Laboratory experiments on dynamo action and magnetically triggered flow instabilities
行星、恒星和星系的磁场是由运动的导电流体的自激产生的。一旦产生，磁场就可以通过破坏旋转流的稳定来在宇宙结构的形成中发挥积极作用，否则旋转流在流体动力学上是稳定的。长期以来，磁流体发电机作用和磁触发流动不稳定性都是纯理论研究的主题。然而，与此同时，在里加、卡尔斯鲁厄和卡达拉什的大规模液体钠实验中观察到了发电机效应。本文总结了液态金属实验中的发电机效应和各种磁不稳定性，如螺旋磁旋转不稳定性、方位磁旋转不稳定性和泰勒不稳定性的研究结果。我们详细讨论了我们的计划，进动驱动的发电机实验和大规模的泰勒-库埃特实验，使用液体钠，并观察磁触发的不稳定性的前景与正剪切流。
2018-03-09 physics.flu-dyn
Experimental realization of dynamo action: present status and prospects
近几十年来，发电机作用的实验研究取得了很大进展。然而，在卡尔斯鲁厄和里加的发电机实验之后，冯卡门钠（VKS）发电机只是第三个能够在实验室实验中证明流体流动驱动自产生磁场的设施。预计将在液体钠设施DRESDYN（用于DYNamo和热工水力研究的DREsden钠设施）框架内设计的计划中的进动驱动发电机实验将在发电机作用的实验研究方面取得进一步进展。在本文中，我们简要地介绍了VKS发电机的数值模型，证明了在该实验中观察到的轴对称场和用于流驱动叶轮的软铁材料之间的密切关系。我们进一步展示了最近的结果，准备水实验和设计研究有关的进动发电机，并描绘了科学的前景，为最终的设置。
2012-12-18 astro-ph.EP physics.flu-dyn
A-priori study of the subgrid energy transfers for small-scale dynamo in kinematic and saturation regimes
研究了均匀小尺度发电机在运动学、非线性和统计饱和阶段的次网格能量传输的统计特性。我们进行了一个先验分析的数据从一个合奏的直接数值模拟$512^3$网格点和单位磁普朗特数。为了给磁流体动力发电机中不同类型的能量传递的亚网格尺度（SGS）建模提供指导，我们分别考虑了SGS应力张量，包括惯性动力学、洛伦兹力和磁感应。我们发现，所有的SGS能量转移显示一定程度的量子化的尺度依赖性，其各自的概率密度函数。关于惯性动力学，在饱和发电机存在的情况下，会发生不稳定性的耗尽。
2019-02-24 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Saturation of turbulent helical dynamos
自然界中大尺度磁场的存在通常归因于由湍流螺旋发电机驱动的磁螺旋度的逆级联。在这项工作中，我们表明，在湍流螺旋发电机的大尺度$Π_{\mathcal{H}}$的磁螺旋度的逆通量是有界的$|Π_{\mathcal{H}}|\le c εk_η^{-1}$，其中$ε$是能量注入率，$k_η$是Kolmogorov磁耗散波数和$c$一阶常数。假设经典的各向同性湍流标度，磁螺旋度的逆通量$Π_{\mathcal{H}}$至少与磁雷诺数$Rm$呈$-3/4$幂律减小：$|Π_{\mathcal{H}} | \le c ε\ell_f Rm^{-3/4}\max[Pm,1]^{1/4}$，其中$Pm$为磁普朗特数，$\ell_f$为强迫长度尺度。我们证明了这种缩放与$Rm$使用直接数值模拟的湍流发电机被迫在中间尺度。结果进一步表明，非线性饱和是通过在畴尺寸尺度$L$上的逆级联和耗散之间的平衡来实现的，其中磁能的饱和值由${\mathcal{E}}_\text{m}\leq c L (ε\ell_f)^{2/3} Rm^{1/4}\max[1,Pm]^{1/4}$限定。数值模拟也证明了这一界限。
2022-07-25 physics.flu-dyn 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
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
Saturation of the Turbulent Dynamo
