Cross-helicity effects and turbulent transport in magnetohydrodynamic flow
在大尺度涡运动和/或磁场应变的存在下，湍流交叉螺旋度（波动中的速度-磁场相关性）可能有助于湍流电动势和雷诺应力。交叉螺旋度的这些影响被认为是平衡的主要影响的湍流，如湍流的磁扩散率在磁场的演变和涡流粘度的动量输运。交叉螺旋度效应可能抑制湍流引起的输运增强。物理解释的影响，特别强调交叉螺旋效应和通常的$α$或螺旋效应的发电机行动之间的差异。交叉螺旋度效应在发电机行动的相对重要性进行了验证的援助下的直接数值模拟（DNS）的Kolmogorov流与强加的磁场。还讨论了几种机制，提供湍流的交叉螺旋度。
2011-07-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energy partition in magnetohydrodynamic turbulence
本文通过分析 MHD 湍流能量方程，给出动能与磁能分配关系，指出其由最大涡旋的磁长度尺度和速度长度尺度之比决定。
2025-06-07 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Nonlocal Contributions to the Turbulent Cascade in Magnetohydrodynamic Turbulence
本文修正MHD湍流的P&P定律，引入Alfvén效应导致的非局域能量转移项，并通过直接数值模拟表明忽略该项会高估能量耗散率及太阳风加热贡献。
2024-04-10 physics.plasm-ph
A numerical study of the alpha model for two-dimensional magnetohydrodynamic turbulent flows
我们探讨了一些后果的“阿尔法模型”，也称为“拉格朗日平均”模型，二维不可压缩磁流体动力学（MHD）湍流。该模型是流体动力学中的平滑过程的扩展，该过程局部过滤速度场，同时保留其相关的涡流不平滑，并且已被证明对于高雷诺数湍流计算是有用的。我们考虑几个已知的影响（选择性衰减，动态对齐，逆级联，和波动的湍流量的概率分布函数）在磁流体湍流和比较原始MHD方程的数值解的结果与他们的α模型对应的性能相同的流量，在政权可用的分辨率是足够的探索。希望是证明使用的阿尔法模型的制度，目前可用的分辨率之外，将是这种情况下，特别是在三维几何形状或磁普朗特数显着不同的单位。我们集中我们的调查，使用直接数值模拟与标准和完全并行化的伪谱方法和周期性的边界条件在两个空间维度上的作用，这种建模的小尺度使用拉格朗日平均框架中发挥的大尺度动力学的MHD湍流。几个流量进行检查，并为所有的人可以得出结论，大规模的频谱的统计特性恢复，而小规模的详细相位信息（如例如结构的位置）丢失。
2004-10-19 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Self-organisation and non-linear dynamics in driven magnetohydrodynamic turbulent flows
采用直接数值模拟的方法研究了零螺旋度随机机械和电磁外力驱动下的磁流体动力学湍流。它示出，尽管没有螺旋的强迫，系统被吸引到自组织的螺旋状态，表现出层流行为，尽管检查雷诺数的大值。我们表明，相关时间的外力控制的时间花费在这些状态，即短的相关时间的系统保持在湍流状态，而随着相关时间的增加，系统花费越来越多的时间在自组织状态。因此，时间平均统计数据可能会受到在这些状态上花费的时间的显著影响。这些结果对于理解等离子体聚变装置以及天体物理观测中的非线性抑制具有重要的理论意义。
2014-06-11 astro-ph.SR nlin.AO nlin.CD
Theory of Two Dimensional Mean Field Electron Magnetohydrodynamics
本文提出了电子磁流体动力学（EMHD）模型中扩散过程的平均场电动力学理论。与磁流体动力学（MHD）不同，这里的磁场的演化是由一个关于磁场变量的非线性方程控制的。本文详细描述了二维扩散过程。特别是，分析表明，湍流磁场扩散率受到朴素准线性估计的抑制。结果表明，完全whisterizing的频谱，湍流扩散消失。的湍流频谱的哨声化的问题进行了研究数值，并观察到一个合理的趋势whisterization。数值研究还表明，抑制磁场扩散，根据分析估计。
1999-06-07 physics.plasm-ph
Turbulent Magnetohydrodynamic Reconnection Mediated by the Plasmoid Instability
