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
Energy stability of magnetohydrodynamic flow in channels and ducts
研究矩形管道中磁流体动力流的能量稳定性，通过切比雪夫展开求解临界雷诺数，发现大纵横比与准二维近似吻合，小纵横比收敛于奥尔结果，并揭示抬升机制主导的线性关系。
2024-04-12 physics.flu-dyn
Tridimensional to bidimensional transition in magnetohydrodynamic turbulence with a guide field and kinetic helicity injection
我们研究的三维磁流体力学流动的尺寸只强制机械，当磁引导场的强度逐渐增加的过渡。我们使用数值模拟来考虑机械强迫注入（或不注入）的流动中的螺旋度的情况。随着引导场的增加，磁场波动的强度按照引导场强度的幂律减小。我们表明，足够强的引导场，螺旋磁流体动力学流可以成为几乎二维的。在这种情况下，机械能可以经历与逆级联相容的过程，优先向大于强迫尺度的尺度转移。螺旋度的存在改变了小磁场波动的谱标度，并影响速度场和速度梯度的统计。此外，在小尺度下，流动的动力学变得由螺旋度的直接级联主导，这可以用来推导速度场的标度律。
2016-08-25 physics.flu-dyn 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
Helical mode interactions and spectral transfer processes in magnetohydrodynamic turbulence
通过将傅立叶空间中的速度场和磁场分解为螺旋模，解析地研究了磁流体动力学（MHD）湍流中的谱传递过程。确定了控制螺旋模式演化的动力系统的稳定解，并对这些解进行了稳定性分析。分析的解释是，不稳定的解决方案，导致相互作用的模式之间的能量转移，而稳定的解决方案没有。由此，可能的尺度间的能量和螺旋度转移的相互作用模式的螺旋度的依赖性。正如从三维MHD湍流中磁螺旋度的逆级联所预期的那样，与类似螺旋度的模式相互作用导致能量和磁螺旋度向较小波数的转移。然而，具有不同螺旋度的模式的一些相互作用也有助于逆能量转移。因此，非螺旋磁场的逆能量级联是可能的。此外，它被发现，高值的交叉螺旋度可能有一个不对称的影响，正向和反向转移的能量，其中正向转移是更淬灭的区域中的高交叉螺旋度比反向转移。这与最近观测到的太阳风湍流相一致。对于特定的螺旋相互作用的发电机行动的关系建立。
2015-09-01 astro-ph.CO nlin.CD physics.flu-dyn
Effects of forcing mechanisms on the multiscale properties of magnetohydrodynamics
我们进行了数值模拟，以研究磁流体动力学（MHD）的大规模随机强迫机制参数化的一个参数，$0 \le a \le1$，从直接注入的速度场（$a = 1$）的搅拌作用的磁场（$a = 0$）。我们研究的能量传递的多尺度特性，通过分裂的通道介导的（i）动力学非线性平流，（ii）的洛伦兹力，（iii）的磁平流和（iv）磁拉伸项的总通量。我们进一步分解的通量在两个子通道中给出的异手性和同手性组件，以区分正向，反向和通量环级联。我们发现，存在一个准奇异的作用的磁强迫机制$a \sim 1$：一个小的注入磁场$a < 1$可以强烈耗尽的平均通量的动能转移整个动力学非线性平流通道。我们还表明，这个可以忽略不计的平均通量是一个通量环之间的平衡的结果，异手性（直接）和同手性（逆）转移。相反，对于其他三个通道，纯手性和杂手性通道都向前传递能量。速度和磁场之间的交叉交换在$a = 0.4$周围是反向的，除了当$a \sim 1$时，我们总是观察到异手性混合速度-磁能三元组倾向于将能量从磁场移动到速度场。我们的研究是一种尝试，以进一步表征MHD动力学的多尺度性质，通过解开不同的属性的总能量传递机制，这可能是有用的，以改善子网格建模。
2021-12-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
On the inverse cascade of magnetic helicity
通过研究三维磁流体动力学（MHD）直接数值模拟中不同球壳之间螺旋度在傅立叶空间中的详细传递，研究了导电流体中磁螺旋度的逆级联.使用两种不同的数值模拟，一种是在感应方程中用电动势强迫系统，另一种是在机械上用ABC流强迫系统，而磁场仅由发电机动作维持。在两个模拟的初始阶段的磁螺旋度级联被观察到是逆的和本地的（在尺度空间）在大尺度上，和直接的和本地的小尺度。当接近饱和时，螺旋度大部分集中在大尺度上，叶栅是非局域的。螺旋度直接从强迫尺度传递到最大尺度。同时，从最大尺度到小尺度观察到一个幅度较小的直接级联。
