Absolute versus convective helical magnetorotational instabilities in Taylor-Couette flows
本文研究了具有无量纲半径$r_i=1$和$r_o=2$，轴向具有周期性波长$h\ge100$的系统中的磁Taylor-Couette流。内、外圆柱体的旋转比被调整为略微处于瑞利稳定状态，其中需要磁场来使流动不稳定，在这种情况下触发轴对称螺旋磁旋转不稳定性（HMRI）。考虑两种施加磁场的选择，两者都具有相同的方位角分量$B_ϕ=r^{-1}$，但不同的轴向分量。第一种选择是$B_z=0.1$，并产生熟悉的HMRI，由单向行波组成。第二种选择具有$B_z\approx0.1\sin(2πz/h)$，并且产生根据$B_z$的符号在相反方向上行进的HMRI波。第一种构型对应于对流不稳定，第二种构型对应于绝对不稳定。这两种变体的行为非常相似，无论是线性发作，以及非线性平衡。
2017-04-06 physics.flu-dyn
Transition to magnetorotational turbulence in Taylor--Couette flow with imposed azimuthal magnetic field
磁旋转不稳定性（MRI）被认为是天体物理吸积盘中湍流和动量传输的强大来源，但获得其操作的观测证据是具有挑战性的。最近，泰勒-库埃特流与外部施加的轴向和方位角磁场的实验室实验已经揭示了MRI的运动学和动力学特性接近不稳定的开始。虽然良好的协议被发现与线性稳定性分析，鲜为人知的是过渡到湍流和运输性能的MRI。我们在这里报告的MRI与施加方位磁场的数值调查。我们表明，层流泰勒-库埃特流变得不稳定的波旋转的方位角方向和立场，在轴向方向通过超临界霍普夫分岔。随后，流动的特点是一个灾难性的过渡到时空缺陷介导的亚临界次谐波Hopf分岔。我们的结果是在定性协议与PROMISE实验，并显着扩展其可实现的参数范围。我们发现，随着雷诺数的增加，缺陷积累和成长为湍流，但动量输运的规模弱。
2015-09-11 physics.flu-dyn
The weakly nonlinear magnetorotational instability in a global, cylindrical Taylor-Couette flow
我们进行了一个全球性的，弱非线性分析的磁旋转不稳定性（MRI）在泰勒-库埃特流。这是一个多尺度扰动处理的非理想的，轴对称MRI阈值附近，受现实的径向边界条件和圆柱形的几何形状。我们分析了由恒定垂直背景磁场初始化的标准MRI和具有方位角背景场分量的螺旋MRI。这是第一个弱非线性分析的MRI在全球泰勒-库埃特几何，以及第一弱非线性分析的螺旋MRI。我们发现，标准MRI的振幅的演变是由一个真正的Ginzburg-Landau方程（GLE），而螺旋MRI的振幅采取的形式，一个复杂的GLE。这表明，饱和状态的螺旋MRI本身可能是不稳定的长期空间和时间尺度。
2017-04-28 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Helical magnetorotational instability in a Taylor-Couette flow with strongly reduced Ekman pumping
磁旋转不稳定性（MRI）通过维持流体动力学稳定的开普勒吸积盘中的湍流，被认为在恒星和黑洞的形成中起着关键作用。在以前的实验中，通过施加螺旋磁场，在中等雷诺数的液态金属泰勒-库埃特流中观察到MRI。这种螺旋MRI（HMRI）的观察受到固体端盖驱动的显着Ekman泵浦的干扰，该端盖将不稳定性仅限于泰勒-库埃特细胞的一部分。本文描述了在改进的泰勒-库埃特装置中的HMRI的观察，通过使用分裂端盖显著降低了Ekman泵浦。HMRI现在遍布细胞的整个高度，看起来更清晰，与数值预测更一致。通过分析各种参数的依赖关系，我们得出结论，所观察到的HMRI代表了一个自我维持的全球不稳定性，而不是一个噪声持续对流。
2009-04-07 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Magnetorotational instability in Taylor-Couette flows between cylinders with finite electrical conductivity
研究了有限电导率圆柱间磁流体泰勒-库埃特流的非轴对称方位磁旋转不稳定性。我们发现，磁普朗特数Pm决定是否完美的导电或绝缘的边界条件导致较低的哈特曼数的发病不稳定。无论施加的旋转配置文件，对于小的Pm的解决方案，完美的导电圆柱体变得不稳定的较弱的磁场比绝缘圆柱体的解决方案。临界哈特曼数和雷诺数形成圆柱体和流体的电导率的比率的单调函数，使得约10的比率提供了对完美导电圆柱体的非常好的近似，并且约0.1的比率提供了对绝缘圆柱体的非常好的近似。这些结果是特别相关的超旋转的情况下，外圆筒旋转速度比内一个;在这种情况下，临界起始值是完全不同的导电与绝缘的边界条件。超旋转不稳定性的实验实现，液体钠作为流体和圆柱体由铜制成，将需要至少33.5千欧的电流沿中心轴运行。