已经确定，在高伦德奎斯特数重联的Sweet-Parker电流层是不稳定的超Alfvénic等离子体团不稳定性。过去的二维磁流体动力学模拟表明，等离子体团不稳定性导致一个新的制度，Sweet-Parker电流层的变化，成为一个链的等离子体团连接的次级电流片，和平均重联率变得几乎独立的Lundquist数。在这项工作中，三维模拟与指导领域表明，额外的自由度允许等离子体团不稳定性增长的斜角，相互作用，导致自生湍流重联。自生湍流状态下的平均重联率是特征阿尔文速度的百分之一，这与二维结果相似，但比最近外部驱动三维湍流重联研究中报道的最快重联率低一个数量级。运动能和磁能涨落都沿局部磁场方向形成细长的涡旋，这是各向异性磁流体动力学湍流的特征。这两种能量波动在惯性范围内满足幂律谱，其中磁能谱指数在从$-2.3$到$-2.1$的范围内，而动能谱指数稍微陡峭，在从$-2.5$到$-2.3$的范围内。湍流涡旋的各向异性被发现是几乎与尺度无关的，在由均匀磁场渗透的均匀等离子体中的各向异性湍流的Goldreich-Sridhar理论的预测相反。
2015-12-04 physics.plasm-ph
Generation of momentum transport in weakly turbulent $β$-plane magnetohydrodynamics
本文对具有面内平均场的$β$平面上的磁流体动力学（MHD）湍流进行了解析和计算研究。我们首先推导出两个有用的分析约束：我们表示的平均湍流交叉螺旋度的平均湍流磁能，然后表明（弱湍流）的时间平均动量输运系统中可以表示的交叉螺旋度谱。然后，我们完成了封闭的系统使用弱湍流理论，适当地扩展到一个系统与多个相互作用的本征模。我们使用这个封闭的Rossby参数$β$的最低阶的光谱微扰解决，从而表明，在系统中的动量输运是$O(β^2)$，从而量化的过渡远离阿尔文湍流。最后，我们验证了我们的理论结果进行直接数值模拟系统在广泛的$β$。
2022-12-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic Turbulent Cascade of Coronal Loop Magnetic Fields
通过高分辨率模拟研究了日冕加热的Parker模型。在波动磁能E_M（k_perp）\propto k_ \perp^{-2.7}超过动能E_K（k_ \perp）\propto k_ \perp^{-0.6}的情况下，解析惯性范围。在小尺度下，随着速度的增加，增量分别为δb_ \ell \simeq \ell^{-0.85}和δu_ \ell \simeq \ell^{+0.2}，表明磁重联在该湍流系统中起主要作用.我们表明，光谱能量传输类似于标准的磁流体动力学（MHD）湍流，即使是一个系统的重连电流片维持的边界。在这种新的MHD湍流叶栅中，动能流可以忽略不计，而交叉场流被增强，并通过两个场之间的一系列“反射”，级联超过一半的总光谱能流。
2011-06-09 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Observation of Turbulent Magnetohydrodynamic Cascade in the Jovian Magnetosheath
我们提出的第一个估计的能量级联率在木星的磁鞘（MS）。我们使用原位观测从木星极光分布实验（JADE）和磁强计调查（MAG）仪器搭载的朱诺号航天器，与最近的两个可压缩模型调查级联率的磁流体动力学（MHD）尺度。虽然在木星MS中观察到高水平的可压缩密度波动，但在MHD惯性范围内存在恒定的能量通量。在MHD范围内，当存在密度涨落时，可压缩等温和多变能量级联率增加。我们发现，在木星的磁鞘的能量级联率至少是两个数量级（100倍）小于相应的典型值在地球的磁鞘。
2023-01-31 astro-ph.EP 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
Structures and dynamics of small scales in decaying magnetohydrodynamic turbulence
采用直接数值模拟方法研究了衰减磁流体湍流中小尺度的拓扑和动力学特征。与速度和磁场相关的梯度量的不变量的联合概率密度函数（PDF）表明，在最大耗散时的结构和动力学依赖于大尺度初始条件。这是显而易见的，特别是从以下事实，即每个流具有不同的形状的联合PDF的不变量的速度梯度相比，通用的泪珠形状的流体动力学湍流。从不变量的分析中得出的一般情况是，高涡度区域与高应变率区域$\bm S$相关，这也与流体动力学湍流相反。磁应变主导区域也与高电流密度区域$\bm j$很好地相关。粘性耗散（$\propto \bm S^2$）以及欧姆耗散（$\propto \bm j^2$）存在于应变和旋转局部几乎平衡的区域。与速度梯度相关的结构具有与磁场梯度相关的结构不同的特征，后者局部更准二维。
2013-04-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Symmetries of Reduced Magnetohydrodynamics
利用Lie对称性方法确定了约化磁流体力学的对称群。这个群允许场本身的任意连续变换，以及时空变换。推导揭示，除了可预测的平移和旋转组，一些意想不到的对称性。它还揭示了新的，精确的非线性解决方案，减少系统。一个相关的，但更简单的系统，描述非线性等离子体湍流在一个单一的领域，类似的分析，也提出。
2019-06-26 physics.plasm-ph
Fundamental units of triadic interactions in Hall magnetohydrodynamic turbulence: how far can we go?