2005-09-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Towards an effective action for chiral magnetohydrodynamics
我们考虑手征磁流体力学，即一个有限温度系统，其中轴向$U(1)$电流是不保守的，由于一个Adler-Bell-Jackiw异常饱和的动力学运营商$F_{μν} \tilde{F}^{μν}$。我们表示这种异常的1-形式的对称性与磁通量守恒，并研究其实现在有限的温度。我们提出了欧氏生成泛函和耗散作用的动力学方法，并再现手征MHD现象的一些方面，从有效的理论观点，包括手征分离和磁效应。我们还讨论了不可逆轴对称亏损算子的构造。
2022-12-19 astro-ph.HE hep-ph hep-th
On the self-similarity of nonhelical magnetohydrodynamic turbulence
我们重新分析的Olesen参数的自相似性的自由发展，非螺旋磁流体动力学湍流。我们发现动能谱和磁能谱自相似演化的充分必要条件是初速度和磁场不是空间的不同次齐次函数，即初能谱不是波数的不同斜率的简单幂。相反，如果它们是同阶的齐次函数，则演化是自相似的，它通过选择性衰变进行，并且齐次的顺序固定了幂律的指数，根据幂律，动能和磁能以及相关长度随时间演化。如果其中只有一个是齐次的，则演化是自相似的，并且这些指数完全由初始谱的斜率决定，这是幂律。后者通过选择性衰变而演化，而另一个光谱可能最终经历能量的反向转移。最后，如果初始速度和磁场不是齐次函数，能量谱的演化仍然是自相似的，但这一次，能量和相关长度的幂律指数取决于一个单一的自由参数，不能由标度参数确定。同样在这种情况下，在系统的演化过程中原则上可以发生能量的逆传递。
2016-09-19 astro-ph.CO physics.flu-dyn
MHD inverse cascade in the early Universe
我们对三维自由衰减磁流体动力学（MHD）湍流进行了数值模拟，这可以应用于早期宇宙中随机磁场的演化。对于螺旋磁场的逆级联效应中观察到的磁螺旋度和能量从较小的尺度转移到较大的尺度，伴随着幂律增长的特征长度尺度的磁场。磁场迅速达到自相似演化的标度区域，并在高波数下具有幂律行为。我们还发现幂律衰减的磁能和动能。
2002-01-29 astro-ph hep-ph physics.flu-dyn
Nonmodal growth and optimal perturbations in magnetohydrodynamic shear flows
University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）
该研究揭示了在强磁场下，非模态增长机制允许扰动在有限时间内显著增长，挑战了传统关于磁流体动力学剪切流稳定性的结论。
2026-02-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
BxC: a swift generator for 3D magnetohydrodynamic turbulence
磁流体动力学湍流是实验室和天体物理等离子体的核心，并被用来解释许多观察到的标度。可预测的标度律行为需要极高分辨率的直接数值模拟（DNS），所需的计算资源不包括系统参数调查。在这里，我们提出了一个分析发电机的逼真的湍流磁场，计算三维${\cal{O}}(1000^3)$螺线管矢量场在几分钟到几个小时的桌面上。我们的模型的灵感来自最近的发展，在三维不可压缩流体湍流理论，高斯白噪声矢量进行非线性变换的结果在一个间歇性的，多重分形随机场。我们的$B\times C$模型只有少数几个参数具有清晰的几何解释。我们直接比较（昂贵的）DNS与快速生成的实现$B\times C$，在其（i）特征片状结构的电流密度，（ii）体积填充方面的电流强度，（iii）功率谱行为，（iv）概率分布函数的增量磁场和电流密度，结构函数，光谱的指数，和（v）部分方差的增量。该模型甚至可以模拟随时间变化的磁场和电流密度分布，并可用于3D湍流数据立方体的合成观测。
2022-07-07 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.comp-ph
Inverse transfer of magnetic helicity in direct numerical simulations of compressible isothermal turbulence: helical transfers
