Mathematical Analysis of Magnetohydrodynamic Flows with Hall Effect

霍尔效应磁流体动力流的数学分析

基本信息

  • 批准号:
    2009422
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-15 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Magnetic reconnection is a fundamental process in highly conducting plasmas that involves rapid changes in the configuration of the magnetic flux lines, with the conversion of magnetic to kinetic energy. Solar flares, violent events with significant impact to telecommunications and the electric grid, may involve magnetic reconnection in a large scale. Magnetic reconnection is inherently a multi-scale process and causes difficulties in laboratory experimental study, satellite observations, and computational simulations. During magnetic reconnection, the magnetic force can create thin localized region wherein the elevated voltage difference generates intense electric currents and dissipation - the Hall effect. The Hall magnetohydrodynamics (Hall MHD) model has recently received increasing attention because of its improvements in predicting the fast-changing nature of magnetic reconnection compared to other models. Nevertheless, the mathematical theory of this model is far from being complete. This project will further advance the fundamental theoretical understanding of the Hall MHD model by addressing the issues such as existence and uniqueness of solutions, anomalous dissipation, and long-time behavior of the solutions. The project will provide opportunities for students to participate in the research. The Hall MHD model couples the Navier-Stokes equations and Maxwell's equations. The Hall MHD system is mathematically challenging due to the usual convective nonlinearities and the additional source term given by the Hall effect. The project includes investigations on the conservation or anomalous dissipation of energy and magnetic helicity for weak solutions, uniqueness, or lack thereof for weak solutions, weak-strong type of uniqueness, and asymptotic uniqueness in energy space within the framework of determining wavenumber.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
磁重联是高导电性等离子体中的一个基本过程,它涉及磁通量线结构的快速变化,并将磁场转化为动能。太阳耀斑是对电信和电网有重大影响的剧烈事件,可能涉及大规模的磁重联。磁重联本质上是一个多尺度过程,给实验室实验研究、卫星观测和计算模拟带来了困难。在磁重联过程中,磁力可以产生薄的局部区域,其中升高的电压差产生强烈的电流和耗散-霍尔效应。霍尔磁流体动力学(Hall MHD)模型由于其在预测磁重联的快速变化特性方面的改进而受到越来越多的关注。然而,该模型的数学理论还远远不够完善。本课题通过解决解的存在唯一性、解的异常耗散和解的长时间行为等问题,将进一步推进对Hall MHD模型的基础理论认识。该项目将为学生提供参与研究的机会。霍尔MHD模型耦合了纳维-斯托克斯方程和麦克斯韦方程。由于通常的对流非线性和霍尔效应给出的附加源项,霍尔MHD系统在数学上具有挑战性。本项目研究了弱解的能量守恒或异常耗散和磁螺旋度,弱解的唯一性或缺乏唯一性,弱-强型唯一性,以及确定波数框架下能量空间的渐近唯一性。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Blow-up of a dyadic model with intermittency dependence for the Hall MHD
霍尔 MHD 具有间歇依赖性的二元模型的放大
Non-uniqueness of weak solutions in Leray-Hopf space for the 3D Hall-MHD system
3D Hall-MHD 系统 Leray-Hopf 空间弱解的非唯一性
1D Model for the 3D Magnetohydrodynamics
  • DOI:
    10.1007/s00332-023-09944-8
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Mimi Dai;Bhakti Vyas;Xiangxiong Zhang
  • 通讯作者:
    Mimi Dai;Bhakti Vyas;Xiangxiong Zhang
Local well-posedness for the Hall-MHD system in optimal Sobolev spaces
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  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Cheskidov, Alexey;Dai, Mimi;Friedlander, Susan
  • 通讯作者:
    Friedlander, Susan
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  • 通讯作者:
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    Mimi Dai
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