Цикл работ Чернышова Александра Александровича (сектор 501) “Применение метода крупных вихрей к исследованию сжимаемой магнитогидродинамической турбулентности космической плазмы” на конкурс научных работ ИКИ РАН 2007 в номинации «работа молодого ученого».

Данный цикл работ посвящен применению метода крупных вихрей для сжимаемой магнитогидродинамической турбулентности космической плазмы. На основе ранее разработанного нами метода крупных вихрей, проводятся исследование сжимаемой МГД турбулентности. Результаты моделирования подтверждены расчетами, полученные прямым численным моделированием затухающей МГД турбулентности в различных диапазонах магнитного числа Рейнольдса, гидродинамического числа Рейнольдса и числа Маха. Всего было рассмотрено семь различных случаев, варьируя начальные параметры вычислений. Изучена временная динамика кинетической и магнитной энергии, взаимной спиральности скорости и магнитного поля, молекулярной и подсеточной диссипации, турбулентных напряжений, для исследования анизотропии сжимаемого МГД течения, представлена временная зависимость асимметрии и пологости, также рассматривались спектры кинетической и магнитной энергии.

Показано, что при уменьшении магнитного числа Рейнольдса разница между подсеточными моделями уменьшается для магнитной энергии и все рассмотренные модели демонстрируют хорошую точность, а при увеличении - растет роль подсеточных замыканий в моделировании сжимаемой МГД турбулентности и уменьшается скорость диссипации магнитной энергии. Наилучшие результаты показывают модели Смагоринского, Колмогорова и модель, основанная на взаимной спиральности для эволюции магнитной энергии. Для кинетической энергии при уменьшении магнитного числа Рейнольдса наблюдается большее расхождение в результатах при применении различных подсеточных параметризаций. Для временной динамики турбулентных напряжений, как магнитных, так и кинетических, характерно увеличения влияния на результаты моделирования МГД турбулентности параметризаций при увеличении магнитного числа Рейнольдса. Роль анизотропии в расчетах и расхождение результатов, полученных с помощью метода крупных вихрей и прямым численным моделированием, для анизотропии увеличивается при уменьшении магнитного числа Рейнольдса.. При увеличении числа Маха увеличивается расхождение в результатах моделирования прямым численного методом и методом крупных вихрей для кинетической энергии. Модель Смагоринского и модель, основанная на взаимной спиральности, для кинетической энергии показывают наилучшее согласование с DNS при различных числах Маха. Для магнитной энергии, наоборот, наблюдается уменьшение разброса в результатах при увеличении числа Маха. Подсеточные модели меньше всего оказывают влияние на временную эволюцию пологости и асимметрии, это связано с тем, что анизотропия и перемежаемость являются свойствами крупномасштабных структур, а различия между подсеточными моделями и моделью без подсеточных замыканий имеют место на мелких масштабах турбулентного течения. В целом, наилучшие результаты демонстрируют расширенная модель Смагоринского для МГД случая и модель, основанная на взаимной спиральности магнитного поля и поля скоростей. Модель подобия масштабов не обеспечивает достаточной диссипацией кинетическую и магнитную энергию и эту модель следует использовать только вместе с моделями вихревой вязкости (например, с моделью Смагоринского), что является основной идеей смешанной модели.

1. A. A. Chernyshov, K. V. Karelsky, A. S. Petrosyan «Development of large eddy simulation for modeling of decaying compressible magnetohydrodynamic turbulence», Physics of Fluids, Vol. 19, Issue 5, 055106, 14pp, (2007)

2. A. A. Chernyshov, K. V. Karelsky, A. S. Petrosyan «Assessment of Subgrid-Scale Models for Decaying Compressible MHD Turbulence», Flow, Turbulence and Combustion, DOI 10.1007/s10494-007-9100-8, 15pp, (2007)