Energy transfers in MHD turbulence and its applications to dynamo
本文描述了MHD湍流的模-模能量传递和能量通量。这些能量传递对于理解湍流动力学以及发电机等应用非常有用。我们说明了如何提供有价值的洞察力的大规模的磁能发电机的增长机制的能量通量。
2019-02-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Studying the properties of reconnection-driven turbulence
School of Mathematics and Computational Sciences, Xiangtan University（湘潭大学数学与计算科学学院）；Department of Physics, Xiangtan University（湘潭大学物理学院）；Key Laboratory of Stars and Interstellar Medium, Xiangtan University（湘潭大学恒星与星际介质重点实验室）；Hunan Key Laboratory for Computation and Simulation in Science and Engineering（湖南省科学与工程计算重点实验室）；Hunan National Center for Applied Mathematics（湖南国家应用数学中心）
研究重联湍流的统计特性，发现其速度谱符合Kolmogorov模型，磁场谱更陡，且存在各向异性 cascade，与纯MHD湍流不同。
2025-10-11 astro-ph.HE 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
Scale Filtering Analysis of Kinetic Reconnection and its Associated Turbulence
本文采用尺度滤波方法结合动力学PIC模拟，揭示重联中压强-应变相互作用在离子惯性长度以下尺度成为主导能量转移通道，并阐明引导场对能量转移形态的影响。
2023-10-25 physics.plasm-ph
MHD Dynamos and Turbulence
磁流体发电机与湍流综述。
2011-03-16 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the effects of turbulence on a screw dynamo
在俄罗斯彼尔姆连续介质力学研究所的一项实验中，一个非静止螺旋发电机是用环形空间中的螺旋液钠流来实现的。流动必然是湍流，也就是说，可以认为是平均流和叠加湍流。本文在平均场电动力学的框架内研究了湍流的诱导过程。它们当然意味着导致平均磁场的增强耗散的部分。由于螺旋平均流，在湍流中也存在螺旋结构。它们导致了某种$α$效应，这可能基本上支持了螺旋发电机。这种$α$效应的特殊性解释了在为发电机实验设想的较小版本的设备上进行的测量。湍流的螺旋结构还导致其他效应，这些效应与旋转剪切相结合可能能够产生发电机作用。它们的一部分基本上可以支撑螺旋发电机。在实验条件下，与主流相比，湍流的所有诱导效应都相当弱。平均场感应方程的数值解表明，所有的感应效应的湍流一起让螺旋发电机阈值略有上升，最多百分之一。数值结果也给出了一些见解的行动的个别诱导效应的湍流。
2006-03-10 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetic reconnection-driven turbulence and turbulent reconnection acceleration
该研究采用MHD-PIC方法数值模拟磁重联驱动湍流与粒子加速，揭示了自驱动湍流稳态的能量分配、重联驱动湍流的复杂性及强磁场对加速效率的提升作用，为相关天体物理研究提供新视角。
2023-06-06 astro-ph.HE hep-th physics.plasm-ph
A transport-like approach to turbulence-mediated magnetic reconnection
针对自驱动湍流介导的磁重联，论文利用重联与湍流涨落的时间尺度分离及平均场的MHD尺度特性，提出类输运框架，为高效数值计算提供理论支撑。
2023-12-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Unstable magnetic reconnection self-generates turbulence
The University of Manchester（曼彻斯特大学）
本研究通过高分辨率模拟揭示了不稳定的磁重联如何自动生成湍流，并展示了湍流能量注入与非线性能量 cascade 的机制。
2026-02-24 physics.flu-dyn 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
Collisionless Reconnection in Magnetohydrodynamic and Kinetic Turbulence
