Turbulent 3D MHD dynamo model in spherical shells: Regular oscillations of the dipolar field
我们报告的三维数值模拟结果的对流驱动发电机在相对较薄的旋转球壳，显示从一个强大的非振荡偶极磁场到一个较弱的定期振荡偶极场的过渡。这种转变主要是由无应力边界条件的影响引起的。的内，外半径比的变化被发现有一个不太重要的影响。
2011-02-05 physics.flu-dyn
Wave-driven dynamo action in spherical MHD systems
本文报道了对球体内机械强迫双涡流动的流体动力学和磁流体动力学数值研究。在中间制度之间的层流和发达国家的湍流的流体动力学不稳定性被发现产生内部波的特征m=2带状波数的模拟。结果表明，这种时间周期性的流作为一个发电机，虽然快照的流量以及平均流量不是发电机。磁场的增长率根据波频率表现出共振效应。在此基础上，提出了一种基于速度和磁场相对对准的周期性自毁自恢复发电机。这种现象解释的非正交本征态的磁感应方程的时间相关的线性算子的混合。这种机制的潜在相关性发电机实验进行了讨论。
2009-09-25 physics.flu-dyn
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
Magnetic structure, dipole reversals, and 1/f noise in resistive MHD spherical dynamos
采用直接数值模拟的方法，以Reynolds数和Ekman数为控制参数，对旋转球内电阻性不可压缩MHD中的磁偶极子行为进行了参数化研究。的趋势是获得足够小的埃克曼和大雷诺数的地球发电机一样的磁偶极子反转制度。在反转状态下获得的典型偶极纬度约为40度（相对于球体的旋转轴）。偶极反转之间的等待时间的统计分析也进行，获得非泊松分布的等待时间，表明长期记忆效应。我们还报告了磁偶极时间序列中存在的$1/f$频率功率谱，这也表明随着埃克曼数的减少，向较低频率增长的趋势。
2019-01-31 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
Analysis of the Effect of a Mean Velocity Field on Mean Field Dynamo
我们研究半解析和一致的方式，产生的平均速度场$\bar{\mathbf{U}}$的螺旋MHD湍流，和效果，这个字段可以对平均场发电机。假设一个预定的，最大螺旋小尺度速度场，我们表明，大尺度流动可以产生在MHD湍流，通过小尺度洛伦兹力。这些流通过新的项反作用于平均场发电机的平均电动势，使原始的$α$和$β$项明确地未被修改。交叉螺旋度在连接所有效应中起着关键作用。在我们选择使用的最小$τ$闭包中，弛豫时间越长，影响越强。
2007-04-17 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dynamos at extreme magnetic Prandtl numbers: Insights from shell models
本文提出了一种适用于计算磁流体动力学湍流的各种能流的MHD壳模型，该模型适用于很小和很大的磁普朗特数$\mathrm{Pm}$，这种计算是直接数值模拟所无法达到的。对于小的$\mathrm{Pm}$，我们观察到动能和磁能谱在惯性范围内的尺度为$k^{-5/3}$，但耗散磁能尺度为$k^{-11/3}\exp(-k/k_η)$。这里，大长度尺度的动能供给大尺度磁场，大尺度磁场级联成小尺度磁场，小尺度磁场通过焦耳加热而耗散。大型$\mathrm{Pm}$发电机具有类似的行为，除了耗散动能按$k^{-13/3}$的比例缩放。在这种情况下，大尺度速度场将能量传递给大尺度磁场，大尺度磁场又将能量传递给小尺度速度场和磁场;小尺度磁场的能量也传递给小尺度速度场，由此积累的能量被粘性力耗散。
2016-09-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energy transfers in dynamos with small magnetic Prandtl numbers
在$1024^3$网格上对磁普朗特数为$\mathrm{Pm} =0.2$的发电机进行了数值模拟，计算了能流和壳层间的能量传递。计算结果表明，磁能增长主要是由于能量从大尺度速度场向大尺度磁场的转移，磁能通量是向前的。稳态磁能比动能小得多，而不是均分;这是因为磁雷诺数接近发电机过渡区。我们还将我们的结果与带有$\mathrm{Pm} =20$的发电机和衰减发电机的结果进行了对比。
2015-06-19 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A geometric look at MHD and the Braginsky dynamo
本文从微分几何视角研究MHD，推导理想MHD控制方程并分析其变换规律，用于Alfvén波参数化，还给出非理想MHD下Braginsky αω-发电机α张量的新几何表述。
2020-10-19 physics.flu-dyn
