关于 ${\text{Pr}_\mathrm{M}} \ge 1$ 时涨落发电机的饱和机制
星系天体物理
2020-03-19 v1 流体动力学
等离子体物理
摘要
许多天体物理对象中磁场的存在归因于发电机作用,即部分动能被转化为磁能。产生与湍流流动同尺度磁场结构的湍流发电机称为涨落发电机。我们使用数值模拟来探究驱动湍流中涨落发电机的非线性、统计稳态。我们证明,随着磁场增长饱和,其放大和扩散都受到洛伦兹力对流动反作用的影响。磁场的放大由于速度场、磁场和电流密度之间更强的对齐而减弱。此外,我们确认放大因磁场线拉伸变弱而降低。相对于磁场线拉伸的扩散增强由计算得到的磁雷诺数局部值减小来量化。利用Minkowski泛函,我们量化了运动学发电机和饱和发电机所产生的磁场结构形状为磁细丝和磁带,并推导了磁结构的典型长度、宽度和厚度随磁雷诺数的标度关系。我们展示这三个磁长度尺度都随发电机饱和而增加。磁间歇性在运动学发电机中很强(磁场强度指数增长),在统计稳态中持续存在,但强烈的磁细丝和磁带填充了更多体积。
引用
@article{arxiv.2003.07997,
title = {On the saturation mechanism of the fluctuation dynamo at ${\text{Pr}_\mathrm{M}} \ge 1$},
author = {Amit Seta and Paul J. Bushby and Anvar Shukurov and Toby S. Wood},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.07997},
year = {2020}
}
备注
17 pages, 19 figures, accepted for publication in Physical Review Fluids