值得注意的是，相对论HMHD的特征标度长度取决于离子温度、磁场强度和密度，而非相对论HMHD标度长度，即，离子趋肤深度仅取决于密度。修正后的特征标度长度随着离子温度的增加而增加，随着磁场强度的增加而减小。
2017-07-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Measurement of the electric fluctuation spectrum of magnetohydrodynamic turbulence
观测到太阳风中的磁流体动力学（MHD）湍流在惯性子范围内表现出经典Kolmogorov流体湍流的光谱行为，并在短波长处偏离该光谱行为，在该波长处能量应该被耗散。在这里，我们提出的第一个测量的电场波动谱的惯性和耗散波数范围内的$β\gtrsim 1$等离子体。观测到的$k^{-5/3}$惯性子区与磁涨落谱惊人地一致;在该区域的波相速度与阿尔文速度一致。在较小的波长$k ρ_i \geq 1$的电谱是软的，是符合预期的色散关系的短波长动力阿尔文波。动力学阿尔文波对太阳风离子和电子产生阻尼作用，并可能使它们各向同性。这种效应可以解释太阳风的流体性质。
2005-03-12 physics.plasm-ph physics.space-ph
The magnetohydrodynamic description of Earth's ionosphere
电磁波在部分电离层中的传播对磁层-电离层耦合起着重要的作用。例如，电离层可以支持非常低频率的阿尔芬波，其可以由体流体惯性（主要是由于下部和中部E区域中的中性粒子）与磁场的变形之间的平衡引起。等离子体中性碰撞动量交换促进了磁应力（由离子直接感受到）向中性粒子的转移。因此，在低频（相对于中性离子碰撞频率）极限下，穿过电离层的波可以以非常小的阻尼传播。在等离子体惯性极限消失时，由于中性惯性加载在磁力线上，可以激发波，因此波可以具有很长的波长，并且可以容易地耦合到磁层。这些波的频率低于几赫兹。
2016-08-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Axion magnetohydrodynamics and reconnection-driven axion bursts
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa（里斯本高等工程学院，里斯本理工学院）；GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（等离子体与核聚变研究所，里斯本技术学院，里斯本大学）
本文提出超越理想极限的轴子磁流体力学，保留轴子惯性和非理想等离子体本质物理。磁重联自然激发混合阿耳文-轴子模，实现磁场与轴子间的相干能量交换，导致中子星和磁星中磁重联驱动的暂态轴子爆发。
2026-05-14 astro-ph.HE 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
Rotating magnetohydrodynamic turbulence
对旋转磁流体动力学系统中的湍流进行了理论和数值研究。在线性极限下，当速度和磁扰动都很小时，系统支持两种类型的波。当旋转效应强于外部磁场效应时，其中一个波包含大部分的动能（惯性波），另一个波包含大部分的磁能（磁旋波）。解耦惯性和磁层波系统的弱波湍流（WWT）理论先前由Galtier（2014）推导。在本文中，我们推导出强湍流理论的基础上的临界平衡（CB）的方法programming的线性和非线性时间尺度是相似的幅度在很宽的湍流尺度。数值模拟了弱波和强波湍流区。结果似乎是在很好的协议与WWT和CB的预测，特别是对动能谱和磁能谱的指数。
2019-02-20 physics.plasm-ph
An in-depth numerical study of exact laws for compressible Hall magnetohydrodynamic turbulence
