Turbulent dynamo in the terrestrial magnetosheath
Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院空间研究所）；Institute of Earth Physics and Space Science, HUN-REN（匈牙利研究与创新网络地球物理与空间科学研究所）；Department of Physics, Aberystwyth University（阿伯里斯特威斯大学物理系）；Institut für Theoretische Physik, Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学理论物理研究所）；Max Planck Institute for Solar System Research（马克斯·普朗克太阳系研究所）；Swedish Institute of Space Physics（瑞典空间物理研究所）；Institute of Physics, University of Graz（格拉茨大学物理研究所）；Space and Plasma Physics, School of Electrical Engineering and Computer Science, KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院电气工程学院空间与等离子体物理）；CNR/ISTP-Istituto per la Scienza e la Tecnologia dei Plasmi（国家研究委员会等离子体科学与技术研究所）；University of Sopron（肖普朗大学）
研究发现地磁鞘层中存在湍流发电机，通过磁流体动力学机制放大磁场，为验证发电机理论提供了自然实验场。
2026-03-28 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent small-scale dynamo action in solar surface simulations
我们证明了磁对流模拟纳入基本的物理过程，太阳表面对流表现出湍流小尺度发电机的行动。通过推导可压缩磁流体动力学（MHD）的能量平衡方程和传递函数，我们量化的磁能的来源上的规模按规模的基础上。我们排除了两种替代机制的产生小尺度磁场的模拟：纠缠的磁场线与湍流级联和阿尔芬化的小尺度速度波动（“湍流感应”）。相反，我们发现小尺度磁能的主要来源是小尺度磁场线的惯性范围流体运动对抗磁张力产生（对抗欧姆耗散）更小尺度的磁场。所涉及的尺度随着雷诺数的增加而变小，这表明发电机是一个小尺度湍流发电机。
2010-04-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Nonlinear turbulent dynamo during gravitational collapse
通过湍流发电机的放大，磁场可能对第一批恒星的形成具有潜在的重要性。为了研究原初气体引力坍缩过程中的发电机行为，我们将非线性湍流发电机理论扩展到包括引力压缩效应。发电机和压缩之间的相对重要性在收缩过程中变化，随着密度的增加，磁场的放大从发电机为主过渡到压缩为主。在磁场放大的非线性阶段，由于湍流与磁场的能量按尺度平均分配，理想磁流体动力学（MHD）湍流中磁场的重联扩散就显得尤为重要。它导致磁通冻结条件的破坏，并解释了（a）非线性发电机的小增长率，（b）在收缩过程中磁能对密度的弱依赖性，（c）饱和磁能，以及（d）磁场的大关联长度。由此产生的磁场结构和磁场强度与密度的比例关系与磁通冻结的预期完全不同。
2020-07-21 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Enhancement of small-scale turbulent dynamo by large-scale shear
小尺度发电机普遍存在于大尺度切变的湍流中，从太阳和银河系的磁性到吸积盘、宇宙学和结构形成。使用高分辨率的直接数值模拟，我们表明，在非螺旋强迫湍流与零平均磁场，大规模的剪切支持小规模的发电机行动，即，发电机增长速率随着剪切而增加，剪切增强或甚至产生湍流，这又进一步增加发电机增长速率。当生产率的湍流动能由于剪切和强迫是可比的，我们发现缩放的增长率$γ$的小规模发电机和湍流速度$u_{\rm rms}$与剪切率$S$是独立的磁性普朗特数：$γ\propto |S|$和$u_{\rm rms} \propto |S|^{2/3}$。对于大的流体和磁雷诺数，$γ$，由其无剪切值归一化，仅取决于剪切。在补偿了剪切引起的湍流速度的影响后，我们发现小尺度发电机的归一化增长率具有标度，$\widetildeγ\propto |S|^{2/3}$，仅由给定速度场的诱导方程产生。
2017-08-13 astro-ph.SR 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
Intermittent turbulent dynamo at very low and high magnetic Prandtl numbers