2018-08-08 physics.flu-dyn
Traveling waves in magnetized Taylor-Couette flow
本文对低磁雷诺数下磁化泰勒-库埃特流中观察到的一种行波模式进行了数值研究。通过精确地模拟粘性和磁性边界在各个方向上，我们重现实验测量的波图案和它们的振幅。与以前的说法相反，波被证明是由粘性边界层，而不是全球不稳定的磁旋转模式发射的瞬态放大扰动。
2007-06-22 astro-ph physics.flu-dyn
Paradoxes of magnetorotational instability and their geometrical resolution
磁旋转不稳定性（MRI）触发湍流，使流体动力学稳定的吸积盘的角动量向外传输。利用WKB近似和奇异函数理论的方法，我们解决了磁普朗特数为无穷大和为零时出现的两个不同的磁共振成像悖论。对于后一种情况，我们得到了一个新的严格限制的临界Rossby数。这个新的极限${\rm Ro_c}=-0.802$，它出现在一个有限的Lundquist数${\rm Lu}=0.618$，扩展了以前已知的无诱导刘极限${\rm Ro_c}=-0.828$有效的${\rm Lu}=0$。
2011-05-17 astro-ph.SR math-ph math.MP
Inviscid helical magnetorotational instability in cylindrical Taylor-Couette flow
本文分析了与天体物理条件有关的无粘极限轴对称螺旋磁旋转不稳定性（HMRI）。采用零磁普朗特数定义的无感近似来区分螺旋磁场作用下圆柱形泰勒-库埃特流中的HMRI和标准MRI。用Chebyshev配点法计算了在内外半径比λ=2，旋转率和磁场螺旋度不同的情况下，对流和绝对不稳定性的阈值。研究发现，超出Rayleigh极限的自持HMRI模式的扩展不仅在窄能隙近似下，而且在有限能隙近似下都没有达到天体物理相关的Keplerian旋转轮廓。开普勒极限只能通过对流HMRI模式提供的边界是完美的传导。然而，这种模式不仅需要一个永久的外部激励是可观察的，但也有一个长的轴向波长，这是不兼容的厚度有限的天体物理吸积盘。
2011-12-19 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The gap-size influence on the excitation of magnetorotational instability in cylindrical Couette flows
本文研究了不同间隙宽度的轴向无限泰勒-库埃特流的磁旋转不稳定性的激发条件。圆柱体被认为是由完美的导电或绝缘材料和导电流体有限，但小的磁性普朗特数旋转的准开普勒速度分布。该解决方案是优化相对于波数和雷诺数的内圆筒的旋转。对于轴对称模式，我们发现所施加的轴向磁场的临界Lundquist数越低，圆柱之间的间隙越宽。对于诱导细胞结构获得了类似的结果：间隙越宽，细胞越球形。对于固定尺寸的外筒，内筒的边际转速在间隙宽度不太宽和不太窄的情况下总是具有最小值。对于理想导电壁，最小值位于$r_{\rm in}\simeq 0.4$，而对于绝缘壁，最小值位于$r_{\rm in}\simeq 0.5$，其中$r_{\rm in}$是内圆柱的归一化半径。激发不稳定性的最低磁场幅值是理想导电圆柱体之间的泰勒-库埃特流所需的，其间隙对应于$r_{\rm in}\simeq 0.2$。对于甚至更宽的间隙和非常薄的间隙，所需的磁场和旋转频率被示出为变得相当巨大。还考虑了含$|m|=1$的非轴对称模式。与轴对称模式相比，它们的激励通常需要更强的磁场和更高的磁雷诺数，这对于具有$r_{\rm in} \lesssim 0.3$的宽间隙容器是真实的。
2023-03-25 physics.flu-dyn
On the relation of standard and helical magnetorotational instability
磁旋转不稳定性（MRI）通过使开普勒盘中的湍流（否则流体动力学稳定）对宇宙结构的形成起着至关重要的作用。特别关注具有小磁性普朗特数的液体金属的MRI实验，已经表明这种不稳定性的螺旋版本（HMRI）具有与标准MRI（SMRI）完全不同的标度行为。我们讨论的关系，HMRI SMRI探索各种参数的依赖关系。我们确定的不稳定性模式之间的转移机制，通过光谱异常点，解释了从静止不稳定（SMRI）的过渡到不稳定的行波（HMRI）和激励的HMRI在无感的限制。对于某些参数区域，我们发现新的岛屿的HMRI。
2009-10-31 astro-ph.HE astro-ph.SR math-ph
Quasi-two-dimensional nonlinear evolution of helical magnetorotational instability in a magnetized Taylor-Couette flow
