The study of incompressible magnetohydrodynamic (MHD) turbulence gives useful insights on many astrophysical problems. We describe a pseudo-spectral MHD code suitable for the study of incompressible turbulence. We review our recent' works on direct three-dimensional numerical simulations for MHD turbulence in a periodic box. In those works, we use a pseudo-spectral code to solve the incompressible MHD equations. We first discuss the structure and properties of turbulence as functions of scale. The results are consistent with the scaling law recently proposed by Goldreich & Sridhar. The scaling law is based on the concept of scale-dependent isotropy: smaller eddies are more elongated than larger ones along magnetic field lines. This scaling law substantially changes our views on MHD turbulence. For example, as noted by Lazarian & Vishniac, the scaling law can provide a fast reconnection rate. We further discuss how the study of incompressible MHD turbulence can help us to understand physical processes in interstellar medium (ISM) by considering imbalanced cascade and viscous damped turbulence.
International Union of Geodesy and Geophysics Korean Journal of Geophysical Research
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제24권1호
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pp.11-18
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1996
A stability analysis in the geomagentotail is presented within MHD limit with a modified form ideal Ohm's law. Using the high ky approximation (ballooning limit), we derive the basic eigenmode equations which can be reduced to the ideal MHD limit. The incompressible limit is numerically solved for a number of model equilibria of tail by Kan [1973], and we have found no unstable Kan equilibrium. Also, an analytic theory is carried out for the case where Bkc is assumed to be constant along the field line, following the idea by Lee and Min [1996]. In that case, it is suggested that the tail stability to the incompressible antisymmetric mode is determined by the ideal MHD.
Attia, Hazem Ali;Ewis, Karem Mahmoud;Awad-Allah, Nabil Ahmed
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제16권2호
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pp.125-135
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2012
The transient magnetohydrodynamic (MHD) generalized Couette flow with heat transfer through a porous medium of an electrically conducting, viscous, incompressible fluid bounded by two parallel insulating porous plates is studied in the presence of uniform suction and injection and a heat source considering the Hall effect. A uniform and constant pressure gradient is imposed in the axial direction and an externally applied uniform magnetic field as well as a uniform suction and injection are applied in the direction perpendicular to the plates. The two plates are kept at different but constant temperatures while the Joule and viscous dissipations are included in the energy equation. The effect of the Hall current, the porosity of the medium and the uniform suction and injection on both the velocity and temperature distributions is investigated.
Supersonic turbulence is believed to decay rapidly within a flow crossing time irrespective of the degree of magnetization. However, this consensus of decaying magnetohydrodynamic (MHD) turbulence relies on local isothermal simulations, which are unable to investigate the role of global magnetic fields and structures. Utilizing three-dimensional MHD simulations including interstellar cooling and heating, we investigate decaying MHD turbulence within cold neutral medium sheets embedded in warm neutral medium. Early evolution is consistent with previous studies characterized rapid decay of turbulence with the decaying time shorter than a flow crossing time and power-law temporal decay of turbulent kinetic energy with slope of -1. If initial magnetic fields are strong and perpendicular to the sheet, however long term evolutions of kinetic energy shows that a significant amount of turbulent energy still remains even after ten flow crossing times, and decaying rate is reduced as field strengths increase. We analyse power spectra of remaining turbulence to show that incompressible, in-plane motions dominate.
In this study the magneto hydrodynamic (MHD) micro polar fluid flow of a viscous incompressible fluid past a porous medium in the presence of chemical reaction is considered. This work is devoted to investigate the Soret effect and Electromagnetic radiation effect and analyze analytically. In the energy equation the applied magnetic field strength and in the concentration equation the Soret effect are incorporated. The basic PDE (partial differential equations) are reduced to ODE (ordinary differential equations) using non dimensional variables. Then the analytical solution of the dimensionless equations are found using perturbation technique. The features of the fluid flow parameters are analyzed, discussed and explained graphically. The graphical solutions are found using MATLAB R2019b. Skin friction coefficient at the wall, Couple stress coefficient at the plate and the local surface heat flux are also thoroughly examined. Overall, this study sheds light on the complex interplay between physical parameters in the behavior of MHD micro-polar fluid past a porous medium in the presence of chemical reaction.