上下文：直接数值模拟表明，即使在低普朗特数，即发电机是有效的，当Re ->无穷大时，发电机有效运行所需的临界磁雷诺数Rm_c小于流体动力学雷诺数Re。目的：我们验证了Iskakov等人的猜想（2007），即当Re ->无穷大时，Rm_c实际上趋于有限值，并且我们研究了发电机生长因子γ在非常低和高的磁性普朗特数下的行为。研究方法：我们使用局部和非局部壳模型的磁流体动力学（MHD）湍流的参数覆盖范围更广的雷诺数比直接数值模拟，但天体物理的相关性。结果：当Re ->无穷大时，Rm_c趋于有限值。在运动状态下，发电机增长因子γ的Rm ->无穷大的极限表现为Re^β，同样，γ的Re ->无穷大的极限表现为Rm^{β '}，β= β'= 0.4。总结：比较与现象学的基础上间歇性的小规模湍流发电机，以及在不同的本地和非本地模型的增长率之间的差异，表明非本地项发电机效应的微弱贡献。
2011-11-09 astro-ph.SR 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
Numerical modeling of laser-driven experiments aiming to demonstrate magnetic field amplification via turbulent dynamo
宇宙中充满了磁场，其强度从星系团细丝之间空隙中的毫微微高斯到黑洞和中子星中的几个太高斯不等。宇宙学磁场背后的标准模型是种子场通过湍流发电机对观测值的非线性放大。我们已经设想了旨在实验室中演示和研究湍流发电机机制的实验。在这里，我们描述了这些实验的设计，通过使用FLASH，一个高性能的辐射磁流体动力学代码，我们已经开发的模拟活动，并在阿贡国家实验室的米拉超级计算机上进行大规模的三维模拟。模拟结果表明，该实验平台可以达到湍流等离子体状态，并研究发电机放大。我们验证和比较我们的数值计算结果与一个小的子集的实验数据，使用合成诊断。
2017-02-09 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Saturation mechanism of the fluctuation dynamo in supersonic turbulent plasmas
几个天体中的磁场通过发电机机制被放大和维持，发电机机制是将湍流动能转换为磁能。一个能将磁场放大到$<$尺度（湍流的驱动尺度）的发电机被称为波动发电机。研究了超声速湍流等离子体中涨落发电机的特性，这对激光等离子体湍流的ISM、结构形成和实验室实验都有重要意义。利用模拟，我们探讨了亚音速和超音速湍流的指数增长和饱和状态的波动发电机的属性。我们证实，波动发电机效率降低压缩性。我们表明，波动发电机产生的磁场是空间间歇性和水平的不稳定性下降的领域饱和。我们发现一个更强的反作用的磁场上的速度为亚音速的情况下相比，超音速的情况下。局部地，我们发现，涡量和速度，速度和磁场，电流密度和磁场之间的对齐的水平在饱和阶段相比，指数增长阶段的亚音速的情况下，增强，但只有电流密度和磁场对齐的超音速的情况下，增强。我们表明，磁场放大（由于较弱的拉伸的场线）和扩散减少时，该领域的饱和，但相对于放大的扩散增强。在亚音速紊流中，这种情况在整个体积内发生，但在超音速情况下，这种情况主要发生在强场区。这导致波动发电机的饱和。总之，磁场的放大和扩散都受到影响，因此饱和不需要它们中的任何一个的剧烈变化。[摘要删节]
2021-09-24 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Turbulent dynamo in a conducting fluid and partially ionized gas
根据Kazantsev理论，考虑了磁场的微观扩散和湍流扩散，统一处理了湍流发电机的运动学和非线性阶段，并研究了磁普朗特数Pm和电离分数范围内的发电机过程.我们发现一个惊人的相似性之间的依赖关系的发电机的行为在导电流体中的Pm和R（电离分数的函数）在部分电离的气体。在弱电离介质中，运动学阶段在很大程度上扩展，不仅包括指数增长，但一个新的政权的发电机的特点是线性增长的磁场强度，并由此产生的磁能是远远高于所携带的粘性尺度涡的动能。与运动学阶段不同，随后的非线性阶段不受微观扩散过程的影响，并且具有作为湍流能量传递率的恒定分数$3/38$的增长率的磁能的普遍线性时间增长，与早期的数值结果显示出良好的一致性。应用分析的第一个恒星和星系，我们发现，运动阶段是能够产生的场强只有一个数量级小于最终的饱和值。但是大规模磁场的产生只能由相对低效的非线性阶段来解释，并且需要比自由落体时间更长的时间。这表明，磁场在第一批恒星的形成过程中可能没有发挥重要的动力学作用。
2016-10-20 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Evolution of localized magnetic field perturbations and the nature of turbulent dynamo
本文提出将任意磁场分布视为局部扰动叠加的方法，揭示了三维湍流惯性区内磁场呈指数增长的发电机机制，并解释了二维缺失与三维高效性的差异。
2021-03-24 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The Turbulent Dynamo