最近有人提出（Loureiro & Boldyrev 2017; Mallet et et al. 2017），磁流体动力学（MHD）湍流中的惯性间隔在小尺度下不是由类似Kolmogorov的耗散区域终止，而是由撕裂不稳定性介导的新的亚惯性间隔终止。然而，许多天体物理等离子体几乎是无碰撞的，因此MHD近似不适用于小尺度的湍流。在这封信中，我们提出了扩展的理论的重联介导的湍流等离子体是如此弱的碰撞，发生在湍流涡旋的重联是由电子惯性，而不是电阻率。我们发现，重连介导的湍流的过渡尺度取决于等离子体β和等离子体湍流模型的假设。然而，在分析的所有情况下，在重新连接介导的间隔中的能谱范围从$E(k)dk\propto k^{-8/3}dk$到$E(k)dk\propto k^{-3}dk$。
2017-07-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Extended magnetic reconnection in kinetic plasma turbulence
本文通过磁通量输运方法在三维动力学等离子体湍流模拟中发现，重联X线可延伸至系统尺度，颠覆了重联呈斑块状的旧观点，并揭示其受临界平衡调控。
2023-08-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Factors Controlling the Statistics of Magnetic Reconnection in MHD Turbulence
University of Delaware（特拉华大学）；University of Waikato（怀卡托大学）；University of Hawaii at Manoa（夏威夷大学马诺阿分校）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究揭示了磁流体动力学湍流中磁重联统计特性与全球湍流磁场的关系，发现重联率分布与湍流磁场幅度存在强相关性，表明磁重联在能量耗散中起重要作用。
2025-12-31 physics.plasm-ph physics.space-ph
Small-Scale Kinematic Dynamo and Non-Dynamo in Inertial-Range Turbulence
本文研究了小磁普朗特数下湍流等离子体流中运动学“涨落”磁发电机的拉格朗日机制。湍流平流和等离子体电阻率的组合效应是将无限多的场线携带到每个空间点，在该点处的合成磁场由所有单独的线矢量的平均值给出。由于平流速度的粗糙度，即使在零电阻率的极限下，这仍然是正确的。我们表明，发电机效应的存在需要足够的角度相关的被动线向量，同时到达的duplex空间点。我们证明了这一点，详细的Kazantsev-Kraichnan模型的运动发电机与高斯平流速度是空间粗糙和白噪声的时间。在发电机作用失效的情况下，我们还得到了磁能衰减的精确速率。模型的这些精确结果是通过将Bernard、Gawedzki和Kupiainen的"慢模展开“推广到非厄米演化而得到的。我们的许多分析也适用于磁流体动力学湍流。
2009-08-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Transport enhancement and suppression in turbulent magnetic reconnection: A self-consistent turbulence model
通过增强传输，湍流预计有助于快速重联。然而，湍流的影响并不那么简单。除了增强输运外，某些环境下的湍流还表现出抑制输运的作用。在存在湍流交叉螺旋度的情况下，这种输运增强和抑制之间的动态平衡发生。由于这种动态平衡的结果，有效增强磁扩散率的区域被限制在一个狭窄的区域内，导致快速重联。为了证实这一观点，本文提出了一个描述磁重联的自洽湍流模型。借助于数值模拟，其中湍流效应通过湍流模型以一致的方式并入，确认了湍流磁重联中的动态平衡。
2014-01-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic turbulence in fast 3D collisionless guide-field magnetic reconnection
虽然湍流已被证实对磁重联很重要，但人们对它在无碰撞等离子体中的作用仍知之甚少。以前试图量化湍流对重联的影响时，通常采用阿尔文涨落或其他低频涨落，或者仅在二维构型和反平行磁场中研究无碰撞动力学效应。鉴于此，本文利用三维粒子模拟程序，在频率和波数空间分析了三维导场通过无力电流片重联自发产生的动力学湍流。我们的研究揭示了重联率和动力学湍流的功能类似于目前在现场的航天器观测MMS以及在实验室重联实验MRX，VTF和\textsc{Vineta} -II。特别是，我们发现，动力学湍流发展过程中的3D导场重联表现出宽带幂律频谱扩展超出低杂波频率和电子频率。在频率空间中，湍流的谱指数在重联X线处接近-2.8。在波数空间中，当归一化重联率达到0.1时，它也变为-2.8。宽带动力学湍流主要是由于在足够薄的动力学重联电流片中激发的电流流和电子流剪切不稳定性。动力学湍流的增长对应于高的重连率，超过那些快速层流，非湍流重连。
2018-11-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetopause reconnection and indents induced by foreshock turbulence
