Fluctuation dynamo in a weakly collisional plasma
宇宙磁场的湍流放大取决于宿主等离子体的材料性质。在许多热的、稀薄的天体物理系统中,如星系团的团内介质(ICM),粒子间碰撞的罕见性使得偏离局部热力学平衡。这些偏离对等离子体运动施加各向异性粘性应力,抑制其拉伸磁场线的能力。本文利用磁流体力学(MHD)方程组,考虑场平行粘性(Braginskii)应力,对弱碰撞等离子体中的涨落发电机进行了数值研究。当应力被限制在与由消防水管和镜像不稳定性调节的压力各向异性相一致的值时,Braginskiii-MHD发电机在很大程度上类似于它的MHD对应物。相反,如果平行的粘性应力保持不变--这种情况与最近波动发电机的动力学模拟和磁化ICM中发电机的早期阶段有关--发电机改变其特性,放大磁场,同时表现出大普朗特数(${\rm Pm}\gtrsim{1}$)MHD发电机饱和状态的许多特性。我们构建了一个分析模型的Braginskiii-MHD发电机在这个政权,成功地匹配磁能谱。这个模型的预测,证实了我们的模拟,是一个Braginskiii-MHD等离子体没有压力各向异性限制器将不支持发电机,如果垂直和平行的粘度的比例太小。该比率反映了场线拉伸和混合的相对允许速率,后者促进了磁场的电阻耗散。在所有的情况下,确实表现出发电机,所产生的磁场被组织成褶皱,坚持到饱和状态和偏置的混沌流,以获得尺度相关的光谱各向异性。
2020-07-13 astro-ph.HE 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
Analytic Origin of Advection of Magnetic Fields by Diffusivity Gradients
从磁感应强度方程出发,推导了由于磁扩散率梯度引起的磁场平流。我们讨论的物理例子,并比较我们的结果在文献中。我们的感应和扩散方程可能是有用的太阳发电机的研究,空间和实验室等离子体。
2013-09-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Hall-MHD small-scale dynamos
我们对发电机机制的理解取得了很大进展,在磁流体力学(MHD)的理论框架内。然而,对于充分扩散的介质,霍尔效应最终变得不可忽略。我们提出的结果从三维模拟霍尔MHD方程进行随机非螺旋强迫。我们研究了霍尔效应在发电机效率的霍尔参数的不同值的作用,使用伪谱码,以实现指数快速收敛。我们还研究了空间尺度之间的能量转移率,以确定发电机过程和能量级联中各种非线性效应的相对重要性。霍尔效应在比霍尔尺度更大的尺度上产生直接能量级联的减少,因此导致更小的能量耗散率。最后,我们提出的结果源于模拟在大磁普朗特数,这是相关的制度,在炎热和弥漫的介质,如星际介质。
2010-05-29 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.plasm-ph
Shell to shell energy transfer in MHD, Part II: Kinematic dynamo
本文研究了在运动发电机状态下,受迫三维磁流体湍流中不同尺度之间的能量传递。研究了两种不同的力:非螺旋Taylor Green流(磁普朗特数P_M = 0.4)和螺旋ABC流(P_M = 1)。这种分析使我们能够检查哪些尺度的速度流是负责发电机的行动,并确定哪些尺度的磁场直接从速度场接收能量,哪些尺度通过级联的磁场从大到小的尺度接收磁能。结果表明,湍流速度脉动是小尺度(小尺度发电机)磁场放大的主要原因,而大尺度磁场的放大主要是由于大尺度流动。磁场能量从大尺度到小尺度的直接级联也存在,并且是小尺度中磁场增加的补充机制。从小磁尺度的速度场输入的能量占主导地位的能量是级联从大尺度,直到大尺度的磁能谱的峰值达到。在更小的尺度上,大部分磁能输入来自级联过程。
2005-05-26 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
Impact Of A Uniform Plasma Resistivity In MHD Modelling Of Helical Solutions For The Reversed Field Pinch Dynamo