近年来，可压缩磁流体动力学（MHD）和霍尔磁流体动力学（CHMHD）湍流的各种精确定律被推导出来。除了它们的基本理论兴趣之外，这些定律通常用于估计航天器观测的能量耗散率，以解决各种相关问题，例如，到太阳风（SW）和磁层等离子体的加热。在这里，我们使用各种$1024^3$直接数值模拟（DNS）数据的自由衰减等温CHMHD湍流获得的GHOST代码（地球物理高阶套件湍流）来分析两个最近导出的精确的法律。模拟结果反映了不同的初始马赫数和背景磁场强度。分析表明，在惯性范围内的两个法律的等效性和相关的霍尔效应的强度的级联率在亚离子尺度的幅度。当以其一般形式（即，不限于惯性范围），讨论了关于定态假设的有效性或模拟中强迫的缺乏的一些微妙之处。我们发现，湍流的自由衰减性质引起了从大尺度强迫向存在一个尺度相关的能量库的级联或耗散加油的转变。精确定律的简化形式（在惯性范围内有效）最终成立，即使平稳性假设没有得到充分验证。
2022-01-26 physics.plasm-ph
Current-sheet formation in incompressible electron magnetohydrodynamics
在理想不可压缩电子磁流体力学框架下，用哈密顿方法研究了轴对称和螺旋形冻结涡旋结构的非线性动力学。为了描述从一个光滑的初始磁场的电流片形成，本地和非本地的非线性近似的介绍和部分分析，是以前已知的精确可解的本地模型忽略电子惯性的推广。最后，估计预测有限时间奇点形成的一类流体动力学模型之间的局部模型和欧拉流体动力学。
2001-12-20 physics.plasm-ph
Action Principles for Relativistic Extended Magnetohydrodynamics: A Unified Theory of Magnetofluid Models
提出了相对论扩展磁流体力学的两种欧拉作用量原理。与第一，行动的极限下的密度，熵，和拉格朗日标签守恒的约束，这导致一个广义动量和广义矢量势的Clebsch表示。第二个作用是在变换为物理场变量时产生的，从而产生协变括号作用原理，即，一种变分原理，其中受约束的变化由退化的泊松括号产生。在适当的限制下，作用量原理导致相对论霍尔MHD和著名的相对论理想MHD。首次提出了考虑电子热惯性的相对论霍尔磁流体力学的哈密顿公式（类似于[Comisso \textit{et al.}，Phys. Rev. Lett. { \bf 113}，045001（2014）]用于电子-正电子等离子体）。这种热惯性效应允许违反冻结磁通量条件，这与满足冻结条件的非相对论霍尔MHD形成鲜明对比。我们还发现违反冻结的条件是伴随着冻结的替代通量确定的广义矢量势。最后，我们推导出一个更一般的3+1泊松括号的非相对论扩展MHD，一个不假设小的电子离子质量比。
2017-02-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Propagation speed, linear stability, and ion acceleration in radially imploding Hall-driven electron-magnetohydrodynamic shocks
等离子体密度梯度在电子磁流体力学（EMHD）中被认为是驱动磁冲击的重要因素。以前的平板模型已经扩展到径向内爆冲击的圆柱模型。发现圆柱形几何形状的主要新效应是冲击传播速度的径向依赖性。这是在这里所示的分析和数值模拟。由磁冲击的离子加速被示出可能成为实质性的，特别是在尖峰结构，因为电子惯性的冲击中发展。
2017-12-29 physics.plasm-ph
Thermal-inertial effects on magnetic reconnection in relativistic pair plasmas
研究了考虑磁流体热性质和惯性性质的相对论对等离子体中的磁重联过程。我们发现，在Sweet-Parker和Petschek相对论的情况下，由于热惯性效应，都有一个增加的重联率，都满足因果关系。为了表征新的影响，我们定义了一个热惯性数，这是独立的相对论性的Lundquist数，这意味着重连可以实现，即使是消失的电阻率作为唯一的热惯性效应的结果。目前的模型对于相对论性无碰撞重联具有根本的重要性，因为它构成了获得重联速率的最简单的方法，比仅用电阻率获得的重联速率更快。
2014-07-07 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
The inadequacy of a magnetohydrodynamic approach to the Biermann Battery