本文系统研究Hall MHD湍流的三元相互作用单元，提出模特定转移并刻画Hall转移在不同相互作用中的基结构及其非唯一性。
2023-12-17 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Acceleration of Particles in Imbalanced Magnetohydrodynamic Turbulence
本文研究了与太阳风问题相关的平衡和不平衡Alfvénic湍流中的试验粒子加速问题。这些湍流状态，通过规定的理想不变量的注入率数值获得，动态演变的粒子。虽然平衡态和非平衡态的能谱是已知的，但对粒子加热的影响是一个有争议的问题，不同的考虑会给出不同的结果。通过进行直接数值模拟，共振和非共振粒子加速度被自动考虑，并考虑正确的湍流相。对于不平衡湍流，带电粒子的加速率降低，加热率减小。这种行为与粒子回转半径无关，尽管具有较强绝热运动（较小回转半径）的粒子倾向于经历较大的加热。
2014-06-30 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetohydrodynamics in turbulent dynamo regime: the stability problem
Joint Institute for Nuclear Research（联合核研究所）；Institute of Experimental Physics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院实验物理研究所）
本文研究了在场论马丁-西吉亚-罗-德Dominicis-扬斯森形式化下随机无旋磁流体动力学的稳定性问题，探讨了空间镜像对称性被显式打破时系统的稳定性，以及通过螺旋强迫实现的自发破缺旋转对称性和生成的平均磁场。
2026-04-02 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Dimensionless Measures of Turbulent Magnetohydrodynamic Dissipation Rates
磁雷诺数R_M被定义为特征尺度和相关流速的乘积除以微物理磁扩散率。对于层流，R_M也近似于总磁能方程中对流项与耗散项的比值，但对于湍流，后者的比值取决于能谱，在稳态时接近1。为了推广到任意谱的流，我们定义了一个有效磁耗散数，R_{M,e}，作为总磁能方程中平流项与微物理耗散项的比值，将全谱尺度，任意磁普朗特数，以及磁谱和动力学谱的不同内外尺度对结合起来。如所预期的，对于大的参数范围R_{M,e} \sim {0}（1）<< R_M。我们还区分了R_{M,e}和{ \tilde R}_{M，e}，其中后者是当湍流扩散率被明确地施加为封闭时平均磁场方程的有效磁雷诺数。即使R_M>>1，R_{M,e}和{ \tilde R}_{M，e}也接近1，这突出表明，正如在流体动力学湍流中一样，湍流中大尺度结构通过叶栅的能量耗散可能比层流中大尺度结构的耗散快得多。这说明，能量耗散率的磁重联是快得多的湍流，和微物理重联率相比，层流。
2008-03-18 astro-ph 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
Two-Loop Turbulent Helical Magnetohydrodynamics: Large-Scale Dynamo and Energy Spectrum
本文对完全发展湍流中的不可压缩螺旋MHD进行了双圈场论分析，发现质量型项会导致平凡基态失稳，并提出引入外部参数或通过旋转对称性自发破缺实现稳定，后者对应湍流发电机阶段，并使磁能谱斜率变陡从而打破能量均分。
2025-06-25 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulent energy dissipation and intermittency in ambipolar diffusion magnetohydrodynamics
星际介质（ISM）中动能和磁能的耗散可以通过粘性、欧姆或双极扩散（AD）进行。与假定注入能量的尺度相比，它发生在非常小的尺度上。这种局部加热可能会影响ISM演变，但也影响其化学性质，从而提供可观察的特征。在这里，我们进行3D光谱模拟衰减磁流体动力学湍流，包括AD的影响。我们发现，AD加热功率谱峰值在惯性范围内的尺度，由于在耗散范围内的磁场和电流矢量的强对齐。AD影响的尺度比维度分析预测的AD尺度大得多。我们发现，能量耗散是高度集中在薄片。它的概率密度函数遵循对数正态分布规律与幂律尾部暗示的不稳定性，一个属性，我们量化使用的结构函数指数。最后，我们提取结构的高耗散，定义为连接的点集，总耗散是最激烈的，我们测量的标度指数的几何和动力学特性：列入AD有利于小尺寸的耗散范围。
2015-02-12 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Energy balance and Alfvén Mach numbers in compressible magnetohydrodynamic turbulence with a large-scale magnetic field
