磁流体动力学瑞利 - 泰勒不稳定性的非线性演化

我们利用三维磁流体动力学 (MHD) 模拟研究了磁瑞利 - 泰勒不稳定性的非线性演化。我们考虑了一种理想化情况：两种无粘、完全导电且密度恒定的流体由垂直于有效重力 g 的接触间断面分隔，且存在平行于界面的均匀磁场 B。平行于磁场且波长小于 l_c = [B B/(d_h - d_l) g] 的模式受到抑制（其中 d_h 和 d_l 分别为重流体和轻流体的密度），而垂直于 B 的模式不受影响。我们研究了强场情况，其中 l_c 在计算域水平范围的 0.01 到 0.36 之间变化。即使是弱场也会在小尺度上产生显著的张力，足以减小剪切（通过涡度幅值的分布来衡量），进而减少流体间的混合，并增加气泡和指状结构相对于纯流体动力学情况从界面移出的速率。对于强场，不稳定模式的高度各向异性会产生绳状和丝状结构。然而，在后期，沿磁力线的流动会产生大尺度气泡。垂直于重力的动能和磁能大致保持能量均分，并在早期随 t^4 增加。一旦垂直磁场中的磁能超过初始场中的能量，增长便偏离这种形式。我们评论了我们的结果对 Z-pinch 实验和各种天体物理系统的意义。