当电子压力梯度产生的电场具有旋度时，比尔曼电池可以在等离子体中产生磁场。当电子分布函数偏离麦克斯韦分布函数时，Biermann电池的常用磁流体动力学（MHD）模型失效。利用与惯性约束聚变有关的激光-等离子体相互作用的MHD和动力学模拟，我们已经表明，这种畸变可以使产生比尔曼的电场减少约50%。更重要的是，在MHD治疗中使用通量限制器来处理非麦克斯韦电子分布对电子热输运的影响，导致对产生比尔曼的电场的完全非物理预测，从而导致对所产生的磁场的错误预测。
2020-09-03 physics.plasm-ph
A Generalized Quasi-Neutral Fluid-Particle Hybrid Plasma Model and Its Application to Energetic-Particle-Magnetohydrodynamics Hybrid Simulation
在准中性假设下，提出了一个适用于无碰撞等离子体的广义流体-粒子混合模型。该系统由流体离子和电子以及任意数量的物种组成，其动力学由弗拉索夫方程控制。因此，所提出的模型是一个通用的版本，著名的标准混合等离子体模拟模型，其中的离子是完全动力学的，而电子被假定为流体。由于所提出的模型采用广义欧姆定律的精确形式，质量和能量密度，以及动力学物种的荷质比，采取任意的。在不存在动力学物质的情况下，它简化为准中性双流体模型（Amano，2015，JCP）。在相反的情况下，动力学粒子的质量和能量密度远大于流体离子，它只不过是标准的混合模型与有限的电子惯性效应。如果动力学粒子是质量密度可以忽略不计但能量密度很大的高能粒子（EP），并且尺度尺寸远大于离子和电子的惯性长度，则它描述了磁流体动力学（MHD）和EP动力学之间的自洽耦合。因此，能量粒子磁流体动力学（EP-MHD）混合模型是本文所述的更一般的模型的一个特例。这种方法比现有的模型的优点进行了讨论。一个三维模拟代码求解所提出的方程组进行说明。该代码结合了粒子在细胞计划解决的动力学物种和黎曼求解器为基础的代码的双流体方程。几个基准模拟结果证实，代码成功地捕捉到的EP人口相互作用的MHD流体自洽的动态。
2018-04-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron Magnetohydrodynamic Turbulence: Universal Features
研究了电子磁流体动力学（EMHD）湍流的能量级联。分形和多重分形模型的能量耗散字段被用来确定的空间不稳定性校正的标度行为在高波数（电子流体动力学极限）和低波数（磁化极限）的渐近制度的惯性范围。外推的多重分形尺度下的耗散微尺度证实了在这些渐近制度的耗散异常先前表明的数值模拟EMHD湍流。我们发现EMHD湍流系统的几个基本特征是普遍的，它们似乎超越了特征长度尺度$d_e$的存在（这是电子趋肤深度）在EMHD问题-（i）均分谱，（ii）耗散微尺度的库仑数标度，（iii）电子流速度的概率分布函数（PDF）的缩放（或磁场）梯度（即使有磁敏校正），（iv）耗散异常，（v）临界指数标度。
2014-07-02 physics.plasm-ph
Propagation of Electromagnetic Waves in Resistive Pair Plasma and Causal Relativistic Magnetohydrodynamics
本文从相对论性双流体方程出发，采用单流体理论研究了电磁波在电阻对等离子体中的传播。当用电子/正电子惯性变量归一化的电阻率超过一个临界值时，电磁波的色散关系表明真空中的群速度大于光速。然而，在这种情况下，也发现等离子体参数小于1：即，电子-正电子对介质不再可以被视为等离子体。因此，简单的双流体近似是无效的。这证实了电磁波在等离子体中的超光速传播是被禁止的--这一结论与相对论因果律是一致的。作为替代方案，我们提出了一套新的方程的“因果相对论磁流体力学”，这两个非零电阻率，但符合因果关系的原则。
2008-10-07 physics.plasm-ph
Effective resistivity for magnetohydrodynamic simulation of collisionless magnetic reconnection
本文将含带电粒子动力学的有效电阻率模型应用于无引导场无碰撞磁重联的2.5维MHD与Hall MHD模拟，显著提升重联率并使结构与PIC及混合模拟吻合。
2025-06-10 physics.plasm-ph
Nonlinear Alfvén waves in extended magnetohydrodynamics
