驱动磁化剪切流湍流的 nonlinear mode coupling（非线性模耦合）与能量学
等离子体物理
2023-07-26 v1 太阳与恒星天体物理
流体动力学
空间物理
摘要
为全面理解二维（2D）磁化 Kelvin-Helmholtz 不稳定性驱动湍流的饱和，能量传输分析从传统的尺度间相互作用扩展至包含本征模相互作用，所用方法为理想不稳定性的线性本征模的非线性耦合。尽管动能与磁能均向小尺度级联，但研究表明，不稳定模沉积于涨落谱中的湍流能量中有显著一部分被重新导向至不稳定性尺度上的共轭稳定模。它们在正向级联起始处即从中移除能量。剩余级联能量通量在小尺度处呈指数衰减，其尺度由大尺度稳定模决定。在广泛使用的失稳饱和假设指导下，我们检验了一个保留除耦合到大尺度稳定模之外的所有非线性相互作用的一般准线性不稳定性模型。这些复杂相互作用利用一种新技术从磁流体力学方程中解析消去。观测结果包括：二维情形下出现爆炸式大尺度涡旋分离而非众所周知的合并，湍流水平与谱能量通量急剧增强，以及小尺度耗散长度尺度减小。这些表明稳定模在不稳定性饱和中的关键作用。基于本征模展开的能流分析，我们提出了面向聚变与天体物理等离子体的可能的降阶湍流模型。
引用
@article{arxiv.2307.08895,
title = {Nonlinear mode coupling and energetics of driven magnetized shear-flow turbulence},
author = {B. Tripathi and A. E. Fraser and P. W. Terry and E. G. Zweibel and M. J. Pueschel and E. H. Anders},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.08895},
year = {2023}
}
备注
Selected by the editors of Physics of Plasmas as a Featured article. https://doi.org/10.1063/5.0156560