到目前为止,磁流体动力学(MHD)模拟的反向场箍缩(RFP)是假设轴对称径向时间无关的耗散轮廓。在螺旋状态下,这个假设是不正确的,因为这些耗散应该是通量函数,并且也应该表现出螺旋对称性。因此,更正确的模拟应该包括自洽耗散配置文件。作为在这个方向上的第一步,均匀耗散配置文件的情况下被认为是通过使用三维非线性粘阻MHD代码SpeCyl。研究发现,电阻率剖面的平坦化导致发电机作用的减小,从而导致边际反转甚至非反转的平衡解。这一结果的物理起源进行了讨论的RFP发电机的静电漂移的解释。这就限制了耗散结构在未来自洽模拟中的功能选择。
2016-03-11 physics.plasm-ph
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
Intermittency assessed through a model of kurtosis-skewness relation in MHD in fast dynamo regimes
本文通过直接数值模拟研究MHD快速发电机中速度场和磁场的偏度-峰度关系,发现耗散的alpha值在0.2到3.0之间变化,且She-Leveque模型给出的alpha=2.5与数值结果一致,揭示了间歇性的非严格抛物线标度特征。
2025-03-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Understanding large-scale dynamos in unstratified rotating shear flows
本研究结合模拟与新分析方法,克服过往研究缺陷,揭示无分层旋转剪切流中非螺旋平均场大尺度发电机的增长与饱和机制,阐明其场放大、再生及饱和的具体物理过程。
2025-11-19 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
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
A non local shell model of turbulent dynamo
本文推导了一种新的磁流体动力学(MHD)湍流壳模型,其中能量传递不一定是局部的。与原MHD方程一样,该模型在相空间中保持了总能量、磁螺旋度、交叉螺旋度和体积(刘维尔定理),而不考虑外力、粘性耗散和磁扩散的影响。在没有磁场的情况下,该模型表现出统计稳定的动能解与柯尔莫哥洛夫谱。本文研究了在运动学和动力学两种情况下,在很宽的磁普朗特数范围内,种子磁场对湍流和非线性相互作用的发电机作用。能量传递的非定域性被清楚地识别。
2007-01-11 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Negative Turbulent Magnetic Diffusivity $β$ effect in a Magnetically Forced System
本文研究了螺旋磁能作用下的大尺度发电机过程。磁力驱动发电机的研究不如动力驱动发电机的研究好。它被认为代表了恒星日冕、吸积盘或等离子体实验室中磁场的放大。然而,螺旋磁场和等离子体之间的相互作用是一个更基本的现象,可以扩展到早期宇宙。标度不变的螺旋磁场不仅解释了目前观测到的大尺度天体物理磁场,而且提供了早期宇宙视界标度的信息。磁场与等离子体之间的相互作用本质上是非线性的,这使得其机制难以理解。但是,如果等离子体系统是由螺旋场驱动,该过程可以线性化与α和β和大尺度磁场。传统上,α效应被认为将磁场转移到大尺度区域,而β效应扩散磁场。然而,这些结论是基于不完全导出的alpha和beta。为了得到α和\b{eta}演化的精确轮廓,我们求解了一个耦合的半解析方程组,并将结果应用于大尺度磁螺旋度和磁能的模拟数据。结果表明,在对大尺度B场的放大作出显著贡献之前,平均α效应减小。相反,保持为负的β效应实际上在具有拉普拉斯算子的大尺度B场的放大中起着关键作用。并且,这种负扩散率解释了等离子体动能的衰减
2021-09-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
A model of nonlinear evolution and saturation of the turbulent MHD dynamo
