湍流强场发电机的失控转变

行星和恒星能够通过其内部螺旋对流运动产生相干的大尺度磁场。这一过程称为流体磁发电机，涉及流动与磁场的非线性相互作用。非线性导致双稳态发电机分支的存在：弱场分支（磁场不足以在大尺度流动中进入动量方程的主导力平衡）和强场分支（磁场进入该平衡）。随着对流的增强，两者之间的转变可以是亚临界或超临界的，取决于磁感应的强度。在两种情况下，转变都伴随着整个系统速度场的拓扑变化；然而，这些变化是如何产生的尚不清楚。在这项工作中，我们使用数据驱动的方法分析了弱场和强场发电机状态之间的转变，分离了由动态活跃的流动尺度引起的不同物理效应。使用动态模态分解，我们将直接数值模拟的发电机数据分解为不同分量（模态），识别与转变相关的分量，并估计其洛伦兹力和感应项贡献的相对大小。我们的结果表明，亚临界转变到强发电机是由次谐波不稳定性促进的，允许更有效的对流模式，并为该转变的降阶模型提供了模态基础。