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
Shell to shell energy transfer in MHD, Part I: steady state turbulence
通过分析在没有外加均匀磁场的情况下直接数值模拟的结果，研究了充分发展的三维MHD湍流中能量从大尺度向小尺度的转移.我们的结果表明，动能从大尺度到小尺度的动能转移，以及磁能从大尺度到小尺度的磁能转移，是局部的，在中性流体的情况下也发现了这一点，并且在某种程度上与Kolmogorov（1941）的湍流理论是一致的。然而，能量从速度场到磁场的转移是傅立叶空间中的高度非局部过程。大尺度速度场的能量可以直接传递到小尺度磁场中，而不需要中间尺度的参与。本文还讨论了这些结果对MHD湍流模拟的一些启示。
2005-05-26 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Waves in planetary dynamos
本专题着重于行星内部深处的磁流体动力学（MHD）过程，其中它们的流体发电机正在运行。发电机产生的全球磁场为我们的日地环境提供了背景。探索发电机内部的过程是一个重大的理论和计算挑战，任何进入内部动力学的窗口都会大大增加我们的理解。这样一个窗口是通过探索快速动力学，特别是MHD波的发电机定义的基本状态。随着地球物理观测和数值模拟的发展，这一领域是当前关注的主题。我们在这里特别注意扭转Alfvén波/振荡和磁Rossby波，这可能被视为典型的轴对称和非轴对称模式，分别在各种各样的波类的快速旋转的MHD流体。这些波的激发被证明是地球发电机，同时也被认为是木星。我们将概述它们的动态，总结我们目前的理解，并为未来的前景提出开放性问题。
2022-11-10 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Energy transfers and magnetic energy growth in small-scale dynamo
在这封信中，我们调查的小规模发电机的磁能增长的动力学研究的能量转移，主要是能量通量和壳到壳的能量转移。在$1024^3$网格上，利用伪谱方法对磁普朗特数$\mathrm{Pm}=20$进行了发电机模拟.我们证明了磁能增长是由大尺度或强迫尺度速度场向小尺度磁场的非局域能量转移引起的。随着发电机的发展，这些能量转移的峰值向较低的波数移动，这就是磁场的积分尺度随时间增加的原因。能量传递$U2U$（速度到速度）和$B2B$（磁到磁）是正向的和局部的。
2014-01-10 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dynamo and the Adiabatic Invariant
本文考虑发电机产生的浅流体层在天体（行星或恒星）。这个发电机是基于相互作用的磁Rossby波的额外不变量。在强环向磁场的背景下，将磁流体动力学线性化。额外的不变量用于表明背景场被保持。
2021-08-26 astro-ph.EP nlin.AO physics.flu-dyn
Dynamo model for the inverse transfer of magnetic energy in a nonhelical decaying magnetohydrodynamic turbulence
当磁流体动力学（MHD）系统中存在螺旋性或转动不稳定性时，会出现磁能的逆级联。这一众所周知的现象被认为是宇宙中大尺度磁场的基础。然而，在一个衰减的MHD系统中，非螺旋磁场能量也向大尺度迁移，这为研究静止天体物理系统中大尺度磁场的起源提供了重要线索。Zeldovich绳发电机模型被认为是磁场放大的基本的和象征性的模型。然而，绳模型假设特定的外力，如浮力或科里奥利力是不合适的衰减湍流系统没有任何外力。因此，我们提出了一个新的发电机模型的基础上的磁感应方程不包括一个强迫源。该模型表明磁场（通量）的膨胀和增长实质上是系统能量的重新分配。磁能量的传递实质上是流体运动与种子磁场相互作用而产生的一系列磁场。我们还讨论了基于标度不变MHD方程的解析定理。
2016-02-15 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.flu-dyn
Turbulent transport and dynamo in sheared MHD turbulence with a non-uniform magnetic field
本文研究了大尺度速度和非均匀磁场共同作用下的三维磁流体动力学湍流。通过假设湍流由螺旋和非螺旋谱的外力驱动，我们研究了这两个剪切对湍流强度和湍流输运的综合影响，湍流扩散系数（湍流粘度，$α$和$β$效应）与雷诺数相似。结果表明，在弱和强磁场的限制下，湍流粘性和扩散系数分别对强剪切和强磁场发生猝灭。对于弱的流动剪切，我们进一步表明，磁剪切增加的湍流强度，同时降低湍流输送。在存在强流动剪切的情况下，发现磁剪切的效果通过增强湍流和运输来对抗流动剪切的效果（其由于剪切稳定而减少湍流），从而通过流动剪切稳定来减弱强猝灭。在强磁场的情况下（与流动剪切相比），磁剪切增加湍流强度并淬灭湍流传输。
2009-07-07 physics.flu-dyn
