Numerical simulations of rotating axisymmetric sunspots
Numerical simulations of rotating axisymmetric sunspots
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旋转轴对称太阳黑子的数值模拟
DOI：
10.1111/j.1365-2966.2008.13359.x
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发表时间：
2008
影响因子：
4.8
通讯作者：
Botha G
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Botha G
给出了存在垂直磁通束和绕轴旋转的轴对称对流的数值模型。该模型包含由非线性MHD方程描述的可压缩等离子体，密度和温度梯度模拟了太阳对流区的上层。结果表明，在圆柱形数值区域内有一个中心磁通管，对流单元在磁通管周围形成环流。当数值域以恒定的角速度旋转时，等离子体形成朗肯涡旋，等离子体作为磁场较强的刚体在通量管中旋转，同时在周围的对流单元中经历剪切的方位向流动，形成自由涡旋。结果表明，方位向速度分量在通量管外缘附近有最大值。磁通管内部的方位流和涡流相对于旋转的柱面坐标系是进流的。在外壁出现逆行流动。通量管外最显著的对流单元是方位向磁场分量最大值的位置。方位流和磁结构不是自发产生的，而是在柱状域没有任何强迫旋转的情况下按指数衰减的。
A numerical model of axisymmetric convection in the presence of a vertical magnetic flux bundle and rotation about the axis is presented. The model contains a compressible plasma described by the non-linear MHD equations, with density and temperature gradients simulating the upper layer of the Sun's convection zone. The solutions exhibit a central magnetic flux tube in a cylindrical numerical domain, with convection cells forming collar flows around the tube. When the numerical domain is rotated with a constant angular velocity, the plasma forms a Rankine vortex, with the plasma rotating as a rigid body where the magnetic field is strong, as in the flux tube, while experiencing sheared azimuthal flow in the surrounding convection cells, forming a free vortex. As a result, the azimuthal velocity component has its maximum value close to the outer edge of the flux tube. The azimuthal flow inside the magnetic flux tube and the vortex flow is prograde relative to the rotating cylindrical reference frame. A retrograde flow appears at the outer wall. The most significant convection cell outside the flux tube is the location for the maximum value of the azimuthal magnetic field component. The azimuthal flow and magnetic structure are not generated spontaneously, but decay exponentially in the absence of any imposed rotation of the cylindrical domain.
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