宇宙中强磁场的起源可以通过小空间尺度上的湍流运动放大弱种子场，随后将磁能传输到更大尺度来解释。这个过程被称为湍流发电机，并取决于湍流的性质，即流体动力学雷诺数和气体的可压缩性，以及磁扩散率。虽然我们知道线性区域中的磁能的增长率，但饱和水平，即可以达到的磁能与湍流动能的比率，从分析计算中是未知的。在本文中，我们提出了第一个尺度相关的饱和度模型的基础上，有效的湍流电阻率，这是由湍流涡旋的周转时间尺度和磁能密度。与斯皮策值相比，磁电阻率增加，并且磁能谱处于其最大值的有效尺度向更大的空间尺度移动。当峰值达到由临界磁雷诺数确定的特征波数k* 时，该过程结束。发电机的饱和水平也取决于湍流的类型，并且对于大的和小的磁普朗特数Pm的限制而不同。利用我们的模型，我们发现对于Pm>>1，饱和度在43.8%和1.3%之间，对于Pm<<1，饱和度在2.43%和0.135%之间，其中较高的值表示不可压缩湍流，较低的值表示高度可压缩湍流。
2015-08-14 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the saturation mechanism of the fluctuation dynamo at ${\text{Pr}_\mathrm{M}} \ge 1$
在许多天体中，磁场的存在是由于发电机的作用，即一部分动能转化为磁能。产生与湍流相同尺度的磁场结构的湍流发电机被称为波动发电机。我们使用数值模拟来探索非线性的，统计稳定状态的波动发电机驱动湍流。我们证明，作为磁场增长饱和，它的放大和扩散都受到反作用的洛伦兹力的流动。由于速度场、磁场和电流密度之间的较强对准，磁场的放大减小。此外，我们确认，放大率下降，由于较弱的拉伸的磁场线。相对于场线拉伸的扩散增强通过计算的磁雷诺数的局部值的减少来量化。使用闵可夫斯基泛函，我们量化的磁结构的形状所产生的发电机作为磁丝和丝带在运动和饱和发电机，并推导出缩放的典型长度，宽度和厚度的磁结构与磁雷诺数。我们发现，所有这三个磁长度尺度的发电机饱和时增加。在运动发电机（磁场强度呈指数增长）中，磁不稳定性很强，在统计稳定状态下持续存在，但强磁丝和磁带的体积更大。
2020-03-18 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Transition to turbulent dynamo saturation
虽然在发电机实验中饱和磁能与粘度无关，但在最先进的3D直接数值模拟（DNS）中，饱和磁能仍然依赖于粘度。外推这种粘性标度律的现实参数值导致低估了几个数量级的磁能。这种差异的起源是完全3D DNS不能达到足够低的磁普朗特数$Pm$值。为了绕过这一限制，并调查发电机饱和在非常低的$Pm$，我们专注于发电机阈值附近的快速旋转流：速度场，然后只取决于两个空间坐标，而磁场由一个单一的傅立叶模式在第三方向。我们进行数值模拟，从而减少$Pm$方程组下降到$2\cdot 10^{-5}$。这个参数制度目前是完全3D DNS无法达到的。我们表明，从高$Pm$粘性标度制度的磁能过渡到低$Pm$湍流标度制度，后者是独立的粘度。湍流饱和制度的过渡发生在一个较低的值的磁普朗特数，$Pm \simeq 10^{-3}$，这解释了为什么它一直被忽视的数值研究到目前为止。
2017-12-11 physics.flu-dyn
On the magnetic fields generated by experimental dynamos
我们回顾了三个成功的流体发电机实验所获得的结果，并讨论了从他们身上学到了什么样的湍流发电机阈值和饱和度的影响。然后，我们讨论了几个问题，仍然是开放的，并提出实验，可以进行回答其中的一些。
2007-09-03 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Dynamo saturation down to vanishing viscosity: strong-field and inertial scaling regimes
我们提出了分析的例子，流体发电机饱和通过行动的科里奥利和惯性项的纳维-斯托克斯方程。该流动由体积力驱动，并且受到全局旋转和均匀扫掠速度的影响。该模型可以被研究到任意低的粘度，并自然导致强场标度制度的磁能产生以上的阈值：磁能是成比例的全球旋转速率和独立的粘度。根据全球旋转和大规模扫描的相对方向，发电机分叉是超临界或亚临界的。在超临界情况下，磁能遵循Petrelis & Fauve（2001）在维度基础上预测的超临界强场发电机的标度律。在亚临界的情况下，系统跳到一个有限振幅发电机分支。磁场能量服从磁地转标度律（Roberts & Soward 1972），湍流Elsasser数为1，其中标准Elsasser数的磁扩散率似乎被涡动扩散率所取代。在没有整体转动的情况下，发电机分岔是亚临界的，饱和磁能服从均分标度区。我们考虑发电机阈值附近和阈值的大距离的限制，把这些不同的标度行为的坚实的分析基础。