Behavior of hydrodynamic and magnetohydrodynamic turbulence in a rotating sphere with precession and dynamo action
在不可压缩流体力学（HD）和磁流体力学（MHD）两种情况下，采用直接数值模拟的方法研究了旋转充液球体中的进动效应。在这两种情况下的渐近状态和它的依赖旋转和进动频率进行了分析。对于磁流体的情况下没有自我维持发电机被发现的逆行进动的情况下，而在另一方面，一个关键的逆行进动频率被发现以上的发电机行动是自我维持。人们还发现，这些对应于小规模的发电机与发达的湍流制度。此外，它被观察到的存在下的反转的磁偶极矩与更大的等待时间之间的反转较小的进动频率。
2022-12-12 physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the role of numerical diffusivity in MHD simulations of global accretion disc dynamos
本文指出全局吸积盘MHD模拟中β远大于1的矛盾可能源于数值磁扩散率，并通过线性剪切弱磁场精确解说明磁能放大受磁雷诺数限制。
2023-12-07 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
High-speed shear driven dynamos. Part 1. Asymptotic analysis
研究了三维非线性磁流体动力学（MHD）态的有理大雷诺数匹配渐近展开式。假设主要由单向剪切驱动的非线性MHD状态可以在没有任何基流线性不稳定性的情况下维持，因此负责亚临界过渡到湍流。我们发现了两类非线性MHD态，第一类非线性MHD态是由Hall \& Smith（1991）的纯流体动力学涡旋/波相互作用理论和太阳物理学界发展的Alfvén波共振吸收理论（例如Sakurai等1991; Goossens等1995）很好地结合而产生的。类似于流体力学理论，MHD状态的机制可以通过滚动场、条纹场和波场的连续相互作用来解释，现在对流体力学场和磁场都定义了这些相互作用。这种“涡旋/阿尔芬波相互作用”状态的推导相当简单，因为流体动力学和磁场的标度是相同的。结果表明，渐近态的首阶磁场仅在外加小磁场时出现。然而，这并不意味着纯粹的剪切驱动发电机是不可能的。事实上，第二类“自持剪切驱动发电机理论”表明，在没有任何外部场的情况下，磁场的产生尺寸略小。尽管尺寸小，但磁场通过共振吸收在速度场中引起新颖的反馈机制，其中磁波变得比流体动力学对应物更强地放大。
2019-03-22 physics.flu-dyn
Effects of shell thickness on cross-helicity generation in convection-driven spherical dynamos
研究了旋转球壳中螺旋度和交叉螺旋度电动发电机效应对混沌热对流自持磁场产生的相对重要性，并将其作为球壳厚度的函数。发电机解决方案的两个不同的分支被发现共存于直接数值模拟壳的纵横比在0.25和0.6之间的平均场偶极制度和波动偶极制度。的特性表征共存的发电机吸引子进行了比较和对比，包括磁场和旋转热对流的时间行为和空间结构的差异。螺旋度$α$ -效应和交叉螺旋度$γ$ -效应被认为是在波动偶极发电机制度，其中它们的比例不随壳厚度显着变化的强度相媲美。与此相反，在平均场偶极发电机制度的螺旋$α$ -效果占主导地位的约两个数量级，并成为更强的壳厚度减小。
2020-12-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
Stretch-Twist-Fold and slow filamentary dynamos in liquid sodium Madison Dynamo Experiments
最近Ricca和Maggione [MHD（2008）]基于黎曼通量管的数值模拟提出了一个非常简单和有趣的扩散介质中拉伸-扭曲-折叠发电机模型。在本文中，我们提出了一个更简单的方法来解析地获得快速和缓慢的发电机，所产生的磁丝在扩散介质中的曲率能量。本文提出了剪切流中银河系或吸积盘发电机的几何模型。在快速发电机的情况下，它表明，拉伸的情况下，导致快速发电机的情况下，当扭曲的细丝消失的发电机行动不能支持以及。这就是平面流的Cowling-Zeldovich定理。使用磁场各向同性假设来计算发电机的快速性质。最近，对于无功发电机，使用非完整Frenet标架得到了类似的结果[Garcia de Andrade，AN（2008）]。这里讨论的拉伸-扭转-折叠（STF）简化模型可用于制定麦迪逊发电机实验（MDE）设施中的未来实验[Nornberg et al，Phys Plasmas（2008）]。虽然他们的运行实验处理的磁场是正交的流动，其他拓扑结构也被用于这里，在未来的实验眼睛。MDE中未拉伸的细丝显示Visik抗快速发电机作用适用[Garcia de Andrade[Phys Plasmas（2008）]。
2009-04-10 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
