Нелінійне динамо в стратифікованій електропровіднiй рідинi, що похило обертається в однорідному магнітному полі
DOI:
https://doi.org/10.26565/2312-4334-2020-1-01Ключові слова:
магнітна гідродинаміка, наближення Буссінеска, сила Коріоліса, багатомасштабні асимптотичні розкладання, неспіральна турбулентністьАнотація
В роботі ми досліджували нову великомасштабну нестійкість, яка виникає в конвективній електропровідній рідині, що похило обертається в зовнішньому однорідному магнітному полі з дрібномасштабною зовнішньою силою, яка має нульову спіральність. Ця сила збуджує дрібномасштабні осциляції швидкості з малим числом Рейнольдса. За допомогою методу багатомасштабних асимптотичних розкладів отримані нелінійні рівняння для вихрових і магнітних збурень в третьому порядку за числом Рейнольдса. Показано, що в результаті спільної дії сили Коріоліса і дрібномасштабної зовнішньої сили в електропровідній рідині, що обертається, можлива великомасштабна нестійкість. Досліджена лінійна стадія магніто-вихрового динамо, що виникає в результаті нестійкостей типу -ефекту. Вивчено механізм посилення великомасштабних вихрових збурень внаслідок розвитку гідродинамічного - ефекту з урахуванням температурної стратифікації середовища. Показано, що «слабке» зовнішнє магнітне поле сприяє генерації вихрових та магнітних великомасштабних збурень, а «сильне» зовнішнє магнітне поле пригнічує генерацію магніто-вихрових збурень. Чисельними методами знайдені стаціонарні рішення рівнянь нелінійного магніто-вихрового динамо у вигляді локалізованих хаотичних структур у двох випадках, коли немає зовнішнього однорідного магнітного поля і коли воно присутнє.
Посилання
J. Larmor, Rep. Brit. Assoc. Adv. Sc., 159-160 (1919).
G. Moffat, Возбуждение магнитного поля в проводящей среде [Magnetic Field Generation in Electrically Conducting Fluids], (Mir, Moscow, 1980), 343 p. (in Russian)
Ya. Zeldovich, A. Ruzmaikin and D. Sokoloff, Magnetic Fields in Astrophysics, (Gordon and Breach, New York, 1983), pp. 265.
G. Rüdiger, R. Hollerbach, The magnetic universe. Geophysical and astrophysical dynamo theory, (Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2004), pp. 338.
Chris A. Jones, Dynamo theory (University of Leeds, UK, 2007), pp. 90.
J. Parker, Conversations on Electric and Magnetic Fields in the Cosmos, (Princeton University Press, Princeton, 2007), pp. 200.
F. Krauze and K.H. Redler, Магнитная гидродинамика средних полей и теория динамо [Mean-Field Magnetohydrodynamics and Dynamo Theory], (Mir, Moscow, 1984), 314 p. (in Russian)
A. Ruzmaikin, A. Shukurov and D. Sokoloff, Magnetic Fields of Galaxies, (Kluwer, Dordrecht, 1988).
D.D. Sokoloff, R.A. Stepanov, P.G. Frick, Physics-Uspekhi 184 (3), 313-335 (2014), https://doi.org/10.3367/UFNr.0184.201403g.0313.
V.I. Arnold, Ya.B. Zeldovich, A.A. Ruzmalkin, D.D. Sokolov, Sov. Phys. JETP 54(6), 1083-1085 (1981).
V.I. Arnold and B.A. Khesin, Topological Methods in Hydrodynamics, (Springer-Verlag, New York, 1998), pp. 374.
H.P. Greenspan, The theory of Rotating Fluids, (Cambridge At the University Press, 1968), pp. 328.
P.H. Roberts and A.M. Soward, Rotating Fluids in Geophysics, (Academic Press, 1978).
J. Pedlosky, Geophysical Fluid Dynamics (Springer-Verlag, New York, 1987).
V.I. Petviashvili and O.A. Pokhotelov, Solitary Waves in Plasma and Atmosphere, (Gordon&Breach Science Publishers, 1992).
G.D. Aburjania, Kh.Z. Chargazia and O.A. Kharshiladze, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 72, 971-981 (2010), https://doi.org/10.1016/j.jastp.2010.05.008.2010.
M.Ya. Marov and A.V. Kolesnichenko, Mechanics of Turbulence of Multicomponent Gases (Astrophys. and Space Sci. Library, Vol. 269), (Kluwer Acad. Publ., Dordrecht, 2001), pp. 375.
O.G. Onishchenko, O.A. Pokhotelov and N.M. Astafieva, Physics-Uspekhi, 51(6), 577-590 (2008), http://dx.doi.org/10.1070/PU2008v051n06ABEH006588.
M.V. Nezlin and E.N. Snezhkin, Rossby Vortices and Solitons in Free Motion, (Springer, Berlin, Heidelberg, 1993), pp. 223.
H.K. Moffatt, J. Fluid Mech. 35, 117-129 (1969), https://doi.org/10.1017/S0022112069000991.