导电流体中磁场的产生通常涉及流体湍流、旋转和场的复杂非线性相互作用。这种发电机过程在天体物理学、行星科学和天体物理学中非常重要，因为磁场在这些系统的动力学中起着关键作用。本文为流体力学工作者介绍发电机理论。它通过奠定基础，介绍发电机理论的核心方程和技术，然后提出一些简单的发电机解决方案。目前行使发电机理论家的问题，然后介绍，随着尝试取得进展。本文最后的论点，发电机理论的进展将在未来利用和推进一些目前的突破，中性流体湍流，如在过渡，自我维持的过程，湍流/平均流的相互作用，统计方法和维护和失去平衡。
2019-07-08 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
Biermann battery effects on the turbulent dynamo in a colliding plasma jets produced by high-power lasers
利用FLASH程序研究了Biermann电池（BB）对强激光碰撞等离子体射流中湍流磁场放大的影响。结果表明，BB在湍流场放大中起着重要的作用。由湍流引入的小尺度流体结构可以允许BB有效地放大磁场。当流动垂直于磁场时，示出的磁场放大率大于流动平行的情况。
2019-06-27 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-ph
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
Intermittent magnetic field excitation by a turbulent flow of liquid sodium
麦迪逊发电机实验中测得的磁场表明，当施加轴向磁场时，会出现间歇性的增长。间歇性场的几何形状是一致的增长最快的磁本征模预测的运动发电机理论使用层流模型的平均流量。虽然平均流的本征模衰减，它是假设，湍流的速度场的波动改变流动的几何形状，使本征模的增长率是暂时的积极。因此，可以预期，湍流发电机的开始的特征是磁不稳定性。
2006-07-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Laboratory evidence of dynamo amplification of magnetic fields in a turbulent plasma
磁场在宇宙中无处不在。通过漫射同步辐射和法拉第旋转测量，河外盘、晕和星系团一直显示出从几个nG到几十个$μ$ G的磁场强度。这些场的能量密度通常与它们所嵌入的等离子体的流体运动的能量密度相当，使得磁场在发光物质的动力学中扮演重要角色。这些强磁场起源的标准理论模型是通过湍流发电机将微小的种子场放大到与当前观测一致的水平。在这里，我们证明，使用激光产生的碰撞等离子体流，湍流确实能够迅速放大种子场近均分的湍流流体运动。这些结果支持了这样一种观点，即湍流发电机是一种可行的机制，负责观测到的当今宇宙的磁化。
2017-02-09 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Turbulent dynamos in a collapsing cloud
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（大学间天体物理与天文中心）；Department of Physics, Ashoka University（阿肖卡大学物理系）；School of Mathematics, Statistics and Physics, Newcastle University（纽卡斯尔大学数学、统计与物理学院）
研究坍缩云中小型和大型发电机的行为，揭示磁场在坍缩背景下的超指数增长机制，挑战传统发电机理论。
2026-01-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Turbulent Drag Reduction in Magnetohydrodynamic Turbulence and Dynamo from Energy Flux Perspectives
在这篇综述中，我们描述了湍流减阻在各种流动中使用的通用框架的能量通量。在具有稀聚合物和磁场的湍流中，在大尺度下注入的动能级联到中间尺度下的速度场，以及级联到所有尺度下的聚合物和磁场。因此，与纯流体动力学湍流相比，动能通量$ Π_u(k) $被抑制。我们认为，抑制$Π_u(k)$是一个重要因素，在减少的惯性力$\langle {\bf u \cdot \nabla u} \rangle$和\textit{turbulent drag}。在聚合物、磁流体动力学、准静态磁流体动力学、稳定分层湍流和发电机中观察到湍流减阻的这种特征。此外，它表明，湍流减阻热对流是由于光滑的热板，类似的湍流减阻的钝体。在所有这些流动中，湍流减阻常常导致流动中的强的大尺度速度。
2022-12-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Insensitivity of a turbulent laser-plasma dynamo to initial conditions