研究了大磁普朗特数湍流导电介质中磁场的增长和饱和。这种状态在低密度热天体物理等离子体中非常常见。在早期(运动学)阶段,弱磁波动呈指数增长,并集中在电阻尺度,这远远低于流体动力学粘性尺度。当磁场能量与粘性尺度涡旋的动能相当时,演化成为非线性的。随后的MHD发电机的非线性演化的物理图片提出。唯象的考虑补充了一个简单的福克-普朗克模型的非线性演化的磁能谱。据发现,虽然大部分的磁能从亚粘性尺度的速度尺度的转变可能是可能的,它发生得非常缓慢-在电阻,而不是动态,时间尺度(星系,这意味着产生大规模的磁场不能用这种机制来解释)。Alfvenic运动的作用和充分发展的各向同性MHD湍流的影响进行了讨论。
2002-10-30 astro-ph nlin.CD physics.plasm-ph
Analysis of the Effect of a Mean Velocity Field on Mean Field Dynamo
我们研究半解析和一致的方式,产生的平均速度场$\bar{\mathbf{U}}$的螺旋MHD湍流,和效果,这个字段可以对平均场发电机。假设一个预定的,最大螺旋小尺度速度场,我们表明,大尺度流动可以产生在MHD湍流,通过小尺度洛伦兹力。这些流通过新的项反作用于平均场发电机的平均电动势,使原始的$α$和$β$项明确地未被修改。交叉螺旋度在连接所有效应中起着关键作用。在我们选择使用的最小$τ$闭包中,弛豫时间越长,影响越强。
2007-04-17 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energetics of turbulence generated by chiral MHD dynamos
已知左右手费米子数密度的不对称性会在感应方程中产生一个新的项,从而导致发电机不稳定性。在高温下,当手征不对称性可以持续足够长的时间时,这种手征发电机不稳定性可以有效地放大磁场,这反过来又通过洛伦兹力驱动湍流。虽然在数值模拟中已经证明了这种手性磁驱动湍流的存在并强烈影响磁场的动力学,但该过程的细节仍然不清楚。本文的目的是分析手征磁驱动湍流的能量学及其对磁场的产生和动力学的影响,采用直接数值模拟。我们研究了不同初始条件下的这些效应,包括初始手性化学势和磁性普朗特数Pm的变化。特别是,我们确定的比率的动能,磁能,Uppermance,在手性磁驱动湍流。在本研究中探索的参数空间内,Upperdance达到约0.064-0.074的值-独立于初始手性不对称性和Pm=1。我们的模拟表明,当通过降低粘度来增加Pm时,Upperdance按幂律减小。虽然精确的标度取决于拟合准则和雷诺数状态的细节,但报告的近似结果为Upperdance(Pm)=0.1 Pm^{-0.4}。利用数值模拟的结果,我们分析了早期宇宙中手征磁驱动湍流的能量学。
2018-08-28 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
MHD Turbulence
综述了MHD湍流理论和数值实验的研究现状及其在天体物理和太阳科学中的应用。本文介绍了研究湍流的常用工具、基本湍流模型、MHD方程及其波动模式。随后,我们涵盖了Alfvenic湍流,不平衡湍流,小尺度发电机和模型的理论和数值计算超声速MHD湍流。
2019-10-08 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamo and the Adiabatic Invariant
本文考虑发电机产生的浅流体层在天体(行星或恒星)。这个发电机是基于相互作用的磁Rossby波的额外不变量。在强环向磁场的背景下,将磁流体动力学线性化。额外的不变量用于表明背景场被保持。
2021-08-26 astro-ph.EP nlin.AO physics.flu-dyn
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
Influence of initial conditions on the large-scale dynamo growth rate