能量均分是理解天体物理等离子体的有力理论工具。例如，它被用来测量星际介质（ISM）中的磁场，作为小尺度湍流发电机作用的证据，并且通常用于估计恒星形成分子云的能量预算。在这项研究中，我们激励和探索的体积平均均方根（rms）之间的湍流，$δ\mathbf{B}$和大规模，$\mathbf{B}_0$领域，$\left< (δ\mathbf{B}\cdot\mathbf{B}_0)^{2} \right>^{1/2}_{\mathcal{V}}$的磁耦合项的作用。通过考虑能量平衡方程的二阶矩，我们证明了在亚Alfvénic大尺度湍流场中，均方根耦合项与体均湍流动能能量均分。在这些条款之间的准确的能量均分的假设下，我们推导出的磁性和耦合项波动，这提供了良好的，无参数的协议与时间平均的数据从280可压缩MHD湍流的数值模拟的关系。此外，我们还研究了湍流马赫数、平均场马赫数和总Alfvén马赫数之间的关系，并证明了亚Alfvénic湍流只能通过强的大尺度磁场发展，而强磁场支持极端的超Alfvénic湍流磁场.这意味着，磁场波动显着次主导的亚阿尔夫文大尺度场制度的速度波动。在整个研究中，我们广泛讨论了观测磁场和理解磁化ISM中的动态的影响。
2022-07-24 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A tensor invariant approach to energy flux in magnetohydrodynamic turbulence
University of Warwick（华威大学）；London School of Economics and Political Science（伦敦政治经济学院）
本文通过空间滤波磁流体动力学方程分析湍流能量通量，利用张量不变量表征速度和磁场结构，探讨能量通量的物理机制，并通过三维模拟验证结果。
2026-08-18 physics.flu-dyn physics.plasm-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
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
Weak magnetohydrodynamic turbulence of magnetized plasma
研究了热压力小于磁场压力时强磁化等离子体中磁流体力学（MHD）波的弱湍流。在这种情况下，主要的非线性机制是快磁声波和Alfvenic波对慢磁声波的共振散射。结果，前一种波相对于后一种波充当高频波，使得HF波的总数-绝热不变量-另外保持不变。在弱湍流制度，这个不变量示出产生的Kolmogorov型频谱的HF波向大尺度区域的恒定通量。在短波区，另一个柯尔莫哥洛夫谱可以实现一个恒定的能量通量。这两种类型的湍流谱的显式的角度依赖性被发现的传播角接近的平均磁场的方向。
2001-09-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Influence of a large-scale field on energy dissipation in magnetohydrodynamic turbulence
在磁流体动力学（MHD）湍流中，大尺度磁场为小尺度动力学设定了一个优选的局部方向，改变了各向同性情况下的湍流统计。即使在没有总磁通量的情况下也会发生这种情况，因为MHD湍流形成随机取向的大尺度强磁场域。因此，研究小尺度磁等离子体湍流的习惯是假设一个相对于湍流涨落的强背景磁场。例如，这是在等离子体的简化模型中完成的，例如简化MHD、降维动力学模型、陀螺动力学等，这使得理论计算更容易并且数值计算更便宜。然而，最近已经清楚的是，湍流能量耗散集中在强磁场变化的区域。相当一部分的能量耗散可能局限于非常小的体积中，对应于强磁化畴之间的边界。在这些区域，简化模型不适用。这对磁等离子体湍流中粒子加热和加速的研究具有重要意义。本文的目的是系统地研究局部磁场变化与磁能量耗散之间的关系，并了解其对模拟真实湍流等离子体中能量耗散的影响。
2017-03-09 astro-ph.HE physics.flu-dyn 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
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
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
Magnetohydrodynamic Turbulence in the Plasmoid-Mediated Regime
