可压缩MHD的一种非线性结构亚网格尺度闭合 第一部分：推导与能量耗散性质
流体动力学
2016-07-27 v1 星系天体物理
太阳与恒星天体物理
计算物理
等离子体物理
摘要
可压缩磁流体动力学（MHD）湍流在从星系际到恒星尺度的天体物理现象中无处不在。由于涉及高度非线性，数值模拟几乎是不可避免的。然而这些现象的动力学范围远大于计算可触及的范围。在大涡模拟（LES）中，由此产生的有限分辨率效应通过向运动方程引入与未分辨的亚网格尺度（SGS）动力学相关的附加项来显式处理。这使得系统不闭合。我们推导了一组针对理想MHD LES方程的非线性结构闭合，特别强调了可压缩性的效应。这些闭合基于有限分辨率算子的梯度展开（W.K. Yeo CUP 1993, ed. Galperin & Orszag）并且不需要关于流动或磁场性质的假设。因此它们的适用范围从亚声速和亚阿尔文速区到超声速和超阿尔文速区。这些闭合支持谱能量级联的向上和向下尺度传递，以及动能和磁能的已分辨与未分辨能量预算之间的直接转移。它们隐式地考虑了流动的局部几何，特别是各向异性。它们的性质在 accompanying article (Grete et al. Phys. Plasmas, 2016) 中针对文献中可用的替代闭合，基于广泛均匀各向同性湍流模拟数据进行了先验验证。
引用
@article{arxiv.1606.02064,
title = {A nonlinear structural subgrid-scale closure for compressible MHD Part I: derivation and energy dissipation properties},
author = {Dimitar G Vlaykov and Philipp Grete and Wolfram Schmidt and Dominik R G Schleicher},
journal= {arXiv preprint arXiv:1606.02064},
year = {2016}
}
备注
10 pages; accepted for publication by Physics of Plasmas