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Unstable spectra of plane Poiseuille flow with a uniform magnetic field

Lai Wei, Yunxia Liu, Fang Yu, Haijun Ren, Zheng-Xiong Wang, Yue Liu, Hang Peng2022年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The unstable spectra of plane Poiseuille flow (PF) in the presence of a longitudinal magnetic field are numerically investigated using an eigenvalue solver of incompressible magnetohydrodynamic equations. It is found that the strength of the magnetic field and the dissipative effect of the magnetic perturbation have played different roles in different parameter regions. The magnetic field has a strong suppression effect on the classical plane PF instability with a large Reynolds number in the region with the magnetic Prandtl number or the magnetic Reynolds number . Here, the Reynolds number and the magnetic Reynolds number are defined as and , where a, V0, ν and η are the typical length, velocity, viscosity and resistivity, respectively. The magnetic Prandtl number is defined as , which is proportional to the ratio of the viscosity and the resistivity of the fluid medium. As the strength of the magnetic field increases, the PF instability can be completely stabilized in the limit of or/and . It is interestingly found that a new instability branch is excited in the small magnetic Prandtl number () or moderate magnetic Reynolds number () and large Reynolds number () regions. This new type of instability is verified to be driven by the magnetic Reynolds stress and modulated by the dissipative effect of the magnetic perturbation. The wavelength of the original PF instability gradually shifts to the long wavelength region, but the wavelength of the new branch is almost unchanged, as increases with fixed . However, the wavelength of the original instability branch is almost unchanged, but the wavelength of the new instability branch shifts to the long wavelength region, as increases with fixed .

日本語訳

平面ポアズイユ流(PF)の不安定スペクトルを、非圧縮性磁気流体力学方程式の固有値ソルバーを用いて数値的に調べた。磁場の強さと磁気擾乱の散逸効果は、異なるパラメータ領域において異なる役割を果たすことが見出された。磁場は、磁気プラントル数または磁気レイノルズ数を有する領域において、大きなレイノルズ数を有する古典的な平面PF不安定性に対して強い抑制効果を持つ。ここで、レイノルズ数と磁気レイノルズ数は、それぞれ および と定義され、a、V0、ν、ηはそれぞれ代表長さ、代表速度、粘性係数、抵抗係数である。磁気プラントル数は と定義され、流体媒質の粘性係数と抵抗係数の比に比例する。磁場の強さが増加するにつれて、 または/および の極限においてPF不安定性は完全に安定化され得る。小さな磁気プラントル数()または中程度の磁気レイノルズ数()および大きなレイノルズ数()の領域において、新しい不安定性分枝が励起されることが興味深く見出された。この新しいタイプの不安定性は、磁気レイノルズ応力によって駆動され、磁気擾乱の散逸効果によって変調されることが検証された。固定された に対して が増加するにつれて、元のPF不安定性の波長は徐々に長波長領域へとシフトするが、新しい分枝の波長はほぼ不変である。しかし、固定された に対して が増加するにつれて、元の不安定性分枝の波長はほぼ不変であるが、新しい不安定性分枝の波長は長波長領域へとシフトする。

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