磁流体动力学湍流中的能流通量分解
流体动力学
2024-02-16 v1
摘要
在流体动力学 (HD) 湍流中，已推导出跨尺度能流通量的精确分解，识别了与涡旋拉伸和应变自放大相关的贡献 (P. Johnson, Phys. Rev. Lett., 124, 104501 (2020), J. Fluid Mech. 922, A3 (2021))。在此，我们将此方法推广到一般的耦合对流 - 扩散方程，特别是均匀磁流体动力学 (MHD) 湍流，并表明若干子通量通过类似于 HD 中 Betchov 关系的运动学约束相互关联。将此分解应用于直接数值模拟的数据，可以识别物理过程并量化它们对能量级联的各自贡献，并通过进一步分解为单尺度和多尺度项来定量评估它们的多尺度性质。我们发现，与 HD 相比，MHD 中的涡旋拉伸显著减弱，动能几乎完全由洛伦兹力诱导的小尺度强应变区域的产生而从大尺度转移到小尺度。在大应变区域，电流片被大尺度应变运动拉伸成磁剪切区域。这种磁剪切进而驱动更小尺度的伸展流。磁能从大尺度转移到小尺度，尽管存在相当大的反向散射，但主要由高应变区域中上述电流片变薄主导，而电流丝拉伸（类似于涡旋拉伸）的贡献可忽略不计。讨论了这些结果对亚格子尺度湍流建模的影响。
引用
@article{arxiv.2402.10125,
title = {Energy Flux Decomposition in Magnetohydrodynamic Turbulence},
author = {D. Capocci and P. Johnson and S. Oughton and L. Biferale and M. Linkmann},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.10125},
year = {2024}
}