基于全球混合模拟结果，我们预测前震湍流可以到达磁层顶，并导致重联以及地球大小的凹痕。在我们的模拟中，行星际磁场（IMF）和太阳风都是恒定的，因此所有的动力学都是由前震不稳定性产生的。在模拟中的IMF主要是太阳地球对齐一个弱的北向和零黎明黄昏的组成部分，这样的太阳下磁层顶重联预计没有前震湍流修改磁鞘场。我们给出了一个重联的例子来说明，湍流可以产生大的磁剪切角横跨磁层顶，诱导局部突发重联。磁层顶重联和由前震湍流的影响而产生的凹痕可能有助于行星等离子体的昼侧损失。
2021-04-23 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Relation of Astrophysical Turbulence and Magnetic Reconnection
天体物理学中的流体一般都是湍流的，这一点在大多数输运过程中都必须加以考虑。讨论了湍流对磁重联的影响以及磁重联对MHD湍流级联的影响。我们显示了磁湍流和磁重联的内在的相互依赖和相互关系，特别是，在3D强磁湍流需要重联和3D磁湍流需要快速重联。我们遵循Eyink，Lazarian & Vishniac 2011中的方法，证明了如果用湍流的Richardson扩散代替普通的欧姆扩散，可以恢复Lazarian & Vishniac 1999中快速磁重联的表达式。然而，这并没有恢复磁湍流扩散的概念，该概念假设磁场可以以被动的方式混合到非常小的耗散尺度。相反，我们处理的重联动态重要的磁场束，强烈抵制弯曲，并有明确的平均方向弱扰动的湍流。我们认为，在湍流的存在下，磁通冻结的概念需要修改。由磁湍流引起的扩散可以称为重联扩散，因为它是基于磁场线的重联。重联扩散对磁化等离子体中的连续输运过程和恒星形成有重要意义。此外，湍流介质中的快速磁重联引起高能粒子的一阶费米加速，可以解释太阳耀斑和伽马射线暴。然而，这些发展的最戏剧性的后果是，标准的磁通冻结的概念，必须从根本上修改湍流的存在。
2011-11-30 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron Heating by Debye-Scale Turbulence in Guide-Field Reconnection
我们报告的静电德拜尺度湍流发展的扩散区域内的非对称磁层顶重联与中等引导场使用的观测磁层多尺度（MMS）任务。我们表明，布尼曼波和束模式导致有效的和快速的热化的重联电子射流通过不可逆的相混合，在此期间，射流动能转化为热能。我们的结果表明，在一个中等的引导场的存在下，重联扩散区是高度湍流，静电湍流在电子加热中起着重要的作用。
2019-12-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
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
Nonlinear Reconnection in Magnetized Turbulence
最近对强磁化等离子体湍流的分析工作假设存在一系列尺度，其中撕裂不稳定性可能支配能量级联。在本文中，我们估计的条件下，这种撕裂可能会引起充分的非线性磁重联的湍流涡旋，从而使显着的能量转换和耗散。当这些条件得到满足时，一个新的湍流区域就会出现，其中重连驱动的能量耗散变得很常见，而不是当它们不满足时必然出现的罕见特征。
2019-07-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Self-generated turbulence in magnetic reconnection
经典的Sweet-Parker重联模型预测重联率与电阻率成反比，通常使用无量纲的Lundquist数（$\Lund$）进行参数化。我们描述的磁流体动力学（MHD）模拟使用静态的，嵌套的网格，显示了一个三维的不稳定性的发展在一个电流片的平面之间的反转场线没有一个引导场。不稳定性导致磁场线在至少由模拟解决的范围$3.2\times 10^3 \lesssim \Lund \lesssim 3.2 \times 10^5$上以与$\Lund$无关的速率快速重连。我们发现，这种不稳定性发生的情况下，甚至与$\Lund \lesssim 10^4$，在我们的模型中出现稳定的最近描述的，二维，等离子体团不稳定。我们的研究结果表明，三维，MHD过程单独产生快速（电阻率独立）重联没有诉诸动力学效应或外部湍流。不稳定的重联层提供了一个自洽的环境中，广泛研究的湍流重联过程可以发生。
2015-05-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Complexity of magnetic-field turbulence at reconnection exhausts in the solar wind at 1 AU
磁重联是空间和天体物理等离子体中将磁能转化为粒子动能和等离子体热能的复杂机制。此外，磁重联和湍流似乎是密切相关的等离子体。我们分析了磁场湍流的排气中检测到的四个重联事件的太阳风使用詹森-香农复杂性熵指数。行星际磁场分解到LMN坐标使用混合最小方差技术。第一个事件的特点是延长排气期，使我们能够获得的标度指数的高阶结构函数的磁场波动。通过计算的复杂性熵指数，我们表明，更高程度的不确定性是相关的低熵和更高的复杂性在惯性子区。我们还计算了其他三个重联排气事件的复杂性熵指数。对于所有四个事件，磁场的$B_L$分量显示出比$B_M$和$B_N$分量更低程度的熵和更高程度的复杂性。我们的研究结果表明，相干结构可以负责减少熵和增加复杂性内的重联排气在磁场湍流。