磁旋转不稳定性（MRI）是天体物理学中的基本过程之一，在各种各样的宇宙物体中驱动角动量输运和质量吸积。尽管在过去的几十年里，理论/数值和实验的努力，它的饱和机制和振幅，设置角动量输运率，仍然没有得到很好的理解，特别是在高电阻率的限制，或小的磁性普朗特数典型的内部（死区）的原行星盘，液体核心的行星和液态金属在实验室中。使用直接数值模拟，在本文中，我们调查的非线性发展和饱和特性的螺旋磁旋转不稳定性（HMRI）-一个相对的标准MRI -在磁化泰勒-库埃特流在非常低的磁普朗特数（相应地在低磁雷诺数）有关的液体金属。为了简单起见，方位场与轴向场的比率保持固定。从HMRI的线性理论可知，Elsasser数或相互作用参数决定其增长率，并在动力学中起着特殊的作用。我们表明，这个参数也是重要的非线性问题。通过增加它的值，从弱非线性（其中系统略高于线性稳定性阈值）到强非线性或湍流状态的突然过渡发生。我们计算的方位角和轴向的能量谱对应于这两个制度，并表明，他们定性不同。值得注意的是，在所有情况下，非线性状态仍然几乎轴对称，这表明HMRI湍流是准二维的性质。虽然非轴对称模式的贡献随着Elsasser数的增加而适度增加，但它们的总能量仍然比轴对称模式小得多。
2017-11-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Nonaxisymmetric linear instability of cylindrical magnetohydrodynamic Taylor-Couette flow
我们认为，在泰勒-库埃特流的螺旋磁场的应用程序下，主要是磁普朗特数接近无感极限的非轴对称模式的不稳定性，并进行了全面检查的边际稳定性在由此产生的参数空间。我们允许的方位角磁场产生的电流的组合在内部圆筒和流体本身，并引入一个参数，这些电流的强度之间的关系。一组非轴对称模式的不稳定性的控制本征值方程推导和解决的谱配置与Chebyshev多项式在相关的参数空间，与由此产生的不稳定性详细检查。我们发现，通过改变方位角的磁场配置文件的方位角磁旋转不稳定性，非轴对称螺旋磁旋转不稳定性，泰勒不稳定性产生有趣的动态，如不同的首选模式类型，和模式的方位角波数$m>1$。最后，比较了Kirillov $et$ $al$最近进行的WKB分析。[Kirillov，Stefani和Fukumoto，J. Fluid Mech.760，591（2014）]及其在线性状态中的有效性。
2015-10-20 physics.flu-dyn
Metamorphosis of helical magnetorotational instability in the presence axial electric current
本文对在螺旋形外磁场作用下，液态金属在轴向电流作用下的圆柱形泰勒-库埃特流动的稳定性进行了线性数值分析。轴对称扰动被认为是在无感近似对应于零磁普朗特数。轴对称使我们能够揭示一种全新的电磁不稳定性。首先，我们表明，通过液体的电流可以无限扩展的范围内的螺旋磁旋转不稳定性（HMRI）转化为一个纯粹的电磁不稳定性。两种不同的电磁不稳定性机制。第一种是内部箍缩型不稳定性，这是由于电流与其自身磁场的相互作用。这种不稳定性的轴对称模式需要方位磁场的自由空间分量。当磁场的方位分量为纯旋转分量且轴向分量不为零时，出现了一种新的电磁不稳定性。后者由静止流体中的电流与弱共线磁场的相互作用驱动，产生与方位旋转耦合的稳定的双旋环流。
2015-03-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Azimuthal magnetorotational instability with super-rotation
它表明，方位角磁旋转不稳定性（AMRI）也与径向增加的旋转速率相反，需要负剪切的轴向场的标准磁旋转不稳定性。本文研究了在环形磁场作用下，当圆柱间的背景场为无电流时，具有正剪切的导电Taylor-Couette流的非轴对称扰动稳定性。对于小的磁普朗特数Pm->0，中性稳定性曲线收敛于哈特曼数/雷诺数平面内，近似于在无电感极限Pm=0时得到的稳定性曲线。Pm=0的数值解表明存在一个下限的剪切速率。对于大的Pm的曲线比例与外筒的磁雷诺数，但流动总是稳定的磁普朗特数单位是典型的双扩散不稳定性。我们特别感兴趣的是知道中性稳定性的最小哈特曼数。对于静止或几乎静止的内圆柱体和具有完美导电圆柱体材料的模型，最小哈特曼数发生在半径比为0.9时。相应的临界雷诺数小于10.000。
2017-12-13 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.flu-dyn
Local instabilities in magnetized rotational flows: A short-wavelength approach
我们进行了局部稳定性分析的存在下，一个恒定的垂直磁场和方位角磁场与一般的径向依赖性的旋转流。采用短波长近似，我们开发了一个统一的框架调查的标准，螺旋，和方位角版本的磁旋转不稳定性，以及电流驱动的扭结型不稳定性。考虑到粘性和电阻设置，我们的主要焦点是小磁普朗特数的情况，例如，不仅适用于液态金属实验，而且适用于吸积盘的较冷部分。我们表明，以前被认为是局限于陡峭的旋转配置文件的无感应版本的MRI扩展以及开普勒的情况下，如果只有方位场稍微偏离其电流自由（在流体中）的配置文件。我们找到了一个明确的标准分离纯方位无感磁旋转不稳定性的制度，这种不稳定性与泰勒不稳定性混合。我们进一步证明，对于特定的参数配置的方位角MRI起源作为一个耗散引起的不稳定性的理想磁流体力学的Ehrasekhar的均分解决方案的结果。
