Variables
ρ
=
density
v
i
=
velocity
B
i
=
magnetic field
P
=
pressure
Ideal MHD Equations
ρ
,
t
+
(
ρ
v
j
)
,
j
=
0
(
ρ
v
i
)
,
t
+
(
ρ
v
i
v
j
+
δ
i
j
(
P
+
1
2
μ
0
B
k
B
k
)
−
1
μ
0
B
i
B
j
)
,
j
=
0
B
i
,
t
+
(
B
i
v
j
−
B
j
v
i
)
,
j
=
0
(
1
γ
−
1
P
+
1
2
ρ
v
k
v
k
+
1
2
μ
0
B
k
B
k
)
,
t
+
(
(
γ
γ
−
1
P
+
1
2
ρ
v
k
v
k
+
1
μ
0
B
k
B
k
)
v
j
−
1
μ
0
B
k
v
k
B
j
)
,
j
=
0
Expanded:
ρ
,
t
+
ρ
,
j
v
j
+
ρ
v
j
,
j
=
0
ρ
,
t
v
i
+
ρ
v
i
,
t
+
ρ
,
j
v
i
v
j
+
ρ
v
i
,
j
v
j
+
ρ
v
i
v
j
,
j
+
P
,
i
+
1
μ
0
δ
i
j
B
k
B
k
,
j
−
1
μ
0
B
i
,
j
B
j
−
1
μ
0
B
i
B
j
,
j
=
0
B
i
,
t
+
B
i
,
j
v
j
+
B
i
v
j
,
j
−
B
j
,
j
v
i
−
B
j
v
i
,
j
=
0
1
γ
−
1
P
,
t
+
1
2
ρ
,
t
v
k
v
k
+
ρ
v
k
v
k
,
t
+
1
μ
0
B
k
B
k
,
t
+
γ
γ
−
1
P
,
j
v
j
+
γ
γ
−
1
P
v
j
,
j
+
1
2
ρ
,
j
v
k
v
k
v
j
+
ρ
v
k
v
k
,
j
v
j
+
1
2
ρ
v
k
v
k
v
j
,
j
+
2
μ
0
B
k
B
k
,
j
v
j
+
1
μ
0
B
k
B
k
v
j
,
j
−
1
μ
0
B
k
,
j
v
k
B
j
−
1
μ
0
B
k
v
k
,
j
B
j
−
1
μ
0
B
k
v
k
B
j
,
j
=
0
Let
q
=
q
^
e
x
p
(
i
q
~
μ
x
μ
)
for
x
μ
∈
{
t
,
x
,
y
,
z
}
.
Therefore
q
,
μ
=
q
~
μ
q
.
ρ
~
t
ρ
+
ρ
~
j
ρ
v
j
+
ρ
v
~
j
v
j
=
0
ρ
~
t
+
ρ
~
j
v
j
+
v
~
j
v
j
=
0
ρ
~
t
=
−
(
ρ
~
j
+
v
~
j
)
v
j
ρ
~
μ
v
μ
=
−
v
~
j
v
j
B
i
,
t
+
B
i
,
j
v
j
+
B
i
v
j
,
j
−
B
j
,
j
v
i
−
B
j
v
i
,
j
=
0
B
~
t
B
i
+
B
~
j
B
i
v
j
+
B
i
v
~
j
v
j
−
B
~
j
B
j
v
i
−
B
j
v
~
j
v
i
=
0
B
~
t
B
i
=
−
(
B
~
j
+
v
~
j
)
(
B
i
v
j
−
B
j
v
i
)
B
~
μ
v
μ
B
i
−
B
~
j
B
j
v
i
+
v
~
j
(
B
i
v
j
−
B
j
v
i
)
=
0
ρ
,
t
v
i
+
ρ
v
i
,
t
+
ρ
,
j
v
i
v
j
+
ρ
v
i
,
j
v
j
+
ρ
v
i
v
j
,
j
+
P
,
i
+
1
μ
0
δ
i
j
B
k
B
k
,
j
−
1
μ
0
B
i
,
j
B
j
−
1
μ
0
B
i
B
j
,
j
=
0
ρ
~
t
ρ
v
i
+
v
~
t
ρ
v
i
+
ρ
~
j
ρ
v
i
v
j
+
2
v
~
j
ρ
v
i
v
j
+
P
~
i
P
+
1
μ
0
B
~
i
B
k
B
k
−
2
μ
0
B
~
j
B
i
B
j
=
0
Substitute
ρ
~
t
+
ρ
~
j
v
j
+
v
~
j
v
j
=
0
.
