不同几何尺寸球壳段中的湍流发电机

我们利用球壳段中螺旋驱动磁流体力学方程的三维直接数值模拟，来研究区域几何形状和尺寸变化对大尺度磁场增长和饱和的影响。我们使用 Chandrasekhar-Kendall 函数通过螺旋驱动在球形区域中注入动能和运动学螺旋度。我们对磁场采用理想导体边界条件，以确保没有磁螺旋度逃逸出区域边界。我们发现发电机作用产生了尺度大于驱动特征尺度的磁场。在耗散时间尺度上，磁能超过动能，这与早期在周期盒笛卡尔模拟中观察到的情况类似。随着我们增加区域在方位角方向的尺寸，我们发现非线性饱和磁场自组织成纵横比接近于 1 的长寿命胞状结构。这些结构沿方位角方向铺满整个区域，因此对于大尺寸区域，纵向平均磁场非常小。这些结构的尺度由区域的最小尺度决定，在我们的模拟中通常是径向尺度。我们还发现，增加区域的子午线尺寸几乎不产生定性变化，除了大尺度磁场略有增加。在具有相似纵横比的笛卡尔区域中，我们获得了定性相似的结果。