可压缩磁流体力学湍流中的磁压-密度相关性

我们讨论了强湍流等温磁流体力学流动中磁压和密度涨落。首先我们考虑“简单”非线性磁湍波，从而显示慢模和快模在磁压 $B^2$ 与密度 $\rho$ 之间的渐近依赖性不同。对于慢模，$B^2 \sim c_1 - c_2 \rho$；而对于快模，$B^2 \sim \rho^2$。我们还进行了扰动分析来研究Alfvén波压强，恢复了之前的结果，即 $B^2 \sim \rho^{\gamma_e}$，其中 $\gamma_e \sim 2$、$3/2$ 和 $1/2$ 分别对应于大、中和小马赫数 $M_a$ 情况。这种各种标度意味着一般情况下无法用单一的多项式描述磁压，因为 $B^2$ 与 $\rho$ 的关系取决于哪种模式主导密度涨落产生，而这又取决于磁场方向与波传播方向之间的夹角以及Alfvén马赫数 $M_a$。通常在小 $M_a$ 时，慢模占主导，磁场与密度呈反相关。在大 $M_a$ 时，两种模式都对密度涨落产生贡献，磁压与密度不再相关，呈大幅散布，但散布程度随密度升高而减小。在这种情况下，磁压的非系统性行为导致密度概率密度函数通常保持与非磁等温湍流相对应的对数正态形状，除非慢模占主导，则概率密度函数在低密度处发展出一个额外峰值。我们的结果与对低密度分子气体中磁场强度与密度的调查中看到的低值和明显缺乏相关性相一致，也与如果在较高密度处 $M_a$ 较大时看到的重新相关现象相一致。