The scaling laws for the magnetic compression of a toroidally rotating field reversed configuration (FRC) have been investigated in this work. The magnetohydrodynamics (MHD) simulations of the magnetic compression on rotating FRCs employing the NIMROD code (Sovinec et al 2004 J. Comput. Phys.195 355), are compared with the Spencer's one-dimensional (1D) theory (Spencer et al 1983 Phys. Fluids26 1564) for a wide range of initial flow speeds and profiles. The toroidal flow can influence the scalings directly through the alteration of the compressional work as also evidenced in the 1D adiabatic model, and indirectly by reshaping the initial equilibrium. However, in comparison to the static initial FRC equilibrium cases, the pressure and the radius scalings remain invariant for the magnetic compression ratio up to 6 in presence of the initial equilibrium flow, suggesting a broader applicable regime of the Spencer scaling law for FRC magnetic compression. The invariant scaling has been proven a natural consequence of the conservation of angular momentum of both fluid and magnetic field during the dynamic compression process.
本研究では、トロイダル方向に回転する磁場反転配位（FRC）の磁気圧縮に対するスケーリング則を調査した。NIMRODコード（Sovinec et al 2004 J. Comput. Phys.195 355）を用いた回転FRCの磁気圧縮に関する磁気流体力学（MHD）シミュレーションを、広範囲の初期流れ速度およびプロファイルに対して、Spencerの1次元（1D）理論（Spencer et al 1983 Phys. Fluids26 1564）と比較した。トロイダル流は、1D断熱モデルでも示されているように、圧縮仕事の変化を通じて直接的に、また初期平衡を変形させることにより間接的に、スケーリング則に影響を及ぼし得る。しかしながら、静的な初期FRC平衡の場合と比較して、初期平衡流の存在下では、磁気圧縮比が6までの範囲で圧力および半径のスケーリング則は不変のままであり、FRC磁気圧縮に対するSpencerのスケーリング則の適用可能領域がより広いことを示唆している。この不変スケーリング則は、動的圧縮過程における流体および磁場の両方の角運動量保存の自然な帰結であることが証明された。