本研究对比了有无外部预加磁场的激光碰撞湍流等离子体，发现超临界磁雷诺数下，发电机放大的随机磁场由湍流动力学决定，对初始种子场及流动变化不敏感，验证了湍流发电机理论预期。
2022-01-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dynamo in the Intra-Cluster Medium: Simulation of CGL-MHD Turbulent Dynamo
标准的磁流体动力学（MHD）描述的等离子体中的热，磁化气体的内集群（ICM）介质是不够的，因为它是弱碰撞。在这种无碰撞的磁化气体中，粒子的微观速度分布不是各向同性的，从而在动力学尺度上产生动力学效应。这些动力学效应对于理解湍流以及ICM中磁场的放大和维持都很重要。通过对MHD方程的修正，可以建立无碰撞或弱碰撞气体的流体模型。这些模型通常被称为动力学MHD（KMHD）。使用基于CGL封闭的KMHD模型，该模型允许压力张量的两个分量（相对于局部磁场的平行分量和垂直分量）的绝热演化，我们进行了强迫湍流的3D数值模拟，以研究初始弱种子磁场的放大。我们发现，磁能的增长率与普通的MHD湍流发电机相当，但磁能的饱和程度小于MHD情况。我们还发现，发电机工作的一个必要条件是对压力的各向异性施加限制。
2011-02-25 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-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
Transition from large-scale to small-scale dynamo
发电机方程的数值求解与螺旋迫使相应的罗伯茨流。在完全湍流状态下，流动在长时间尺度上表现为罗伯茨流，在短时间尺度上表现为湍流波动。发电机的启动控制的长时间尺度的流动，与以前的卡尔斯鲁厄实验结果。发电机机制是由一个广义的$α$ -效应，其中包括通常的$α$ -效应和湍流扩散，加上所有高阶的影响。除了发病，我们发现，这种广义的$α$效应尺度为$O(Rm^{-1})$，表明接管小规模发电机行动。这一点得到了模拟的证实，在模拟中，即使大规模的场被人为抑制，发电机也会发生。
2020-04-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-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
Critical magnetic Reynolds number of the turbulent dynamo in collisionless plasmas
本文利用三维混合动力学粒子模拟研究无碰撞等离子体中的湍流发电机机制，确定了未磁化与磁化两种区域下的临界磁雷诺数分别约为107和124，并揭示了磁能增长率不依赖种子磁场强度。
2024-01-16 astro-ph.CO physics.plasm-ph
Low magnetic Prandtl number dynamos with helical forcing
我们提出了直接的数值模拟发电机的行动在强迫罗伯茨流。随着机械雷诺数的增加，发电机的行为如下，从层流的情况下，直到达到湍流状态。发电机作用的临界磁雷诺数被发现，并在湍流中，它被观察到几乎是独立的磁普朗特数的范围从0.3到0.1。还研究了该阈值与流动中的机械螺旋度的量的依赖性。对于不同的制度发现，在饱和稳态的磁场和速度场的配置进行了讨论。
2005-05-26 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Non-Gaussian Magnetic Structures in the Small-Scale Turbulent Dynamo
Indian Institute of Science, Education and Research, Tirupati（印度科学教育研究学院蒂鲁帕提分校）；Australian National University（澳大利亚国立大学）
研究小尺度湍流发电机在增长阶段和饱和阶段的磁场形态，发现磁场偏离高斯随机场，饱和阶段磁场结构更复杂非高斯。
2026-02-09 astro-ph.GA astro-ph.IM physics.plasm-ph
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
Magnetic Helicity Conservation and Astrophysical Dynamos
我们建立了一个磁螺旋度守恒发电机理论，其中包括一个计算的磁螺旋度电流。在这个模型中，流体螺旋度在大尺度磁场产生中起很小的作用。相反，发电机过程是由一个新的数量，来自速度关联函数的二阶导数的不对称性，密切相关的“扭曲和折叠”发电机模型。正如预期的那样，湍流阻尼项几乎不变。具有空间恒定流体螺旋度和消失电阻率的数值模拟预计不会产生与湍流能量密度均分的大尺度场。在这种情况下驱动一个快速发电机的前景是不确定的，但如果可能的话，那么这个场在很大程度上必须是无力的。另一方面，有一个有效的模拟$α-Ω$发电机。湍流由剪切流中的某些各向异性局部不稳定性驱动的系统，如真实恒星和吸积盘，以及一些计算机模拟，可能成功地驱动强大尺度磁场的产生，前提是$\partial_rΩ< \partial_θv_zω_θ>>0$。我们表明，这一标准通常是满足的。这样的发电机将包括一个持久的、空间相干的垂直磁螺旋度流，其符号与$-\partial_rΩ$相同，即吸积盘为正，太阳为负。我们评论的作用，随机磁螺旋电流在存储湍流能量在无序磁场，这将产生均分，无序的领域在湍流介质中，也是一个下降的长波长尾巴的功率谱。因此，对银河系“种子”场的计算在很大程度上是不相关的。