Bistability and hysteresis of dipolar dynamos generated by turbulent convection in rotating spherical shells
证明了旋转球壳中湍流对流磁流体动力偶极发电机的双稳态和磁滞现象。磁滞出现作为两个不同的制度之间的过渡偶极发电机具有相当不同的属性，包括轴对称极向场分量的幅度的显着差异，并在差分旋转的形式。的双稳态发生从发电机行动的发病高达约9倍的临界值的瑞利数的对流发病和在很宽的范围内的普通和磁普朗特数的值，包括值的统一。
2009-04-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Shell Models of Magnetohydrodynamic Turbulence
流体动力学湍流的壳模型起源于七十年代。他们的主要目的是用一组简单的常微分方程来描述谱空间中均匀和各向同性湍流的统计。在八十年代，磁流体动力学（MHD）湍流的壳模型出现的基础上相同的原则，作为他们的流体动力学对应部分，但也纳入磁场和速度场之间的相互作用。近年来，已经取得了重大进展，如列入非本地相互作用和适当的定义螺旋度。虽然壳模型不能解释MHD湍流的空间复杂性，但它们的动力学并没有过度简化，并且确实反映了真实MHD湍流的动力学，包括大尺度模式的不稳定性或混沌反转。此外，这些模型使用无量纲参数的实际值（高动力学和磁雷诺数，低或高磁普朗特数），允许扩展的惯性范围和准确的耗散率。使用现代计算机，直接数值模拟很难达到30年的惯性范围，而使用壳模型则可能达到8年。在本文中，我们建立了一个通用的数学框架，可以描述任何磁流体壳模型。介绍了后者的种类及其优缺点。最后，我们考虑了一些应用，处理自由衰减MHD湍流，发电机行动，阿尔芬波和霍尔效应。
2013-04-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energetics of turbulence generated by chiral MHD dynamos
已知左右手费米子数密度的不对称性会在感应方程中产生一个新的项，从而导致发电机不稳定性。在高温下，当手征不对称性可以持续足够长的时间时，这种手征发电机不稳定性可以有效地放大磁场，这反过来又通过洛伦兹力驱动湍流。虽然在数值模拟中已经证明了这种手性磁驱动湍流的存在并强烈影响磁场的动力学，但该过程的细节仍然不清楚。本文的目的是分析手征磁驱动湍流的能量学及其对磁场的产生和动力学的影响，采用直接数值模拟。我们研究了不同初始条件下的这些效应，包括初始手性化学势和磁性普朗特数Pm的变化。特别是，我们确定的比率的动能，磁能，Uppermance，在手性磁驱动湍流。在本研究中探索的参数空间内，Upperdance达到约0.064-0.074的值-独立于初始手性不对称性和Pm=1。我们的模拟表明，当通过降低粘度来增加Pm时，Upperdance按幂律减小。虽然精确的标度取决于拟合准则和雷诺数状态的细节，但报告的近似结果为Upperdance（Pm）=0.1 Pm^{-0.4}。利用数值模拟的结果，我们分析了早期宇宙中手征磁驱动湍流的能量学。
2018-08-28 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
Nonlinear dynamo action in a precessing cylindrical container
利用磁流体动力学（MHD）程序数值模拟了圆柱形容器中的旋进效应。这一结果进一步证实了这样一个假设，即岁差可以强到足以成为某些天体中发电机作用的来源之一。
2011-02-09 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Parameter dependences of convection driven dynamos in rotating spherical fluid shells
为了理解行星和恒星发电机的对流驱动发电机在旋转球壳的主要参数依赖的概述是可取的。虽然计算上可访问的参数空间是有限的，早期的工作是扩展的，重点是更高的普朗特数和均匀的热通量条件的外边界。从发电机占主导地位的非轴对称分量的磁场占主导地位的轴对称分量取决于磁普朗特数，以及在普通的普朗特数为较高的值的旋转参数$τ$。还讨论了后一个参数的过渡的依赖性。各种振荡发电机提出和解释发电机波，驻波或修改松弛振荡。
2009-04-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Some Unusual Properties of Turbulent Convection and Dynamos in Rotating Spherical Shells
旋转球壳中对流流体的动力学在单位阶普朗特数下由微分旋转和滚动状对流涡之间的相互作用所控制。虽然差动旋转是由涡的雷诺应力驱动的，但其剪切作用抑制了对流，并导致局部对流和湍流弛豫振荡等现象。在发电机动作的情况下，系统的响应被丰富。洛伦兹力可以完全或部分地制动地转差旋，并产生两种截然不同的发电机状态。当磁普朗特数为1时，湍流发电机存在双稳性。虽然平均磁能和动能之间的比率相差5倍或更多的两个发电机状态，平均对流热传输几乎相同。它们比没有磁场时大得多。
2009-05-22 physics.flu-dyn physics.space-ph
