Потоки и нелинейные преобразования кинетической и магнитной энергий в двумерной затухающей магнитогидродинамической турбулентности на β-плоскости.

Авторы
Зиняков Т.А. (1), Петросян А.С. (1,2)
Организации
(1) Институт космических исследований РАН
(2) Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
Сессия
Теория и моделирование физических процессов
Форма представления
Устный
Место работы научного руководителя
Институт космических исследований РАН
Научный руководитель
Петросян Аракел Саркисович
Текст тезисов
Представлены численные исследования двумерной однородной затухающей магнитогидродинамической турбулентности на β-плоскости. Изучение фундаментальных свойств такой турбулентности позволяет понять эволюцию различных астрофизических объектов: магнитоактивных атмосфер экзопланет, Солнечного тахоклина, атмосфер нейтронных звёзд. Качественный анализ потоков кинетической и магнитной энергии, квадрата потенциала магнитного поля в двумерной МГД турбулентности на β-плоскости позволяет понять причину каскадных процессов и энергообмена в такой турбулентности. Для качественного анализа и численного моделирования двумерной затухающей магнитогидродинамической турбулентности на β-плоскости используются уравнения эволюции завихренности и потенциала магнитного поля. Реализован алгоритм расчета потоков по спектру кинетической, магнитной и полной энергий в зависимости от волнового вектора в однородной двумерной магнитогидродинамической турбулентности на β-плоскости. Проведены соответствующие численные моделирования такой турбулентности c высоким разрешением (8192 на 8192 узлов сетки), достаточным для анализа потоков энергии. Исследованы потоки по спектру для кинетической, магнитной, полной энергий, квадрата потенциала магнитного поля, перекрестной спиральности в двумерной затухающей магнитогидродинамической турбулентности на β-плоскости.
Исследованы потоки по спектру для кинетической, магнитной, полной энергий, квадрата потенциала магнитного поля, перекрестной спиральности в двумерной затухающей магнитогидродинамической турбулентности на β-плоскости. Обнаружено наличие отрицательной функции потока кинетической энергии от нелинейного члена в уравнении Навье-Стокса, показывающее слабый обратный каскада кинетической энергии в двумерной магнитогидродинамической турбулентности на β-плоскости, который также был обнаружен в предыдущих работах. Развита качественная теория потоков кинетической, магнитной и полной энергий, квадрата потенциала магнитного поля и перекрестной спиральности магнитного поля в двумерной магнитогидродинамической турбулентности. Аналитически получена связь между потоком квадрата потенциала и потоком магнитной энергии в такой турбулентности. Аналитически и численно показан обратный каскад квадрата потенциала магнитного поля, характерный для такой турбулентности. Численно показано нарушение энергобаланса между кинетической и магнитной энергией во время адаптации системы к начальным условиям в двумерной затухающей магнитогидродинамической турбулентности как без вращения, так и при наличии вращения (в приближении β-плоскости). Наличие связи между потоками квадрата потенциала и магнитной энергии приводит к процессу энергетического обмена между кинетической и магнитной энергиями в двумерной затухающей магнитогидродинамической турбулентности. Показано, что с увеличением параметра Россби энергетический обмен между магнитной и кинетической энергией усиливается в пользу магнитной энергии. Показаны соответствующие различия в потоках квадрата потенциала магнитного поля в численных моделированиях двумерной МГД турбулентности на β-плоскости для различных параметров Россби β.
Работа поддержана Фондом развития теоретической физики и математики “Базис” и выполнена при поддержке грантов Российского фонда фундаментальных исследований № 19-02-00016 и № 20-32-90001.