低磁雷诺数下壁面有界磁流体湍流的衰减

我们展示了低磁雷诺数下衰减磁流体力学(MHD)湍流的直接数值模拟。所考虑的区域在垂直于磁场的两个方向上由周期边界条件限制，在第三方向上由两块平面哈特曼壁限制。得益于基于使用耗散算子特征向量的谱代码的数值方法，考虑了高磁场（哈特曼数高达896）。研究发现衰减经历两个阶段：首先，在一个持续约一个哈特曼摩擦时间的二维化阶段中，能量和积分尺度快速变化。在此阶段，前者的演化比后者明显更受壁面存在的阻碍。一旦大尺度接近准二维，衰减源于哈特曼边界层中耗散驱动的二维动力学与小尺度三维动力学之间的竞争。在衰减后期，三维性以桶状结构形式持续存在。由于体区中的残余耗散，未达到由哈特曼层摩擦主导的纯准二维衰减。然而，该耗散并非由持续的三维性产生，而是由水平速度梯度引起的残余粘性摩擦产生。此外，发现与磁场对齐的速度分量中的能量被强烈抑制，该方向上的输运也是如此。这一结果重现了Kolesnikov & Tsinober (1974)的实验发现。