DRESDYN - A new facility for MHD experiments with liquid sodium
用于DYNamo和热工水力学研究的DREsden Sodium设施（DRESDYN）旨在作为与地球和天体物理学有关的大规模实验以及与液态金属电池和液态金属快堆的热工水力学和安全方面有关的实验的平台。DRESDYN框架内最雄心勃勃的项目是一个由进动驱动的均匀磁流体发电机和一个大型泰勒-库埃特型实验，用于磁旋转不稳定性和泰勒不稳定性的联合调查。在本文中，我们对正在进行的准备工作进行了简短的总结，并描绘了实现DRESDYN的下一步。
2012-01-27 physics.flu-dyn
The dynamo bifurcation in rotating spherical shells
我们调查的性质发电机分岔的配置适用于地球的液体外核，即在一个旋转的球壳与热驱动的运动。我们表明，分叉的性质，这可以是超临界或亚临界，甚至采取孤立（或分离瓣）的形式强烈依赖于参数。这种依赖性是描述在一系列参数的数值访问（不幸的是，仍然远离地球物理应用），我们展示了如何磁普朗特数和埃克曼数控制这些转变。
2010-06-06 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Convective dynamo action in a spherical shell: symmetries and modulation
本文研究了球壳中三维旋转滞弹性对流驱动的发电机作用。出于对太阳发电机的行为，我们研究了不同对称性的磁流体模式的相互作用，并演示了如何复杂的对流，差分旋转和磁场之间的相互作用可能会导致调制的基本周期。对于一些参数，类型1调制通过在不同对称性的模式之间的能量转移而发生，而整体振幅几乎没有变化，对于其他参数，调制是类型2，其中振幅受到显著影响（导致活性的极大极小值），而对称性没有显著变化。最重要的是，我们确定了存在的“超调制”的解决方案，其中的活动之间的1型和2型调制混乱切换，这被认为是一个重要的过程中的太阳活动。
2016-07-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Prandtl number dependence of convection driven dynamos in rotating spherical fluid shells
普朗特数$P$的值对充满导电流体的旋转球壳中的对流驱动发电机产生强烈的影响。低普朗特数通过由差动旋转提供的剪切促进发电机作用，而磁场的产生在高普朗特数流体中更难以维持，其中需要更高的磁性普朗特数$P_m$值。发电机理论中经常使用的磁旋近似似乎只对相对较高的$P$和$P_m$值有效。具有最小值$P_m$的发电机似乎在对流柱存在下在$P$的适度低值下最容易实现。磁场的结构随着$P$的变化而变化，在$P$的高值时，发现具有强轴向偶极场的发电机，而在$P$的低值时，该分量的能量被轴对称环向场的能量和非轴对称分量的能量超过。本文讨论了由导电液核运动产生行星磁场的问题。
2009-10-23 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Small-scale magnetohydrodynamic dynamos: from deterministic chaos to turbulence
本研究借助数值模拟、地球物理及太阳观测，揭示小尺度MHD发电机磁场从确定性混沌到强湍流的随机化转变机制，用分布式混沌参数量化随机程度，发现磁流体不变量的调控作用，且模拟与观测定量吻合。
2024-06-25 physics.flu-dyn
MHD Turbulence in spin-down flows of liquid metals
强烈的自旋下降流允许人们在相对较小的实验室设置中使用中等质量的液态金属达到高Rm。环形通道中的下旋流是用于研究非定常流中发电机效应的第一种流态。在本文中，我们估计的效果，小规模的发电机在液态金属自旋下降流实现在实验室实验。我们的模拟证实了这样一个结论，即在镓实验中观察到的发电机效应很弱--只有在通道的最高可用旋转速度下才会出现小规模磁能的轻微爆发。在钠流中，感应效应相当强--钠自旋下降流的动能的一个重要部分被转换成磁能并由于焦耳热损失而耗散。我们已经扩展了我们的模拟超出了现有的实验室设施的能力，并检查了通道旋转速度ω>> 50 rps的自旋下降流。已经发现，$Ω\approx 100$ rps足以在最低波数（最大尺度）处达到磁和动力学谱功率密度的均分，而在ω>= 200 rps处，磁场的强度变得与速度场波动的强度相当。我们还研究了在下旋流动中，Pm对小尺度发电机效率的影响。在实验的自旋下降流中，小尺度发电机保持在准运动状态，并且磁能主要以相同的尺度耗散，其中它从动能转换。当Pm>10^{-4}时，真正的小型发电机开始运转，磁能谱出现惯性区。因此，能量耗散推迟到更晚的时间和更小的尺度，和湍流能量（动能和磁）的峰值略有增加与Pm。
2017-09-25 physics.flu-dyn
Dissipative structures in a nonlinear dynamo
