RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2014

 / 

Май

←  →

Обзоры актуальных проблем


Подсеточное моделирование для исследования сжимаемой магнитогидродинамической турбулентности космической плазмы

 а,  а,  а, б
а Институт космических исследований РАН, ул. Профсоюзная 84/32, Москва, 117997, Российская Федерация
б Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Институтский пер. 9, Долгопрудный, Московская обл., 141701, Российская Федерация

Представлен обзор современного состояния исследований сжимаемой магнитогидродинамической турбулентности космической плазмы методами вычислительной физики. В отличие от турбулентности нейтральной несжимаемой жидкости, в этом случае присутствуют магнитное поле и сжимаемость, что существенно усложняет изучение свойств турбулентности космической плазмы методами прямого численного моделирования. Обсуждается метод крупных вихрей, разработанный в качестве альтернативы прямому моделированию. Метод основан на фильтрации исходных уравнений магнитной гидродинамики и подсеточном моделировании универсальной мелкомасштабной турбулентности. Подробно анализируется как сам метод, так и различные подсеточные модели для сжимаемых магнитогидродинамических турбулентных течений в политропной и теплопроводящей плазме. Обсуждается применение подсеточного моделирования для исследования турбулентности локальной межзвёздной среды и масштабно-инвариантных спектров в магнитогидродинамической турбулентности.

Текст pdf (1,1 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.0184.201405a.0457
PACS: 47.27.E−, 47.27.ep, 47.27.Gs, 52.35.Ra, 52.65.Kj (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0184.201405a.0457
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2014/5/a/
000340732000001
2-s2.0-84905988859
2014PhyU...57..421C
Цитата: Чернышов А А, Карельский К В, Петросян А С "Подсеточное моделирование для исследования сжимаемой магнитогидродинамической турбулентности космической плазмы" УФН 184 457–492 (2014)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 28 марта 2013, доработана: 13 сентября 2013, 13 сентября 2013

English citation: Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S “Subgrid-scale modeling for the study of compressible magnetohydrodynamic turbulence in space plasmas” Phys. Usp. 57 421–452 (2014); DOI: 10.3367/UFNe.0184.201405a.0457

Список литературы (183) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (22) Похожие статьи (20)

