Чернышов Александр Александрович. Цикл работ «Исследование сжимаемой магнитогидродинамической турбулентности в космической плазме» на конкурс научных работ ИКИ РАН 2009 в номинации “работа молодого ученого”.

Данный цикл работ посвящен развитию метода крупных вихрей (LES) и его применение к исследованию слабосжимаемого режима космической плазмы и свойств негауссовости сжимаемой магнитогидродинамической (МГД) турбулентности.

Хорошо известные ограничения прямого численного моделирования турбулентности особенно обостряются при исследовании негауссовости и перемежаемости сжимаемой МГД турбулентности. Поэтому представляется важным изучить возможность применимости такого эффективного метода как LES для изучения свойств течений заряженной жидкости, характеризующую негауссовость, а именно, пологости и асимметрии. Негауссовость играет существенную роль в динамики МГД турбулентности. Например, в астрофизических задачах, где перемежаемость может значительно влиять на нагрев межзвездного газа; различные структуры в межзвездной среде могут быть объяснены с помощью негауссовости сжимаемой МГД турбулентности; взаимодействие с космическими лучами, радио волнами, диффузия частиц в плазме и ускорение могут быть различны в перемежаемой системе. Также негауссовоть наблюдается в солнечном ветре, что подтверждается спутниковыми данными. МГД турбулентность в проводящей среде, в отличие от гидродинамической турбулентности нейтрального газа, определяется не только флуктуациями скорости, но и флуктуациями магнитного поля. Поэтому в работе [1] исследовалась возможность применения метода LES для исследования перемежаемых свойств турбулентных течений сжимаемой магнитной жидкости и потенциальные возможности различных параметризаций подсеточных явлений путем сравнения с результатами DNS. Метод крупных вихрей является эффективной альтернативой методу DNS для течений с большими числами Рейнольдса, однако использованием процедуры фильтрации фактически исключает из вычислений мелкомасштабную часть турбулентного течения, на масштабах которых и проявляется негауссовость. Именно поэтому потенциальные возможности метода LES для моделирования различных перемежаемых турбулентных течений требовали дополнительных исследований. Было показано, что выбор подсеточной параметризации для пологости и асимметрии более важен, чем для магнитного поля. Продемонстрировано, что метод LES обеспечивает адекватные результаты и может быть использован для изучения функции плотности вероятности в МГД турбулентности при различных числах подобия. В работе[2] получена система сжимаемых МГД уравнений для электро- и теплопроводящей жидкости, включающая уравнение энергии в форме уравнения сохранения полной энергии. Рассмотрены три различных случая: с малым числом Маха Ms, с умеренным значением Ms и режим сверхзвукового течения. Подробно рассмотрены и предложены параметризации для принципиально новых дополнительных подсеточных слагаемых в уравнении энергии после процедуры фильтрации вследствие наличия сжимаемости и магнитного поля. В работе[3] проведено численное трехмерное моделирование сжимаемой МГД турбулентности локальной межзвездной среды. Показано, что флуктуации плотности являются пассивным скаляром в поле фоновой турбулентности, то есть спектр кинетической энергии и спектр флуктуаций демонстрируют спектр колмогоровского типа. Также в этой работе исследуется анизотропия межзвездной турбулентности и намагниченность плазмы.

1. A. A. Chernyshov, K. V. Karelsky, A. S. Petrosyan «Validation of large eddy simulation method for study of flatness and skewness of decaying compressible magnetohydrodynamic turbulence», Theor. Comput. Fluid Dyn., DOI 10.1007/s00162-009-0153-2, (2009)

2. A. A. Chernyshov, K. V. Karelsky, A. S. Petrosyan « Subgrid-ScaleModeling of Decaying Compressible MHD Turbulence in Heat-Conducting Fluid», Proceedings of the Sixth International Symposium On Turbulence, Heat and Mass Transfer, Rome, Italy, Edited by K. Hanjalic, Y. Nagano, S. Jakirlic, ISBN 978-1-56700-262-1, (2009)

3. A. A. Chernyshov, K. V. Karelsky, A. S. Petrosyan «Large Eddy Simulation of compressible magnetohydrodynamic turbulence in the local interstellar medium», Advances in Turbulence XII Proceedings of the 12th EUROMECH European Turbulence Conference, Marburg, Germany, Edited by Bruno Eckhardt,ISSN 0930-8989, ISBN 978-3-642-03084-0, DOI 10.1007/978-3-642-03085-7, Springer, стр. 465-468 (2009)