Вихрове динамо у середовищах, що обертаються
Анотація
В огляді висвітлено основні досягнення теорії вихрового динамо в середовищах, що обертаються. Обговорюються різні моделі вихрового динамо в таких середовищах: однорідна в'язка рідина, температурно-стратифікована рідина, волога атмосфера і стратифікована нанорідина. Наведено основні аналітичні та чисельні результати для цих моделей, що отримані методом багатомасштабних асимптотичних розкладів. Головна увага приділяється моделям із неспіральною зовнішньою силою. Для вологої атмосфери, що обертається, отримані характерні оцінки просторового і часового масштабів вихрових структур. Виявлено нові ефекти вихрового динамо у стратифікованій нанорідині, що обертається, які виникають за рахунок термофорезу та броунівського руху наночастинок. Результати аналізу нелінійних рівнянь вихрового динамо у стаціонарному режимі приводять до ыснування спіральних кінків, періодичних нелінійних хвиль та солітонів.
Завантаження
Посилання
H. P. Greenspan, The Theory of Rotating Fluids (Cambridge University Press, 1968).
V.I. Petviashvili, O.A. Pohkotelov, Solitary Waves in Plasmas and in the Atmosphere (London, 1992). https://doi.org/10.4324/9781315075556
M. Ya. Marov, A. V. Kolesnichenko, Turbulence and Self-Organization. Modeling Astrophysical Objects (Springer, New York, 2013). https://doi.org/10.1007/978-1-4614-5155-6
A.S. Monin, Theoretical Geophysical Fluid Dynamics (Springer Dordrecht, 1990). https://doi.org/10.1007/978-94-009-1880-1
Anatoli Tur, Vladimir Yanovsky, Coherent Vortex Structures in Fluids and Plasmas (Springer, 2017). https://doi.org/10.1007/978-3-319-52733-8
M.V. Nezlin, E.N. Snezhkin, Rossby Vortices, Spiral Structures, Solitons (Springer Series in Nonlinear Dynamics, 1993).
A.M. Fridman, A.V. Khoperskov, Physics of Galactic Disks (Cambridge International Science Publishing, 2013).
A.S. Monin, An Introduction to the Theory of Climate (Springer Dordrecht, 1986). https://doi.org/10.1007/978-94-009-4506-7
O. Onishchenko, V. Fedun, W. Horton et al., “The stationary concentrated vortex model”, Climate 9, 39-52 (2021). https://doi.org/10.3390/cli9030039
M. Steenbeck, F. Krause, K. H. Rädler, “Berechnung der mittleren Lorentz Feldstärke für ein elektrisch leitendes Medium in turbulenter, durch Coriolis-Kräfte beeinfluß ter Bewegung”, Z. Naturforsch 21, 369-376 (1966). https://doi.org/10.1515/zna-1966-0401
S.M. Tobias, “The turbulent dynamo”, J. Fluid Mech. 912, P1 (2021). https://doi.org/10.1017/jfm.2020.1055
F. Rincon, “Dynamo theories”, J. Plasma Phys. 85, 205850401 (2019) https://doi.org/10.1017/S0022377819000539
S.S. Moiseev, R.Z. Sagdeev, A.V. Tur, G.A. Khomenko, and V.V. Yanovsky, “A theory of large-scale structure origination in hydrodynamic turbulence”, Sov. Phys. JETP 58, 1144 (1983).
G. Khomenko, S. Moiseev, & A. Tur, The hydrodynamical alpha-effect in a compressible medium, J. Fluid Mech. 225, 355-369 (1991). https://doi.org/10.1017/S0022112091002082
F. Krause, G. Rüdiger, “On the Reynolds stresses in mean-field hydrodynamics. I. Incompressible homogeneous isotropic turbulence”, Astron. Nachr. 295, 93-99 (1974). https://doi.org/10.1002/asna.19742950205
V.V. Gvaramadze, G.A. Khomenko, and A.V. Tur, “Large-scale vortices in helical turbulence of incompressible fluid”, Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. 46, 53-69 (1989). https://doi.org/10.1080/03091928908208904
S.S. Moiseev, P.B. Rutkevich, A.V. Tur, V.V. Yanovsky, “Vortex dynamos in a helical turbulent convection”, Sov. Phys. JETP 67, 294-299 (1988).
S.S. Moiseev, K.R. Oganyan, P.B. Rutkevich et al., “An eddy dynamo and spiral turbulence”. In Integrability and Kinetic Equations for Solitons, edited by V.G. Bar'yachtar, pp. 280-332 (Naukova Dumka, Kiev, 1990).
B.Ya. Shmerlin, M.V. Kalashnik, “Rayleigh convective instability in the presence of phase transitions of water vapor. The formation of large-scale eddies and cloud structures”, Phys. Usp. 56, 473-485 (2013). https://doi.org/10.3367/UFNe.0183.201305d.0497
G.V. Levina, S.S. Moiseev and P.B. Rutkevitch, “Hydrodynamic alpha-effect in a convective system”, Adv. Fluid Mech. 25, 111-161 (2000).