  1. Hawley J F, Gammie C F, Balbus S A Astrophys. J. 440 742 (1995)
  2. Balbus S A, Hawley J F, Stone J M Astrophys. J. 467 76 (1996)
  3. Schramkowski G P, Torkelsson U Astron. Astrophys. Rev. 7 55 (1996)
  4. Low M-M M et al. Phys. Rev. Lett. 80 2754 (1998)
  5. Boldyrev S, Nordlund A, Padoan P Astrophys. J. 573 678 (2002)
  6. Колесниченко А В, Маров М Я Астрон. вестн. 41 3 (2007); Kolesnichenko A V, Marov M Ya Solar Syst. Res. 41 1 (2007)
  7. Zank G P Space Sci. Rev. 89 413 (1999)
  8. Каплан С А Межзвездная газодинамика (М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1958); Kaplan S A Interstellar Gas Dynamics (Oxford: Pergamon Press, 1966)
  9. Elmegreen B G, Scalo J Annu. Rev. Astron. Astrophys. 42 211 (2004)
  10. Зелёный Л М, Веселовский И С (Ред.) Плазменная гелиогеофизика (М.: Физматлит, 2008)
  11. Priest E R Solar Magneto-Hydrodynamics (Dordrecht: D. Reidel Publ. Co., 1984); Прист Э Р Солнечная магнитогидродинамика (М.: Мир, 1985)
  12. Zhou Y, Matthaeus W H, Dmitruk P Rev. Mod. Phys. 76 1015 (2004)
  13. Mangeney A, Grappin R, Velli M Advances in Solar System Magnetohydrodynamics (Eds E R Priest, A W Hood) (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1991) p. 327
  14. Petrosyan A et al. Space Sci. Rev. 156 135 (2010)
  15. Goldstein M L Nature 436 782 (2005)
  16. Usmanov A V et al. Astrophys. J. 727 84 (2011)
  17. Зеленый Л М, Милованов А В УФН 174 809 (2004); Zelenyi L M, Milovanov A V Phys. Usp. 47 749 (2004)
  18. Фортов В Е и др. УФН 174 495 (2004); Fortov V E et al. Phys. Usp. 47 447 (2004)
  19. Будаев В П, Савин С П, Зелёный Л М УФН 181 905 (2011); Budaev V P, Savin S P, Zelenyi L M Phys. Usp. 54 875 (2011)
  20. Krause F, Rädler K-H Phys. Earth Planet. Inter. 20 158 (1979)
  21. Zel'dovich Ya B, Ruzmaikin A A, Sokoloff D D Magnetic Fields in Astrophysics (New York: Gordon and Breach, 1983)
  22. Frick P, Stepanov R, Sokoloff D Phys. Rev. E 74 066310 (2006)
  23. Размайкин А А, Соколов Д Д, Шукуров А М Магнитные поля галактик (М.: Наука, 1988); Ruzmaikin A A, Shukurov A M, Sokoloff D D Magnetic Fields of Galaxies (Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1988)
  24. Соколов Д Д, Фрик П Г Астрон. журн. 80 556 (2003); Sokoloff D D, Frick P G Astron. Rep. 47 511 (2003)
  25. Berger T W et al. Phys. Fluids 12 631 (2000)
  26. Lee C, Kim J Phys. Fluids 14 2523 (2002)
  27. Lee D, Choi H J. Fluid. Mech. 439 367 (2001)
  28. Satake S-I, Kunugi T, Smolentsev S J. Turbulence 3 020 (2002)
  29. Biskamp D Magnetohydrodynamic Turbulence (Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 2003)
  30. Yokoi N et al. J. Turbulence 9 37 (2008)
  31. Brandenburg A Astrophys. J. 550 824 (2001)
  32. Rogallo R S, Moin P Annu. Rev. Fluid Mech. 16 99 (1984)
  33. Reynolds O Philos. Trans. R. Soc. Lond. A 186 123 (1895)
  34. Фрик П Г Турбулентность: модели и подходы. Курс лекций (Пермь: ПГТУ, 1998)
  35. Chkhetiany O G, Moiseev S S, Petrosyan A S, Sagdeev R Z Phys. Scripta 49 214 (2004)
  36. Ezau I "An Introductory Essay" (Uppsala: Uppsala Univ., 2001)
  37. Meneveau C, Katz J Annu. Rev. Fluid Mech. 32 1 (2000)
  38. Piomelli U Prog. Aerospace Sci. 35 335 (1999)
  39. Glazunov A V, Lykossov V N Russ. J. Numer. Anal. Math. Modelling 18 279 (2003)
  40. Deardorff J W J. Fluid Mech. 41 453 (1970)
  41. Lilly D K IBM Scientific Computing Symp. on Environmental Sciences (1967), number 320-1951, 195-210
  42. Speziale G et al. Phys. Fluids 31 940 (1988)