2021-10-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Properties of turbulence in the reconnection exhaust: numerical simulations compared with observations
本文用自洽等离子体模拟方法研究了磁重联流出流中湍流的性质。正如在空间等离子体中通常观察到的那样，磁重联的特征在于湍流的存在。在这里，我们提供了一个直接的比较，我们的模拟与报告的观测重联事件的磁尾调查的电磁场的性质和能量转换机制。特别是，模拟显示的发展与航天器的观测，统计的湍流外流的耗散机制类似于在磁尾重联射流中观察到的，以及湍流的属性作为一个函数的距离从重联X-线的湍流级联。
2018-10-31 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-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
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
Sub-Grid-Scale Description of Turbulent Magnetic Reconnection in Magnetohydrodynamics
磁重联至少在局部需要非理想的等离子体响应。在无碰撞的空间和天体物理等离子体中，湍流可以允许这种情况，而不是太罕见的二元碰撞。我们研究了湍流对重联率的影响，在一个单一的流体可压缩MHD方法的框架。我们的目标是找出，无论是未解决的，亚网格的MHD模拟，湍流可以增强重联过程中的高雷诺数天体物理等离子体。根据Yokoi的模型（Yokoi（2013）），我们与网格尺度MHD方程同时求解亚网格湍流能量和交叉螺旋度的演化方程，其中湍流是自生的，并通过平均场的不均匀性维持。Harris和无力片的模拟证实了Higashimori等人（2013）的结果，并获得了关于大雷诺数下电阻率依赖性以及引导场效应的新结果。从大尺度到小尺度的能量转移的量是增强的情况下，快速湍流重联和能谱被用来解释所获得的制度控制的湍流时间尺度$τ_t$的重联。只要湍流的初始水平不是太大，对于由背景分子电阻率$η$控制的较大雷诺数，整个过程甚至更快。这表明在大雷诺数情况下，湍流对快速重联起着重要作用，而湍流的振幅仍然可以很小。
2015-11-29 physics.plasm-ph physics.space-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
Multi-Spacecraft Measurement of Turbulence within a Magnetic Reconnection Jet
利用Cluster航天器在地球磁尾高速重联喷流内进行的多点原位测量，研究了磁重联与等离子体湍流之间的关系。我们明确表明，电磁场对粒子，$\mathbf{J}\cdot\mathbf{E}$，具有非高斯分布，并集中在高电流密度的区域所做的工作。因此，磁能以间歇的方式转换成动能。此外，我们还发现重联产生的磁场涨落的高阶统计在磁流体尺度上具有多重分形标度，在动力学尺度上具有非高斯全局标度不变性。这些观察结果表明，重联射流中的$\mathbf{J}\cdot\mathbf{E}$与类流体湍流理论类似，因为它通过间歇级联产生的相干结构进行。这支持了湍流耗散是高度不均匀的假设，因此这些结果可能对空间和天体物理等离子体产生深远的影响。
2015-08-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence and Transport During Guide-Field Reconnection at the Magnetopause
我们分析的发展和影响的湍流在三维粒子模拟的导场磁重联在磁层顶的参数的基础上的电子扩散区的观测磁层多尺度（MMS）任务。沿分界线的湍流是低杂波漂移不稳定性（LHDI）的一种变体，其产生的电场波动幅度远大于重联电场。湍流控制了密度和电流分布的尺度长度，同时使穿过磁层顶的重要传输成为可能，尽管电子仍然冻结在磁场中。在X线附近，电子没有被冻结，并且与LHDI不同的湍流通过反常粘性对广义欧姆定律做出了显著的净贡献。湍流和伴随粒子输运的特征与MMS观测中的波动幅度一致。然而，对于这一事件的模拟表明，MMS航天器没有足够接近的电子扩散区的核心，以确定该地区的异常粘度是重要的。
2019-10-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
The Effects of Turbulence on Three-Dimensional Magnetic Reconnection at the Magnetopause
对磁层多尺度飞行任务（MMS）最近遭遇的磁层顶电子扩散区进行了二维和三维粒子模拟。虽然二维模拟是层流的，但在三维模拟中，湍流在x线处和沿磁分离线发展。湍流的强度足以使重联岛周围的磁场发生混乱，并产生异常电阻率和异常粘滞性。每一个都对打破电子扩散区的冻结条件有很大贡献。令人惊讶的是，在MMS观测和二维模拟中看到的速度空间中的新月形特征即使在三维系统的湍流环境中也存在。这表明MMS对新月形分布的测量并不排除湍流在磁层顶重联中起重要作用的可能性。
2016-06-07 physics.plasm-ph physics.space-ph
Kelvin-Helmholtz versus Tearing Instability: What Drives Turbulence in Stochastic Reconnection?