在空间和实验室的各种系统中观察到大振幅阿尔文波，这表明了一个有趣的特性，即即使在非线性状态下，波形也是稳定的。理想磁流体动力学（MHD）模型预测，当阿尔文波在均匀环境磁场中传播时，它保持任意形状的常数。然而，这种任意性是忽略色散效应的理想化模型的产物。只有特殊的波形，由两个组件的正弦函数，可以保持形状，我们推导出完全非线性阿尔文波的扩展MHD模型，包括霍尔和电子惯性效应。有趣的是，这些\small尺度效应”完全改变了图像;波的大尺度分量不能独立于小尺度分量，它们的共存禁止大尺度分量具有自由波形。这是非线性色散相互作用的一种表现，与孤子的表现有些不同。
2015-11-05 physics.plasm-ph
Fast reconnection in relativistic plasmas: the magnetohydrodynamics tearing instability revisited
磁主导等离子体中的快速重联经常被用于磁星巨耀斑模型，脉冲星风中的磁耗散，或解释蟹状星云中观测到的伽马射线耀斑，因此它的研究在高能天体物理学中至关重要。在这里，我们研究，通过二维数值模拟，线性相位和随后的非线性演化的撕裂不稳定性的相对论电阻磁流体力学的框架内，适当的情况下，阿尔文速度接近光速。研究发现，不稳定性的线性相位与经典MHD中的分析非常吻合，在经典MHD中，增长率与伦德奎斯特数S成S^-1/2的比例，唯一的例外是由于热能和磁能的贡献而增加的惯性项。此外，当考虑纵横比为S^-1/3的反比的薄电流片时，恢复了所谓的“理想”撕裂状态，模式的增长与S无关，并且非常快，只有几个光穿过片长度的时间。波动的整体增长被认为是完全取决于背景阿尔芬速度的值。在完全非线性阶段，我们观察到一个朝向基模的逆叶栅，Petschek型超声速射流从X点以外部Alfven速度传播，并且在预测值R~（ln S）^-1处有一个快速的重联速率。
2016-05-20 astro-ph.HE 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
Exact law for homogeneous compressible Hall magnetohydrodynamics turbulence
在不作各向同性假设的情况下，推导了三维均匀可压缩等温霍尔磁流体力学（CHMHD）湍流的精确定律。霍尔电流示出引入新的通量和源项，其作用在小尺度（可比或小于离子趋肤深度）以显著影响湍流动力学。新的法律提供了一个准确的手段来估计第一次的能量级联率在一个广泛的范围内的尺度覆盖的MHD惯性范围和亚离子色散范围的三维数值模拟和{ \it原位}航天器观测可压缩湍流。这项工作是特别相关的天体物理流动，其中小规模的密度波动不能被忽略，如太阳风，行星磁层和星际介质（ISM）。
2017-07-28 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Role of electron inertia and electron/ion finite Larmor radius effects in low-beta, magneto-Rayleigh-Taylor instability
磁瑞利-泰勒（MRT）不稳定性已在以前的工作中使用磁流体动力学和动力学模型的低β等离子体进行了非常详细的研究。这里提出的工作扩展了以前的研究，这种不稳定的制度，有限拉莫尔半径（FLR）的影响可能是重要的。MRT不稳定性的比较是使用5矩和10矩两种流体模型，两种流体是离子和电子。5阶矩模型包括霍尔稳定，而10阶矩模型包括霍尔和FLR稳定。这两个模型使用不同的电子质量，以了解电子惯性的作用，在后期的非线性演变的MRT不稳定性的结果。对于五阶矩模型，后期非线性MRT演化并不显著依赖于电子惯性。然而，当FLR稳定是重要的，10矩的结果表明，较低的离子-电子质量比（即较大的电子惯性）预测的能量在高波数模式，由于较大的FLR稳定。
2018-09-12 physics.plasm-ph
On local and non-local energy transfers in Hall magnetohydrodynamic turbulence
Indian Institute of Technology, Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Universidad de Buenos Aires（布宜诺斯艾利斯大学）；CONICET - Universidad de Buenos Aires, Instituto de Física Interdisciplinaria y Aplicada (INFINA)（阿根廷国家科学研究委员会-布宜诺斯艾利斯大学交叉与应用物理研究所）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