M. Steenbeck, F. Krause and K.H. Rädler, Z. Naturforsch, 21a, 369-376 (1966).
H.K. Moffatt, J. Fluid Mech. 106, 27-47 (1981), https://doi.org/10.1017/S002211208100150X.
F. Krause and G. Rüdiger, Astron. Nachr. 295, 93-99 (1974).
S.S. Moiseev, R.Z. Sagdeev, A.V. Tur, G.A. Khomenko and V.V. Yanovsky, Sov. Phys. JETP, 58, 1149-1153 (1983).
S.S. Moiseev, P.B. Rutkevitch, A.V. Tur and V.V. Yanovsky, Sov. Phys. JETP, 67, 294-299 (1988).
E.A. Lypyan, A.A. Mazurov, P.B. Rutkevitch and A.V. Tur, Sov. Phys. JETP, 75, 838-841 (1992).
S.S. Moiseev, R.Z. Sagdeev, A.V. Tur, G.A. Khomenko and A.M. Shukurov, Sov. Phys. Dokl. 28, 925-928 (1983).
G.V. Levina, S.S. Moiseev and P. B. Rutkevitch, Advances in Fluid Mechanics, 25, 111-161 (2000).
G.V. Levina, M.V. Starkov, S.E. Startsev, V.D. Zimin and S.S. Moiseev, Nonlinear Processes in Geophysics, 7, 49-58 (2000), https://doi.org/10.5194/npg-7-49-2000.
A.V. Tur, V.V. Yanovsky, e-print arXiv: https://arxiv.org/abs/1204.5024v1.
A.V. Tur and V.V. Yanovsky, Open Journal of Fluid Dynamics, 3, 64-74 (2013), https://doi.org/10.4236/ojfd.2013.32009.
P.B. Rutkevich, JETP, 77, 933-938 (1993).
L.M. Smith and F. Waleffe, Physics of Fluids, 11(6), 1608-1622 (1999), https://doi.org/10.1063/1.870022.
L.M. Smith and F. Waleffe, Journal of Fluid Mechanics, 451, 145-168 (2002).
Yu.A. Berezin, V.P. Zhukov, G.V. Levina, S.S. Moiseev, P.B. Rutkevich and A.V. Tur, Heat Transfer-Soviet Research, 21(2), 181-188 (1989).
L.L. Kitchatinov, G. Rüdiger and G. Khomenko, Astron. Astrophys. 287, 320-324 (1994).
N. Kleeorin, I. Rogachevskii, https://arxiv.org/abs/1801.00493v1.
U. Frishe, Z.S. She and P.L. Sulem, Physica D, 28, 382-392 (1987), https://doi.org/10.1016/0167-2789(87)90026-1.
V.V. Pipin, G. Rüdiger and L.L. Kitchatinov, Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. 83(1), 119-133 (1996), https://doi.org/10.1080/03091929608213644.
O.A. Druzhinin and G.A. Khomenko, in: Nonlinear World, edited by V.G. Baryakhtar (World Scientific, Singapore, 1989), pp. 470.
P.B. Rutkevitch, R.Z. Sagdeev, A.V. Tur and V.V. Yanovsky, in: Proceeding of the IV Intern. Workshop on Nonlinear and Turb. Pros. in Physics (Naukova dumka, Kiev, 1989).
M.I. Kopp, A.V. Tur and V.V. Yanovsky, JETP, 120(4), 733-750 (2015), https://doi.org/10.1134/S1063776115040081.
M.I. Kopp, A.V. Tur and V.V. Yanovsky, https://arxiv.org/abs/1612.08860v1.
P.N. Brandt, G.B. Scharmert, S. Ferguson, R.A. Shine, T.D. Tarbell and A.M. Title, Nature, 335, 238-240 (1988).
O.G. Chkhetiani, S.S. Moiseev and E. Golbraikh, JETP, 87(3), 513-517 (1998), https://doi.org/10.1134/1.558688.
M.I. Kopp, A.V. Tur and V.V Yanovsky, Open Journal of Fluid Dynamics, 05(04), 311-321 (2015), https://doi.org/10.4236/ojfd.2015.54032.
M.I. Kopp, A.V. Tur and V.V Yanovsky, https://arxiv.org/abs/1711.08623v1.
G.Z. Gershuni and E.M. Zhukhovitckii, Convective Stability of Incompressible Fluids (Nauka, Moscow, 1972), pp. 392 (in Russian)
S. Chandrasekhar, Hydrodynamics and Hydromagnetic Stability (Oxford Uni. Press, London, 1961), pp. 652.
M.I. Kopp, A.V. Tur and V.V. Yanovsky, https://arxiv.org/abs/1706.00223v1.
G. Rüdiger, Astron. Nachr. 299(4), 217-222 (1978).
Yu.L. Bolotin, A.V. Tur and V.V. Yanovsky, Chaos: Concepts, Control and Constructive Use (Series: Understanding Complex Systems, Springer, 2016).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