2018-12-21 physics.flu-dyn
Scaling of Small-Scale Dynamo Properties in the Rayleigh-Taylor Instability
我们推导出缩放关系的基础上自由落体和各向同性假设的运动小尺度发电机的增长率和放大因子的过程中的混合，饱和和衰减阶段的瑞利-泰勒不稳定性（RTI）在完全电离等离子体。的标度关系进行测试，使用组的三维，粘阻MHD模拟的RTI，并发现保持在饱和阶段，但表现出的差异在混合和衰变阶段，这表明需要放松自由落体或各向同性的假设。应用的标度关系允许在运动发电机阶段的净放大的磁能的定量预测，因此，确定是否的磁能要么保持在所有的速度尺度或达到均分与至少一些尺度的湍流动能在实验室和天体物理的情况下。作为一个例子，我们认为在RTI不稳定区域的外层包络的二进制中子星合并的发电机和预测的小规模发电机的运动学制度结束的纳秒的时间尺度上，然后达到饱和的时间尺度为微秒，这都是快的毫秒弛豫时间的合并后。
2021-11-03 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A New Dynamical Mean-Field Dynamo Theory and Closure Approach
我们发展了一个新的非线性平均场发电机理论，耦合场的增长的时间演变的磁螺旋度和湍流电动势，$\emfb$。我们表明，动力学和电流螺旋度之间的差异自然出现的增长驱动程序时，时间导数的$\emfb$耦合到理论。该解决方案预测显着的磁场增长的运动学阶段和饱和率/强度，是磁雷诺数依赖/独立的数值模拟协议。早期振荡的振幅为闭合提供了诊断。
2002-10-23 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Rotational effects on the small-scale dynamo
本文通过直接数值模拟研究旋转对湍流中小尺度发电机的影响，发现慢旋转抑制其增长与饱和，超过阈值后大尺度涡旋增强之，且高雷诺数下磁能比仍受抑制达35%。
2025-02-24 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetohydrodynamic experiments on cosmic magnetic fields
众所周知，宇宙磁场，即行星、恒星和星系的磁场，是由运动的导电流体中的磁流体发电机效应产生的。宇宙磁场通过磁旋转不稳定性（MRI）使吸积盘中的角动量向外输运，在宇宙结构的形成中也起着积极的作用，这一点鲜为人知。在理解这两个过程方面已经取得了相当大的理论和计算进展。除此之外，在过去的十年里，人们在液态金属实验中研究这两种效应方面做出了巨大的努力。1999年，在里加和卡尔斯鲁厄的大型液态钠装置中观测到了磁场自激现象。最近，在法国的“冯卡门钠”（VKS）实验中也获得了自激。在马里兰大学的湍流球形Couette流的背景上发现了一个MRI样模式。磁共振成像作为流体动力学稳定流的第一个不稳定性的证据是在“波茨坦罗森多夫磁不稳定性实验”（PROMISE）中获得的。本文综述了发电机和MRI相关实验的历史，并讨论了未来的工作方向。
2008-10-13 astro-ph physics.flu-dyn
Small-scale dynamo saturation across magnetic Prandtl numbers using the EDQNM closure
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（大学间天文学与天体物理中心）；Department of Physics, Ashoka University（阿肖卡大学物理系）
研究小尺度发电机饱和问题，通过分析和数值方法证明 EDQNM 闭合与运动学发电机模型等效，可扩展到多尺度湍流和非线性 regime，探索参数范围，给出不同磁普朗特数下渐近 regime 及相关比率。
2026-07-07 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
The Role of Helical and Non-Helical Drives on the evolution of Self-Consistent Dynamos
本文研究螺旋与非螺旋驱动在自洽发电机触发与饱和中的作用，发现两种驱动均产生小尺度发电机活动，并验证了动能与磁能的谱标度在不同磁普朗特数下成立。