사각형의 MHD 추진 덕트 내부유동을 수치해석과 실험적인 방법으로 연구하였다. 수치해석연구에서는 전기장과 자기장의 영향하에 있는 비압축성 3차원 통전유체에 대하여 유한 차분법으로 계산하였다. 수치계산의 결과 전자기력이 약할때 층류유동의 전형적인 포물선 유동 형태가 전극 부근에서 M자 형상으로 변하였고, 균일분포의 일정 전자기력하에서 MHD 덕트 내부 압력은 입구에서부터 하류로 나아감에 따라 선형적으로 증가하였다. 실험에서는 MHD 추진 덕트 내부 유동을 해석할 수 있는 실험장치를 제작 하였으며, MHD 추진은 전류를 변화 시킴으로써 추력을 쉽게 조정할 수 있음을 알았다. 또한 MHD 덕트내 유동방향의 압력구배는 전자기력에 비례하여 증가하며 수치계산 결과와 잘 일치하였다.
Venkateswarlu, M.;Reddy, G. Venkata Ramana;Lakshmi, D. Venkata
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제19권1호
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pp.83-102
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2015
The present paper analyses the radiation effects of mass transfer on steady nonlinear MHD boundary layer flow of a viscous incompressible fluid over a nonlinear porous stretching surface in a porous medium in presence of heat generation. The liquid metal is assumed to be gray, emitting, and absorbing but non-scattering medium. Governing nonlinear partial differential equations are transformed to nonlinear ordinary differential equations by utilizing suitable similarity transformation. The resulting nonlinear ordinary differential equations are solved numerically using Runge-Kutta fourth order method along with shooting technique. Comparison with previously published work is obtained and good agreement is found. The effects of various governing parameters on the liquid metal fluid dimensionless velocity, dimensionless temperature, dimensionless concentration, skin-friction coefficient, Nusselt number and Sherwood number are discussed with the aid of graphs.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제21권1호
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pp.39-61
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2017
In this present article, we analyzed the heat and mass transfer characteristics of the nonlinear unsteady radiative MHD flow of a viscous, incompressible and electrically conducting fluid past an infinite vertical porous plate under the influence of Soret and chemical reaction effects. The effect of physical parameters are accounted for two distinct types of thermal boundary conditions namely prescribed uniform wall temperature thermal boundary condition and prescribed heat flux thermal boundary condition. Based on the flow nature, the dimensionless flow governing equations are resolved to harmonic and non harmonic parts. In particular skin friction coefficient, Nusselt number and Sherwood number are found to evolve into their steady state case in the large time limit. Parametric study of the solutions are conducted and discussed.
We investigate the decaying incompressible MHD turbulence by including the effect of the expansion and contraction of background medium. In such an environment, incompressible MHD turbulence has two kinds of time scale. One is the eddy turn-over time (teddy), the other is the expansion/contraction time (texp-cntr). The turbulence is expected to behave differently according to the relationship between the two time scales. For instance, for teddy < texp-cntr, the turbulence would be decay more or less as in a static medium. On the other hand, for teddy > texp-cntr, the effects of expansion and contraction would be dominant. We examine the properties of turbulence in these two regime cases. Based on it, we derive a scaling for the time evolution of flow velocity and magnetic field. (i) In the decay effect dominant case, the velocity and magnetic field scale as $\sqrt{{\rho}v}{\sim}a^{-3}$, $b{\sim}a^{-2.5}$(expanding media) and $\sqrt{{\rho}v}{\sim}a^{-2}$, $b{\sim}a^{-1.5}$(contracting media). The total energy and residual spectra follow the $E^T_k{\sim}k^{-5/3}$, $E^R_k{\sim}k^{-7.3}$ in the inertial range. (ii) In the expanding and contracting dominant case, the velocity and magnetic field scale as $\sqrt{{\rho}v}{\sim}a^{-2.5}$, $b{\sim}a^{-2}$ (expanding/contracting media). The Kinetic and magnetic energy spectra follow the $E^K_k{\sim}a^{-5}$, $E^M_k{\sim}a^{-4}$. We have confirmed that scaling of velocity and magnetic filed is almost the same from the analytic estimates and computational models
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[게시일 2004년 10월 1일]
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