在过去的几年里，很明显，湍流磁重联和磁化湍流是不可分割的。结果表明，不仅重联是破坏湍流冻结条件的原因，而且三维随机重联本身也会产生湍流。负责这种驱动的实际机制仍然未知。撕裂模式或开尔文-亥姆霍兹等离子体不稳定性等过程可能会从不规则的电流片中产生湍流。我们解决这个过程的驱动机制的性质，并考虑撕裂和开尔文-亥姆霍兹不稳定性的湍流生成过程中的相对作用。特别是，我们分析了这两个不稳定性的三维重联区域内的发展条件。我们发现，这两种不稳定性可以激发湍流的波动在重联区。然而，撕裂模式具有相对缓慢的增长速率，并且在稍后的时间，它变得部分地被横向于湍流波动的增长期间产生的磁场的电流片分量抑制。相反，Kelvin-Helmholtz不稳定性在流出区域迅速建立，并且与撕裂模的贡献相比，在稍后的时间内，Kelvin-Helmholtz不稳定性主导湍流的产生。我们的研究结果表明，撕裂不稳定性是次主导的Kelvin-Helmholtz不稳定性相比，在三维重联层的湍流的产生，因此，自驱动重联是湍流重联与撕裂不稳定性是重要的，只有在初始阶段的重联。
2020-01-20 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Turbulence in Three-Dimensional Simulations of Magnetopause Reconnection
我们详细分析了在磁层顶磁重联的三维粒子模拟中观察到的湍流。这些参数代表了磁层多尺度（MMS）任务中遇到的电子扩散区。湍流被发现开发周围的磁性X线和separatrices，是电磁的性质，其特征在于波矢量$k$由$kρ_e\sim(m_eT_e/m_iT_i)^{0.25}$与$ρ_e$的电子拉莫尔半径，并出现了离子压力梯度作为其自由能的来源。总之，这些结果表明，不稳定性是一个变种的低杂波漂移不稳定性。湍流在面外方向（重联电场的方向）上产生电场波动，其幅度约为$\pm 10$ ~mV/m，这远大于约为$0.1$ ~mV/m的重联电场。在MMS数据中已经识别出平面外电场的如此大的值。模拟中的湍流控制了非对称重联中密度分布和电流层的标度长度，使它们比2-D重联模拟中看到的$ρ_e$或$d_e$标度更接近$\sqrt{ρ_eρ_i}$，并在电子扩散区产生显著的异常电阻率和粘度。
2018-05-03 physics.plasm-ph physics.space-ph
Anisotropic electron heating in turbulence-driven magnetic reconnection in the near-Sun solar wind
我们进行了一个高分辨率的二维全动力学数值模拟的湍流等离子体系统的观测驱动的条件下，以调查之间的相互作用的湍流，磁重联，粒子加热从离子到亚电子尺度的近太阳太阳风。我们发现，湍流等离子体和电磁波动的功率谱显示多个幂律的间隔下到尺度小于电子回旋半径。观察到磁重联发生在对应的电流片的电子惯性长度的顺序，其形成和收缩，由于相互作用的离子尺度的涡旋的厚度。在某些情况下，观察到离子和电子的流出（经典的重联场景），而在其他情况下-通常对于最短的电流片-只有电子射流（“电子重联”）。在重联开始时，电子温度开始增加，并发展出强烈的平行温度各向异性。这表明在强湍流中，电子尺度相干结构可能对电子加热起着重要作用，因为脉冲和局部化现象，如磁重联，可能比与波动相互作用相关的阻尼机制更有效地将能量从电磁场转移到粒子。
2022-05-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Identification of active magnetic reconnection using magnetic flux transport in plasma turbulence
在过去的二十年里，磁重联被认为在等离子体湍流的动力学和能量学中起着重要的作用。提出了一种基于磁通量输运（MFT）的湍流等离子体重联识别方法。将该方法应用于二维等离子体湍流的回旋动力学模拟。三个活跃的重联X点的识别结果的报告。前两个X点已经发展出双向电子流出射流。除了电子重联的范畴之外，第三个X点没有双向电子流出射流，因为流动被湍流修改。在所有的情况下，这种方法成功地确定了积极的重联通过明确的向内和向外的通量传输周围的X点。这种输运模式定义了重联，并在MFT的发散中产生了新的四极结构。这种方法有望应用于MMS、帕克太阳探测器和太阳轨道器等航天器任务。
2021-12-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
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