2024-07-20 astro-ph.GA physics.comp-ph physics.flu-dyn
The effect of hyperdiffusivity on turbulent dynamos with helicity
在湍流的数值研究中，高粘流常被用作扩展惯性子区和减小耗散子区的工具。通过类比，超扩散率（或高电阻率）有时用于磁流体力学。基本的假设是，只有小尺度受到这种操纵的影响。本文研究了大尺度磁场演化过程中可能的副作用。结果发现，对于具有螺旋度的湍流，高扩散率导致发电机产生的磁场在比正常扩散率更高的水平上饱和。这一结果是成功地解释在磁螺旋度守恒，这也预示着完全饱和后，才达到大规模的磁（超）扩散时间相当的时间。
2001-10-08 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
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
Helical dynamo growth at modest versus extreme magnetic Reynolds numbers
了解天体中大尺度磁场的增长是一个持续的挑战。我们解决了长期存在的问题，有多少螺旋大规模发电机增长发生独立的磁雷诺数（Rm）在一个封闭的体积。从适度的Rm数值模拟，我们确定了一个预饱和制度时，大规模的字段增长独立的Rm，但一个Rm依赖的幅度。然而，对于合理的磁谱，分析预测震级与Rm无关，并且实质上为Rm $\to\infty$。这使人们对封闭发电机的相关性重新感到乐观，并指出适度的Rm和超扩散模拟如何导致对Rm $\to\infty$行为的误解。
2023-03-10 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Small-scale dynamo action in rotating compressible convection
我们研究发电机行动在对流层的导电，可压缩流体，旋转的垂直轴。在上、下边界面上，磁场采用理想导电边界条件。两个不同层次的热分层被认为是。如果磁扩散率足够小，对流就像一个小型发电机。使用定义的磁雷诺数$R_M$是基于水平积分尺度和水平平均速度在中层的域，我们发现，旋转倾向于减少$R_M$的临界值以上的发电机行动观察。在旋转计算中，增加层内的热分层水平不会显著改变$R_M$的临界值，但它确实会导致非旋转情况下该临界值的降低。在磁雷诺数的最高可计算值处，发电机的饱和水平在所有情况下都是相似的，平均磁能密度在平均动能密度的4%和9%之间。为了进一步了解旋转和非旋转对流之间的差异，我们量化的拉伸性能的每个流通过测量李雅普诺夫指数。在远离边界的地方，由于流动而引起的拉伸率在旋转情况下比在相应的非旋转计算中对深度的依赖要小得多。它还表明，旋转的影响显着降低的磁能量耗散在层的下部。我们还研究了发电机的饱和机制的某些方面。
2011-10-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
Study of Dynamo Action in Three Dimensional Magnetohydrodynamic Plasma with Arnold-Beltrami-Childress Flow
研究了三维磁流体动力学（MHD）等离子体中以ABC流为初始条件的发电机作用。该研究描绘了从相干非线性振荡到发电机过渡的关键参数。此外，在磁普朗特数等于单位的动力学和动力学模型的发电机行动的驱动ABC流进行了研究。磁电阻率选择在发生快速发电机的值处，并且生长速率不随磁电阻率的变化而进一步变化。磁能增长的指数增加，表明一个更快的发电机，如果一个较高的波数相比，一个较低的波数被激发。这个结果对于运动学的和外力的动力发电机都是适用的，其中磁场对速度场的反作用不再是可以忽略的。在一个受外力的动态发电机的情况下，超阿尔文流已被发现激发强大的发电机引起的磁能增长的7个数量级。磁场通过洛伦兹力项对速度场的反作用影响了速度场的动力学特性，进而影响了磁场的动力学特性，当发电机作用非常显著时，会导致磁场饱和。
2019-01-28 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Numerical simulations of current generation and dynamo excitation in a mechanically-forced, turbulent flow