为了研究能量和螺旋度对磁场增长的影响,将螺旋动力学强迫施加到具有特定能量和螺旋度分布的磁流体动力学(MHD)系统.模拟结果表明,系统的饱和不受初始条件的影响,但大尺度磁场的增长率与初始大尺度磁能和螺旋度成正比。已经知道小尺度磁场的螺旋分量(即,电流螺旋度$<{\bf j}\cdot {\bf b}>$)抑制大尺度磁场的增长。然而,$<{\bf j}\cdot {\bf b}>$也可以通过改变其符号和大小来促进大尺度磁场的增长。另外,模拟表明非螺旋磁场通过洛伦兹力对速度场有抑制作用。通过比较磁场和动能的变化曲线,发现当外部能量进入三维MHD系统时,动能发生了后移,表明速度场可能在MHD发电机的早期阶段起了先导作用。
2013-08-15 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Constraints on dynamo action in plasmas
上界推导出的磁能的量,可以产生的发电机行动碰撞和无碰撞等离子体有和没有外部强迫。一个层次的数学描述被认为是等离子体动力学:理想MHD,粘阻MHD,双绝热理论的Chew,Goldberger和低(CGL),动力学MHD,和其他动力学模型。结果发现,发电机的行动大大限制在模型中的任何粒子物种的磁矩是保守的。在没有外力的情况下,如果初始状态下的磁能很小,那么它在任何时候都保持很小。换句话说,只要碰撞频率和回转半径足够小到可以忽略不计,小的"种子"磁场就不能被显著放大,而不管流动的性质如何。如果系统受到外部强迫,只要该强迫保持至少一种等离子体物质的磁矩并且不大大增加等离子体的总能量(即,实际上是亚音速)。因此,发电机的作用总是需要碰撞或某种小尺度的动力学机制来打破磁矩的绝热不变性。
2016-07-22 physics.plasm-ph
Dynamo in weakly collisional nonmagnetized plasmas impeded by Landau damping of magnetic fields
我们对已知在磁流体力学(MHD)中产生发电机的流动进行了完全动力学模拟,考虑了与星系团尺度波动发电机相关的低雷诺数和高磁普兰特数的情况。我们发现,朗道阻尼的电子导致快速衰减的磁扰动,阻碍发电机。这种无碰撞阻尼过程在电子未磁化的空间尺度上起作用,从而减小了高磁普朗特数波动发电机中磁场增长的尺度范围。当电子没有被磁化到电阻标度时,磁能谱预计将受到磁朗道阻尼对应的标度的限制,或者如果更小,则受到电子回旋半径标度的限制,而不是电阻标度。因此,在模拟中,我们观察到衰减的磁场,电阻磁流体力学预测发电机。
2020-06-26 physics.plasm-ph
Laminar and turbulent dynamos in chiral magnetohydrodynamics-I: Theory
具有相对论性粒子的等离子体的磁流体动力学(MHD)描述必然包括额外的新领域,与轴向电荷相关联的手性化学势(即,右手和左手相对论费米子之间的数量差异)。该手性化学势对等离子体的电流密度(\emph{chiral magnetic effect})产生贡献。我们提出了一个自洽处理的\emph{chiral MHD equations},其中包括反反应的磁场上的手征化学势和它的相互作用与等离子体速度场。一些新的现象被展出。首先,我们表明,手征磁效应的不可压缩流的Alfvén波的频率降低,可压缩流的Alfvén波和快磁声波的频率增加,并降低慢磁声波的频率。其次,我们表明,除了众所周知的层流手征发电机效应,这是不相关的流体运动,有一个发电机所造成的共同作用的速度剪切和手征磁效应。在湍流的平均动力学螺旋度消失的存在下,推导的平均场手征MHD方程描述了由手征α效应引起的湍流大尺度发电机,这对于大的流体和磁雷诺数是占主导地位的。手征α效应是由于手征磁效应和由缠结磁波动(其由剪切速度波动引起的大尺度磁场的缠结产生)产生的小尺度电流的波动的相互作用。这些发电机效应可能对早期宇宙、中子星和夸克-胶子等离子体的动力学产生有趣的影响。
2017-09-21 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Fluctuation Dynamo in Collisionless and Weakly Collisional Magnetized Plasmas