  43. Moin P et al. Phys. Fluids A 3 2746 (1991)
  44. El-Hady N M, Zang T A, Piomelli U Phys. Fluids 6 1299 (1994)
  45. Zang T A, Dahlburg R B, Dahlburg J P Phys. Fluids A 4 127 (1992)
  46. Erlebacher G et al. J. Fluid. Mech. 238 155 (1992)
  47. Vreman B "Direct and large-eddy simulation of the compressible turbulent mixing layer" PhD Thesis (Netherlands: Univ. of Twente, 1995)
  48. Vreman B, Geurts B, Kuerten H Appl. Sci. Res. 54 191 (1995)
  49. Martin P, Piomelli U, Candler G Theor. Comput. Fluid Dyn. 13 361 (2000)
  50. Yoshizawa A Phys. Fluids 30 1089 (1987)
  51. Agullo O et al. Phys. Plasmas 8 3502 (2001)
  52. Müller W-C, Carati D Comput. Phys. Commun. 147 344 (2002)
  53. Müller W-C, Carati D Phys. Plasmas 9 824 (2002)
  54. Zhou Y, Vahala G J. Plasma Phys. 45 239 (1991)
  55. Gomez T et al. Phys. Fluids 19 032304 (2007)
  56. Knaepen B, Moin P Phys. Fluids 16 1255 (2004)
  57. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S Phys. Plasmas 13 032304 (2006)
  58. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S Phys. Plasmas 13 104501 (2006)
  59. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S Russ. J. Numer. Anal. Math. Modelling 21 1 (2006)
  60. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S Phys. Fluids 19 055106 (2007)
  61. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S Flow Turbulence Combust. 80 21 (2008)
  62. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S Phys. Fluids 20 085106 (2008)
  63. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S Theor. Comput. Fluid Dyn. 23 451 (2009)
  64. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S Phys. Scripta 2010 (T142) 014029 (2010)
  65. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S Phys. Plasmas 17 102307 (2010)
  66. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S J. Phys. Conf. Ser. 318 072036 (2011)
  67. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S Flow Turbulence Combust. 89 563 (2012)
  68. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S arXiv:1311.1922
  69. Balsara D Astrophys. J. Suppl. 132 83 (2001)
  70. Куликовский А Г, Погорелов Н В, Семенов А Ю Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений (М.: Физматлит, 2001); Kulikovskii A G, Pogorelov N V, Semenov A Yu Mathematical Aspects of Numerical Solution of Hyperbolic Systems (Boca Raton: Chapman and Hall/CRC, 2001)
  71. Ustyugov S D, Andrianov A N Center for Turbulence Research, Annual Research Briefs, 281 (2002)
  72. Gilman P A, Glatzmaier G A Astrophys. J. Suppl. 45 335 (1981)
  73. Glatzmaier G A J. Comput. Phys. 55 461 (1984)
  74. Lantz S R, Fan Y Astrophys. J. Suppl. 121 247 (1999)
  75. Marsch E Physics of the Inner Heliosphere II (Eds R Schwenn, E Marsch) (Heidelberg: Springer-Verlag, 1991)
  76. Goldstein M, Roberts D, Matthaueus W Annu. Rev. Astron. Astrophys. 33 283 (1995)
  77. Brandenburg A, Subramanian K Phys. Rep. 417 1 (2005)
  78. Cho J, Lazarian A Mon. Not. R. Astron. Soc. 345 325 (2003)
  79. Shaikh D, Zank G P Nonlin. Processes Geophys. 4 351 (2007)
  80. Picone J M, Dahlburg R B Phys. Fluids B 3 29 (1991)
  81. Dahlburg R B, Picone J M Phys. Fluids B 1 2153 (1989)
  82. Ghosh S, Matthaeus W H Phys. Fluids B 2 1520 (1990)
  83. Ladeinde F, Gaitonde D Phys. Fluids 16 2097 (2004)
  84. Orszag S, Tang C-M J. Fluid Mech. 90 129 (1979)
  85. Mininni P D, Pouquet A G, Montgomery D C Phys. Rev. Lett. 97 244503 (2006)