本文用三维数值计算方法研究了机械驱动球形发电机实验中湍流在电流产生和磁场自激中的作用。一个简单的叶轮模型驱动的流动，可以产生一个不断增长的磁场，这取决于磁雷诺数，Rm，和流体雷诺数。当流动是层流时，发电机过渡是由一个简单的阈值在Rm，以上的增长的磁本征模观察。本征模主要是一个偶极场横向对称轴的流动。在饱和时，洛伦兹力使流动减慢，使得磁本征模变得勉强稳定。对于湍流，发电机本征模被抑制。抑制的机制是由于一个随时间变化的大尺度场和波动驱动电流的存在，有效地提高磁扩散率的组合。对于更高的Rm，发电机再次出现，然而磁场的结构通常与层流发电机不同;它由偶极磁场主导，该偶极磁场与平均流的对称轴对齐，显然是由波动驱动的电流产生的。通过对层流和湍流施加弱磁场，研究了脉动驱动电流。由波动产生的磁场是显着的：与平均流的对称轴对齐的偶极矩产生类似于在实验中观察到的，并观察到环形和极向通量驱逐。
2006-11-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Geometry-induced self-excited dynamo in a regular tetrahedron
Graduate School of System Informatics, Kobe University（神户大学系统信息研究生院）
提出一个无旋转的磁流体发电机模型，利用正四面体腔的几何约束产生螺旋度，通过数值模拟展示磁场指数增长及饱和态，磁能超过动能，流场和磁场具有D4对称性。
2026-11-06 physics.flu-dyn
Numerical solutions of the three-dimensional magnetohydrodynamic alpha-model
我们提出了直接的数值模拟和阿尔法模型模拟四个熟悉的三维磁流体动力学（MHD）湍流效应：选择性衰减，动态对齐，逆级联的磁螺旋度，和螺旋发电机效应。的MHD α-模型示出捕获的长波长光谱在所有这些问题中，允许在相同的动力学和磁雷诺数的计算机时间和内存显着减少。在螺旋发电机中，α-模型不仅正确地再现了运动状态期间磁能的增长率，而且还捕获了非线性饱和水平和由螺旋湍流产生的大尺度磁场的晚期。
2004-12-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Efficient highly-subsonic turbulent dynamo and growth of primordial magnetic fields
我们提出的第一个研究的放大磁场的湍流发电机在高亚音速制度，与马赫数范围从$10^{-3}$到$0.4$。我们发现，对于较低的马赫数，发电机的饱和效率，$(E_{\mathrm{mag}}/E_{\mathrm{kin}})_{\mathrm{sat}}$，随着马赫数的减少而增加。即使在能量注入完全通过纵向强迫模态的情况下，在马赫数为$10^{-3}$时，也是$(E_{\mathrm{mag}}/E_{\mathrm{kin}})_{\mathrm{sat}}$ $\gtrsim 10^{-2}$。我们将我们的结果应用于早期宇宙的磁场放大，并预测湍流发电机可以将原始磁场放大到$\gtrsim$ $10^{-16}$高斯（规模高达0.1 pc）和$\gtrsim$ $10^{-13}$高斯（规模高达100 pc）。这产生的磁场与从耀变体$γ$射线观测中推断出的星系际磁场的下限相一致。
2021-01-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Laminar and turbulent dynamos in chiral magnetohydrodynamics. II. Simulations
使用直接数值模拟（DNS），我们研究层流和湍流发电机在手征磁流体动力学（MHD）与一组扩展的方程，占额外的贡献，由于手征磁效应（CME）的电流。这种量子现象起源于存在磁场时左右手相对论费米子之间的不对称性，并产生了手征发电机。结果表明，磁场演化过程分为三个阶段：（1）小尺度手征发电机不稳定性;（2）产生手征磁驱动湍流，并由于新的手征效应（α_mu效应）激发大尺度发电机不稳定性;（3）磁螺旋度饱和，磁场增长受总手征的守恒定律控制. $α_μ$效应在大的流体和磁雷诺数下占主导地位，并且与动力学螺旋度无关。数值模拟中测量的大尺度磁场的增长率及其特征尺度与基于平均场论的理论预测吻合得很好。先前讨论的两阶段手征磁场方案不包括阶段（2），在阶段（2）期间，磁场变化的特征尺度可以增加许多数量级。基于数值模拟的结果，讨论了早期宇宙和原中子星的相对论等离子体中CME和手征效应的相关性。