研究三维不可压缩霍尔磁流体动力学湍流中能量转移，基于三元组守恒分解能量转移通道，通过直接数值模拟计算转移率，发现各通道含局部和非局部转移，可解释结果，能用于开发模型及扩展框架分离局部和非局部加热。
2026-07-27 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
In-situ observation of Hall Magnetohydrodynamic Cascade in Space Plasma
我们提出的湍流能量级联率的估计，来自霍尔MHD三阶定律。计算了霍尔项和磁流体项对能流的贡献。我们使用MMS数据积累的磁鞘和太阳风，并与以前建立的模拟结果进行比较。我们发现，在观察中，MHD的贡献是占主导地位的惯性尺度，在模拟中，但霍尔项变得显着的观测在更大的尺度比在模拟中。可能的原因提供了这种意想不到的结果。
2020-05-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
First Principles Magnetohydrodynamical Theory for the Expanding Box Model: Effects on Expansion-Induced Alfvén Wave Reflection
Universidad de Chile（智利大学）；Universidad de Concepción（康塞普西翁大学）；Universidad de Santiago de Chile（智利圣地亚哥大学）；Universidad Adolfo Ibáñez（阿道夫·伊巴涅斯大学）
针对膨胀盒模型中参考系变换的不一致性，采用协变方法重新推导，修正了磁场张量缩放，恢复了共动系对称性，并揭示了加速对阿尔芬波振幅的几何阻尼或能量源作用。
2026-09-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph
AWBS kinetic modeling of electrons with nonlocal Ohms law in plasmas relevant to inertial confinement fusion
激光与等离子体的相互作用经常导致非局部输运条件，其中经典流体动力学模型无法描述与高流动性粒子相关的重要微观物理。在这项研究中，我们分析并进一步提出了一个修改的Albritton-Williams-Bernstein-Swartz碰撞算符物理评论Lett 57，1887（1986）的非局域电子输运的条件下有关的ICF。当与局部扩散区域中的全福克-普朗克算子相比时，由该修改提供的电子分布函数表现出一些非常理想的性质，并且当与非局部输运区域中的Vlasov-Fokker-Planck和碰撞PIC代码进行基准测试时，也表现得非常好，其中，我们发现，通过非局部欧姆定律的电场的影响是一个必要的成分，以捕捉电子动力学正确。
2018-12-22 physics.plasm-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
Asymptotic-preserving semi-implicit finite volume scheme for Extended Magnetohydrodynamics
University of Michigan（密歇根大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
针对扩展磁流体动力学方程，提出一种半隐式有限体积格式，通过松弛系统重构和算子分裂，在理想、电阻和霍尔磁流体动力学极限下均能保持精确性，并实现自适应网格细化。
2026-05-22 physics.plasm-ph
Two-fluid turbulence including electron inertia