磁流体动力学湍流和磁重联在天体物理环境中普遍存在。在大多数情况下，这些过程不是孤立发生的，而是相互作用的。这使得这些过程的综合理论极具挑战性。在这里，我们提出了一个理论的磁流体动力学湍流驱动在大尺度上，自洽帐户的相互作用与磁重联发生在较小的尺度。磁重联产生等离子体团，这些等离子体团从磁场产生的噪音中生长出来，最终破坏了它们诞生的片状结构。这些结构的破坏导致湍流能量级联的修改，这反过来又通过湍流产生的噪声对等离子体团形成施加反馈效应。在这种等离子体团介导的范围内的能谱相对于标准惯性范围变陡，并且不遵循简单的幂律。由于湍流和重联之间的复杂的相互作用，我们还发现，长度尺度，标志着开始的等离子体团介导的范围和耗散长度尺度不服从真正的幂律。过渡磁雷诺数以上的等离子体团的形成变得统计上显着足以影响湍流级联是相当温和的，这意味着等离子体团预计将修改许多天体物理系统中的湍流路径耗散。
2018-03-26 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Supertransient Magnetohydrodynamic Turbulence in Keplerian Shear Flows: The role of the Hall Effect
空间和天体物理等离子体经常出现在差动旋转状态，在这种状态下，磁场的存在会导致磁旋转不稳定性，直接导致吸积盘中的湍流角动量输运等重要现象。在没有外加磁场的情况下，非线性发电机是发生这种传输机制所必需的。在原行星盘中，存在高密度和极低温度的区域，这是霍尔效应发挥作用的两个必要条件，影响发电机和相关湍流的发展。在这项工作中，我们进行了本地磁流体动力学（MHD）模拟研究过渡到弱湍流的开普勒剪切流与霍尔效应。的霍尔效应导致系统的长寿湍流瞬变的衰减时间遵循指数依赖于磁雷诺数和霍尔参数。
2018-11-29 astro-ph.EP nlin.CD physics.flu-dyn
Simulated annealing of reduced magnetohydrodynamic systems
本文回顾了基于双括号表述的模拟退火（SA）理论，用于哈密顿系统的平衡和稳定性分析，并在包括简化磁流体动力学在内的多种系统中验证了其有效性。
2024-09-26 physics.plasm-ph
Effective Field Theories in Magnetohydrodynamics
本文回顾了湍流等离子体中磁场演化的最新进展，强调运动方程重整化、自发随机性及用磁路径线替代磁场线等方法，指出磁流体动力学方程应被视为参数随尺度变化的有效场理论，并以磁重联问题为例进行了说明。
2025-04-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Reconnection-Driven Energy Cascade in Magnetohydrodynamic Turbulence
本文通过三维磁流体动力学模拟发现，磁重联将电流片破碎为等离子体团链，从而形成由等离子体团增长率控制的新型湍流能量级联，使能谱变陡至-2.2并改变涡旋各向异性。
2022-10-19 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Revisiting the role of cosmic-ray driven Alfvén waves in pre-existing magnetohydrodynamic turbulence. I. Turbulent damping rates and feedback on background fluctuations
本文重新审视并扩展了预存磁流体动力学湍流中宇宙射线驱动阿尔芬波的湍流阻尼理论，引入动态对准和重联介导机制，修正了阻尼率对背景涨落幅度和波长的依赖关系，并提出了CR反馈判据及唯象模型。
2024-06-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Numerical study on a canonized Hamiltonian system representing reduced magnetohydrodynamics and its comparison with two-dimensional Euler system
引入Clebsch参数化，我们制定了一个规范的哈密顿系统的辛叶约化磁流体力学。方程的一个有趣的结构是，洛伦兹力，这是一个二次非线性项在传统的公式，出现作为一个线性项-ΔQ，只是代表电流密度（Q是一个Clebsch变量，和Δ是二维拉普拉斯）;省略这一项减少了系统的中性流体的二维欧拉涡度方程。一个启发式的估计表明，电流片指数增长（即使在一个完全非线性的制度）与行动变量P是共轭Q。通过数值模拟，预测的行为的典型变量，产生指数增长的电流片，已被证明。
2014-01-21 physics.plasm-ph
Material Barriers to the Diffusive Magnetic Flux in Magnetohydrodynamics
本文将主动物质壁垒理论从 Navier-Stokes 流动扩展至磁流体力学（MHD）流动，提出一种算法以自动定位二维和三维湍流 MHD 流动中阻碍磁场扩散输运的无参考系依赖壁垒。
2024-09-27 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Coarse-Grained Incompressible Magnetohydrodynamics: analyzing the turbulent cascades