2018-05-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Mach Number Dependence of Turbulent Magnetic Field Amplification: Solenoidal versus Compressive Flows
我们研究的增长率和饱和度的湍流发电机在磁流体动力学模拟的湍流，驱动螺线管（发散自由）或压缩（卷曲自由）迫使。对于马赫数范围从0.02到20的模型，我们发现明显不同的磁场几何形状、放大率和饱和水平，由于激波的发展，在从亚音速流到超音速流的过渡处强烈地降低。两种极端类型的湍流强迫都驱动发电机，但螺线管强迫更有效，因为它产生更多的涡度。
2011-09-08 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.comp-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 small-scale dynamo: Breaking universality at high Mach numbers
小尺度发电机在大范围的条件下，包括低马赫数下的亚音速湍流、高马赫数下的高超音速湍流和大范围的磁普朗特数Pm（即动力粘度与磁阻率之比），都可能在磁化宇宙方面发挥重要作用。低马赫数特别可能导致众所周知的不可压缩Kolmogorov湍流，而对于高马赫数，我们处于高度可压缩状态，因此接近Burgers湍流。在这项研究中，我们探讨是否在这个大范围的条件下，一个普遍的行为可以预期。我们的出发点是以前的调查在运动学制度。在这里，基于Kazantsev模型的分析研究表明，发电机的行为显着依赖于Pm和湍流的类型，并且数值模拟表明，增长率对气流的马赫数有很强的依赖性。一旦磁场在电流放大尺度上饱和，就会发生逆反应，并且生长转移到下一个更大的尺度。我们采用一个福克-普朗克模型计算的磁场放大在非线性政权，并找到一个由此产生的幂律增长，依赖于所调用的湍流类型。对于Kolmogorov湍流，我们证实了以前的结果表明，线性增长的磁能。对于更一般的湍流谱，其中湍流速度v_t与特征长度尺度u_ \ell \propto \ell^{\vartheta}成比例，我们发现磁能的增长为（t/ T_{ed}）^{2 \vartheta /（1- \vartheta）}，其中t是时间坐标，T_{ed}是湍流强迫尺度上的涡翻转时间。对于Burgers湍流，\vartheta =1/2，因此可以预期二次增长而不是线性增长，并且达到…
2013-01-18 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Vorticity and magnetic dynamo from subsonic expansion waves
本研究通过电阻性MHD直接数值模拟发现，在无旋强迫下，纯旋转无法产生磁发电机，而背景正弦剪切能引发涡度发电机并驱动磁场指数增长至与湍动能平衡，斜压项会延迟发生但加快增长。
2023-07-26 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Wave interference as the origin of the cyclic magnetorotational dynamo in accretion disks: insights from weakly nonlinear theory and local shearing box simulations
Institute for Advanced Study（高等研究院）；Princeton University（普林斯顿大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（基础物理研究所）
本文通过弱非线性理论和局部剪切箱模拟，揭示了磁旋转不稳定性在吸积盘中产生大尺度循环发电机的波干涉机制，预测了周期和振幅的标度关系。
2026-05-08 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic Field Amplification in Young Galaxies