Turbulence in Magnetic Reconnection Jets from Injection to Sub-Ion Scales
本研究利用磁层多尺度航天器数据探究地球磁尾磁重联喷流湍流，揭示了有限惯性区特征、多尺度能量级联规律及亚离子尺度涨落性质，测得迄今空间等离子体中最高的跨惯性区能量传递率。
2024-01-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistical Properties of Turbulent Fluctuations Associated with Electron-only Magnetic Reconnection
内容：最近的卫星测量地球湍流磁鞘的证据表明，一个不寻常的重联机制，完全由电子驱动。这个新观察到的过程被称为电子重联，它与等离子体湍流的相互作用是一个有很大争议的问题。目的：通过对自由衰减等离子体湍流的二维-三维混合Vlasov-Maxwell模拟，研究了电子重联在等离子体湍流发展中的作用。特别是，我们寻找可能的差异与标准离子耦合重联相关的湍流。研究方法：通过对湍流磁场和离子流体速度涨落的结构函数的分析，刻画了湍流能量级联的结构和不稳定性。结果如下：我们发现，与纯电子重联相关的湍流涨落的统计特性与标准离子耦合重联相关的湍流涨落的统计特性一致，并且在湍流统计中没有发现与纯电子重联相关的特殊特征.这一结果表明，在无碰撞磁化等离子体中的湍流能量级联不依赖于与磁重联相关的特定机制。讨论了耗散范围的性质，指出在亚离子尺度下只有电子对磁场能量的耗散有贡献。
2020-08-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Effect of a guide field on the turbulence like properties of magnetic reconnection
利用5种不同的2.5维动力学粒子模拟方法研究了外加引导场对磁重联类重联性质的影响。发现磁能谱在惯性范围内呈现出约-5/3的斜率，与引导场无关。相反，在惯性范围内的电场谱随着引导场而更加陡峭，并且接近-5/3的斜率。此外，谱分析的广义欧姆定律的不同条款进行，并发现是一致的PIC模拟湍流和MMS观测。最后，利用基于不可压霍尔磁流体力学的von-Kármán Howarth（vKH）方程研究了引导场对能量传递行为的影响。在惯性范围内具有恒定能量传递率的vKH方程的一般特征在所有模拟中是一致的。这表明重联中的能谱和能量转移的定性行为与湍流相似，表明重联从根本上涉及能量级联。
2023-02-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron acceleration by turbulent plasmoid reconnection
在太空和天体物理等离子体中，就像在行星磁层中一样，如水星，高能电子经常在电流片（CS）附近发现，这暗示了电子通过磁重联加速。不幸的是，通过重联的电子加速还没有得到很好的理解。特别是湍流等离子体团重连的加速。我们已经研究了电子加速湍流等离子体团重联，所描述的MHD模拟，通过测试粒子计算。为了避免将所有相关的湍流尺度分解到耗散尺度，采用平均场湍流模型来描述亚网格尺度（SGS）的湍流及其通过湍流电动势（EMF）的影响。平均场模型将湍流电动势描述为电流密度、涡度、磁场以及湍流能量、交叉螺旋度和剩余螺旋度的平均值的函数。我们发现，主要在湍流重联的X点周围，强烈增强的局部电动势最有效地加速了电子并导致幂律谱的形成。由湍流引起的磁场对准的电动势主导电子加速过程。缩放加速过程的参数的Hermean磁尾，电子能量高达60千电子伏，可以达到通过热等离子体的湍流等离子体团重联。
2018-06-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
Dynamo-driven plasmoid formation from a current-sheet instability
轴对称载流等离子体团的形成在非轴对称波动的存在下，在非线性三维电阻磁流体模拟在一个全球性的环形几何形状。我们利用螺旋度注入技术来形成一个初始的极向磁通的存在下的环形引导场。当注入螺旋度时，两种类型的电流片由1）注入器区域中的相反方向的场线（初级重联电流片）和2）等离子体边缘附近的极向通量压缩（边缘电流片）形成。我们首先发现，非轴对称波动所产生的电流片不稳定性附近的等离子体边缘孤立撕裂宇称，但仍然可以快速增长（极向阿尔芬时间尺度）。这些模式通过打破电流片而饱和。第二，第一次观察到的发电机极向通量放大在reconnetion网站（在该地区的相反方向的磁场）。这种波动引起的通量放大增加了当地的伦德奎斯特数，然后触发了等离子体团不稳定性，并打破了在重联网站的主要电流片。大规模通量放大驱动的等离子体团形成，即大规模发电机，这里观察到的天体物理重联以及实验室等离子体中的快速重联事件具有强烈的影响。