我们提出了一个完整的双流体磁流体动力学（MHD）描述完全电离的氢等离子体，保留霍尔电流，电子压力和电子惯性的影响。根据这种描述，每个等离子体物种引入了一个新的空间尺度：离子惯性长度$λ_{i}$和电子惯性长度$λ_{e}$，这是不存在于传统的MHD描述。在本文中，我们寻求在充分发展的湍流制度的能量功率谱的可能变化，使用数值模拟的两个流体方程在两个半的维度（2.5D）。我们已经能够在不同的光谱范围内再现不同的标度律，因为它已经在太阳风中观察到的磁能谱。在最小波数处，简单的MHD是有效的，我们得到了一个惯性范围遵循柯尔莫哥洛夫$k^{-5/3}$定律。对于中间波数，使$λ_{i}^{-1} << k << λ_{e}^{-1}$，频谱被修改为$k^{-7/3}$幂律，也已获得霍尔-磁流体力学（HMHD）忽略电子惯性项。当电子惯性保持不变时，出现一个新的由$k > λ_{e}^{-1}$给出的谱区。该区域中的磁能的功率谱由$k^{-11/3}$幂律给出。最后，在保留电子惯性项的情况下，研究了自洽电场。我们的结果进行了讨论，并与太阳风观测和以前的模拟结果进行了比较。
2014-11-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph
On three dimensional steady super-Alfvénic magnetohydrodynamics shocks with aligned fields
本文研究了三维定常超阿尔芬磁流体动力学激波问题，通过变形张量和修正涡量对定常MHD方程进行有效分解，并在三维扰动下证明了圆柱跨音速激波解的存在性与结构稳定性。
2025-10-14 math.AP physics.plasm-ph
Statistical Properties of three-dimensional Hall Magnetohydrodynamics Turbulence
三维霍尔磁流体动力学（HMHD）方程是研究太阳风湍流的常用方程。一些早期的研究已经通过使用简单的壳模型或三维HMHD方程的伪谱直接数值模拟（DNSs）研究了三维HMHD湍流的统计特性;这些DNSs被限制在适度的空间分辨率，并且覆盖了有限的参数范围。为了探索三维HMHD湍流对雷诺数$Re$和离子惯性尺度$d_{i}$的依赖性，我们对三维HMHD方程及其对应的三维MHD方程（$d_{i} = 0$）进行了详细的伪谱DNS。本文给出了三维HMHD湍流的几个统计特性，并通过计算（a）能量耗散率和能量的时间演化，（b）流体和磁谱的波数依赖性，（c）速度和磁场等矢量对夹角余弦的概率分布函数，（d）三维HMHD和三维MHD湍流中的不稳定性的各种测量。
2021-05-27 nlin.CD physics.comp-ph physics.plasm-ph
On the Alfven wave cut-off in partly ionized collisional plasmas
本文讨论了多组分部分电离等离子体中等离子体与中性粒子碰撞引起的阿尔芬波的截止。采用全多分量理论，并与经典磁流体力学理论进行比较。它表明，在部分电离等离子体的截止原则上可能仍然是相同的经典磁流体动力学工作中预测的，虽然多分量理论也产生一些本质的差异。由于电场，离子运动本质上是二维的，这导致中性粒子的额外受迫振荡。在多分量理论中，出现了一个新的小参数，即离子惯性长度。这个新的小参数在磁流体动力学描述中是缺失的，并且事实证明，对于某些参数，它可能大于离子与中性粒子密度比，这是磁流体动力学描述中唯一的小参数。由于这一点，阿尔芬波的行为可以成为非常不同的经典磁流体动力学的结果相比。结果还表明，在含有非磁化离子的等离子体中，不能激发Alfv}n波。这当然适用于太阳光球层，在那里离子碰撞频率可能远高于离子回旋频率。
2014-01-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Hall magnetohydrodynamic reconnection in the plasmoid unstable regime
一组约化的霍尔磁流体动力学（MHD）方程被用来评估大纵横比电流片的稳定性等离子体团（二次岛）的形成。在该分析中，重新连接由电阻率驱动，其发生在电阻趋肤深度$d_η\equiv S_L^{-1/2} \sqrt{L v_A/γ}$处，其中$S_L$是伦德奎斯特数，$L$是电流片的长度，$v_A$是阿尔文速度，并且$γ$是生长速率。对最近的电阻MHD分析的修正[N.] F. Loureiro，A. A. Schekochihin和S. C. Cowley，Phys.等离子体{ \bf 14}，100703（2007）]在碰撞足够弱使得$d_η$短于离子趋肤深度$d_i \equiv c/ω_{pi}$时产生。次级岛在这种霍尔MHD制度中生长得更快：与电阻性MHD中的$S_L^{1/4} v_A/L$和$S^{3/8}$相比，最大生长速率缩放为$(d_i/L)^{6/13} S_L^{7/13} v_A/L$，等离子体团的数量缩放为$(d_i/L)^{1/13} S_L^{11/26}$。
