Прямое численное моделирование однородной изотропной магнитогидродинамической турбулентности с перекрёстной спиральностью
Автор: Титов Валерий Викторович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.12, 2019 года.
Бесплатный доступ
В работе рассмотрена несжимаемая магнитогидродинамическая (МГД) турбулентность с перекрёстной спиральностью, возбуждаемая крупномасштабным источником. Источником выступает случайная внешняя сила, вносящая энергию с контролируемым уровнем перекрёстной спиральности. Предложенный подход позволяет организовывать и поддерживать в течениях перекрёстную спиральность без наложения внешнего постоянного магнитного поля. Для реализации подхода применён программный пакет TARANG. Проведена серия численных экспериментов с постоянным притоком энергии и различными уровнями вносимой перекрёстной спиральности. Численные эксперименты выполнены при значениях числа Рейнольдса R = 2094 и магнитного Прандтля Pr m = 1 на сетке с числом узлов 5123. Отношение вносимой спиральности к полной вбрасываемой энергии варьировалось в диапазоне от 0 до 0,6. В поля скорости и магнитной индукции в единицу времени вводилось равное количество энергии. Вне зависимости от уровня перекрёстной спиральности скорость диссипации магнитной энергии всегда была выше мощности её источника...
Прямое численное моделирование, магнитная гидродинамика, перекрёстная спиральность, турбулентность, псевдоспектральный метод, пакет программ tarang
Короткий адрес: https://sciup.org/143167065
IDR: 143167065 | DOI: 10.7242/1999-6691/2019.12.1.1
Список литературы Прямое численное моделирование однородной изотропной магнитогидродинамической турбулентности с перекрёстной спиральностью
- Biskamp D. Nonlinear magnetohydrodynamics. Cambridge University Press, 1993. 392 p.
- Verma M.K. Statistical theory of magnetohydrodynamic turbulence: recent results//Physics Reports. 2004. Vol. 401, no. 5-6. P. 229-380.
- Belcher J.W., Davis L. Large-amplitude Alfvén waves in the interplanetary medium, 2//J. Geophys. Res. 1971. Vol. 76, no. 16. P. 3534-3545.
- Yokoi N. Large-scale magnetic fields in spiral galaxies viewed from the cross-helicity dynamo//Astron. Astrophys. 1996. Vol. 311. P. 731-745.
- Yokoi N. Magnetic-field generation and turbulence suppression due to cross-helicity effects//Phys. Fluid. 1999. Vol. 11, no. 8. P. 2307-2316.
- Podesta J.J. On the cross-helicity dependence of the energy spectrum in magnetohydrodynamic turbulence//Phys. Plasmas. 2011. Vol. 18, no. 1. 012907.
- Perez J.C., Boldyrev S. Strong magnetohydrodynamic turbulence with cross helicity//Phys. Plasmas. 2010. Vol. 17, no. 5. 055903.
- Мизева И.А., Степанов Р.А., Фрик П.Г. Влияние перекрестной спиральности на каскадные процессы в МГД-турбулентности//ДАН. 2009. Т. 424, № 4. С. 479-483.
- Stepanov R., Frick P., Mizeva I. Cross helicity and magnetic helicity cascades in MHD turbulence//Magnetohydrodynamics. 2013. Vol. 49, no. 1. P. 15-21.
- McKay M.E., Linkmann M., Clark D., Chalupa A.A., Berera A. Comparison of forcing functions in magnetohydrodynamics//Phys. Rev. Fluids. 2017. Vol. 2. 114604.
- Alvelius K. Random forcing of three-dimensional homogeneous turbulence//Phys. Fluid. 1999. Vol. 11, no. 7. P. 1880-1889.
- Kessar M., Plunian F., Stepanov R., Balarac G. Non-kolmogorov cascade of helicity-driven turbulence//Phys. Rev. E. 2015. Vol. 92. 031004(R).
- Stepanov R., Titov V. Inverse cascade in simulated MHD turbulence driven by small scale source of magnetic helicity//Magnetohydrodynamics. 2016. Vol. 52, no. 1-2. P. 261-268.
- Verma M.K., Chatterjee A.G., Reddy S., Yadav R.K., Paul S., Chandra M., Samtaney R. Benchmarking and scaling studies of pseudospectral code Tarang for turbulence simulations//Pramana -J. Phys. 2013. Vol. 81, no. 4. P. 617-629.
- Stepanov R., Teimurazov A., Titov V., Verma M.K., Barman S., Kumar A., Plunian F. Direct numerical simulation of helical magnetohydrodynamic turbulence with TARANG code//Proc. of Ivannikov ISPRAS Open Conf. Moscow, Russia, 30 November-1 December, 2017. P. 90-96.
- Теймуразов А.С., Степанов Р.А., Verma M.K., Barman S., Kumar A., Sadhukhan S. Прямое численное моделирование однородной изотропной спиральной турбулентности в пакете Tarang//Вычисл. мех. сплош. сред. 2017. Т. 10, № 4. С. 474-483.
- Stepanov R., Plunian F., Kessar M., Balarac G. Systematic bias in the calculation of spectral density from a three-dimensional spatial grid//Phys. Rev. E. 2014. Vol. 90. 053309.
- Brandenburg A. The inverse cascade and nonlinear alpha-effect in simulations of isotropic helical hydromagnetic turbulence//Astrophys. J. 2001. Vol. 550, no. 2. P. 824-840.
- Stepanov R., Plunian F. Fully developed turbulent dynamo at low magnetic Prandtl numbers//J. Turbul. 2006. Vol. 7. N39.
