小宽高比泰勒-库埃特系统中的铁磁流体流动动力学

我们研究了铁磁流体泰勒-库埃特流（介于两个独立旋转的同轴圆柱之间的流动）的基本非线性动力学，通过求解铁磁流体动力学方程并开展系统的分岔分析，考虑了小宽高比情形。无磁场时，我们发现了先前在简单流体中观察到的稳态流型，例如包含正常单涡胞或双涡胞的流型，以及异常的单胞和双胞流态。然而，当存在破缺对称性的横向磁场时，所有流态均表现出受激的、有限的两重模。稳态与非稳态之间可发生各种分岔，对应于双胞与单胞态之间的转变。虽然可能出现非稳态的轴向振荡流态，我们也检测到新的非稳态流态的出现。特别地，我们揭示了两种新态：一种仅在双胞流态构型中包含方位角振荡解，另一种为旋转流态。从拓扑上看，这些流态分别是一个极限环和二维环面上的准周期解。除经典流体中观察到的流态外新流态的出现，表明铁磁流体流动具有更丰富但潜在更可控的动力学，因为这些流态依赖于外部磁场。