机械力驱动湍流中电流产生和发电机激发的数值模拟

在机械驱动的球形发电机实验的几何结构中，使用三维数值计算研究了湍流在电流产生和磁场自激发中的作用。一个简单的叶轮模型驱动流动，该流动可以产生增长的磁场，这取决于磁雷诺数 Rm 和流体雷诺数。当流动为层流时，发电机转变由 Rm 中的简单阈值控制，超过该阈值观察到增长的磁本征模。该本征模主要是垂直于流动对称轴的偶极场。在饱和状态下，洛伦兹力减慢流动，使得磁本征模变得边际稳定。对于湍流，发电机本征模被抑制。抑制机制是时变大尺度场和波动驱动电流的存在（有效增强了磁扩散率）的组合。对于更高的 Rm，发电机重新出现，然而磁场结构通常不同于层流发电机；它由与平均流对称轴对齐的偶极磁场主导，显然是由波动驱动电流产生的。通过将弱磁场应用于层流和湍流，研究了波动驱动电流。由波动产生的磁场是显著的：产生了与平均流对称轴对齐的偶极矩，类似于实验中观察到的，并且观察到环向和极向磁通量排出。