2016-10-28 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection and Intermittent Turbulence in the Solar Wind
首次利用Wind航天器在1天文单位的现场测量结果，报道了太阳风中磁重联、电流片和间歇性湍流之间的统计关系。我们确定非高斯波动的磁场矢量，$\mathbf{B}$，这是空间和时间上不均匀的增量。发现重联事件和电流片集中在间歇性湍流的间隔中，使用增量的偏方差方法识别：在$\mathbf{B}$中最非高斯的1%波动内，我们发现87%-92%的重联耗尽和$\sim$ 9%的电流片。此外，随着从数据集中去除最小的间歇性波动，所识别的电流片也将对应于重连排气的可能性急剧增加。因此，湍流的太阳风包含了一系列的间歇性磁场结构，这些结构越来越多地与电流片相关联，而电流片又越来越有可能对应于磁重联的位置。这些结果可能对实验室和天体物理等离子体产生深远的影响，因为湍流和磁重联无处不在。
2014-03-18 physics.data-an physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection Studies Under Different Types of Turbulence Driving
利用三维直接数值模拟方法研究了Lazarian和Vishniac（1999）提出的弱湍流条件下的快速磁重联模型。该模型已经在Kowal等人（2009年）中成功测试，证实了重连速度$V_{rec}$对湍流注入功率$P_{inj}$和注入规模$l_{inj}$的依赖性（由约束$V_{rec} \sim P_{inj}^{1/2} l_{inj}^{3/4}$表示），并且没有观察到对欧姆电阻率的依赖性。在Kowal等人（2009）中，为了驱动湍流，我们在傅立叶空间中注入了速度波动，频率集中在$k_{inj}=1/l_{inj}$周围，如Alvelius（1999）所述。本文通过引入一种新的湍流驱动方式，对不同湍流注入机制下的快速磁重联进行了比较。新方法直接在真实空间中的随机位置注入具有指定幅度和尺度的速度或磁涡旋。给出了涡参数与湍流功率和注入尺度之间的精确关系。我们进行了模拟，以研究湍流功率和注入尺度的依赖关系与新的强迫。结果表明，在两种情况下，采用两种不同的湍流驱动方法暴露相同的标度，模型之间没有差异。这与Lazarian和Vishniac（1999）的预测一致。此外，我们进行了一系列的模型与不同的粘度$ν$。虽然Lazarian和Vishniac（1999）没有提供任何预测这种依赖性，我们报告了一个弱的关系之间的重联速度与粘度，$V_{rec}\simν^{-1/4}$。
2012-03-13 astro-ph.SR 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
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
Separatrices: the crux of reconnection
重联是天体物理学和实验室等离子体的关键过程之一：它与发电机相反。从能量的角度来看，发电机将动能转化为磁能，而重联则吸收磁能并返回其动能形式。大多数等离子体的核心过程都是先储存随着时间积累的磁能，然后突然释放。我们专注于这个释放。分析重联的一个关键概念是分界线，一个表面（二维线），它将嵌入在磁场线中的新鲜未扰动等离子体与嵌入在重联场线中的较热排气分离开来。在动力学物理学中，分界面成为许多关键过程发展的层。在这里，我们提出了新的结果，相对于在separatrices的过程，调节等离子体流，通电的物种，电磁场和不稳定性的separatrices开发。
2014-06-24 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Production of a chiral magnetic anomaly with emerging turbulence and mean-field dynamo action
在相对论磁化等离子体中，左手和右手费米子的数密度不对称，即，非零手性化学势μ_5导致沿磁场的电流。这将导致一个手征发电机不稳定性的均匀mu_5，但我们的模拟揭示了发电机，即使波动mu_5与零均值。它产生磁主导的湍流，并通过磁α效应产生平均磁场。最后，得到了与初始条件无关的μ_5的普遍标度不变k^（-1）谱和k^（-3）磁谱.