P.B. Rutkevich, “Equation for vortex instability caused by convective turbulence and coriolis force”, JETF 77, 933-938 (1993).
L.L. Kitchatinov, G. Rüdiger, and G. Khomenko, “Large-scale vortices in rotating stratified disks”, Astron. Astrophys. 287, 320-324 (1994).
L.M. Smith, F. Waleffe, “Generation of slow large scales in forced rotating stratified turbulence”, J. Fluid Mech. 451, 145-168 (2002). https://doi.org/10.1017/S0022112001006309
N. Kleeorin, I. Rogachevskii, “Generation of large-scale vorticity in rotating stratified turbulence with inhomogeneous helicity: mean-field theory”, J. Plasma Phys. 84, 735840303 (2018). https://doi.org/10.1017/S0022377818000417
U. Frisch, Z.S. She, and P.L. Sulem, “Large scale flow driven by the anisotropic kinetic alpha effect”, Physica D 28, 382-392 (1987). https://doi.org/10.1016/0167-2789(87)90026-1
P.L. Sulem, Z.S. She, H. Scholl and U. Frisch, “Generation of Large-Scale Structures in Three-Dimensional Flow Lacking Parity-Invariance. Journal of Fluid Mechanics”, J. Fluid Mech. 205, 341-358 (1989). https://doi.org/10.1017/S0022112089002065
B. Dubrulle, U. Frisch, “Eddy viscosity of parity-invariant flow”, Phys. Rev. A 43, 5355-5364 (1991). https://doi.org/10.1103/physreva.43.5355
A.V. Tur, V.V. Yanovsky, Large-scale instability in hydrodynamics with stable temperature stratification driven by small-scale helical force. ArXiv:1204.5024 v.1[physics. Flu-dyn.](2012). https://doi.org/10.48550/arXiv.1204.5024
A.V. Tur, V.V. Yanovsky, “Non Linear Vortex Structure in Stratified Fluid Driven by Small-scale Helical Force”, Open J. Fluid Dyn. 3, 64-74 (2013). https://doi.org/10.4236/ojfd.2013.32009
M.I. Kopp, A.V. Tur, V.V. Yanovsky, “The Large-scale instability in rotating fluid with small scale force”, Open J. Fluid Dyn. 5, 128-138 (2015). https://doi.org/10.4236/ojfd.2015.52015.
M.I. Kopp, A.V. Tur, V.V. Yanovsky, “Nonlinear vortex dynamo in a rotating stratified moist atmosphere”, J. Exp. Theor. Phys. 124, 1010-1022 (2017). https://doi.org/10.1134/S1063776117060127
M.I. Kopp, A.V. Tur, V.V. Yanovsky, “Nonlinear Vortex Structures in Obliquely Rotating Fluid”, Open J. Fluid Dyn. 5, 311-321 (2015). https://doi.org/10.4236/ojfd.2015.54032
M.I. Kopp, A.V. Tur, V.V. Yanovsky, “The large-scale instability and nonlinear vortex structures in obliquely rotating fluid with small scale non spiral force”, VANT 4, 264-269 (2015).
M.I. Kopp, A.V. Tur, V.V. Yanovsky, “Nonlinear vortex structures in obliquely rotating stratified fluids driven by small scale non helical forces”, Ukr. J. Phys. 66, 478-488 (2021). https://doi.org/10.15407/ujpe66.6.478
M.I. Kopp, A.V. Tur, V.V. Yanovsky, “Vortex Dynamo in a Rotating Stratified Moist Atmosphere driven by Small-scale Non-helical Forces”, Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. 115, 551-576 (2021). https://doi.org/10.1080/03091929.2021.1946802
M.I. Kopp, A.V. Tur, V.V. Yanovsky, Vortex Dynamo in an obliquely rotating stratified nanofluid by small-scale non-helical forces, East Eur. J. Phys. 2, 51-72 (2021). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-2-02
G.V. Levina, M.T. Montgomeri, “The first examination of the helical nature of tropical cyclogenesis”, Doklady AN 434, 401-406 (2010).
G.V. Levina, “On the Path from the Turbulent Vortex Dynamo Theory to Diagnosis of Tropical Cyclogenesis”, Open J. Fluid Dyn. 8, 86-114 (2018). https://doi.org/10.4236/ojfd.2018.81008.
G. Rüdiger, “On the α-Effect for Slow and Fast Rotation”, Astron. Nachr. 299, 217-222 (1978). https://doi.org/10.1002/asna.19782990408
D. Yadav, G.S. Agrawal, R. Bhargava, “Thermal instability of rotating nanofluid layer”, Int. J. Eng. Sci. 49, 1171-1184 (2011). https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2011.07.002
S. Agarwal, B.S. Bhadauria, “Unsteady heat and mass transfer in a rotating nanofluid layer”, Continuum Mech. Thermodyn. 26, 437-445 (2014). https://doi.org/10.1007/s00161-013-0309-6
Авторське право (c) 2023 Михайло Й. Копп, Володимир В. Яновський
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
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).