2014-09-28 astro-ph.SR math.DS physics.flu-dyn
Noise-Sustained Convective Instability in a Magnetized Taylor-Couette Flow
对有限长圆柱内磁化泰勒-库埃特流的螺旋磁旋转不稳定性进行了数值研究。一个遥远的上游绝缘边界示出完全稳定的对流不稳定，同时降低绝对不稳定的增长率。高度越大，减少越不严重。在适当地模拟边界条件后，实验中观察到的波型原来是噪声持续的对流不稳定。当不稳定的Ekman层和Stewartson层产生的噪声源被切断后，在模拟中观察到缓慢衰减的惯性振荡。我们得出的结论是，迄今为止完成的实验尚未达到绝对不稳定的制度。
2008-10-13 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Observation of magnetocoriolis waves in a liquid metal Taylor-Couette experiment
报道了在实验室中首次观测到的快、慢磁科里奥利（MC）波。旋转非轴对称模式所产生的磁化湍流泰勒-库埃特流动的液体金属被确定为快和慢MC波的旋转频率上施加的磁场强度的依赖性。所观察到的慢MC波阻尼，但观察提供了一种手段，用于预测的磁旋转不稳定性的发病。
2010-02-19 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetized Ekman Layer and Stewartson Layer in a Magnetized Taylor-Couette Flow
在本文中，我们提出了轴对称的非线性模拟磁化Ekman和Stewartson层的磁化泰勒-库埃特流与离心稳定的角动量分布和磁雷诺数低于磁旋转不稳定性的阈值。发现磁场抑制了Ekman抽吸。Ekman层的宽度随着垂直于端板的磁场的增加而减小。外圆柱附近形成均匀旋转区域。强磁场导致从端盖处的差动旋转环之间的结发出稳定的Stewartson层。随着雷诺数的增大，Stewartson层变薄，随着磁场的增强和雷诺数的增大，Stewartson层进入主流的深度增大。然而，当雷诺数大于临界值$\sim 600$时，轴对称和非轴对称的不稳定性发生，并导致Stewartson层不太突出，从边界延伸得不太远。
2008-04-26 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Experimental evidence for non-axisymmetric magnetorotational instability in a rotating liquid metal exposed to an azimuthal magnetic field
磁旋转不稳定性（MRI）的方位角版本是在纯方位角磁场或主要方位角磁场的影响下流体动力学稳定的差动旋转流的非轴对称不稳定性。它可能是相当重要的不稳定吸积盘，并在MRI发电机的概念中起着核心作用。我们报告的结果，液体金属泰勒-库埃特实验表明，在哈特曼数的预期范围内的方位MRI的发生。
2014-06-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Instabilities in magnetized spherical Couette flow
我们报告的三维数值模拟的导电流体在球壳的流动时，施加磁场。不同的球形Couette配置进行了研究，通过改变内部和外部球体之间的旋转比，所施加的场的几何形状，以及内部球体上的磁边界条件。无论是Stewartson层或Shercliff层，伴随着径向射流，可以产生取决于旋转速度和磁场强度，和各种非轴对称不稳定的流动观察。我们发现，边界的存在所产生的不稳定性与磁旋转不稳定性（MRI）呈现惊人的相似之处。为此，我们将我们的数值结果与马里兰实验的实验观察进行比较，马里兰实验声称在类似的设置中观察MRI。
2011-06-01 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Taylor-Couette flow for astrophysical purposes
简要回顾了泰勒-库埃特流的天体物理实验和理论研究。感兴趣的流的差分旋转与内圆筒比外一个更快，但线性稳定对瑞利的无粘离心不稳定性。在剪切雷诺数高达10^6时，这种类型的流体动力学流动（准开普勒）似乎是非线性稳定的：没有看到不能归因于与轴向边界的相互作用而不是径向剪切本身的湍流。直接的数值模拟结果也是一致的，尽管它们还不能达到如此高的雷诺数。这一结果表明，吸积盘湍流不是纯粹的流体动力学的起源，至少在一定程度上，它是由径向剪切驱动。然而，理论预测了天体物理盘中的线性磁流体动力学（MHD）不稳定性：特别是标准磁旋转不稳定性（SMRI）。针对SMRI的MHD Taylor-Couette实验受到液态金属的低磁性普朗特数的挑战。需要高流体雷诺数和仔细控制轴向边界。对实验室SMRI的探索得到了回报，发现了SMRI的一些有趣的无感应表亲，最近报道的成功证明了SMRI本身利用导电轴向边界。一些突出的问题和近期的前景进行了讨论，特别是与天体物理学。