通过傅立叶壳-壳传递分析，研究了磁场和速度场的不同螺旋分量在磁螺旋度逆谱传递中的作用。磁螺旋度和能量传递分析的选择数据从均匀等温可压缩磁流体动力学湍流的直接数值模拟，受到大规模的机械强迫和小规模的螺旋电动驱动。作为初始条件的流体动力学湍流定常状态的均方根马赫数从0.1变化到大约11。在磁螺旋度向更大空间尺度的谱转移的一般情况下，可以区分三种物理现象：局部逆转移、非局部逆转移和局部直接转移。壳分解允许将这三种现象与明显不同的速度尺度相关联，而螺旋分解允许建立不同的螺旋分量和速度场的压缩部分对不同的传递过程的作用。不同螺旋贡献的位置和相对强度主要由三重螺旋几何因子决定。
2020-12-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Inverse cascade suppression and shear layer formation in MHD turbulence subject to a guide field and misaligned rotation
天体物理等离子体经常受到旋转和大尺度背景磁场的影响。单独地，每一个都已知在垂直平面中二维化流动。在现实的流中，这两种效应同时存在，重要的是，它们不需要对齐。在这项工作中，我们数值研究了三维受迫磁流体动力学（MHD）湍流的全球旋转和垂直的背景磁场的竞争效应。我们专注于一个强背景场的情况下，发现从零开始增加旋转速率产生显着的变化的湍流的结构。从零旋转时的二维逆叶栅开始，流动首先过渡到动能的正向叶栅，然后过渡到剪切层主导的区域，最后过渡到第二剪切层区域，其中动能通量被强烈抑制，能量传递由感应磁场介导。我们表明，前两个过渡发生在不同的值的Rossby数，和第三个发生在一个不同的值的Lehnert数。更一般地说，我们的研究结果表明，当考虑强旋转和强引导场的同时限制时，这些限制的顺序在错位的情况下很重要。
2022-01-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Inverse transfer of magnetic helicity in direct numerical simulations of compressible isothermal turbulence: scaling laws
在等温理想磁流体力学（MHD）框架下，通过直接数值模拟大尺度机械驱动的湍流，研究了磁螺旋度的逆传递。机械力要么是纯螺线管的，要么是纯压缩的，所考虑的紊流稳态具有均方根（RMS）马赫数0.1 $\lesssim$ M $\lesssim$ 11。一个连续的小规模电动势强迫注入磁螺旋波动，这导致越来越大的磁结构的建立。谱标度指数的观察，对于低马赫数，是一致的不可压缩的情况下与以前的研究。更高的压缩性导致更平坦的磁螺旋度标度指数。与压缩驱动紊流相比，即使在高马赫数下，螺线管驱动紊流与不可压缩情况的偏差也比较小，在压缩驱动紊流中，在相对较低的RMS马赫数M $\gtrsim$ 3下已经可以看到很大的偏差。因此，可压缩效应可以在磁螺旋度的逆传递中发挥重要作用，特别是当湍流驱动器相当压缩时。然而，在不可压缩情况下观察到的理论结果，可以通过适当改变变量，使用阿尔文速度代替磁场，转移到超音速湍流。
2020-09-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Charge diffusion in relativistic resistive second-order dissipative magnetohydrodynamics
研究了相对论电阻性二阶耗散磁流体力学中的电荷扩散。在这个理论中，电荷扩散不是简单地由标准的欧姆定律的Navier-Stokes形式给出，而是由确保因果性和稳定性的演化方程给出。这又导致电荷扩散电流中的瞬态效应，其性质取决于电导率和电荷扩散弛豫时间的特定值。由此产生的运动方程具有所谓的刚性特征，在数值求解时需要特别小心。为此，我们专门开发了一个隐式显式龙格库塔法求解相对论电阻二阶耗散磁流体力学，并进行了各种测试。然后，我们研究了系统的演化在一个简化的1+1维的情况下的重离子碰撞，其中物质和电磁场被假定为横向均匀的，并调查的情况下，最初的非膨胀流体和流体最初根据Bjorken缩放流膨胀。在后一种情况下，尺度不变性被随之而来的物质和电磁场的自洽动力学打破。然而，只有当电磁场足够强时，断裂才变得定量重要。电导率越小，尺度不变性的破坏越大。从电荷扩散电流和稳定性的熵产生方面进行了讨论。
2023-02-16 hep-ph nucl-th physics.flu-dyn
Inverse cascade of hybrid helicity in $B Ω$-MHD turbulence