2011-08-16 physics.plasm-ph
Nonlinear theory of magnetohydrodynamic flows of stratified rotating plasma in two-layer shallow water approximation. Rossby waves and their three-wave interactions
本文研究了在垂直外磁场中自由表面的引力场中天体物理等离子体薄层的旋转磁流体动力学流动。在两层浅水近似下，将等离子体分为两层不同密度的介质，在外加磁场中得到磁流体动力学方程。在β平面近似下，得到了外磁场中旋转分层等离子体的浅水方程组。对于垂直或水平磁场形式的稳定初始条件，已经发展出线性理论，并且已经找到了磁Rossby波形式的解，并对它们进行了修改，以描述分层效应。色散曲线的定性分析表明，存在三波非线性相互作用的磁Rossby波的每个固定的解决方案。参数不稳定性的外观和他们的增量被发现。
2019-07-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn 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
Spectral transfer and Kármán-Howarth-Monin equations for compressible Hall magnetohydrodynamics
我们推导了两种新形式的衰减可压缩霍尔磁流体动力学（MHD）湍流的Kármán-Howarth-Monin方程。我们测试他们的弱可压缩，二维，中等雷诺数霍尔MHD模拟的结果，并比较它们与各向同性频谱传输（ST）方程。由于边界条件的周期性，KHM和ST方程在整个模拟过程中自动满足，并具有互补的累积行为。它们在这里被用来分析湍流的开始及其充分发展时的性质。这些方法给出了等价的结果表征：在大尺度上的动能+磁能的衰减，MHD和霍尔跨尺度能量传递/级联，压力膨胀和耗散。当磁流体效应使能量接近离子惯性范围时，出现霍尔级联，并与重联电流片的形成有关。在稍后的时间，压力膨胀能量交换率在零附近振荡，当在其振荡的一段时间内平均时，对跨尺度能量转移没有净影响。一个减少的一维分析表明，所有这三种方法可能是有用的估计能量级联率从现场观测。
2021-04-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-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
Elimination of MHD current sheets by modifications to the plasma wall in a fixed boundary model
磁流体动力学（MHD）平衡模型，为了计算方便，假设存在一个系统的嵌套磁通量表面往往表现出奇异的电流片。这些片位于共振通量表面，与合理的旋转变换值。我们研究了通过适当修改等离子体边界，我们规定在一个固定的边界设置消除这些奇异性的可能性。我们发现，相对简单的迭代程序，可以用来消除弱电流片产生的谐振壁谐波的非线性相互作用的谐振通量表面。这些类型的程序可以证明在融合装置的设计中是有用的，融合装置具有改善的稳定性和运输性能的配置。
2019-11-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Relativistic Magnetohydrodynamic Wave Excitation by Laser Pulse in a Magnetized Plasma
University of Isfahan（伊斯法罕大学）；Joint Institute for Nuclear Research（联合核研究所）；NSTRI（伊朗国家核科学技术研究院）；Amirkabir University of Technology（阿米尔卡比尔理工大学）
本文研究了激光脉冲在磁化等离子体中激发的相对论磁流体动力学波的调制不稳定性，推导了非线性薛定谔方程并分析了其不稳定性条件。
2025-10-18 math-ph math.MP physics.plasm-ph
