MHD 湍流数值模拟中的扩展标度律
等离子体物理
2012-07-23 v1 星系天体物理
太阳与恒星天体物理
摘要
磁化湍流在天体物理系统中无处不在，且以跨越极宽的空间尺度而著称。MHD 湍流的唯象理论描述了惯性区内湍流涨落的自相似动力学。数值模拟用于指导和检验这些理论。然而，当前可用的计算能力将模拟限制在远小于天体物理环境的雷诺数下。为了提高计算效率从而探测更大的尺度范围，人们通常考虑场导向 MHD 湍流的基本各向异性，即沿场平行方向的梯度变化要慢得多。然后通过采用约化 MHD 方程并放宽场平行方向的数值分辨率来优化模拟。本文探索了一种不同的可能性。我们提出，存在某些量对雷诺数具有显著的稳定性。作为例证，我们研究了 MHD 湍流中磁场涨落与速度涨落之间的对准角，该角度通过两个特殊构造的结构函数之比来度量。我们发现，该比值的标度可以惊人地很好地扩展到相对低雷诺数的区域。然而，当模拟中的耗散区分辨率不足时，这种扩展标度很容易被破坏。因此，数值优化方法使用过度会导致虚假的数值效应和对 MHD 湍流物理的错误表征，进而影响我们正确识别天体物理系统中运行之物理机制的能力。
引用
@article{arxiv.1104.1437,
title = {Extended Scaling Laws in Numerical Simulations of MHD Turbulence},
author = {Joanne Mason and Jean Carlos Perez and Fausto Cattaneo and Stanislav Boldyrev},
journal= {arXiv preprint arXiv:1104.1437},
year = {2012}
}