2022-02-12 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
The Interplay Between Collisionless Magnetic Reconnection and Turbulence
本文从理论、数值和观测角度回顾了无碰撞等离子体中磁重联与湍流之间复杂的相互作用，重点介绍了 NASA 的 Magnetospheric Multiscale 任务在地球磁层关键区域提供的新见解。
2024-07-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
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
3D Turbulent Reconnection: Theory, Tests and Astrophysical Implications
磁重联是磁场中的拓扑变化，是磁化等离子体中的一个基本过程。它与磁场湮灭区域的能量释放有关，但这只是这一过程的一个方面。天体物理流动通常具有非常大的雷诺数，并且预计是湍流，与观测结果一致。在强湍流中，磁力线在各个尺度上不断地重联，使磁重联成为湍流级联的一个内在组成部分。我们注意到，这是不一致的，把磁力线作为持久的动力学元素的通常做法。从Lazarian & Vishniac（1999）开始的许多理论、数值和观测研究表明，三维湍流使磁重联快速，这两个过程是内在联系的。我们讨论了在湍流存在下磁通量冻结的教科书概念的戏剧性违反，并证明了在湍流存在下的等离子体效应是次要的湍流就磁重联而言。这证明了在比相关等离子体尺度大得多的尺度上对磁重联进行类似MHD的处理是合理的。我们讨论了支持湍流重联模型的数值和观测证据。特别是，我们发现，撕裂重联被抑制在3D和，不像2D的情况下，3D重联诱导湍流，使重联独立的电阻率。我们表明，湍流重联显着影响关键的天体物理过程，例如，恒星形成，湍流发电机，宇宙射线加速。我们提供了批评的概念“重联介导的湍流”，并解释为什么湍流重联是非常不同的增强湍流电阻率和高电阻率，以及为什么后者有致命的概念缺陷。
2020-01-03 astro-ph.HE physics.comp-ph 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
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
Inertial-Range Reconnection in Magnetohydrodynamic Turbulence and in the Solar Wind
关于太阳风的现场航天器数据显示，事件被确定为具有流出和明显的“$X$ -线”$10^{3-4}$倍离子尺度的磁重联。为了理解湍流在这些尺度上的作用，我们在磁流体动力学（MHD）模拟中对惯性范围重联事件进行了案例研究。我们观察到随机漂移的磁力线在空间中，标准的磁通量冻结由于理查森色散的故障，和一个扩大的重联区包含许多电流片。粗颗粒的磁几何形状类似于太阳风中的大尺度重联，然而，双曲线通量管或“$X$ -线”在积分长度尺度上延伸。
2015-03-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Statistics of Reconnection-Driven Turbulence
磁重联是高导电流体中改变磁场拓扑结构的过程。在标准的斯威特-帕克模型中，这个过程太慢，无法解释观测结果（例如太阳耀斑）。实际上，这一过程必然是普遍存在的，因为天体物理学中的流体是磁化的，流体元素的运动必然会引起磁场冻结线的交叉和磁重联。在湍流存在的情况下，重连与微观等离子体特性无关，并且可能比以前认为的要快得多，如Lazarian & Vishniac（1999）所提出的和Kowal等人（2009，2012）所测试的。然而，在Lazarian-Vishniac模型中考虑的湍流是外部强加的。在这项工作中，我们考虑重联驱动的磁化湍流在现实的三维几何随机噪声发起。我们通过数值模拟表明，随机重联是能够通过其流出之间的相互作用自生湍流。利用功率谱和各向异性标度分析了速度涨落的统计特性，结果表明重联产生了与Goldreich-Sridhar（1995）模型一致的Kolmogorov型湍流.然而，各向异性的统计，强烈影响的动态重联流出。一旦形成了宽湍流区，就形成了典型的各向异性标度$l_\parallel \propto l_\perp^{2/3}$，特别是对于高分辨率模式，因为有更宽的标度范围。重联流出的衰减到类似磁场的波动，其特征在于不同的各向异性标度，强烈依赖于$β$等离子体。此外，估计的重连率弱依赖于分辨率，这表明不需要外部过程来快速重连。
2017-02-06 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