2000-12-18 astro-ph physics.plasm-ph
Generation of large-scale magnetic fields by small-scale dynamo in shear flows
我们提出了一种新的机制，湍流平均场发电机中的磁场波动所造成的小规模发电机驱动的大规模磁场的产生。这与小规模磁场对大规模发电机的作用有害的普遍看法形成鲜明对比。这些发电机发生在大规模的速度剪切的存在下，并不需要净螺旋度，从非对角线组成部分的湍流电阻率张量作为磁模拟的“剪切电流”的效果。考虑到湍流等离子体中不可避免地存在非螺旋小尺度磁场，以及速度剪切的一般性质，所提出的机制可能有助于解释大尺度磁场在广泛的天体物理对象的产生。
2015-08-06 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
The kinetic helicity needed to drive large-scale dynamos
当湍流是螺旋形的并且如果畴足够大以使$α$效应支配湍流扩散时，已知通过所谓的$α$效应可以在与湍流涡旋的尺度相比更大的尺度上产生磁场。使用三维湍流模拟，我们表明，所产生的平均磁场的饱和状态的能量与归一化螺旋度的产品和域尺度的比值，以涡尺度线性增加，提供这个产品超过一个临界值的团结。这意味着，大规模的发电机行动开始时，归一化的螺旋度大于反尺度比。我们的研究结果表明，小规模发电机行动的出现并没有任何显着的影响，大规模发电机。Pietarila Graham等人（2012，Phys. Rev. E85，066406）最近发现的较小的最小螺旋度可能是由于在大磁雷诺数下小尺度发电机作用的开始而引起的伪影。然而，当动力学螺旋度很小时，大规模发电机作用的开始是难以建立的。他们使用了具有时间相关相位的ABC流，而不是随机强迫。我们表明，这种发电机饱和过早的方式，让人想起内部磁螺旋通量的非均匀发电机。此外，即使对于非常低的分数螺旋度，这样的发电机显示大规模的领域，改变方向，这是不典型的湍流发电机。
2013-11-15 astro-ph.SR 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
Not Much Helicity is Needed to Drive Large Scale Dynamos
了解湍流天体物理转子中大尺度磁场的原位放大一直是发电机理论的核心课题。当湍流速度是螺旋形时，大尺度发电机在超过湍流强迫尺度的尺度上大大放大场，但最小足够的分数动力学螺旋度f_h，C以前没有很好地量化。通过对简单螺旋发电机的直接数值模拟，我们发现f_h，C随强迫与大尺度波数之比k_F/k_min的增大而减小。从大尺度螺旋发电机必须克服大尺度上任何非螺旋场的反作用这一条件出发，我们提出了一个可以解释模拟结果的理论。当k_F/k_min>8时，f_h，C<3%，这意味着即使在中等尺度分离下，很小的螺旋度分数也会强烈影响磁谱。
2012-06-21 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetic energy spectrum produced by turbulent dynamo: effect of time irreversibility
本文推广 Kazantsev-Kraichnan 模型研究时间不可逆湍流流动中的磁场演化，发现磁能谱幂律斜率更平缓且磁能增长更慢，并提出新 ansatz 描述有限时间谱形状。
2022-01-12 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Time-resolved fast turbulent dynamo in a laser plasma
了解湍流等离子体中磁场的产生和放大对于解释宇宙中磁场的观测是至关重要的。一个理论框架归因于这些领域的起源和维持所谓的波动发电机最近验证了低磁普朗特数等离子体（$\mathrm{Pm} < 1$）的激光设施的实验。然而，同样的框架提出，波动发电机应不同的操作时，$\mathrm{Pm} \gtrsim 1$，制度相关的许多天体物理环境，如集群内介质的星系团。本文报道了一个新的实验，建立了一个实验室$\mathrm{Pm} \gtrsim 1$等离子体发电机首次。我们提供了一个时间分辨的等离子体的演变，测量温度，密度，流速和磁场，这使我们能够探索波动发电机的操作的各个阶段的特性。在结构的特征尺度接近随机运动的驱动尺度的磁能被发现增加了近三个数量级，从它的初始值和动态饱和。结果表明，这些领域的增长发生指数的速度是远远大于周转率的驱动规模的随机运动。我们的研究结果表明，强剪切产生的等离子体湍流可以产生更有效地在驱动规模比预期的理想化MHD模拟的非螺旋波动发电机领域的可能性，这一发现可以帮助解释推断从天体物理系统的观测大规模的领域。