2022-12-16 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.IM
The role of boundaries in the MagnetoRotational Instability
本文用数值方法研究了轴向磁场作用下导电流体在圆柱形泰勒-库埃特流中的流动。为了尽量减少由于垂直无滑移边界引起的埃克曼再循环，在垂直端盖处使用两个独立旋转的环。这种配置再现了旨在观察磁旋转不稳定性（MRI）的实验室实验中使用的设置。我们的三维全球模拟表明，分叉的性质，非线性饱和，和轴对称MRI模式的结构显着影响边界的存在。此外，当外加场足够强时，还可以得到大尺度的非轴对称模。我们发现，这些模式相关的Kelvin-Helmoltz不稳定的自由Shercliff剪切层所产生的共同作用的应用领域和旋转环在端盖。最后，我们比较我们的数值模拟最近在普林斯顿MRI实验中获得的实验结果。
2012-01-09 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Transition to chaos and modal structure of magnetized Taylor-Couette flow
Taylor-Couette流常被用来作为恒星和吸积盘内部复杂旋转流动的简化模型。这些物体中的流动动力学受到磁场的影响。例如，如果流体是导电的，泰勒-库埃特几何中的准开普勒流动对于外部磁场中的行波或驻波变得不稳定;即使当流动是流体动力学稳定时，也存在不稳定性。这种磁旋转不稳定性导致混沌状态的发展，并最终，湍流，当圆柱体旋转足够快。在这种流动中的湍流过渡可以是复杂的，与时空混沌和准周期行为的区域，涉及一个或两个额外的调制频率的参数区域的共存。虽然周期流的不稳定模式可以用Floquet分析来识别，但在这里我们采用了一种更灵活的无方程数据驱动方法。我们分析了磁化泰勒-库埃特流从过渡到混沌的数据，并用动态模式分解识别与调制频率相关的流结构;这种方法是基于用线性无限维Koopman算子近似非线性动力学。使用这些结构，可以构建一个非线性简化模型的过渡。
2022-11-10 physics.flu-dyn
Nonlinear evolution of magnetorotational instability in a magnetized Taylor-Couette flow: scaling properties and relation to upcoming DRESDYN-MRI experiment
本研究分析了磁化Taylor-Couette流中标准磁旋转不稳定性（SMRI）的非线性演化与饱和性质，发现磁能和扭矩随雷诺数等参数呈特定幂律标度，为即将进行的DRESDYN-MRI实验中识别SMRI提供了理论依据。
2023-07-27 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Azimuthal Magnetorotational Instability at low and high magnetic Prandtl numbers
磁旋转不稳定性（MRI）被认为是流体动力学稳定的准开普勒流（如控制吸积盘流）中最强大的湍流源之一。虽然这些流的线性稳定性与外加磁场已经研究了几十年，向外的角动量输运的不稳定性的影响，必要的吸积盘，仍然不是众所周知的。在这项工作中，我们模型开普勒旋转泰勒-库埃特流和施加方位磁场使用线性和非线性的方法。通过线性分析和直接数值模拟（DNS），我们提出了缩放的不稳定性与哈特曼数和雷诺数的两个磁普朗特数的$1.4 \cdot 10^{-6}$和$1$。在不稳定域内部，具有不同轴向波数的模式占主导地位，导致不稳定子域，这些子域对于每个$Pm$来说似乎不同。DNS显示$Pm=1$的1-和2-频率时空振荡结构的出现接近不稳定性的开始，以及$Pm=1$的角动量输运的显着增强相比，$Pm=1.4 \cdot 10^{-6}$。
2016-11-22 physics.flu-dyn
Convective, absolute and global azimuthal magnetorotational instabilities
本文研究了具有方位磁场的Taylor-Couette（TC）流中方位磁旋转不稳定性（AMRI）的对流和绝对形式。我们发现，对流AMRI的域比绝对AMRI的域更宽。实际上，绝对不稳定性对磁TC流实验是最相关和最重要的。绝对AMRI，不像对流的，留在设备中，显示可通过实验检测到的持续增长。我们还研究了全球AMRI在TC流的有限高度使用DNS，并发现其新兴的蝴蝶型结构-向上和向下的行波的形式的时空变化-是在一个非常好的协议与线性稳定性分析，这表明存在两个占主导地位的绝对AMRI模式的流动引起这个全球蝴蝶图案。
