WikiEdge:ArXiv速递/2025-05-14

摘要

• 原文标题：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
• 中文标题：三维霍尔-磁流体湍流的多样性研究
• 发布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
• 作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
• 分类：physics.space-ph, physics.plasm-ph
• 原文链接：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我们针对三种磁普朗特数（$Pr_{m}=0.1$、$1.0$ 和 $10.0$）下的三维霍尔磁流体力学（3D HMHD）等离子体湍流衰减现象，开展了广泛的伪谱直接数值模拟（DNS）。这些模拟旨在揭示3D HMHD湍流统计特性对$Pr_m$的依赖性，并阐明三个特征尺度——动能与磁耗散长度尺度$\eta_u$、$\eta_b$以及离子惯性尺度$d_i$（低于该尺度时霍尔效应显现）之间的微妙相互作用。这种相互作用通过涡度和电流密度模量的等值面图可定性观察，并分别通过动能谱$E_u(k)$和磁能谱$E_b(k)$得到清晰呈现。我们发现两个不同的惯性区：在第一惯性区$k<k_{i}\sim1/d_i$中，无论$Pr_m$取值如何，$E_u(k)$和$E_b(k)$均呈现与Kolmogorov型$-5/3$标度一致的幂律分布；而在第二惯性区$k > k_{i}$中，$E_b(k)$的标度行为取决于$Pr_M$——当$Pr_{m}=0.1$时谱指数为$-17/3$，而$Pr_{m}=1$和$10$时则为$-11/3$。我们进一步通过理论推导证明：当$Pr_m \ll 1$时$E_u(k) \sim k^2 E_b(k)$，当$Pr_m \gg 1$时$E_b(k) \sim k^2 E_u(k)$，且DNS结果与理论预测相符。此外，我们还分析了导致离子回旋波或哨声波分别占主导地位的场左旋与右旋涨落现象。