我们制定了一个粗粒化的方法，磁流体动力学（MHD）流体在一个连续的长度尺度。在这种方法中，有效的方程推导出可观测的速度和磁场空间平均在任意尺度的分辨率。裸速度和磁场的微观方程重整化粗粒化产生的宏观有效方程，包含一个次尺度应力和次尺度电动势（EMF）所产生的非线性相互作用的消除场和等离子体运动。在大的粗粒化的长度尺度，直接耗散的微观机制（如分子粘度和斯皮策电阻率）的不变量是可以忽略不计的。在大尺度上的平衡，而不是占主导地位的子尺度非线性项，它可以跨尺度转移不变量，并解释在能源的工作概念和拓扑通量链接的两个螺旋。这种方法的一个重要应用是MHD湍流，其中粗粒化长度$\ell$位于惯性叶栅范围内。我们表明，在足够粗糙的速度和/或磁场的情况下，非线性尺度间传输不需要消失，可以持续到任意小的尺度。虽然封闭的表达式是不可用的次尺度应力和次尺度电动势，我们推导出严格的上限上的有效耗散，它们产生的标度指数的速度和磁场。这些界限提供了精确的约束的唯象理论的MHD湍流，以允许非线性级联的能量和交叉螺旋度。另一方面，我们表明，前向级联的磁螺旋度渐近小尺度是不可能的，除非三阶矩的速度或磁场成为无穷大。
2017-01-30 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Hall effect in a strong magnetic field: Direct comparisons of compressible magnetohydrodynamics and the reduced Hall magnetohydrodynamic equations
在本文中，我们数值地检验了一个强平均磁场存在下的霍尔磁流体力学模型，即Gomez等人导出的简化霍尔MHD模型（RHMHD），加上弱可压缩效应。该模型的主要优点在于减少了计算成本。然而，到目前为止，与原来的霍尔MHD系统的协议的程度和有效性的范围内的一个政权的湍流尚未建立。在这项工作中，直接数值模拟的三维霍尔MHD湍流在一个强的平均磁场的存在下进行了比较与模拟的弱可压缩RHMHD模型。结果表明，当满足RHMHD的不同假设（如光谱各向异性）时，一致程度非常高。然而，当初始条件是各向同性的，但平均磁场保持强，结果不同，在开始时，但渐近地达到一个很好的协议在相对较短的时间。我们还发现了可压缩性在这些系统的动力学中仍然起作用的证据，弱可压缩RHMHD模型能够捕捉到这些影响。总之，弱可压缩RHMHD模型是一个有效的近似霍尔MHD湍流在相关的物理背景。
2010-09-15 physics.plasm-ph
Global fluctuations in magnetohydrodynamic dynamos
几个发电机模型的总磁能的时间波动的频谱是不同的白噪声的频率小于底层湍流速度场的周转时间的倒数。这种现象的例子是已知的，从以前的工作，我们在本文中添加模拟的G. O。旋转球壳中的罗伯茨发电机和对流驱动发电机。用简单的唯象模型解释了磁能中色噪声的出现。湍流的Kolmogorov理论被用来预测惯性范围内的动能和磁能波动的频谱。
2011-01-21 physics.flu-dyn physics.geo-ph physics.plasm-ph
Determination of turbulent heating rate and relaxed states in finite Larmor radius magnetohydrodynamic turbulence with helicity barrier
Indian Institute of Technology Kanpur（印度坎普尔理工学院）
本文研究了有限兰姆半径磁流体动力学湍流中能量和广义螺旋度的 cascade 法律，揭示了强螺旋度失衡导致的 helicity 障碍，从而得出离子加热率的计算方法，并推导了松弛状态的特性。
2026-04-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Calculation of large-aspect-ratio tokamak and toroidally-averaged stellarator equilibria of high-beta reduced magnetohydrodynamics via simulated annealing
本文采用模拟退火松弛法计算了环形几何中的高β约化磁流体动力学（MHD）平衡。SA方法，基于人工动力学从MHD哈密顿结构，用于计算大纵横比和圆形截面托卡马克以及环形平均仿星器的平衡。托卡马克平衡，包括不可压缩的极向旋转和Shafranov移位被认为是增加近二次方的旋转速度。非旋转和poloidally旋转平衡之间的映射过程中示出的平衡移动旋转的二次依赖性解释。计算仿星器平衡被认为是同意合理与以前的结果。数值结果表明，第一次成功地应用SA方法获得环形平衡。
2018-05-01 physics.plasm-ph
Nonlinear evolution of the m=1 internal kink mode in the presence of magnetohydrodynamic turbulence
