WikiEdge:ArXiv速遞/2025-05-14

摘要

• 原文標題：Uncovering the Varieties of Three-dimensional Hall-MHD Turbulence
• 中文標題：三維霍爾-磁流體湍流的多樣性研究
• 發布日期：2025-05-14 16:30:22+00:00
• 作者：Pratik Patel, Sharad K Yadav, Hideaki Miura, Rahul Pandit
• 分類：physics.space-ph, physics.plasm-ph
• 原文連結：http://arxiv.org/abs/2505.09537v1

中文摘要：我們針對三種磁普朗特數（$Pr_{m}=0.1$、$1.0$ 和 $10.0$）下的三維霍爾磁流體力學（3D HMHD）等離子體湍流衰減現象，開展了廣泛的偽譜直接數值模擬（DNS）。這些模擬旨在揭示3D HMHD湍流統計特性對$Pr_m$的依賴性，並闡明三個特徵尺度——動能與磁耗散長度尺度$\eta_u$、$\eta_b$以及離子慣性尺度$d_i$（低於該尺度時霍爾效應顯現）之間的微妙相互作用。這種相互作用通過渦度和電流密度模量的等值面圖可定性觀察，並分別通過動能譜$E_u(k)$和磁能譜$E_b(k)$得到清晰呈現。我們發現兩個不同的慣性區：在第一慣性區$k<k_{i}\sim1/d_i$中，無論$Pr_m$取值如何，$E_u(k)$和$E_b(k)$均呈現與Kolmogorov型$-5/3$標度一致的冪律分布；而在第二慣性區$k > k_{i}$中，$E_b(k)$的標度行為取決於$Pr_M$——當$Pr_{m}=0.1$時譜指數為$-17/3$，而$Pr_{m}=1$和$10$時則為$-11/3$。我們進一步通過理論推導證明：當$Pr_m \ll 1$時$E_u(k) \sim k^2 E_b(k)$，當$Pr_m \gg 1$時$E_b(k) \sim k^2 E_u(k)$，且DNS結果與理論預測相符。此外，我們還分析了導致離子迴旋波或哨聲波分別占主導地位的場左旋與右旋漲落現象。