小尺度与高磁普朗特数下的反 Dynamo

我们证明在高磁普朗特数下，洛伦兹力在小尺度上对流动做功并驱动流体运动，其能量被黏性耗散。此情形与正常发电机相反，在正常发电机中流动对抗洛伦兹力做功。我们计算了若干磁普朗特数下动能与磁能之间的谱转换率，并表明随着磁普朗特数增大，正常（正向）发电机作用在大尺度上发生的波数范围逐渐变窄。在更高波数处发生反发电机作用，即磁能在小尺度上被转换回动能。我们在由体积搅拌驱动的直接数值模拟和太阳对流驱动小尺度发电机的大涡模拟中均展示了这一点。低密度等离子体（如恒星日冕）往往具有大磁普朗特数，即黏度相对于磁扩散率较大。黏性耗散在高磁普朗特数下主导电阻耗散的 regime 此前亦在太阳日冕的大涡模拟中发现，即我们的发现是 MHD 更基本的属性，并不只限于发电机。黏性能量耗散是洛伦兹力正功的结果，其可能部分对应于近无碰撞等离子体中的粒子加速。然而，这在所采用的 MHD 近似中未被建模。相比之下，电流片上的电阻性能量耗散在恒星日冕中预期并不重要。