本文研究了Archontis发电机系统中流体流动产生的磁场：一个稳定的非线性磁流体动力学（MHD）状态由一个预定的体积力驱动。场和流变得几乎相等，耗散集中在以直线分离面为中心的雪茄状结构中。能量和耗散的数值标度律给出了以前的计算扩展到较小的扩散系数。发电机的对称性，连同它们的影响，沿分界线的场和流的结构。雪茄样耗散区域的缩放，作为扩散系数的平方根，解释了附近的分界线的近似。给出了定常受迫MHD方程解的存在性和光滑性的严格结果。
2010-07-30 astro-ph.EP nlin.CD physics.flu-dyn
Understanding Helical Magnetic Dynamo Spectra with a Nonlinear Four-Scale Theory
最近MHD发电机模拟磁普朗特数$>1$表明，当MHD湍流被迫与足够的动能螺旋度，饱和磁能谱的演变，从有一个单一的峰值低于强制规模成为双峰与一个峰值在系统（=最大）的规模和一个在强制规模。最近的非线性双尺度非线性螺旋发电机理论，其中的系统和强制尺度进行相反的符号的磁螺旋度的系统尺度场的增长是很好的模拟。但是双尺度理论不能模拟小尺度峰值向强迫尺度的移动。在这里，我开发了一个四尺度螺旋发电机理论，它表明，小尺度的螺旋磁能首先在非常小的尺度饱和，但随后在较大的尺度在较大的值连续饱和，最终成为主导的强迫规模。小尺度峰值向强迫尺度的转移是在大尺度场运动学增长区结束时完成的，对于大的$R_M$，小尺度峰值向强迫尺度的转移不依赖于磁雷诺数$R_M$。四尺度和双尺度理论随后几乎相同地发展，并且都显示出系统上显著的场增长和独立于$R_M$的强迫尺度。在本方法中，频谱的螺旋和非螺旋部分在很大程度上是解耦的。分数螺旋湍流的影响进行了讨论。
2003-06-23 astro-ph 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
Small-scale chaotic dynamo and spontaneous breaking of local reflectional symmetry in magnetohydrodynamics
它示出，使用直接数值模拟的结果，局部反射对称性（和相应的本地化的动力学和磁螺旋）的自发破缺可以主导的小尺度MHD发电机在瑞利-B {é}nard对流的混沌动力学，在强分层下的动力学强迫流，在近地表太阳对流，并在动力学强迫流在大磁雷诺数。确定性和螺旋分布混沌的概念已被用于这一目的。大、小尺度发电机机制的共存以及所得结果在太阳光球平静区和活跃区的应用已作了简要讨论。
2022-09-13 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
Dynamo theories
这些讲义是基于2017年在Les Houches的等离子体物理冬季学校提供的教程。他们的目的是提供一个独立的研究生水平介绍湍流流体和等离子体中发电机效应的理论和建模，并结合该领域当前研究的回顾。主要重点是发电机理论的不同（湍流）分支基础的物理和数学概念，一些天体物理，地球物理和实验背景在整个文件中传播。正文首先介绍了基本原理，观测和历史根源的主题，并磁流体力学的基本概念相关的发电机理论。接下来的两节讨论了（线性和非线性）小型和大型磁流体发电机的基本现象学和数学方面。这些部分的补充是一个选择当前活跃的研究课题在该领域的概述，包括地球和太阳发电机的数值模拟，剪切发电机驱动的湍流与零净螺旋度，磁流体动力学不稳定性驱动的发电机，如磁旋转发电机。困难的问题，一个统一的，自洽的统计处理的小型和大型发电机在大磁雷诺数也讨论了整个文本。最后，一个短途旅行是相对较新的，但越来越受欢迎的领域磁场产生弱碰撞等离子体。对该领域未来的前景和挑战进行了简短的讨论，结束了演讲。
2019-08-29 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
High-speed shear driven dynamos. Part 2. Numerical analysis
本文旨在数值验证同伴论文Deguchi（2019）中提出的磁流体动力学（MHD）流动的大雷诺数渐近理论。为了避免与湍流和流动几何形状的混沌性质相关的任何复杂性，已利用平面Couette流中的粘性电阻磁流体动力学方程的非线性稳态解。确定了两类能有效地将动能转换为磁能的非线性MHD态。在已知的平面Couette流的流体动力学解分支上施加展向均匀小磁场，可以得到第一类非线性状态。的非线性状态的特点是由流体动力学/磁辊条纹和共振层，在那里观察到强涡和电流片。这些流动特征以及诱导的强流向磁场与Deguchi（2019）提出的涡旋/Alfvén波相互作用理论完全一致。当展向均匀磁场关闭时，溶液变成纯粹的流体动力学。然而，在零外部磁场极限下的第二类“自持剪切驱动发电机”可以通过受展向均匀电流场的强迫态的同伦来找到。发电机状态的发现激发了Deguchi（2019）相应的大雷诺数匹配渐近分析。在这里，由渐近理论导出的简化方程已被数值求解。渐近解提供了非常好的预测有限雷诺数发电机解决方案。
2019-03-22 physics.flu-dyn
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
Magnetic helicity dissipation and production in an ideal MHD code
