磁普朗特数估算方法及其在太阳表面小尺度发电机模拟中的应用
太阳与恒星天体物理
2022-04-27 v2
摘要
背景。在太阳大气中针对小尺度发电机的数值研究中，关键的一步是基于辐射磁流体力学（MHD）模拟准确确定磁普朗特数 Prm。目的。旨在提供一种可靠的方法，用于估算刻画 MHD 模拟的有效雷诺数 Re、磁雷诺数 Rem 及其比值 Prm=Rem/Re（磁普朗特数），并依据这些无量纲参数对小尺度发电机模拟进行分类。方法。所提出的计算 Re 和 Rem 的方法基于本征元投影法，并依赖于使用比模拟代码中更高阶精度的数值算子进行的后处理步骤。利用 CO5BOLD 代码开展了若干具有不同有效黏性和等离子体电阻率的辐射 MHD 模拟，并根据 Re 和 Rem 刻画了所得磁能增长率与饱和磁场强度。结果。总体而言，所提方法对影响 MHD 模拟代码动量方程和感应方程的耗散系数给出了可靠的估计，从而也能可靠地评估刻画数值结果的磁普朗特数。此外，研究发现，在 CO5BOLD 模拟中，即便在 Prm=0.65 时，只要网格间距小于 h=12 km，小尺度发电机仍可活跃并将微小种子磁场放大至显著值。但同样明显的是，仅依据 Prm 对发电机模拟分类是困难的，因为不仅估算耗散系数的大小重要，能量耗散发生的尺度也同样重要。
引用
@article{arxiv.2202.12115,
title = {Methodology for estimating the magnetic Prandtl number and application to solar surface small-scale dynamo simulations},
author = {Fabio Riva and Oskar Steiner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.12115},
year = {2022}
}
备注
12 pages, 6 figures, ready for the production stage in A&A