2021-05-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Observation of axisymmetric standard magnetorotational instability in the laboratory
我们报告的第一个直接证据轴对称标准磁旋转不稳定性（SMRI）从一个磁化的液体金属剪切流在泰勒-库埃特细胞与独立旋转和导电端盖的实验和数值研究相结合。当沿旋转轴施加均匀的垂直磁场$B_i$时，由于剩余Ekman循环的磁化，内筒上的测量径向磁场$B_r$随着小的磁雷诺数$Rm$线性增加。在实验和非线性数值模拟中，从$B_r$超过临界$Rm$的非线性增加中识别轴对称SMRI的开始。轴对称SMRI只存在于足够大的$Rm$和中间$B_i$，与理论预测一致的功能。我们的模拟进一步表明，轴对称SMRI导致的速度和磁场，以贡献一个向外通量的轴向角动量在体区域，就像它应该在吸积盘。
2022-09-18 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.flu-dyn
Destabilization of super-rotating Taylor-Couette flows by current-free helical magnetic fields
在较早的论文中，我们表明，方位角磁场和超旋转的组合在泰勒-库埃特流动的导电流体可以对非轴对称扰动不稳定，如果磁普朗特数的流体是$Pm\neq 1$。在这里，我们表明，除了一个弱的轴向场分量可以允许轴对称扰动模式的$Pm$的顺序统一取决于边界条件。轴对称模式只发生在磁马赫数（方位场）的顺序单位，而更高的值是必要的非轴对称模式。不稳定性的典型增长时间和轴对称模轴向迁移的特征时间尺度与旋转周期相比较长，但与磁扩散时间相比较短。根据$B_ϕB_z$的符号，模式沿旋转轴在正或负$z$方向上传播。我们还表明，方位角分量的流和场扰动旅行的相位，如果$|B_ϕ|\gg |B_z|$，独立的形式的旋转法。在薄间隙的短波近似中，还示出（在附录中）对于{ \em理想}流体，所考虑的螺旋磁旋转不稳定性（HMRI）仅存在于具有负剪切的旋转定律中。
2021-02-01 physics.flu-dyn
Identification of a non-axisymmetric mode in laboratory experiments searching for standard magnetorotational instability
标准磁旋转不稳定性（SMRI）是天体物理盘中湍流和快速吸积的一种很有前途的机制。它是一种磁流体动力学（MHD）不稳定性，使流体动力学稳定的磁盘流不稳定。由于其在天文距离上的微观性质和实验室实验的严格要求，SMRI自提出以来一直未经证实，尽管它在天体物理学上具有重要意义。在这里，我们报告了一个非轴对称的MHD不稳定性在一个修改的泰勒-库埃特实验。为了寻找SMRI，沿旋转的液态金属流的旋转轴施加均匀的磁场。不稳定性最初呈指数增长，变得突出，只有足够的流动剪切和中等磁场。这些条件的不稳定性是定性一致的SMRI，但在磁雷诺数低于预测的线性分析与周期性轴向边界。三维数值模拟，然而，再现所观察到的不稳定性，表明它线性增长的主要轴对称流修改所施加的磁场。
2022-09-17 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.flu-dyn
The weakly nonlinear magnetorotational instability in a local geometry
磁旋转不稳定性（MRI）是吸积盘物理学的一个基本过程，但其饱和机制仍然知之甚少。我们提出了一个多尺度分析的非理想MRI在弱非线性制度-也就是说，当最不稳定的MRI模式有一个增长率渐近接近零从上面。在这里，我们发展我们的理论在一个地方，笛卡尔渠道。我们的结果证实了Umurhan等人（2007）的发现，即扰动振幅遵循Ginzburg-Landau方程。我们进一步发现，当考虑双极扩散的影响时，具有剪切周期边界条件的局部MRI系统将出现Ginzburg-Landau方程。饱和方位角速度和垂直磁场的详细力平衡表明，即使当扩散效应是重要的，通过减少背景剪切和重排和加强背景垂直磁场的组合过程的整体流量饱和。我们直接模拟了我们系统的金兹伯格-朗道振幅演化，并证明了我们的模型在长尺度和时间尺度上预测的斑图形成。我们比较弱非线性理论的结果，在薄间隙泰勒库埃特流的MRI的直接数值模拟。
2017-04-28 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Numerical and Experimental Investigation of Circulation in Short Cylinders