我们研究了一个湍流螺旋发电机在一个周期性的域通过求解理想磁流体动力学（MHD）方程与FLASH代码使用发散清洗八波方法，并比较我们的结果与直接数值模拟（DNS）使用的ESTA代码。在低分辨率下，FLASH通过产生DNS所期望的大规模磁场来定性地再现DNS结果，但是在更高分辨率下，没有获得大规模磁场。在所有产生大尺度磁场的情况下，理想MHD结果在小尺度下产生的功率太小。因此，与DNS相比，小尺度电流螺旋度太小。由此产生的净电流螺旋度总是错误的符号，并且其统计平均值也不会像DNS所预期的那样在后期接近零。我们的研究结果的恒星和银河系的磁性使用理想的MHD代码的天体物理发电机模拟的影响。
2020-01-26 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Baroclinically-driven flows and dynamo action in rotating spherical fluid shells
由于对太阳和恒星内部越来越详细的观测，稳定分层的恒星辐射带的动力学引起了相当大的兴趣。本文报道了第一个非轴对称和时间依赖性的模拟流滞弹性流体驱动的斜压扭矩在稳定分层旋转球壳-一个系统作为恒星辐射区的基本模型。随着斜压性的增加，从简单到更复杂的流的分叉序列被发现，其中一些可用的对称性的问题随后被打破。随着斜压性的增加，气流的极向分量相对于主导的环向分量而增加。磁场产生的可能性，从而出现，本文继续提供一些迹象，自持发电机行动在斜压驱动流。我们推测，稳定分层的恒星内部的磁场，因此不一定是化石的起源，因为它是经常假设。
2017-07-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Interaction of large- and small-scale dynamos in isotropic turbulent flows from GPU-accelerated simulations
磁流体发电机出现在许多不同的天体物理情况下，湍流存在，但大尺度（LSD）和小尺度发电机（SSD）之间的相互作用还没有完全理解。我们进行了系统的研究各向同性强迫驱动的湍流发电机在等温磁流体与磁普朗特数的单位，专注于指数增长阶段。螺旋和非螺旋强迫被用来分离LSD和SSD的影响在一个周期域。检查了高达$\approx 250$的雷诺数（Rm），并使用多种分辨率进行收敛性检查。我们使用Astaroth代码运行了模拟，该代码旨在加速图形处理单元（GPU）上的3D模板计算，并采用多个GPU进行点对点通信。我们观察到的加速$\approx 35$在单节点性能相比，广泛使用的多CPU MHD求解器的MHD代码。我们从平均磁场及其功率谱估计了生长速率。在低Rm，LSD增长占主导地位，但在高Rm SSD似乎占主导地位，在螺旋和非螺旋强迫的情况下。纯SSD增长率遵循作为Rm的函数的对数标度。从生长阶段的磁场的概率密度函数表现出SSD行为在螺旋强迫的情况下，即使在中间Rm。我们估计平均场湍流输运系数使用封闭，如二阶相关近似（SOCA）。它们产生的生长速率与直接测量的相似，并提供了$α$淬灭的证据。我们的研究结果是一致的SSD抑制LSD的增长在中等的Rm，而发电机的增长是在更高的Rm增强。
2020-12-16 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Magnetic energy dissipation and mean magnetic field generation in planar convection driven dynamos
发电机在旋转对流平面层的数值研究的重点是磁能和耗散率，和平均场的产生（其中的平均值是采取在水平面）。与通量瑞利数的磁能的缩放是不同的缩放球壳中提出的，而相同的依赖性的磁耗散长度上的磁雷诺数被发现的两种几何形状。在快速旋转的对流平面层中，存在有平均场和无平均场的发电机。
2014-06-23 physics.flu-dyn physics.geo-ph physics.plasm-ph
Universal Nonlinear Small-Scale Dynamo
我们考虑天体物理相关的非线性磁流体发电机在大雷诺数（Re）。我们认为，在一定意义上，磁能的增长率是湍流总耗散率的一个常数C_E，这是普遍的。基于局部性界限，我们声称这种“小规模发电机的效率”C_E对于大Re来说是一个真正的常数，并且仅由均分尺度下的强非线性动力学决定。我们在数值模拟中测量了C_E，并在最高分辨率模拟中观察到约0.05的值。我们解决了C_E很小的问题，不像Kolmogorov常数是阶单位的。
2011-09-21 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
Regimes of thermo-compositional convection and related dynamos in rotating spherical shells