数值研究了托卡马克堆芯等离子体被低磁剪切湍流区包围时，m=1内扭结模的非线性演化。作为一个起点，我们选择配置与三个附近的q=1的表面，三重撕裂模式（TTM）与高极向模数m是不稳定的。虽然振幅仍然很小，但快速增长的高m TTM增强了m=1不稳定性的增长。这被解释为一种快速触发机制。TTM导致部分坍缩，在未连接的核心等离子体周围留下q ~= 1的湍流带。虽然，完全重联可以发生，如果核心位移增长足够大，它表明，湍流可以积极地防止进一步重联。这是定性类似于实验观察到的部分dos崩溃与后光标振荡由于饱和的内部扭结。
2006-05-05 physics.plasm-ph
Three-dimensional plasmoid-mediated reconnection and turbulence in Hall magnetohydrodynamics
本文研究霍尔MHD中三维等离子体团介导重联，发现三维条件下单X线重联比二维更不易发生，且在特定Lundquist数和尺度比下可实现自生湍流重联，并分析了其能谱与各向异性特征。
2024-08-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Scalings of intermittent structures in magnetohydrodynamic turbulence
湍流在等离子体中无处不在，导致了以不规则性、不可逆性、跨许多尺度的能量波动和跨许多尺度的能量传递为特征的丰富的动力学。湍流的另一个基本和普遍的特征是能量在空间和时间上的不均匀耗散，尽管有时被忽视。这是由湍流级联中的波动引起的尺度相关的动力学不均匀性的结果。间歇性导致湍流等离子体自组织成相干耗散结构，这可能会控制加热，扩散，粒子加速和辐射发射。本文介绍了在强引导场作用下不可压磁流体动力学湍流中磁不稳定性研究的最新进展。我们专注于间歇性耗散结构的统计分析，它占据了体积的一小部分，但可以说占了大部分的能量耗散。我们表明，在我们的数值模拟中，在电流密度，涡度和Elsässer涡度的间歇结构都具有几乎相同的统计特性。我们提出了基于Elsässer涡度结构的一般考虑的标度的唯象解释。最后，我们研究了天体物理系统的更广泛的影响。
2016-02-17 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Explosive Turbulent Magnetic Reconnection
我们报告的湍流磁重联的模拟结果获得使用一个新开发的哈罗德平均磁流体力学模型。我们发现，最初的哈里斯电流片发展在三个方面，这取决于湍流的强度：层流重联，湍流重联，和湍流扩散。湍流重联将磁场能量爆炸性地转化为等离子体的动能和热能，并产生开放的快速重联喷流。这种快速的湍流重联是通过湍流扩散的局部化实现的。此外，通过平均场和湍流的相互作用，局域结构形成。
2013-05-29 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Can Hall Magnetohydrodynamics explain plasma turbulence at sub-ion scales?
本文采用二维霍尔磁流体力学（HMHD）和混合粒子模拟（HPIC）方法研究了等离子体湍流的性质。我们发现，HMHD模拟表现出的光谱特性，在大多数情况下，与HPIC模拟和太阳风观测的结果一致。磁涨落的能谱在MHD尺度下呈双幂律分布，其谱指数为$-5/3$，在动力学尺度下为$-3$，而速度涨落的谱指数在MHD尺度下为$-3/2$。MHD和动力学尺度之间的突破发生在相同的规模在两个模拟。在MHD范围内，总能量和剩余能量谱的斜率满足快速阿尔文发电机平衡。湍流级联的发展同时具有在大涡旋之间形成的薄电流片中发生的磁重联事件的特征。统计分析表明，重联是定性相同的，快速的HMHD和HPIC模式，其特点是逆重联率远小于特征大涡非线性时间。这种一致性还延伸到其他统计特性，比如磁场的峰度。此外，观察到的直接能量转移从大涡的小的子离子尺度触发的磁重联，进一步支持存在的重联介导的湍流制度在动力学尺度。我们的结论是霍尔-MHD流体描述捕获在很大程度上的大MHD尺度和子离子尺度之间的湍流级联的过渡。
2019-04-23 physics.plasm-ph
Finite Dissipation in Anisotropic Magnetohydrodynamic Turbulence
在存在外部支撑的平均磁场的情况下，湍流的导电介质（如等离子体）变得各向异性。该平均磁场与磁场的波动、湍流部分分离，对系统的动力学具有相当大的影响。在本文中，我们研究衰减不可压缩磁流体动力学（MHD）湍流的耗散率随雷诺数的增加，并在存在一个平均磁场的变化强度。通过数值计算，我们发现随着雷诺数的增加，耗散率对于每个磁场强度都渐近到一个有限值，从而证实了适用于MHD的Kármán-Howarth假设。无量纲耗散率的渐近值最初被平均磁场从零平均场值抑制，但随后对于更高的平均场强度值接近恒定值。此外，为了比较，我们进行了一组二维（2DMHD）和一组减少MHD（RMHD）模拟。我们发现RMHD结果非常接近对应于三维运行的高平均场极限的值，而2DMHD结果承认远离零平均场情况和三维情况的高平均场极限的不同值。这些发现为空间和天体物理学中的许多应用提供了坚实的基础，其中假设湍流的冯卡门衰变。