研究了在背景磁场$\bf B_0$存在下，低Rossby数下，固体旋转$Ω_0$对不可压缩磁流体动力学湍流大尺度动力学的影响.在周期箱中，在单位磁普朗特数和强迫在中间波数$k_f=20$进行三维直接数值模拟。当$Ω_0$与$\bf B_0$（即$θ\equiv \widehat{\left(Ω_{0}, \bf B_0 \right)} = 0$）对齐时，发现在$k<k_f$处的磁谱发生反向转移。当强迫优先激发右手（而不是左手）波动时，这种转移更强;当$θ>0$时，它更小，当$θ\ge 35^o$时，它变得更弱。这些属性被理解为混合螺旋度的逆级联的结果，这是一个无粘/理想不变的这个系统时，PDMATHAMT。因此，混合螺旋度成为理解旋转发电机的一个关键因素。这些研究结果的起源与行星和恒星的旋转轴的磁偶极子对齐的含义进行了讨论。
2019-05-24 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Bounds on the attractor dimension for magnetohydrodynamic channel flow with parallel magnetic field at low magnetic Reynolds number
我们调查两个平行的，完全绝缘的墙壁之间的低磁-朗伯-数流方面，在存在一个强加的磁场平行于边界墙。我们找到了一个功能的基础来描述流，以及适应的问题，找到吸引子的尺寸，这也是在随后的直接数值模拟这些流量。对于给定的雷诺数和哈特曼数，我们得到一个上限的吸引子的尺寸通过已知的非线性惯性项和这个功能的基础上的流动的界限。出现三种不同的流态：准各向同性三维流、非各向同性三维（3D）流和2D流。我们发现这些制度之间的过渡曲线的哈特曼数Ha和吸引子维数$d_\text{att}$参数化的空间。我们发现如何吸引子尺寸尺度作为雷诺数和哈特曼数（Re和Ha）在每个政权的函数。我们还调查了边界层沿边界壁的厚度，并发现，在所有的制度，这规模为1/Re，独立的Ha值，不像哈特曼边界层时发现的字段是正常的通道。这两种情况下的最小耗散模式的结构确实是完全不同的，但远离墙壁的湍流的性质（最小尺度和自由度的数量）被发现是非常相似的。
2015-05-13 physics.flu-dyn
Nonlinear closures for scale separation in supersonic magnetohydrodynamic turbulence
可压缩等离子体中的湍流在天体物理和工程的许多领域中起着关键作用。然而，在这些环境中的极端等离子体参数，例如高雷诺数，超声速和超Alfvenic流，使得直接的数值模拟计算棘手，即使是最简单的治疗-磁流体动力学（MHD）。为了克服这个问题，人们可以使用子网格尺度（SGS）封闭-模型的影响，未解决的，子网格尺度上解决的。在这项工作中，我们提出并验证了一组常系数封闭的解决，可压缩，理想的MHD方程。亚网格尺度的能量模拟Smagorinsky一样的平衡闭包。湍流应力和电动势（EMF）的表达式是非线性的大规模速度和磁场梯度。为了验证关闭，我们进行了先验测试超过137模拟快照从两个不同的代码与不同的比例的热磁压力（$β_\mathrm{p} = 0.25, 1, 2.5, 5, 25$）和音速马赫数（$M_s = 2, 2.5, 4$）。此外，我们比较传统的，现象学的涡流粘度和$α-β-γ$封闭。我们发现只有平庸的性能的动力学涡粘性和$α-β-γ$封闭，磁涡粘性封闭与模拟数据的相关性很差。此外，传统闭包的五个系数中有三个在值上表现出显著的分布。相比之下，我们的新封闭件随着时间的推移和在测试的广泛参数范围内表现出一贯的高相关性和常系数值。可压缩MHD湍流的重要方面，如双向能量级联，湍流磁压力和正确的对齐的电动势很好地描述了我们的新封闭。
2015-03-02 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Integral equations in MHD: theory and application
运动磁流体力学的感应方程在数学上等价于流体本体中的磁场和其边界处的电势的积分方程组。本文综述了该格式的数值实现及其在发电机理论和应用磁流体力学中的各种正、逆问题中的应用。
2011-11-09 physics.flu-dyn
Inverse energy transfer in decaying MHD turbulence: A shell-to-shell analysis
Hamburger Sternwarte, University of Hamburg（汉堡天文台，汉堡大学）
通过壳层到壳层传递函数分析，发现衰减磁流体动力学湍流中能量从小尺度向大尺度的逆传递机制，表现为自相似倍增增长，且仅发生在同号螺旋度扇区内。
2026-05-26 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Partial invariants, large-scale dynamo action, and the inverse transfer of magnetic helicity
