球形非弹性发电机模拟中的拓扑与场强

在 Boussinesq 近似下对对流驱动发电机进行的数值建模揭示了发电机产生的磁场和流体流动的基本特征。由于这些结果是在不可压缩流体下获得的，其对气态行星和恒星的适用性仍有待评估。一种常见的方法是采用所谓的非弹性近似来考虑一定的密度分层。本文针对非弹性模型检验了先前在 Boussinesq 近似下获得结果的有效性。我们指出并解释了两种类型模型之间的具体差异，特别是在场几何结构和场强方面，同时我们还比较了速度幅度、磁耗散时间和对流热通量的标度律。我们的研究基于对非弹性近似下球形发电机模型的系统性参数研究。我们利用了最近开发的数值求解器，并提供了非弹性发电机基准测试用例的结果。在 Boussinesq 模拟中识别出的偶极和多极发电机的二分法也存在于我们的非弹性模型样本中。偶极模型要求对流的典型长度尺度比 Rossby 半径大一个数量级。然而，两类模型之间的区别不如先前研究中那样明确。这主要是由于两个原因：我们发现了一些具有相当大赤道偶极贡献和中等整体偶极场强的模型；此外，较大的密度分层可能会阻碍以偶极为主的磁场的产生。先前提出的标度律（如场强标度律）同样适用于非弹性模型。然而，目前尚不清楚这种一致性是否必然意味着两种环境具有相似的发电机过程。