在准备的磁旋转不稳定性（MRI）在液体金属的实验研究中，我们探讨库埃特流具有高度可比的圆柱体之间的间隙，离心稳定的旋转，和高雷诺数。在水中的实验进行了比较与数值模拟。模拟结果表明，与外柱共转的端盖驱动一个强极向环流，重新分配角动量。预测的方位流剖面与实验测量结果吻合良好。正如层流埃克曼环流所预期的那样，自旋下降时间与雷诺数成比例; $Re\le 3200$二维模拟的外推结果与$Re\sim 10^6$的实验结果非常吻合。这表明湍流并不支配有效粘度。进一步详细的数值研究表明，一个强大的径向向内流动附近的两个端盖。在沿内圆柱垂直转向后，这些流动在中平面处会聚，并以径向射流离开边界。为了最小化MRI实验中的这种循环，提出了由多个差动旋转环组成的端盖。模拟预测，一个适当的近似理想的库埃特轮廓可以得到几个环。
2004-05-24 astro-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Astrophysical and experimental implications from the magnetorotational instability of toroidal fields
本文研究了两个共转无限长圆柱体之间的间隙中无电流环向场与差动旋转场的相互作用。结果表明，非轴对称扰动是不稳定的，如果旋转率和阿尔文频率的领域是相同的顺序，几乎无关的磁普朗特数Pm。对于很陡的转动律Ω \propto R^{-2}（瑞利极限）和较小的Pm，分别给出了具有通常雷诺数和哈特曼数的方位角磁转动不稳定性（AMRI）标度的转动和磁场阈值。基于这一发现，设计了一个实验室实验，在泰勒-库埃特容器中使用液态金属，如钠或镓。对于具有更平坦旋转定律的流体，雷诺数和哈特曼数不再是不稳定性的典型量。对于弱非线性系统，导出了磁普朗特数为\leq 1时的动能和磁能的数值。我们发现，磁能随磁雷诺数Rm单调增长，而动能随Rm/ \sqrt{Pm}增长。由此产生的湍流施密特数，作为“涡”粘度和被动标量（如锂）的扩散系数的比率是20的顺序为Pm=1，但对于小Pm它下降到为了统一。因此，在一个恒星的核心与化石领域和陡峭的旋转法律的角动量的运输AMRI总是伴随着激烈的混合等离子体，直到旋转变得刚性。
2013-11-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Non-axisymmetric modes of magnetorotational and possible hydrodynamical instabilities in the upcoming DRESDYN-MRI experiments -- linear and nonlinear dynamics
针对DRESDYN项目液态钠泰勒-库埃特MRI实验，研究非轴对称模式的线性与非线性动力学，明确其触发条件、饱和特性及对轴对称研究结论的影响，为实验探测提供理论支撑。
2024-03-06 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
From helical to standard magnetorotational instability: predictions for upcoming liquid sodium experiments
我们进行线性分析的轴对称磁旋转不稳定性（MRI）在磁化圆柱泰勒-库埃特（TC）流的标准版本（SMRI）与纯轴向背景磁场和两个进一步的类型-螺旋修改SMRI（H-SMRI）和螺旋MRI（HMRI）-在组合的轴向和方位角磁场的存在下。这项研究的目的是为即将到来的大规模液体钠MRI实验计划内的DRESDYN项目在Helmholtz-Zentrum德累斯顿-Rossendorf，所以我们探讨这些不稳定类型的典型值的主要参数：磁雷诺数，伦德奎斯特数和比的角速度的气缸，这是在这些实验中可以达到的。与以前在实验室中检测MRI的尝试相反，我们的结果表明，SMRI及其螺旋修改版本原则上可以在DRESDYN-TC设备中检测到上述参数的范围，包括天体物理学上最重要的开普勒旋转，尽管液体钠的磁性普朗特数非常小。由于在实验中，我们计划接近（H-）SMRI从以前研究的HMRI制度，我们排除了两个制度之间的连续和单调的过渡。我们发现，H-SMRI，像HMRI，代表一个过稳定性（行波）与非零频率线性增加的方位场。由于它的相关性有限尺寸的流动系统在实验中，我们还分析了H-SMRI的绝对形式，并比较其增长率和发病标准与对流。
2022-06-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Two types of axisymmetric helical magnetorotational instability in rotating flows with positive shear
我们揭示和研究了一种新型的线性轴对称螺旋磁旋转不稳定性，它能够不稳定的粘性和阻力旋转流与径向增加角速度，或正剪切。这种不稳定性本质上是双扩散的，并且与更熟悉的螺旋磁旋转不稳定性不同，其在高于Liu极限的正剪切下操作，因为当施加轴向/极向和方位角/环形磁场的组合的${\rm (i)}$并且磁普朗特数${\rm (ii)}$不太接近1时，它对宽范围的正剪切起作用。我们首先研究这种不稳定性与径向局部WKB分析，然后确认其存在使用的两个旋转圆柱体之间的磁化流的导电或绝缘边界的全局稳定性分析。从实验的角度来看，我们还证明了存在的新的不稳定性磁化粘性和电阻泰勒-库埃特流与正剪切的流动参数的值，这可以实现在即将到来的实验在DRESDYN设施。最后，这种不稳定性可能会对太阳速跃层赤道部分的动力学和发电机的作用有影响，因为上述两个必要条件发生不稳定性在这个地区得到满足。我们的全球稳定性计算的速斜状配置，代表一个薄的旋转圆柱层与适当的边界条件-进行内部和绝缘外圆柱-和流动参数的值，表明它确实可以出现在这种情况下，与太阳周期的特征增长时间。