部分守恒拟能量的存在被证明是导致逆能量转移发展嵌入磁流体动力学（MHD）湍流，在类比的二维非导电湍流拟能的影响。通过分解的速度和磁场在谱空间上的螺旋模式，我们确定的三波（三元组）相互作用的子集保存两个新的拟能量，可以映射到三元组相互作用最近确定的促进大规模$α$型发电机行动和磁螺旋度的逆转移。由于它们依赖于相互作用尺度的局部性，不变量表明磁螺旋度的逆传递可能是由局部和非局部尺度的相互作用促进的，并且是一个比$α$ -发电机更局部的过程。我们测试预测嵌入（部分）的能量通量通过构建一个壳模型（减少波空间模型）的最小集合的三元组相互作用（MTI）所需的保存理想的MHD不变量。数值模拟的MTIs表明，对于一系列的强迫配置，部分不变量，有一些例外，确实有用的理解嵌入的贡献，总的光谱能量通量。此外，我们表明，严格的逆能量转移可能会发展，如果拟能守恒相互作用的青睐，最近发现的非导电三维湍流受到强旋转或禁闭的能量级联反转的机制。所提出的结果具有影响的理解背后的大规模发电机行动和磁螺旋度的逆转移，过程被认为是中央的大规模磁结构形成的物理机制。
2019-11-19 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamics using path or stream functions
高导电等离子体中的磁化现象在天文系统中是普遍存在的。在这种介质中的流动可以用三个路径函数$Λ_α$来描述，或者对于稳定流动，可以用两个流函数$λ_κ$和一个附加的场来描述，例如质量密度$ρ$、速度$v$或传播时间$Δt$。虽然典型的分析冻结磁场$\boldsymbol{B}$是特定的问题，并涉及非局部梯度的流体元素的位置$\boldsymbol{x}(t)$，我们推导出一般的，局部（在$Λ$或$λ$空间）的解决方案$\boldsymbol{B}=(\partial\boldsymbol{x}/\partialΛ_α)_t \tilde{B}_αρ/\tildeρ$，其中拉格朗日常数表示的波浪线直接固定在边界超曲面$\tilde{H}$上的$\boldsymbol{B}$是已知的。对于定常流，为$\tildeρ\boldsymbol{B}/ρ=(\partial\boldsymbol{x}/\partialλ_κ)_{Δt}\tilde{B}_κ+\boldsymbol{v}\tilde{B}_3/\tilde{v}$ ;此处电场$\boldsymbol{E}\sim(\tilde{B}_2\boldsymbol{\nabla}λ_1-\tilde{B}_1\boldsymbol{\nabla}λ_2)/\tildeρ$仅取决于$λ_κ$和边界条件。说明性的特殊情况下，包括可压缩的轴…
2015-08-16 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Unique representation of an inverse-kinetic theory for incompressible Newtonian fluids
不可压缩纳维-斯托克斯方程的逆动力学理论的基本方面[Ellero和Tessarotto，2004，2005]包括唯一定义这种模型下的动力学方程的可能性，此外，还包含能量方程的动力学理论的构建。后者的条件是一致的要求，流体场的结果的流体方程的经典解。这些问题似乎潜在的相关性，无论是从数学的观点和物理解释的理论。本文的目的是证明在适当的条件下，逆动力学理论可以满足这样的要求。
2006-02-21 physics.flu-dyn
Magnetohydrodynamics and magneto-solutal transport mediated evaporation dynamics in paramagnetic pendent droplets under field stimulus
悬垂液滴的蒸发动力学除了具有丰富的流体和热输运物理之外，在若干应用中是极其重要的领域。本文从实验和分析两方面研究了在磁场刺激下顺磁性悬滴的增强蒸发动力学。文献提供的信息，溶质平流和溶质Marangoni效应导致液滴与离子包裹体的蒸发增强。本文的主要重点是借助磁场对热溶质平流进行调制，并理解在这种复杂的多物理场相互作用下蒸发过程的动力学。实验结果表明，溶剂化磁性元素离子的磁矩对蒸发速率的影响是直接的，从而证实了溶剂化磁性元素离子的磁泳平流和磁溶质平流。此外，通过PIV的流动可视化示出了液滴内的内部平流电流的幅度被加强，以及由磁场的取向被扭曲。通过对组分和能量守恒方程的标度分析，提出了一种基于磁热和磁溶质平流效应的数学形式。形式主义考虑到所有主要的控制因素，如磁热和磁溶马兰戈尼数，磁普朗特和磁施密特数和哈特曼数。该模型建立磁溶质平流分量是增强蒸发动力学的主导因素。实验内循环速度的准确验证，从所提出的模型。本研究揭示了丰富的洞察力的磁热溶质流体动力学方面的顺磁液滴。
2018-06-14 physics.app-ph physics.flu-dyn