在弱碰撞的天体物理等离子体中,如星系团的团内介质中,宇宙磁场的混沌流体运动的放大受到磁场排列的压力各向异性的绝热产生的阻碍。这种各向异性驱动了平行于磁场的粘性应力,抑制了等离子体拉伸磁场线的能力。我证明,通过使用动力学模拟,在高$β$等离子体,动力学离子拉莫尔尺度不稳定性切断热压力和磁压力之间的绝热联系,减少这种粘性应力,从而使发电机操作。两个不同的制度的波动发电机在磁化等离子体中确定:一个在这些不稳定性有效地调节压力各向异性和一个在这种调节是不完善的。我阐明了这些动力学不稳定性的等离子体粘度的作用,并确定如何的字段和流量的自我组织,让发电机在面对平行的粘性应力。在有效的压力各向异性调节的情况下,等离子体发电机非常类似于其更传统的Pm ~ 1 MHD对应物。当调节不完善时,发电机表现出与磁流体发电机饱和状态下的特征显着相似的特征。一套新的微观物理封闭流体模拟,桥梁这两个制度的构建,表现出爆炸性的磁场增长所造成的场强依赖性粘度。发电机在无碰撞和弱碰撞等离子体,然后密切比较彼此,揭示了实质性的差异,如何子平行粘性运动的行为。前者(无碰撞)的情况下,经历了一系列的拉伸运动,以子拉莫尔尺度,导致越来越快的发电机作为磁雷诺数增加。
2019-12-23 astro-ph.HE 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
Magnetic dynamo action in random flows with zero and finite correlation times
磁流体发电机理论为宇宙中磁场的起源提供了流行的理论描述。在这里,我们考虑的问题的运动,小规模的发电机行动驱动的随机,不可压缩,非螺旋,均匀和各向同性流。在Kazantsev发电机模型中,驱动流的统计被假设为在时间上瞬时相关。在这里,我们比较了模型的结果与发电机特性的模拟流,具有相同的空间特性的卡赞采夫流,但不同的时间统计。特别是,模拟流是强迫纳维-斯托克斯方程的解,因此具有有限的相关时间。我们发现卡赞采夫模型通常预测更大的磁增长率和在较小尺度上达到峰值的磁谱。然而,我们表明,通过过滤的扩散率谱在小尺度上,它是可能的,使增长率的协议,同时对齐的磁谱。
2011-03-07 astro-ph.GA astro-ph.SR nlin.CD
Fully developed turbulent dynamo at low magnetic Prandtl numbers
利用磁流体动力学湍流的壳模型研究了小磁普朗特数($\Pm$)极限下的发电机问题。该模型在无粘流体和零磁扩散率的限制下满足总能量守恒、交叉螺旋度守恒和磁螺旋度守恒。强迫被选择为具有恒定的能量注入率,并且没有动能螺旋度或交叉螺旋度的注入。我们发现临界磁雷诺数($\Rm$)的值在小的极限$\Pm$饱和。在发电机阈值以上,我们研究了饱和状态与$\Rm$和$\Pm$的关系。在均分的情况下,我们发现Kolmogorov谱的动能和磁能,除了波数低于电阻标度。最后,两个耗散尺度(粘性与阻力)的比值演变为$\Pm < 1$的$\Pm^{-3/4}$
2007-01-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetic field amplification and evolution in turbulent collisionless MHD: an application to the ICM
ICM中观测到的磁场的放大和维持通常归因于湍流发电机作用。这通常是由采用碰撞MHD模型。然而,在ICM的离子碰撞之间的平均自由程的动力学尺度的顺序,因此需要一个无碰撞的MHD描述。与碰撞MHD模拟不同,我们的研究使用相对于局部磁场方向的各向异性等离子体压力,这使得等离子体在参数空间内发生无碰撞不稳定性。在所采用的模型中,这些不稳定性通过压力各向异性的弛豫项包含在海湾中,该弛豫项模拟了镜像和消防水龙带不稳定性的反馈。这种弛豫的作用是得到与无碰撞等离子体的经验研究相一致的等离子体分布函数。我们的三维数值模拟的强迫跨音速湍流的激励下的湍流ICM的建模进行了不同的初始值的磁场强度,和不同的压力各向异性的弛豫率。我们发现,在对应于ICM条件的高β等离子体制度,快速各向异性弛豫速率给出的结果是类似的碰撞MHD模型的湍流的统计特性而言。此外,种子磁场的放大,由于湍流发电机的行动是类似的碰撞MHD模型。我们的模拟不采用各向异性弛豫显着偏离碰撞MHD的结果,并显示更多的权力在小尺度的波动的密度和速度代表的结果的不稳定性。对于这些模拟,磁场中的大尺度波动大部分被抑制,并且湍流发电机在放大种子磁场方面失败。