v
~
t
ρ
v
i
+
v
~
j
ρ
v
i
v
j
+
P
~
i
P
+
1
μ
0
B
~
i
B
k
B
k
−
2
μ
0
B
~
j
B
i
B
j
=
0
v
~
μ
v
μ
ρ
v
i
+
P
~
i
P
+
1
μ
0
B
~
i
B
k
B
k
−
2
μ
0
B
~
j
B
i
B
j
=
0
1
γ
−
1
P
,
t
+
1
2
ρ
,
t
v
k
v
k
+
ρ
v
k
v
k
,
t
+
1
μ
0
B
k
B
k
,
t
+
γ
γ
−
1
P
,
j
v
j
+
γ
γ
−
1
P
v
j
,
j
+
1
2
ρ
,
j
v
k
v
k
v
j
+
ρ
v
k
v
k
,
j
v
j
+
1
2
ρ
v
k
v
k
v
j
,
j
+
2
μ
0
B
k
B
k
,
j
v
j
+
1
μ
0
B
k
B
k
v
j
,
j
−
1
μ
0
B
k
,
j
v
k
B
j
−
1
μ
0
B
k
v
k
,
j
B
j
−
1
μ
0
B
k
v
k
B
j
,
j
=
0
1
γ
−
1
P
~
t
P
+
1
2
ρ
~
t
ρ
v
k
v
k
+
ρ
v
k
v
~
t
v
k
+
1
μ
0
B
k
B
~
t
B
k
+
γ
γ
−
1
P
~
j
P
v
j
+
γ
γ
−
1
P
v
~
j
v
j
+
1
2
ρ
~
j
ρ
v
k
v
k
v
j
+
3
2
ρ
v
~
j
v
j
v
k
v
k
+
2
μ
0
B
k
B
~
j
B
k
v
j
+
1
μ
0
B
k
B
k
v
~
j
v
j
−
2
μ
0
B
~
j
B
k
v
k
B
j
−
1
μ
0
B
k
v
~
j
v
k
B
j
=
0
Substitute
ρ
~
t
+
ρ
~
j
v
j
+
v
~
j
v
j
=
0
.
1
γ
−
1
P
~
t
P
+
ρ
v
k
v
~
t
v
k
+
1
μ
0
B
k
B
~
t
B
k
+
γ
γ
−
1
P
~
j
P
v
j
+
γ
γ
−
1
P
v
~
j
v
j
+
ρ
v
~
j
v
j
v
k
v
k
+
2
μ
0
B
k
B
~
j
B
k
v
j
+
1
μ
0
B
k
B
k
v
~
j
v
j
−
2
μ
0
B
~
j
B
k
v
k
B
j
−
1
μ
0
B
k
v
~
j
v
k
B
j
=
0
Substitute
v
~
t
ρ
v
i
+
v
~
j
ρ
v
i
v
j
+
P
~
i
P
+
1
μ
0
B
~
i
B
k
B
k
−
2
μ
0
B
~
j
B
i
B
j
=
0
−
P
~
i
P
v
i
+
1
γ
−
1
P
~
t
P
+
1
μ
0
B
~
t
B
k
B
k
+
γ
γ
−
1
P
~
j
v
j
P
+
γ
γ
−
1
v
~
j
v
j
P
+
1
μ
0
B
~
j
v
j
B
k
B
k
+
1
μ
0
v
~
j
v
j
B
k
B
k
−
1
μ
0
v
~
j
B
j
B
k
v
k
=
0
1
γ
−
1
P
~
t
P
+
1
γ
−
1
P
~
j
P
v
j
+
1
μ
0
B
~
t
B
k
B
k
+
1
μ
0
B
~
j
v
j
B
k
B
k
+
γ
γ
−
1
v
~
j
v
j
P
+
1
μ
0
v
~
j
v
j
B
k
B
k
−
1
μ
0
v
~
j
B
j
B
k
v
k
=
0
Substitute
B
~
t
B
i
+
B
~
j
B
i
v
j
+
B
i
v
~
j
v
j
−
B
~
j
B
j
v
i
−
B
j
v
~
j
v
i
=
0
1
γ
−
1
P
~
t
P
+
1
γ
−
1
P
~
j
P
v
j
+
γ
γ
−
1
v
~
j
v
j
P
+
1
μ
0
B
i
B
~
j
B
j
v
i
=
0
Assume
P
>
0
.
P
~
t
+
P
~
j
v
j
+
γ
v
~
j
v
j
+
γ
−
1
μ
0
P
B
i
B
~
j
B
j
v
i
=
0
P
~
μ
v
μ
=
−
γ
v
~
j
v
j
−
γ
−
1
μ
0
P
B
~
j
B
j
B
k
v
k