2019-09-21 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Analysis of azimuthal magnetorotational instability of rotating MHD flows and Tayler instability via an extended Hain-Lust equation
我们考虑一个不可压缩的导电和粘性流体的差分旋转流受到外部轴向磁场和方位角磁场，允许由外部的轴向电流的组合产生的流体和电流在流体本身。在这种情况下，我们推导出一个扩展版本的著名的Hain-Lust微分方程的径向拉格朗日位移，结合了轴向和方位角的磁场，差分旋转，粘度和电阻率的影响。本文将Wentzel-Kramers-Brillouin方法应用于扩展的Hain-Lust方程，导出了一个新的综合色散关系，用于三维扰动下流动的局部稳定性分析。我们确认，在低磁普朗特数的限制，其中的粘度的磁扩散率的比率为零，旋转流的径向分布的角速度超过刘极限，成为不稳定的受到各种各样的方位角磁场，所以是开普勒流。在色散关系的分析中，我们发现了一个新的长波长不稳定性的证据，这也被捕获的磁化泰勒-库埃特流的边值问题的数值解。
2021-10-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Destabilization of rotating flows with positive shear by azimuthal magnetic fields
根据瑞利准则，当旋转流的比角动量径向向外增加时，旋转流是线性稳定的。只要角速度向外减小，著名的磁旋转不稳定性就为使这些流动不稳定开辟了一条道路。使用短波长近似，我们证明，即使是非常陡峭的正剪切流可以不稳定的方位角磁场，这是在流体中的电流。我们说明了这种不稳定性的旋转增强扭结型不稳定性的情况下，在流体中的均匀电流的过渡，并讨论了观察它在磁化泰勒-库埃特流的前景。
2015-11-12 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The effect of split endcaps on the flow dynamics in a tall Taylor-Couette setup
TU Berlin（柏林工业大学）；Université Grenoble Alpes, CNRS, ISTerre（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，地球与环境科学研究所）
本文研究了高雷诺数下分裂端帽对塔雷-库埃特流动动力学的影响，发现端帽会降低磁旋转不稳定性（MRI）的临界阈值，促进其在相关实验中的出现。
2025-12-22 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Diffusive MHD Instabilities: Beyond the Chandrasekhar Theorem
本文研究了轴向无限圆柱流的磁流体动力学稳定性，其中包含一个与线性方位速度具有相同径向轮廓的环形磁场背景场。对于理想流体，如果阿尔芬速度等于背景流的速度，那么Kazrasekhar（1956）已经证明了这种构形的稳定性。然而，对于瑞利线上的磁化泰勒-库埃特流，对于有限扩散率，这种流对非轴对称扰动变得不稳定，其中旋转速率的临界磁雷诺数不依赖于磁普朗特数Pm，如果Pm << 1。为了研究这种新的扩散方位角磁旋转不稳定性，考虑了具有相同径向轮廓但具有不同振幅的流和场。当Pm << 1时，具有最弱磁场和最慢自转速率的不稳定区域位于阿尔芬速度和自转速度等幅的Erasekhar线以下。我们发现，然后与雷诺数和哈特曼数标度的边缘不稳定线。不稳定性所需的场强和旋转速率的最小值（略微）随着越来越平坦的旋转而增长。最后，背景场的相应电流变得如此之强，以至于泰勒不稳定性（即使没有旋转也存在）也出现在小哈特曼数的分叉映射中，取代了所有的方位角磁旋转不稳定性。
2014-07-01 astro-ph.GA physics.flu-dyn
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
Linear instability in thermally-stratified quasi-Keplerian flows
针对磁旋转不稳定性无法解释原行星盘死区角动量输运的问题，研究发现径向热分层可在准开普勒流动中引发热流体动力学线性不稳定性，给出了标度关系与参数影响规律，完善了热致不稳定转变路径。
2024-10-07 astro-ph.EP physics.flu-dyn