2020-07-25 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Calculating turbulent transport tensors by averaging single plume dynamics and application to dynamos
湍流中的输运系数由湍流波动之间的关联函数组成，并且需要有效的方法来计算它们。例如，在用于模拟恒星和星系的大尺度磁场增长的平均场发电机理论中，湍流电动势通常近似为湍流输运系数与平均磁场的连续高阶空间导数的一系列张量积。标准模型的一个成分是零阶项的运动学系数，即平均动力学伪张量$\bmα$，其将环向场转换为极向场。在这里，我们展示了一种有效的方法来计算这个量的旋转分层湍流，从而计算的预平均量的运动的一个单一的羽流，平均值，然后采取了不同方向的羽流的合奏。我们在最方便的框架中计算羽流动力学，然后转换回实验室框架并取平均值。我们简洁的位形空间计算给出了基本相同的结果，以前的方法。本申请阐明了什么是广泛适用的方法。
2018-11-28 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent dynamo action and its effects on the mixing at the convective boundary of an idealized oxygen-burning shell
本文通过高分辨率三维磁流体动力学模拟，研究氧燃烧壳层对流边界处的小尺度湍流发电机放大和强磁场对质量卷吸的抑制，发现磁场可使卷吸率降低约20%。
2023-09-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Lorentz force mediation of turbulent dynamo transitions
本研究通过改变磁普朗特数调节洛伦兹力，发现其强度决定恒星对流发电机转变，包括较差自转模式切换，并受局部磁罗斯比数控制。
2025-01-04 astro-ph.SR 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
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
Tearing instability and current-sheet disruption in the turbulent dynamo
传导等离子体中的湍流可以放大被称为湍流或小规模发电机的种子磁场。相关的增长率和出射磁场的几何形状敏感地依赖于等离子体的材料性质，特别是雷诺数${\rm Re}$，磁雷诺数${\rm Rm}$，和它们的比率${\rm Pm}\equiv{\rm Rm}/{\rm Re}$。对于${\rm Pm} > 1$，放大的磁场逐渐排列成折叠结构，在电阻尺度方向反转，在较大的流动尺度磁力线弯曲。当平均磁能增长到与流体运动近似均分时，这种折叠结构被认为会持续下去。使用分析理论和高分辨率MHD模拟与雅典娜++代码，我们表明，这些磁褶皱变得不稳定撕裂期间的发电机的非线性阶段的${\rm Rm}\gtrsim 10^4$和${\rm Re}\gtrsim 10^3$。一个${\rm Rm}$-和${\rm Pm}$-依赖撕裂规模，在和低于折叠被破坏，理论上预测，并发现匹配以及在模拟中测量的特征场反转规模。撕裂破坏褶皱增加了粘性耗散与阻力耗散的比率。在饱和状态下，磁能谱表现出一个子撕裂尺度陡峭的斜率一致的撕裂介导的阿尔夫文湍流的预测。它的光谱峰值似乎是独立的电阻规模和可比的驱动规模的流量，而磁能驻留在一个广泛的范围内的规模延伸到现场反转规模设置撕裂。在湍流发电机的饱和状态下出现一定程度的大尺度磁相干性可能与星系团中磁场波动的观测结果和最近的实验室实验相一致。
2022-10-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Mean-field dynamo due to spatiotemporal fluctuations of the turbulent kinetic energy
本研究解析证明，即使动能螺旋度处处为零，介观尺度平均湍动能的时空涨落及其引发的扩散率涨落也能驱动大尺度磁场增长，并揭示了发电机运行的约束条件及湍流抗磁性的作用。
2023-09-11 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Fundamental scales in the kinematic phase of the turbulent dynamo