地球和行星内部的对流和磁场产生是由热梯度和成分梯度驱动的。本文对快速旋转球壳中充满不可压缩双组分导电流体的有限振幅双扩散对流和发电机作用进行了数值模拟。在最近的线性分析中确定了四种不同的旋转双扩散对流状态（Silva等人，2019年，地球物理学。占星术。流体动力学，doi：10.1080/03091929.2019.1640875）在不稳定开始后持续存在，而其状态转换仍然是突然的。在半对流和指状制度的特征流速是小的相比，在热和成分为主的翻转制度，而纬向流仍然很弱，除了热为主的所有制度。成分占主导地位的翻转对流表现出显着较窄的方位角结构相比，所有其他制度，而差分旋转成为占主导地位的流动成分，在热为主的情况下，驱动增加。发电机作用发生在除了指进对流以外的所有区域。虽然发电机坚持在半对流制度，他们是非常小的流量强度和非常弱的差分旋转在这个制度，使极向到环向场转换成问题。发电机在热占主导地位的制度，包括振荡的偶极，四极和多极的情况下，类似于从早期的参数研究。发电机的成分占主导地位的制度表现出柔和的时间变化，并保持主要是由于弱纬向流在这个制度的偶极。这些结果大大增强了我们对行星核心流和磁场的主要驱动因素的理解。
2020-04-25 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Precessing spherical shells: flows, dissipation, dynamo and the lunar core
行星或卫星的岁差通过驱动流动、不稳定性和可能的发电机来影响内部液体层。这些现象所耗散的能量可以影响轨道参数，如行星的自旋速率。然而，在与行星相关的球壳几何中，还没有系统地研究这些流动，标度律的缺乏阻碍了对天体的令人信服的外推。我们已经运行了900多个受岁差影响的流体球壳的模拟，以系统地研究基本流动，不稳定性，湍流和磁场产生。我们观察到内核对不稳定性的发生没有显着影响。我们获得了粘性耗散的分析估计，主要是由于我们模拟中的边界层摩擦。我们提出了流体动力学不稳定性的理论发生，并记录了湍流波动的强度。我们将以前的进动发电机研究扩展到较低的粘度，在当今计算机的极限。在低粘度区，进动发电机依赖于大尺度涡旋的存在，表面磁场由小尺度主导。有趣的是，我们的研究结果表明，大规模的行星磁场不太可能由岁差产生，驱动发电机在一个球形的核心。但这个问题仍然开放，因为行星核心不完全是球形的，因此，流体和边界之间的耦合并没有消失在相关的限制小粘度。此外，在模拟中还没有达到完全的湍流耗散状态。2我们的结果表明，熔化的月核在其整个历史中一直处于湍流状态。3此外，从最近的实验结果来看，我们提出了更新的公式预测流体的平均旋转矢量和相关的耗散在层流和湍流制度。
2019-02-06 physics.class-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Turbulent kinematic dynamos in ellipsoids driven by mechanical forcing
在对流驱动流的背景下，行星核心中的发电机作用已经得到了广泛的研究。在这封信中，我们表明，机械强迫，即潮汐，天平动和岁差，也能够在运动学上维持一个磁场对欧姆扩散。文献中发表的先前尝试集中于层流响应或考虑理想化的球形配置。相比之下，我们专注于在这里的发达国家的湍流制度，我们自洽地解决磁流体动力学（MHD）方程在一个椭圆形容器。我们的研究结果开辟了新的途径，在发电机理论中，对流和机械强迫都可以独立或同时发挥作用。
2018-11-05 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Semi-convection in rotating spherical shells: flows, layers and dynamos
CNRS（法国国家科学研究中心）
通过直接数值模拟研究旋转球壳几何中的半对流不稳定性，发现流动自组织形成密度阶梯和分层结构，并产生类行星的偶极磁场。
2026-07-24 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Chiral fermion asymmetry in high-energy plasma simulations
手征磁效应（CME）是一种量子相对论效应，描述了沿磁场出现的附加电流。它是由左手和右手费米子的数密度之间的不对称引起的，当手征翻转率可以忽略时，例如在早期宇宙中，它可以保持在高能量下。在麦克斯韦方程组中加入CME，得到一组修正的MHD方程。我们讨论了如何在PENCIL代码中实现CME。日冕物质抛射在磁场的演化中起着关键作用，因为它导致了与感应方程中的附加项相关的发电机效应。这一项在形式上类似于经典平均场MHD中的$α$效应。然而，手征发电机可以在没有湍流的情况下运行，并且与小的空间尺度有关，在早期宇宙的情况下，这些空间尺度可能低于哈勃半径。在平均场论中也发现了手性$α_μ$效应.它发生在湍流的存在下，但与动力学螺旋度无关。根据等离子体的参数，手征发电机不稳定性可以放大磁场许多数量级。这些不稳定性可以影响MHD波的传播，这是由我们的DNS证明。我们还研究了手征化学势和普通化学势的演化之间的耦合，这是成比例的左，右手费米子的数密度之和。这种耦合的一个重要后果是手征磁波（CMW）的出现。我们确认数值线性CMW和MHD波没有相互作用。我们的模拟表明，化学势只有轻微的影响，手性发电机的非线性演化。
2019-03-26 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