2018-12-06 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Coexistence of self-similar and anomalous scalings in turbulent small-scale solar magnetic fields
该研究通过按随机熵产生符号分组分析太阳光球层磁通量密度涨落，发现正熵产生涨落遵循磁流体湍流自相似标度，而负熵产生涨落呈现反常标度，揭示了两类标度行为在湍流介质中的共存。
2023-07-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Stability of compressible reduced magnetohydrodynamic equilibria - analogy with magnetorotational instability
利用能量-Casimir（EC）方法对可压缩约化磁流体动力学（CRMHD）模型的平衡态进行了稳定性分析。稳定性的结果与理想磁流体力学（MHD）的经典δW准则得到的结果进行了比较。对CRMHD自由能泛函的第二变分中的项与δW的项进行了鉴别：CRMHD的两种失稳效应对应于通常MHD中的扭结和交换不稳定性，同时在简化模型中还鉴别了磁力线弯曲和压缩性的稳定作用。此外，使用EC方法，在存在的环形流的稳定性条件得到。Julien和Knobloch提出了CRMHD与磁化旋转圆盘的简化不可压缩模型之间的正式类比[EAS Pub.系列，21，81（2006）]，被发现。根据这种类比，能量稳定性分析表明，后者模型的磁旋转不稳定性（MRI）的条件，对应于CRMHD中的交换不稳定性的条件，科里奥利项和剪切速度分别扮演曲率项和压力梯度的角色。利用EC方法，得到了旋转圆盘模型在可能存在非均匀磁场的情况下的稳定性条件。特别地，这表明除了MRI之外，MRI系统还可能经历另一种类似于扭结不稳定性的不稳定性。当磁场消失时，恢复了Rayleigh流体动力学稳定性条件.
2013-02-07 physics.plasm-ph
Energy spectrum, dissipation and spatial structures in reduced Hall magnetohydrodynamic
我们分析了霍尔项的磁流体动力学湍流下的一个强大的外部支持的磁场的效果，看到这是如何改变的能量级联，流动的特征尺度和动态的全球幅度，特别感兴趣的耗散。自由发展的三维约化磁流体动力学（RHMHD）的数值模拟进行，不同的霍尔参数值（离子集肤深度的比值的宏观尺度的湍流）控制的霍尔项的影响。霍尔效应改变跨尺度的能量传递，减慢从大尺度到霍尔尺度（离子趋肤深度）的能量传递，并更快地将能量从霍尔尺度携带到较小尺度。最终的结果是耗散尺度向更大尺度的有效转移，但也是更小尺度的发展。电流片（用于能量耗散的基本结构）通过增加霍尔效应以两种方式受到影响，其中加宽但同时在其中产生内部结构。在霍尔项足够强的情况下，电流片完全离域。该效应似乎减少了流中的脉冲效应，使其不那么间歇。
2012-03-29 physics.plasm-ph
Generalized similarity in finite range solar wind magnetohydrodynamic turbulence
扩展或广义相似性是湍流的一个普遍存在但尚未得到很好理解的特征，它在有限尺度范围内实现。ULYSSES航天器在太阳极小期的太阳极地通过提供了在快速安静流的理想条件下太阳风中演变的各向异性磁流体动力学湍流的\textit{in situ}观测。我们发现一个单一的广义标度函数的特点，这种有限范围的湍流，是不敏感的等离子体条件。最近异常不活跃的太阳极小期--湍流波动的能量下降了$\sim 2$的一个因素--提供了对这种不变性的测试。
2009-11-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
A New Approach to Turbulent Transport of a Mean Scalar
我们开发了一个简单的平均场方法来传输的基本方程是一个二阶微分方程的输运量，而不是一个一阶方程的被动标量。三重相关也包括在内，因为它们必须用于任何湍流的真实描述。理论中没有相关时间，只有涡流翻转时间。该方法比标准的方法，包括三重相关性，但更现实的高斯或短相关时间关闭不。类似的方法在磁流体力学中已被证明是有用的。
2003-08-06 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Generalized Expanding-Box Formulations of Reduced Magnetohydrodynamics in the Solar Wind
本文推导了一组用于研究径向膨胀太阳风小区域内约化磁流体动力学湍流的简化方程，支持盒子静止或沿磁场线以任意速度运动，特别关注与向外传播的 Alfvén 波同速的情况，并采用标量势和 Clebsch 坐标表示，以辅助未来高分辨率数值模拟的设计与优化。
2025-01-29 physics.plasm-ph physics.space-ph