湍流发电机是将湍流动能转换为磁能的强大机制。一个关键的问题，关于磁场放大的湍流，是，在什么规模，$k_{\rm p}$，磁场成为最集中？关于$k_{\rm p}$是由粘性尺度$k_ν$（湍流动能耗散）还是电阻尺度$k_η$（磁场耗散）控制，存在一些分歧。在这里，我们使用直接的磁流体动力学湍流的数值模拟来测量的湍流发电机的运动学阶段的特征尺度。我们运行$104$ -模拟与流体动力学雷诺数的$10 \leq {\rm Re} \leq 3600$，和磁雷诺数的$270 \leq {\rm Rm} \leq 4000$，探索$k_{\rm p}$对$k_ν$和$k_η$的依赖性。使用物理动机模型的动能和磁能谱，我们测量$k_ν$，$k_η$和$k_{\rm p}$，确保获得的尺度数值收敛。我们确定的整体耗散尺度关系$k_ν= (0.025^{+0.005}_{-0.006})\, k_{\rm turb}\, {\rm Re}^{3/4}$和$k_η= (0.88^{+0.21}_{-0.23})\, k_ν\, {\rm Pm}^{1/2}$，其中$k_{\rm turb}$是湍流驱动波数和${\rm Pm}={\rm Rm}/{\rm Re}$是磁普朗特数。我们证明了$k_{\rm p}$的原理依赖于$k_η$。对于等离子体的${\rm Re} \gtrsim 100$，我们发现，$…
2022-04-07 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Turbulent amplification of magnetic field driven by dynamo effect at rippled shocks
我们推导出解析的涡下游产生的二维波纹磁流体激波忽略流体粘度和电阻率。下游磁场湍流分量的增长是由涡旋运动驱动的。我们确定了一个解析的时间演化的磁场放大冲击，到目前为止，只描述了数值，直到饱和发生由于种子场反应的磁力线旋转。从波纹激波的MHD跳跃条件出发，导出了放大增长率和非线性场反作用随激波参数和星际密度涨落的显式表达式。利用合理的星际湍流参数，可以获得毫高斯量级的磁场饱和和超新星遗迹的$X$射线观测的短时变率。
2013-04-17 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetogenesis in a collisionless plasma: from Weibel instability to turbulent dynamo
在完全动理学框架下，通过外部机械力研究未磁化等离子体中磁场的自洽产生与放大，揭示了 Weibel 不稳定性产生种子场并经涨落发电机放大至能量均分的过程，对星系团及星系际磁场起源有重要意义。
2023-07-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Lagrangian statistics of a shock-driven turbulent dynamo in decaying turbulence
在超新星激波和星系团中观测到$n$ G级的小尺度波动磁场，其放大可能是由比尔曼电池机制引起的。然而，如果没有湍流发电机，这些磁场就不能进一步放大，湍流发电机通过拉伸-扭曲-折叠（STF）机制产生磁能。因此，我们在这里提出了新的三维磁流体动力学（MHD）模拟的激光驱动的冲击波传播到分层，多相介质，调查后冲击波湍流磁场放大通过湍流发电机。这里使用的配置目前正在国家点火装置（NIF）的激波风洞中进行测试。为了探索激波后湍流区的统计特性，我们使用$384 \times 512 \times 384$示踪剂通过拉格朗日框架跟踪其演变，从而提供了一个高保真的分析冲击介质。我们的模拟表明，磁场的增长，伴随着近萨夫曼动能衰减（$E_{\textrm{kin}} \propto t^{-1.15})$没有湍流驱动，表现出略有不同的特性相比，周期性的盒子模拟。在其演化过程中似乎不存在明显的阶段，因为在湍流衰减过程中观察到磁场放大的激波通道和时间非常短（湍流翻转时间的$\sim\!0.3$）。然而，增长率仍然是一致的压缩（无卷曲）湍流驱动亚音速，可压缩湍流的预期。唯象理解的磁场和速度场的动态也阐明通过拉格朗日频谱，这是一致的预期的惯性范围缩放的欧拉-拉格朗日桥。
2023-02-16 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
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
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
Helical turbulent nonlinear dynamo at large magnetic Reynolds numbers
在旋转的天体物理系统中，包括行星、恒星和星系，大尺度磁场的激发和进一步维持通常被认为涉及由螺旋磁流体动力学湍流驱动的流体磁发电机效应。虽然这种情况是有吸引力的一般理由，但它目前仍然在很大程度上不受约束，特别是因为一个基本的了解大规模的流体磁性的非线性渐近行为的天体物理学相关的，但危险的制度，大磁雷诺数$Rm$仍然缺乏。我们探索这个问题，使用本地高分辨率模拟湍流磁流体动力学驱动的非均匀螺旋强迫产生的正弦曲线的动力学螺旋度，模仿半球形分布的动力学螺旋度在旋转的湍流流体体。我们确定了一个过渡在大$Rm$的非线性状态，其次是$Rm\simeq 3\times 10^3$，由强大的，饱和的小尺度磁流体动力学湍流和较弱的，旅行相干大尺度场振荡。这种状态的特点是一个渐进的小电阻耗散的磁螺旋度，其空间重新分布通过动力学螺旋度的半球分布驱动的湍流通量在赤道，并在大$Rm$的重联典型的等离子体团的纠缠的动态磁场的试探性存在。