目前的宇宙是高度磁化的，在像银河系这样的典型星系中，磁场的量级为几个10^-5 G，相干长度大于10 kpc。我们认为，磁场在星系的形成和早期演化过程中已经被放大到这个值。年轻星系中的湍流是由吸积和第一代恒星的超新星（SN）爆炸驱动的。小尺度发电机可以将湍流动能转化为磁能，并在短时间尺度上放大非常弱的原始磁种子场。放大发生在两个阶段：在运动学阶段的磁场指数增长，最大的增长在最小的非电阻规模。在接下来的非线性阶段，磁能向更大的尺度移动，直到发电机在湍流强迫尺度上饱和。为了定量描述磁场的放大，我们建立了年轻星系星际介质的微观物理模型，并确定了小尺度发电机的增长率。我们估计两个湍流强迫机制：吸积驱动的湍流和SN驱动的湍流的饱和场强和发电机时标。我们比较他们达到的场强，当只有恒星磁场分布的SN爆炸。我们发现，小尺度发电机是更有效地磁化年轻星系的ISM。在吸积驱动的湍流中，经过2400万年~ 27000万年的时间，磁场强度达到10^-6 G的量级;而在SN驱动的湍流中，仅仅经过400万年~ 1500万年，发电机就在典型的10^-5 G的磁场强度下饱和。这比哈勃时间短得多。我们的工作可以帮助理解为什么今天的星系是高度磁化的。
2013-11-10 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.flu-dyn
Magnetized compressible turbulence with a fluctuation dynamo and Reynolds numbers over a million
本研究开展了雷诺数超百万的超音速MHD湍流高分辨率模拟，发现动能谱在动能主导与强磁化尺度间存在突变，并揭示了局部弛豫区域的形成机制及其对级联过程和涨落发电机饱和的深刻影响。
2024-05-29 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.comp-ph
Direct and inverse cascades in the geodynamo
行星的快速旋转在其核心引起气旋性热湍流，这可能会产生在行星外部观察到的大规模磁场。我们考虑的模型，使我们能够重现小尺度地转流的物理和波空间的典型特征。我们提出的动能和磁能通量作为波数的函数的估计。证明了正、逆叶栅的联合存在。我们还考虑了磁场饱和的机制，在年底的运动发电机制度。
2010-05-10 physics.flu-dyn
Influence of an external magnetic field on forced turbulence in a swirling flow of liquid metal
本文报道了封闭容器中外加磁场对液态镓受迫三维湍流的影响。我们观察到一个指数阻尼的湍流速度波动的相互作用参数N的函数（在纳维-斯托克斯方程惯性项的洛伦兹力的比率）。流动结构发展出一些各向异性，但不会变成二维的。从动力学的观点来看，阻尼首先均匀地发生在整个频谱上。对于较大的N值，在最高频率处出现非常强的附加阻尼。然而，注入的机械功率保持独立于所施加的磁场。感应磁场和电势差的同时测量表明，磁场和速度波动之间的相关性很弱。所观察到的减少的波动是在协议与先前提出的机制为饱和的湍流发电机和冯卡门钠发电机磁场的数量级。
2009-08-26 physics.flu-dyn
Reduction of velocity fluctuations in a turbulent flow of gallium by an external magnetic field
行星或恒星的磁场是由导电流体通过发电机不稳定性的运动产生的。磁场的饱和通过洛伦兹力对流体的反作用而发生。针对这一现象，我们研究了磁场对液态镓的湍流的影响。电势差的测量提供了与局部速度波动相关的信号。当磁场增加时，我们观察到频谱中所有频率处的速度波动减少。
2008-06-24 physics.flu-dyn
The Tayler instability at low magnetic Prandtl numbers: between chiral symmetry breaking and helicity oscillations
泰勒不稳定性是一种扭结型电流驱动的不稳定性，其在等离子体物理中起重要作用，但也可能与具有高电流的液态金属应用相关。在恒星磁场产生的Tayler-Spruit发电机模型的框架下，泰勒不稳定性饱和时的自发螺旋对称性破缺问题引起了人们的极大兴趣。专注于流体与低磁普朗特数，准静态近似可以应用，我们利用积分-微分方程的方法，以调查的泰勒不稳定性的饱和机制。指数增长阶段和饱和阶段的平均场磁流体力学的α和β效应的作用进行了分析。在指数增长阶段，我们总是发现一个自发的手征对称性破缺，然而，在饱和阶段消失。对于更高程度的超临界性，我们观察到的螺旋振荡的饱和制度。当Lundquist数为1时，我们也得到了饱和磁场的手征对称性破缺。
2015-04-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