2013-05-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Hall current effects in mean-field dynamo theory
本文用一阶光滑近似法研究了霍尔项在大尺度发电机作用中的作用。结果表明,标准的$α$系数被改变,并为零时,达到一个特定的双Beltrami状态,在Alfvénic状态的MHD发电机。$β$系数不再是正定的,从而即使$α$ -猝灭起作用,也能起发电机作用。与(磁)剪切电流效应的异同点指出,并可能是潜在的负责$β< 0$的机制。结果与以前的研究进行了比较,并强调了它们的天体物理学相关性。
2016-07-18 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Saturated State of the Nonlinear Small-Scale Dynamo
本文研究了无平均磁场、大磁普朗特数、不可压缩、受迫、非螺旋、均匀、各向同性的MHD湍流问题。这种类型的MHD湍流是湍流发电机的最终状态,它产生具有小规模方向逆转的折叠场。我们提出了一个模型,在该模型中,实现饱和作为一个结果的速度统计成为各向异性相对于磁褶皱的局部方向。该模型结合了削弱拉伸和准二维混合的影响,并产生了显着的协议,至少在一个尺度流的情况下,数值计算结果的磁能谱。我们推测,在数值模拟中看到的统计数据可以解释为这些折叠场和沿折叠传播的阿尔文波的叠加。
2004-03-04 astro-ph nlin.CD physics.plasm-ph
Study on the large scale dynamo transition
利用磁流体动力学(MHD)描述,建立了一个非线性发电机模型,该模型通过电动势(e.m.f.)在大规模的感应方程中。本文用MHD速度场和磁场涨落的壳模型描述了等离子体在小尺度下的非线性行为,壳模型允许在大参数范围内研究这一问题,这是许多自然系统中发电机现象的特征,也是目前超级计算机所不能解决的问题。在等离子体湍流状态的特定条件下,小尺度的场涨落能够触发发电机不稳定性。我们研究这种过渡考虑的稳定性曲线,这表明了强烈的减少临界磁雷诺数增加逆磁Prandlt数$\textrm{Pm}^{-1}$的范围$[10^{-6},1]$和减缓范围$[1,10^{8}]$的增加。我们也得到滞后行为的发电机边界揭示了这种过渡的亚临界性质。该系统,经历这种转变,可以达到不同的发电机制度,这取决于雷诺数的等离子体流。这显示了湍流在发电机现象中所起的关键作用。特别是该模型是能够再现的动态情况下,大规模的磁场之间的跳跃两个状态,代表相反的极性的磁场,再现地磁发电机和VKS实验中观察到的磁反转。
2010-10-25 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Universal Nonlinear Small-Scale Dynamo
我们考虑天体物理相关的非线性磁流体发电机在大雷诺数(Re)。我们认为,在一定意义上,磁能的增长率是湍流总耗散率的一个常数C_E,这是普遍的。基于局部性界限,我们声称这种“小规模发电机的效率”C_E对于大Re来说是一个真正的常数,并且仅由均分尺度下的强非线性动力学决定。我们在数值模拟中测量了C_E,并在最高分辨率模拟中观察到约0.05的值。我们解决了C_E很小的问题,不像Kolmogorov常数是阶单位的。
2011-09-21 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.geo-ph
Magnetic reversals in a simple model of MHD
我们研究了一个简单的磁流体力学方法,其中流体动力学和MHD湍流耦合在一个壳模型中,在大尺度下给定发电机约束。我们考虑的情况下,一个低普朗特数流体的惯性范围的速度场是远远超过的磁场。观察到磁场的随机反转,并且表明磁场具有与流体动力学湍流的性质相关的非平凡演化。
2009-06-02 astro-ph.EP astro-ph.SR cond-mat.other