  86. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Электродинамика сплошных сред (М.: Физматлит, 2005); Landau L D, Lifshitz E M Electrodynamics of Continuous Media (Oxford: Pergamon Press, 1984)
  87. Dastgeer S, Zank G P Astrophys. J. 604 L125 (2004)
  88. Dastgeer S, Zank G P Nonlin. Processes Geophys. 12 139 (2005)
  89. Dastgeer S, Zank G P Astrophys. J. 602 L29 (2004)
  90. Armstrong J W, Rickett B J, Spangler S R Astrophys. J. 443 209 (1995)
  91. Spangler S Space Sci. Rev. 99 261 (2001)
  92. Zank G P, Matthaeus W H Phys. Fluids A 3 69 (1991)
  93. Zank G P, Matthaeus W H Phys. Fluids A 5 257 (1993)
  94. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S Astrophys. J. 686 1137 (2008)
  95. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S Advances in Plasma Astrophysics (IAU Symp.) Vol. 274 (Eds A Bonanno, E G dal Pino, A G Kosovichev) (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2011) p. 80
  96. Chernyshov A A, Karelsky K V, Petrosyan A S AIP Conf. Proc. 1242 197 (2010)
  97. Leonard A Adv. Geophys. 18 237 (1974)
  98. Sagaut P Large Eddy Simulation for Incompressible Flows: An Introduction (Berlin: Springer, 2002)
  99. Монин А С, Яглом А М Статистическая гидромеханика. Механика турбулентности (М.: Наука, 1965-1967); Monin A S, Yaglom A M Statistical Fluid Mechanics. Mechanics of Turbulence (Cambridge, Mass.: MIT Press, 1971-1975)
  100. Favre A J. Mecanique 4 361 (1965)
  101. Sagaut P, Grohens R Int. J. Numer. Mech. Fluids 31 1195 (1999)
  102. Haugen N E L, Brandenburg A Phys. Rev. E 70 026405 (2004)
  103. Brandenburg A Advances in Nonlinear Dynamos (The Fluid Mechanics of Astrophysics and Geophysics) Vol. 9 (Eds A Ferriz-Mas, M Núñez) (London: CRC Press, 2003) p. 269
  104. Theobald M, Fox P, Sofia S Phys. Plasmas 1 3016 (1994)
  105. Vreman B, Geurts B, Kuerten H J. Fluid Mech. 278 351 (1994)
  106. Smagorinsky J Mon. Weather Rev. 91 99 (1963)
  107. Bardina J, Ferziger J H, Reynolds W C AIAA 13th Fluid and Plasma Dynamics Conf., Snowmass, CO, USA, July 14 - 16, 1980 p. 10
  108. Liu S, Meneveau C, Katz J J. Fluid Mech. 275 83 (1994)
  109. Zang Y, Street R L, Koseff J R Phys. Fluids A 5 3186 (1993)
  110. Germano M et al. Phys. Fluids A 3 1760 (1991)
  111. Germano M J. Fluid Mech. 238 325 (1992)
  112. Lilly D Phys. Fluids A 4 633 (1992)
  113. Eidson T M J. Fluid. Mech. 158 245 (1985)
  114. Knight D et al. AIAA Paper 98-0535 (1998)
  115. Williamson J H J. Comput. Phys. 35 48 (1980)
  116. Brandenburg A, Dobler W Comput. Phys. Commun. 147 471 (2002)
  117. Müller W-C, Biskamp D Phys. Rev. Lett. 84 475 (2000)
  118. Knaepen B, Kassinos S, Carati D J. Fluid Mech. 513 199 (2004)
  119. Müller W-C, Grappin R Phys. Rev. Lett. 95 114502 (2005)
  120. Anderson J D (Jr.) Computational Fluid Dynamics: the Basics with Applications (New York: McGraw-Hill, 1995)
  121. Park N, Yoo J, Choi H J. Comput. Phys. 198 580 (2004)
  122. Ferziger J Simulation and Modeling of Turbulent Flows (Eds T Gatski, Y Hussami, J Lumley) (New York: Oxford Univ. Press, 1996) p. 109
  123. Колмогоров А Н ДАН СССР 30 299 (1941); Kolmogorov A N Proc. R. Soc. Lond. A 434 9 (1991)
  124. Колмогоров А Н ДАН СССР 31 19 (1941)
  125. Колмогоров А Н ДАН СССР 32 16 (1941)
  126. Обухов А М ДАН СССР 32 19 (1941)
  127. Low M-M M Astrophys. Space Sci. 289 323 (2004)
  128. Porter D H, Pouquet A, Woodward P R Theor. Comput. Fluid Dyn. 4 13 (1992)
  129. Low M-M M Astrophys. J. 524 169 (1999)
  130. Armstrong J W, Cordes J M, Rickett B J Nature 291 561 (1981)