2021-12-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent dynamo in a collisionless plasma
磁场遍布整个宇宙，影响着从宇宙到行星尺度的天体物理系统的形成和演化。银河系外磁场的产生和动力学放大贯穿宇宙时间，达到附近星系团报告的$μ$高斯水平，接近等离子体运动的动能均分，尺度至少为数十千秒差距，这是一个主要的难题，基本上不受观测的约束。在这种情况下，经常会引用发电机效应将动能转化为磁能，然而河外等离子体是弱碰撞的（与磁流体力学流体相反），并且在这种等离子体中是否可能通过有效的湍流发电机不稳定性来实现磁场增长和维持还没有确定。在六维相空间中的弗拉索夫方程的完全动力学数值模拟回答这个问题所必需的，直到最近仍然超出计算能力。在这里，我们通过这样的模拟表明，磁场放大通过发电机不稳定性发生在随机驱动的，非相对论性的亚音速流最初未磁化的无碰撞等离子体。我们还发现，发电机自加速，并成为纠缠与动力学不稳定性的磁化强度增加。结果表明，这样的等离子体发电机可能在实验室实验中实现，支持的想法，即集群内介质（ICM）湍流可能显着有助于放大集群磁场近均分水平的时间尺度短于哈勃时间，并强调多尺度动力学物理在高能天体物理等离子体的关键作用。
2016-04-01 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
Shock acceleration with oblique and turbulent magnetic fields
我们调查冲击波加速在一个现实的天体物理环境与密度不均匀性。由激波前兆与上游密度波动的相互作用引起的湍流通过湍流发电机放大上游和下游磁场。电动机放大的湍流磁场（a）沿激波面引入激波折射率的变化，（b）通过激波漂移和扩散过程的组合实现能量增益，（c）引起加速粒子的各种光谱指数，（d）调节平行于和垂直于磁场的粒子扩散，以及（e）增加激波加速效率。我们的研究结果表明，上游密度不均匀性和发电机放大的磁场冲击加速起着重要的作用，因此冲击加速取决于周围的星际环境的条件。本文还讨论了这一结果对理解超新星遗迹射电谱的意义。
2021-11-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic dynamo action at low magnetic Prandtl numbers
本文研究了小磁普朗特数区域中运动学湍流发电机作用对磁场的放大作用。这样的制度是相关的行星和恒星内部，以及液态金属实验室实验。Kazantsev Kraichnan模型的基础上，建立发电机阈值和发电机增长率的湍流波动的不同动力学螺旋度的全面分析。有人建议，在对比的情况下，大磁普朗特数，在小磁普朗特数的运动发电机行动的显着影响的动力学螺旋度，它可以是相当有效的螺旋度谱的适当选择。
2010-10-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent Pumping of Magnetic Flux Reduces Solar Cycle Memory and thus Impacts Predictability of the Sun's Activity
太阳磁活动对空间环境和气候有重要影响，因此预测太阳磁活动具有重要意义。然而，最近对太阳活动周期振幅的预测导致了不同的预测，没有达成共识。Yeates等人（2008年）已经表明，太阳发电机机制的动态记忆控制着可预测性，这种记忆对于平流和扩散主导的太阳对流区是不同的。通过利用随机强迫，运动发电机模拟，我们表明，列入向下湍流抽运的磁通量减少了平流和扩散为主的太阳能发电机的记忆只有一个周期，更强的抽运进一步降低这种记忆。因此，我们的研究结果调和了对太阳活动周期24振幅的不同的基于发电机模型的预测。我们的结论是，只有在最低限度之前才能对太阳活动的最大限度作出可靠的预测-允许对空间天气进行大约5年的提前规划。为了更准确的预测，在预测模型中有必要进行连续的数据同化，以解释太阳的短暂记忆。
2012-12-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent Magnetogenesis and Large-scale Magnetic Dynamo Amplification in Ion--electron Plasmas
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Royal Belgian Institute for Space Aeronomy（比利时皇家空间空气动力学研究所）；National Research Council (CNR-ISTP)（国家研究委员会）；Università della Calabria（卡拉布里亚大学）；University of Delaware（特拉华大学）
利用全动力学模拟研究离子 - 电子等离子体磁生成，发现两阶段机制，电子压力各向异性引发电子 - 韦贝尔模式，离子各向异性驱动离子 - 韦贝尔型模式，还有比尔曼电池机制，使磁场放大，为磁生成提供解释。
2026-07-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