  131. Montgomery D, Brown M R, Matthaeus W H J. Geophys. Res. 92 282 (1987)
  132. Lesieur M Turbulence in Fluids (Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1990)
  133. Shebalin J V, Matthaeus W H, Montgomery D J Plasma Phys. 29 525 (1983)
  134. Kritsuk A G et al. J. Phys. Conf. Ser. 180 012020 (2009)
  135. Kitsionas S et al. Astron. Astrophys. 508 541 (2009)
  136. Lee H et al. Astrophys. J. 594 627 (2003)
  137. Cho J, Lazarian A Theor. Comput. Fluid Dyn. 19 127 (2005)
  138. Sridhar S Astron. Nachrichten 331 93 (2010)
  139. Lundgren T S Center for Turbulence Research Annual Research Briefs (2003) p. 461
  140. Rosales C, Meneveau C Phys. Fluids 17 095106 (2005)
  141. De Stefano G, Vasilyev O V J. Fluid Mech. 646 453 (2010)
  142. Frisch U Turbulence. The Legacy of A.N. Kolmogorov (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1995); Фриш У Турбулентность. Наследие А.Н. Колмогорова (М.: Фазис, 1998)
  143. Обухов А М Изв. АН СССР. Сер. геогр. и геофиз. 5 4 (1941)
  144. Ирошников П С Астрон. журн. 40 742 (1963); Iroshnikov P S Sov. Astron. 7 566 (1964)
  145. Kraichnan R H Phys. Fluids 8 1385 (1965)
  146. Grappin R, Leorat J, Pouquet A Astron. Astrophys. 126 51 (1983)
  147. Verma M K, Bhattacharjee J K Europhys. Lett. 31 195 (1995)
  148. Müller W, Biskamp D Lecture Notes Phys. 614 3 (2003)
  149. Müller W-C, Grappin R Plasma Phys. Control. Fusion 45 B91 (2004)
  150. Müller W-C, Biskamp D Phys. Rev. Lett. 83 2195 (1999)
  151. Perez J C et al. Phys. Rev. X 2 041005 (2012)
  152. Carbone V, Pouquet A Lecture Notes Phys. 778 71 (2009)
  153. Hatori T J. Phys. Soc. Jpn. 53 2539 (1984)
  154. Biskamp D, Müller W Phys. Plasmas 7 4889 (2000)
  155. Wisniewski M, Kissmann R, Spanier F J. Plasma Phys. 79 597 (2013)
  156. Зыбин К П и др. ЖЭТФ 132 510 (2007); Zybin K P et al. JETP 105 455 (2007)
  157. Зыбин К П и др. ЖЭТФ 134 1024 (2008); Zybin K P et al. JETP 107 879 (2008)
  158. Dobrowolny M, Mangeney A, Veltri P Phys. Rev. Lett. 45 144 (1980)
  159. Elsasser W M Phys. Rev. 79 183 (1950)
  160. Marsch E Reviews in Modern Astronomy (Ed. G Klare) (Berlin: Springer, 1990)
  161. Verma M K Phys. Plasmas 6 1455 (1999)
  162. Ghosal S et al. J. Fluid Mech. 286 229 (1995)
  163. Carati D, Ghosal S, Moin P Phys. Fluids 7 606 (1995)
  164. Eswaran V, Pope S B Comput. Fluids 16 257 (1988)
  165. Fureby C et al. Phys. Fluids 9 1416 (1997)
  166. Alvelius K Phys. Fluids 11 1880 (1999)
  167. Kowal G et al. Astrophys. J. 700 63 (2009)
  168. Siggia E D, Patterson G S J. Fluid Mech. 86 567 (1978)
  169. Chasnov J R Phys. Fluids 3 188 (1991)
  170. Sullivan N P, Mahalingam S, Kerr R M Phys. Fluids 6 1612 (1994)
  171. Seror C et al. Phys. Fluids 13 476 (2001)
  172. She Z S, Jackson E, Orzag S A New Perspectives in Turbulence (Ed. L Sirovich) (Berlin: Springer-Verlag, 1991)
  173. She Z-S et al. Phys. Rev. Lett. 70 3251 (1993)
  174. Wang L et al. J. Fluid Mech. 309 113 (1996)
  175. Chen S, Shan X Comput. Phys. 6 643 (1992)
  176. Mosheni K et al. Phys. Fluids 15 524 (2003)
  177. Overholt M R, Pope S B Comput. Fluids 27 11 (1998)
  178. Brandenburg A, Petrosyan A Astron. Nachrichten 333 195 (2012)
  179. Pope S B New J. Phys. 6 35 (2004)
  180. Kraichnan R H Phys. Fluids 8 1385 (1965)
  181. Benzi R et al. Phys. Rev. Lett. 100 234503 (2008)
  182. Morinishi Y, Vasilyev O V Phys. Fluids 13 3400 (2001)
  183. Speziale G J. Fluids Mech. 156 55 (1985)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение