Ergodicity and invariant measures for a diffusing passive scalar advected by a random channel shear flow and the connection between the Kraichnan-Majda model and Taylor-Aris Dispersion
研究了在无通量边界条件下，平行平板通道中带有随机剪切流的平流-扩散方程的长时间行为，该随机剪切流依赖于定常的Ornstein-Uhlenbeck（O-U）过程.利用\cite{bronski1997scalar}中提出的基态本征值微扰方法，导出了任意$N$点相关器的长时间渐近性的封闭形式公式。进而，借助于Hausdorff矩问题\cite{shohat1943problem}的结论，我们发现了一个具有随机漂移和确定性增强扩散的扩散方程，该扩散方程在长时间内具有完全相同的概率分布函数.这样的方程享有许多遍历性质，立即转化为遍历结果的原始问题。特别是，我们建立的前两个阿里斯矩使用一个单一的实现的随机场可以用来明确地构建所有的合奏平均的时刻。此外，前两个系综平均时刻明确预测任何长时间为中心的阿里斯时刻。我们的公式定量地描述了确定性有效扩散对水流空间结构和随机时间波动之间相互作用的依赖性。这显著地对比了白噪声情况与噪声情况。此外，这种近似提供了许多关于平稳时间过程相关的时间积分的恒等式。对于不同类型的初始条件（如确定性和随机性），我们导出了衰减无源标量的长时间限制概率分布函数（PDF）的显式公式。所有结果都通过Monte-Carlo模拟进行了验证。
2020-12-11 math.AP math.PR physics.flu-dyn
Lubrication-Induced Newtonianization Enables Passive Transport of Non-Newtonian materials
Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；IMDEA Nanociencia（IMDEA纳米科学研究所）
通过边界润滑局部化剪切，抑制非牛顿材料的非线性流变响应，实现由润滑层和几何约束主导的牛顿化传输，提升被动流动效率。
2026-05-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Spectral quantum algorithm for passive scalar transport in shear flows
Imperial College London（伦敦帝国学院）；University of Manchester（曼彻斯特大学）
本文提出了一种频谱量子算法，用于模拟剪切流中被动标量输运，通过求解对流扩散方程并利用量子计算框架实现高效模拟。
2025-11-07 physics.flu-dyn quant-ph
An explicit algebraic closure for passive scalar-flux: Applications in heated channel flows subjected to system rotation
我们提出了一个代数模型的湍流标量通量矢量，源于张量表示理论。由此产生的封闭包含直接依赖于平均速度梯度和帧旋转张量，占科里奥利效应。模型系数由均匀剪切流的直接数值模拟（DNS）数据确定，该剪切流具有任意平均标量梯度方向。这种类型的调整过程使得所提出的模型是客观的对非均匀的应用程序。模型的性能进行了评估，在几个加热通道流在固定和旋转框架，显示出良好的结果。为了将所提出的模型的性能到上下文中，我们比较尤尼斯代数模型，这是已知的几个工程流提供合理的预测。
2020-02-15 physics.flu-dyn
Passive stabilization of crossflow instabilities by a reverse lift-up effect
本研究发现二维前向台阶可通过反向抬升效应被动稳定三维边界层定常横流失稳，提出适用于通用三维流动的能量转移理论框架，为层流控制应用提供了新的被动调控思路。
2023-10-04 physics.flu-dyn
Exact coherent structures in a reduced model of parallel shear flow
剪切流的简化描述与平面Couette流中低分支精确相干态的雷诺数标度一致[J. Wang等人，物理修订版信函98，204501（2007）]。对于Waleffe流[F. Waleffe，Phys. Fluids 9，883- 900（1997）]。下分支解决方案的特点是波动，沿临界层缓慢变化，而上分支解决方案显示双峰结构，更强烈地集中在临界层。简化模型为平行剪切流亚临界时空模式的研究提供了一个合理的框架。
2014-02-16 physics.flu-dyn
Rapidly yawing spheroids in viscous shear flow: Emergent loss of symmetry
本研究探究快速偏航椭球形泳动体与粘性剪切流的三维动力学，发现快速偏航产生非轴对称等效效应致混沌行为，通过多尺度分析推导并验证其等效粒子特性，揭示与快速旋转椭球体的动力学差异。
2024-12-27 cond-mat.soft math.DS physics.bio-ph
Variational bounds on the energy dissipation rate in body-forced shear flow
通过在推导纳维-斯托克斯方程时引入一个平衡参数，提出了一个新的关于体强迫剪切流中能量耗散率上界的变分问题。由此产生的最小-最大的问题进行了研究计算，产生新的估计，定量地改善以前获得的严格的界限。结果与直接数值模拟的数据进行了比较。
2004-09-07 physics.flu-dyn
Taylor dispersion in variable-density, variable-viscosity pulsatile flows
University of Manchester（曼彻斯特大学）；ATA Engineering, Inc.（ATA工程有限公司）
研究脉动流中变密度和变粘度条件下泰勒弥散现象，通过多重尺度分析建立有效混合模型，揭示剪切诱导弥散机制。
2026-03-12 physics.flu-dyn
Oscillating line source in a shear flow with a free surface: critical layer-like contributions
本文研究了在有限定深、有自由表面的无粘剪切流中振荡水下线源的线性水波辐射问题。表面速度相对于振荡源取为零，因此不存在多普勒效应。从源发出的辐射波是根据欧拉运动方程和适当的边界和辐射条件计算的，与通过假设势流获得的解有很大不同。也就是说，一个额外的波被发现在下游方向，除了以前已知的色散波的解决方案，这种波是非色散的，我们展示了它是如何产生的剪切和质量通量的组合在源，被动平流与流的临界层状流的表面表现。从一个以流体速度在源的深度移动的系统中可以看到，流线以类似于开尔文猫眼涡的方式形成闭合曲线。存在临界波与下游传播波共振的共振频率，导致下游波图案在振幅上远离源线性发散。
2016-04-22 physics.flu-dyn
Stress relaxation in a dilute bacterial suspension: The active-passive transition
我们分析了稀释的细菌悬浮液的时间依赖性非线性流变学（例如E。大肠杆菌）的一对冲动开始的线性流动-简单剪切和单轴拉伸。流变学由细菌取向分布决定，其满足动力学方程，该动力学方程包括由施加的流动引起的旋转，以及通过旋转扩散和翻滚而松弛至各向同性。相关的无量纲参数是Peclet数$Pe\equiv \dotγτ$和$τD_r$，Peclet数决定了流动诱导取向各向异性的重要性，$τD_r$量化了两种内在取向去相关机制（翻滚和旋转扩散）的相对重要性。这里，$τ$是表现出奔跑-翻滚动力学的细菌的平均奔跑持续时间，$D_r$是细菌的固有旋转扩散率，而$\dotγ$是施加的速度梯度的特征幅度。动力学方程的解决方案是使用频谱伽辽金法数值获得的，并在整个范围内的$Pe$产生相关的流变性能。对于简单剪切，我们在小$Pe$下的分析预测的应力松弛与Lopez等人（2015）的实验观察结果非常一致。然而，在大$Pe$上的分析产生了性质上不同的弛豫。实验中的流变学响应对应于从小$Pe$的主动游泳者的近各向同性悬浮到大$Pe$的被动杆的明显（近）各向同性悬浮的过渡。相比之下，计算产生了预期的过渡到一个几乎流动对齐悬浮被动刚性棒在高$Pe$。我们探测这种主动-被动过渡系统，补充数值解与解析解从适当的基态微扰展开。
2018-09-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Passive flow-separation control in a dual-bell rocket nozzle
对高雷诺数海平面模式下的亚尺度冷气双钟形喷管流场进行了延迟分离涡模拟，喷管压比NPR=45.7。在这种状态下，过度膨胀流在拐点处（即两个钟形件之间的接合处）呈现对称且受控的流分离，从而导致相对于常规钟形喷嘴产生低含量的空气动力学侧载荷。在频域中对喷管壁面压力信号进行了分析，并与文献中相同几何形状和流动条件下的实验数据进行了比较。在时间和空间（方位波数）的傅立叶频谱显示存在一个持久的音调与对称的冲击运动。激波和湍流结构只会轻微地激发非对称模态。侧载荷幅值的低平均值与实验结果吻合较好，证实了拐点抑制了分离激波与分离剪切层之间的气动声学干扰。
2020-04-30 physics.flu-dyn
Identifying optimal location for control of thermoacoustic instability through statistical analysis of saddle point trajectories
本研究提出LCS框架用于热声不稳定性的被动开环控制，通过DMD分析流场、追踪鞍点确定最优控制位置，注入二次气流后声幅值大幅降低。
2024-08-16 physics.flu-dyn
Reduced description of exact coherent states in parallel shear flows
本文研究了在正弦体积力作用下，限制在静止无应力壁面之间的线性稳定平面平行剪切流的精确相干态。Waleffe，Phys. Fluids 9，883（1997））是使用从纳维-斯托克斯方程的大雷诺数渐近约化获得的方程来计算的。减少方程采用分解成流向平均（平均）和流向变化（波动）的组件，其特征在于一个有效的顺序一雷诺数的平均方程，以及正式高阶扩散正则化的波动方程。介绍了一种计算精确相干态的鲁棒数值算法。数值延续较低的雷诺数的下分支状态揭示了一个鞍节点的存在;鞍节点允许访问上分支状态，像下分支状态，似乎是自洽的简化方程描述。详细描述了下支和上支状态的特征。
2014-07-10 physics.flu-dyn
Resolvent-based design and experimental testing of porous materials for passive turbulence control
一个扩展版本的解决方案制定用于评估使用各向异性多孔材料作为被动流量控制装置的湍流通道流。这些多孔基板的效果被引入到通过广义版本的达西定律的控制方程。模型预测表明，具有高流向渗透率和低壁面法向渗透率（$ϕ_{xy} = k_{xx}/k_{yy}\gg1$）的材料可以抑制类似于高能近壁循环的预解模式。基于这些预测，两个各向异性多孔基板与$ϕ_{xy} > 1$和$ϕ_{xy} < 1$的设计和制造的实验在台式水槽实验。采用粒子图像测速技术（PIV）测量湍流的平均统计特性，并通过快照本征正交分解（POD）提取相干结构。基于雷诺剪切应力分布的摩擦速度估计值并未显示出在相同的整体雷诺数下，相对于光滑壁面流，使用$ϕ_{xy}>1$的流向优先基底上可辨别的摩擦减少（或增加）的证据。在具有$ϕ_{xy} < 1$的基底上观察到摩擦的显著增加。这种摩擦力的增加与类似开尔文-亥姆霍兹涡的展向滚柱的出现有关。通过POD分析提取的相干结构与模型预测定性一致。
2020-09-25 physics.flu-dyn
Vertically localised equilibrium solutions in large-eddy simulations of homogeneous shear flow
在无动粘的大涡模拟（LES）中，数值求解了具有弯曲对称性的均匀剪切流的不稳定平衡解。小尺度特性由用于定义涡动粘性的混合长度尺度$l_S$决定，大尺度运动由积分尺度下的平均剪切引起，而积分尺度受展向盒维数$L_z$的限制。分数$ R_S= L_z/l_S$，它起到了雷诺数的作用，被用作数值连续参数。结果表明，随着$R_S$的增加，平衡解出现鞍结分岔，它们类似于具有相同对称性的平面Couette流。涡结构的低和上支的解决方案成为自发本地化的垂直方向。在低$R_S$下，下支解是一个边缘状态，随着$R_S$的增加，下支解呈现薄临界层的形式，正如在高雷诺数下一般剪切流的渐近理论。另一方面，上支解的特征在于具有多尺度多涡结构的高速度条纹。在$R_S$的高端，一个初始的多尺度结构被发现。LES湍流偶尔访问垂直本地化的状态，其涡结构类似于目前的垂直本地化LES平衡。
2017-06-23 physics.flu-dyn
Critical region in the spatiotemporal dynamics of a turbulent thermoacoustic system and smart passive control
提出了一种抑制钝体稳定预混湍流燃烧室热声不稳定性的被动控制策略。当当量比变化时，燃烧室中存在从燃烧噪声到热声不稳定性的过渡。我们同时进行声压，2D-PIV，和CH $^*$化学发光测量捕获的压力波动，速度场，和热释放率（HRR）场在过渡期间。我们测量的湍流速度的振幅在声频，时间平均涡度，时间平均HRR和瑞利指数的空间分布，并确定各种区域的意义。我们实施了一种被动控制策略，针对这些地区的稳定注射的二次微射流的空气，以优化注射位置，并确定关键区域。以二次空气为目标的临界区域导致对主导热声模式的大于20 dB的抑制。我们观察到，相干结构形成的剪切层后转储平面得到抑制，导致HRR波动的非相干空间分布。我们发现，湍流速度幅值正确识别的关键区域，优化被动控制热声不稳定性。与此相反，瑞利指数确定的区域最显着的声学驱动，但是，它不确定的区域最敏感的控制。最后，我们通过确定从湍流速度场测量的Hurst指数的空间分布来扩展我们的分析。我们发现，赫斯特指数确定的临界区域热声不稳定性和不稳定性，不同于其他物理措施。
2020-11-03 physics.flu-dyn
Three-dimensional shear driven turbulence with noise at the boundary
本文研究了三维不可压Navier-斯托克斯方程在部分边界噪声运动引起的剪切作用下的流动。噪声的影响是量化的上界的前两个时刻的耗散率。期望值估计与柯尔莫哥洛夫耗散律一致，恢复了确定性情况下的上界。边界的运动由一个Ornstein-Uhlenbeck过程给出;如果用Wiener过程代替Ornstein-Uhlenbeck过程，则可能会出现过度耗散。
2021-02-18 math.AP physics.flu-dyn
Passive scalar diffusion as a damped wave
三维湍流模拟表明，湍流均方根速度是湍流扩散速度的上限。这与磁扩散非常相似，其中最大扩散速度是光速。从数学上讲，这是由于包含法拉第位移电流，它确保了因果关系的遵守。在湍流扩散中，当使用最小τ近似时，很自然地出现类似于位移电流的项。模拟证实了这样一个长期的存在，并给出了其相对重要性的定量测量。
2004-04-26 physics.flu-dyn
Scaling Laws of Passive-Scalar Diffusion in the Interstellar Medium
University of Cambridge（剑桥大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
研究星际介质中被动标量扩散的标度规律，提出分数扩散方程描述湍流对流，验证了湍流马赫数对扩散的影响，指出均值标度适用于集合行为，但单个粒子仍保持相干性。
2017-01-27 astro-ph.GA cs.NA math.NA
Numerical Study of Non-Newtonian Effects on Fast Transient Flows in Helical Pipes
本研究着重于非牛顿流体在螺旋管中层流快速瞬变流动的参数研究。经典的流体锤模拟没有处理管道螺旋度和非牛顿流体的特性，而目前的工作解决这些功能。为此，采用幂律模型来适应流体的非牛顿行为。通过修正流体的体积弹性模量，考虑了管壁弹性和工质压缩性的影响。三维数值分析的结果表明，与现有的实验数据吻合良好，他们表明，流体的非牛顿特性显着影响的压力头响应，速度和剪切应力分布，以及所形成的二次流的强度。在流体锤的第一阶段，即偏差最大的阶段，剪切变稀和剪切变稠流体的管壁中点处的壁面剪应力值分别比牛顿流体低67.7%和高200%。剪切变稀流体和剪切变稠流体的上半段轴向涡量平均值分别比牛顿流体低65.5%和高111.7%。
2017-03-19 physics.flu-dyn
Bounds on Surface Stress Driven Shear Flow
背景方法适用于推导严格的限制表面速度和整体能量耗散的剪切应力驱动流在二维和三维通道。分析的副产品是具有剪切应力边界条件的平面Couette流的非线性能量稳定性结果：当所施加的应力由无量纲Grashoff数$Gr$衡量时，能量稳定性的临界$Gr$在二维中为139.5，在三维中为51.73。我们推导出摩擦力的上界（也称为摩擦力）。耗散）系数$C_f = τ/\bar{u}^2$，其中$τ$是所施加的剪切应力，$\bar{u}$是流体在表面的平均速度，适用于较高$Gr$的流动，包括发展的湍流：二维的$C_f le 1/32$和三维的$C_f \le 1/8$。这种分析严格证明了以前计算的数值估计。
2013-10-17 physics.flu-dyn
Integral constraints on the linear instability of stratified flow with planar shear at an arbitrary angle to the vertical
IDMEC, Instituto Superior Técnico, University of Lisbon（里斯本大学高等理工学院）；Department of Meteorology, University of Reading（雷丁大学气象系）
本研究推导了具有任意角度平面剪切的分层流线性不稳定的积分约束，扩展了Howard的半圆定理，并给出了不稳定性增长率上界的新表达式。
2026-07-28 physics.flu-dyn
Resonance enhanced turbulent transport
本文在E。Kim [ \emph{Physics of Plasmas}，{ \bf 13}，022308，2006]。湍流扩散被发现至关重要地依赖于抑制之间的竞争，由于剪切和增强，由于共振，取决于剪切流和湍流的特征时间和长度尺度。由于多普勒和参数共振，具有有限记忆时间的湍流会增强传输。在不同的参数空间中提供了湍流振幅和传输的标度。结果表明，振荡剪切流不仅在调节湍流的效率较低，但也可以提高湍流扩散的价值，加速湍流输送。
2008-12-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Long-wave instability and growth rate of the inviscid shear flows
本文研究了剪切流的长波不稳定性。当扰动波数大于临界值时，流动总是中性稳定的。首先，我们得到了中性波数$k_1\leq (p^2-1)μ_1$的一个新的上界，其中$p>1$和$μ_1$是Poincaré问题的最小特征值。其次，我们找到了复相速度虚部的一个新的上界$c_i \leq k_1 ΔU/\sqrt{μ_1}$，其中$ΔU$是速度的方差。新的界限是有限的所有$k>0$类似霍华德的周期定理，而以前的Craik和Banerjee等人将是无穷大的$k\rightarrow 0$。第三，我们找到了一个新的增长率上界$ω_i \leq (p-1) \sqrt{μ_1} ΔU$。所有新的边界都比Høiland，Howard，Craik和Banerjee等人以前的边界严格得多.我们的结果也推广了Kraichnan的逆能量级联理论.由于剪切不稳定是由长波不稳定引起的，这意味着长波的截断可以改变剪切流的不稳定性。
2011-08-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Passive swimming in low Reynolds number flows
微观游泳的可能性提取的能量从外部流进行了讨论，专注于一个简单的三聚体跨越线性剪切流的迁移。本文分析了游动的几何性质以及对囊泡的可能推广，认为从流体中提取能量的机制是对离散游动的囊泡坦克踩踏区的推广。游泳者利用外部流动的优势，通过它提取能量游泳和“航行”。迁移速度被发现在冲程振幅线性缩放，而不是在静止流体中的二次曲线。这种影响原来是与不适用的扇形定理在外部流场的存在。
2010-07-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn q-bio.OT
Wall Shear Stress Reconstruction from Concentration: Differentiable Physics and Physics-Informed Neural Networks
Department of Mechanical Engineering, University of Utah, Salt Lake City, UT, USA（机械工程系，犹他大学，盐湖城，UT，美国）；Scientific Computing and Imaging Institute, University of Utah, Salt Lake City, UT, USA（科学计算与成像研究所，犹他大学，盐湖城，UT，美国）；Department of Mechanical Engineering, University of Wisconsin–Milwaukee, Milwaukee, WI, USA（机械工程系，威斯康星大学密尔沃基分校，密尔沃基，WI，美国）；Department of Biomedical Engineering, University of Utah, Salt Lake City, UT, USA（生物医学工程系，犹他大学，盐湖城，UT，美国）
本文通过可微物理框架和物理信息神经网络两种逆方法，从空间有限的被动标量观测中重建壁面剪切应力，并证明测量位置和逆公式共同决定重建精度。
2026-07-29 cs.LG physics.comp-ph physics.flu-dyn
Enhanced dissipation, hypoellipticity, and anomalous small noise inviscid limits in shear flows
研究了由二维漂移-扩散方程生成的演化半群的衰减和瞬时正则化性质，其中标量由剪切流平流输送，并由完全或部分扩散耗散.我们认为空间周期$\mathbb{T}^2$设置和无通量边界条件的有界通道$\mathbb{T}\times [0,1]$的情况下。在无限Péclet数限制（扩散率$ν\to 0$），我们的工作量化的增强耗散效应，由于剪切。我们还获得了亚椭圆正则化，表明解决方案是即时Gevrey定期，即使只有部分扩散。证明依赖于本地化的谱隙不等式和hypocompativity的思想，用伪微分算子（相当简单的形式）代替权重的增强能量泛函。作为应用，我们研究了被动标量随机扰动的不变测度的小噪声无粘极限，并证明了噪声和扩散之间的经典Freidlin标度可以被修正.特别是，虽然统计稳定的解决方案在$H^1$爆炸的限制$ν\to0$，我们表明，粘性不变测度仍然收敛到一个独特的无粘措施。
2017-02-27 math.AP physics.flu-dyn
Exact renormalization group analysis of turbulent transport by the shear flow
采用Wilson提出并由Polchinski进一步发展的精确重整化群（RG）方法，研究了Avellaneda和Majda提出的剪切流模型，该模型是湍流速度场对被动标量扩散输运的简化模型。结果表明，这种精确的RG方法是能够恢复所有的标度制度的速度统计谱参数的变化，发现Avellaneda和Majda在他们的严格研究这个模型。这给了进一步的信心，RG方法，如果以正确的方式实现，而不是使用激烈的截断在Yakhot-Orszag的近似RG计划，并给出正确的预测随机偏微分方程（PDE）的解决方案的大规模行为。我们还导出了“大涡模拟“模型的模拟时，有限数量的小尺度从问题中消除。
2013-07-23 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Stretching of polymers around the Kolmogorov scale in a turbulent shear flow
我们提出的数值研究拉伸的虎克哑铃在湍流的Navier-Stokes流的线性平均配置文件，<u_x>=Sy。除了粘性Kolmogorov尺度η之外的湍流特征之外，哑铃的平衡延伸处的动力学显著低于η也得到了很好的解决。恒定剪切率S的变化引起所有尺度上的湍流速度波动的变化，从而引起平流的局部拉伸率的强度的变化。后者是由最大李雅普诺夫指数λ da_1来衡量的，发现λ da_1随着λ_1 ~ S^{3/2}而增加，这与量纲参数一致。布朗动力学模拟结合湍流剪切流的伪谱积分，推进了高达2 × 10^6被动平流哑铃的系综。拉伸的各向异性通过方位角$ϕ$和极角θ的统计来量化，方位角$ϕ$测量与x-y剪切平面中的平均流动轴的对准，极角θ确定相对于剪切平面的取向。φ的概率密度函数（PDF）的不对称性随着剪切速率S的增加而增加。此外，PDF在平均流向（phi= 0）附近逐渐达到峰值。相反，极角θ的PDF是对称的，并且对S的变化不太敏感。
2006-01-03 nlin.CD physics.flu-dyn
Persisting asymmetry in the probability distribution function for a random advection-diffusion equation in impermeable channels
研究了不渗透边界对无规流平流作用下无源标量场对称性的影响。我们专注于广泛的一类非线性剪切流乘以一个固定的，Ornstein-Uhlenbeck（OUU）的时变过程，包括他们的一些极限情况下，如高斯白噪声或活塞流。对于前一种情况下，线性剪切，最近的研究\cite{camassa2019symmetry}数值表明，衰减的被动标量的长时间限制概率分布函数（PDF）可能是负偏的存在下，不可渗透的通道边界，在严格的结果，在自由空间中建立的限制PDF是正偏的\cite{mclaughlin1996explicit}。在这里，在设置长时间限制偏度的PDF的边界的作用是严格建立上述类使用长时间渐近展开的$N$点相关的随机场从基态本征值微扰方法提出的\cite{bronski1997scalar}。我们的分析结果验证了在\cite{camassa2019symmetry}中数值模拟得到的线性剪切流的结论。此外，我们证明了在足够低的Péclet数的任何剪切流的极限分布是负偏态的。我们表明，前三个时刻的长时间限制明确地依赖于$γ$的值，这是相反的结论在\cite{vanden2001non}的限制PDF在自由空间。本文推导了无空间依赖性和高斯时间涨落流动的$N$点相关器的精确公式，推广了\cite{bronski2007explicit}的结果。该公式的长时间分析与我们的一般剪切流理论是一致的。所有结果…
2020-09-18 math.AP math.PR physics.flu-dyn
Bulk Burning Rate in Passive - Reactive Diffusion
我们考虑一个被动标量，是由一个规定的平均零发散自由速度场平流，扩散，并根据KPP型非线性反应的反应。我们引入了一个数量，散装燃烧速率，这使得在一般情况下的数学和物理意义，并扩展了往往定义不清的概念的前端速度。我们建立严格的下界的体积燃烧率是线性的平流速度的幅度为一大类的流量。这些“燃烧”流的特征在于存在连接燃烧和未燃烧材料的远距离区域的流线管和广义剪切流。边界包含速度流线的几何信息，当这些振荡的尺度比层流燃烧区的宽度更细时，边界退化。我们也给出了非常不同的流动，封闭流线的细胞流的例子，并严格证明，这些只能产生次线性增强的散装燃烧速率。
1999-07-21 chao-dyn math.AP nlin.CD
Mass distribution and skewness for passive scalar transport in pipes with polygonal and smooth cross-sections
我们扩展我们以前的结果表征的加载特性的扩散被动标量平流层流剪切流在管道和通道更一般的横截面形状，包括正多边形和平滑的拐角管道源自变形的椭圆形。对于三角形的情况，短时间偏斜度被精确地计算为正，而长时间渐近性显示它为负。蒙特卡罗模拟证实了这些预测，并记录了符号变化的时间尺度。有趣的是，等边三角形是唯一具有这种性质的正多边形，所有其他多边形在任何时候都具有正偏度，尽管由于缺乏这种几何形状的封闭形式流解，这无法在有限时间内证明。或者，封闭形式的流动解决方案，可以构造椭圆的平滑变形，并说明如何在时间上的多个符号切换的可能性是无关的域角。精确的条件有关的中位数和偏度的平均值，保证当偏度的符号意味着前（后）加载性能的发展示踪剂分布沿管道。短时间和长时间渐近性证实了这一条件，并且蒙特卡罗模拟始终验证这一点。
2018-02-05 math.AP physics.flu-dyn
Nonlinear inviscid damping and shear-buoyancy instability in the two-dimensional Boussinesq equations
本文研究了二维无粘Boussinesq方程在稳定分层Couette流附近的长时间性质，初始Gevrey扰动的大小为$\varepsilon$ .在经典的Miles-Howard稳定性条件下，我们证明了该系统经历了剪切浮力不稳定性：密度变化和速度经历了$O(t^{-1/2})$无粘阻尼，而涡量和密度梯度按$O(t^{1/2})$增长.该结果至少在自然的非线性时间尺度$t \approx \varepsilon^{-2}$之前保持不变。请注意，密度的行为与被动标量非常不同，这可以从无粘阻尼和较慢的梯度增长中看出。证明依赖于几个要素：（A）一个适当的对称化，使线性项服从能量方法，并考虑到经典的Miles-Howard谱稳定性条件;（B）在一个适用于Boussinesq方程的玩具模型上发展的、用于无粘、均匀Couette流问题的Fourier时间相关能量法的一个变体，即跟踪对称变量中潜在的非线性回波链，而不管涡度增长。
2021-03-25 math.AP physics.flu-dyn
Rigorous estimates of the tails of the probability distribution function for the random linear shear model
在以前的工作中，Majda和McLaughlin计算了由线性剪切流以积分形式在${\bf R}^N$上平流的被动标量的$2N$阶矩的显式表达式。在本文中，我们首先计算这些矩的渐近大矩数。我们能够使用这些关于矩的大N行为的信息，以及关于有限阶整函数的一些基本事实，来计算概率分布函数尾部的渐近性。我们发现当能量集中在最大尺度时，概率分布具有高斯尾。随着初始能量向越来越小的尺度移动，我们发现分布的尾部变长，并且分布从高斯平稳地移动到指数和“拉伸指数”。我们还表明，标量的衍生物越来越间歇性，与实验观察一致，并与标量的指数的标量衍生物的指数。
1999-09-07 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Transport of a passive scalar in wide channels with surface topography
本研究推广被动标量经典弥散理论，推导宽结构化通道中低雷诺数剪切流溶质的长时渐近对流扩散方程，得到各向异性弥散张量，揭示倾斜表面的弥散增强/降低特性及傅里叶模的线性独立修正贡献。
2022-10-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Flows and mixing in channels with misaligned superhydrophobic walls
具有相同纹理取向的对齐的超疏水表面减少通道中的阻力，并产生横向于所施加的压力梯度方向的二次流。在这里，我们表明，横向剪切可以很容易地产生通过使用超疏水通道与错位纹理表面。我们提出了一个通用的理论方法来量化这种横向流动引入一个有效的剪切张量的概念。为了说明它的使用，我们提出了近似的理论解和耗散粒子动力学模拟条纹超疏水通道。我们的研究结果表明，横向剪切导致复杂的流动模式，这提供了一个新的机制的被动垂直混合在一个纹理周期的尺度。根据雷诺数的值，会出现两种不同的情况。在相对较低的雷诺数下，流动表现为叠加有两个同向旋转涡的横向剪切。对于较大的雷诺数，这些涡成为孤立的，通过抑制横向方向上的流体输送。
2015-03-14 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Biased swimming cells do not disperse in pipes as tracers: a population model based on microscale behaviour
目前，人们对藻类和其他微生物悬浮液的生物技术开发建模很感兴趣，许多生物反应器都是管状设计。利用广义Taylor弥散理论，建立了垂直管流中微生物悬浮液的种群水平游动-平流-扩散模型。特别是，作用于单个细胞的重力和粘性扭矩的组合可以影响它们的游泳行为，这被称为回转。这通常导致细胞悬浮液中的局部细胞漂移和扩散。在管道中的流动中，穿过流线的少量径向漂移可以对细胞的有效轴向漂移和扩散产生重大影响。我们提出了一个Galerkin方法来计算局部平均游泳速度和扩散张量的基础上的局部剪切任意流量。在弱剪切和强剪切的极限下，用渐近结果验证了该方法的有效性。我们解决所得的游泳平流扩散方程，采用数值方法的情况下，施加Poietille流，并调查如何流修改分散的主动游泳者从被动标量。我们建立了广义泰勒色散理论预测增强的回旋聚焦在管流中的剪切强度增加，与早期的模型。我们还表明，有偏见的游泳细胞可能会表现得非常不同的被动示踪剂，轴向漂移高达两倍的速度和扩散少得多。
2012-05-02 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.CB
Energy and flux budget closure theory for passive scalar in stably stratified turbulence
针对稳定分层湍流，发展了被动标量（非浮力和非惯性粒子或气体混合物）的能量和通量收支（EFB）封闭理论。EFB湍流闭合的物理背景是基于湍流动能和势能以及动量和浮力的湍流通量以及颗粒的湍流通量的收支方程。EFB湍流闭合是为从中性到非常稳定的分层地球物理流而设计的，它意味着在任何分层处，湍流都是由速度切变维持的。在定常状态下，导出了被动标量的湍流通量和各向异性非对称湍流扩散张量的表达式，并得到了该张量各分量的普适通量理查森数依赖关系。湍流扩散张量在垂直方向上的对角分量被强分层抑制，而在水平方向上的对角分量没有被抑制，并且它们与湍流扩散张量的其他分量相比是占主导地位的。这意味着，任何最初创建的强烈不均匀的粒子云演变成一个薄煎饼在水平面上的垂直方向上的厚度非常缓慢的增加。湍流Schmidt数随梯度理查森数线性增加。考虑到这些结果的应用程序的大气边界层湍流，理论关系推导出允许确定的湍流扩散张量作为一个函数的垂直坐标测量的单位的地方Obukhov长度尺度。所得到的关系式在模拟大气边界层湍流和自由大气湍流中的颗粒弥散方面具有潜在的应用价值。
2021-06-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Active phase-space topology unifies depletion and alignment in bacterial flows
Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences（中国科学院广州地球化学研究所）；Peking University（北京大学）；Macau University of Science and Technology（澳门科技大学）
本文通过解析流体动力学模型，揭示了剪切诱导的耗竭与排列是单一活性相空间拓扑的双重表现，并验证了该理论在多种细菌和流动几何中的适用性。
2026-05-28 physics.bio-ph physics.flu-dyn
On strongly nonlinear gravity waves in a vertically sheared atmosphere, Part I: Spectral stability of the refracted wave
本研究探讨了垂直剪切大气中强非线性定常重力波的折射问题，发现其稳定性不仅取决于各层经典调制稳定性判据，还受新的不稳定性判据制约，且上层平均流水平风强于下层是不稳定性的必要条件。
2020-10-23 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Experimental evidence of slippage breakdown for a superhydrophobic surface in a microfluidic device
提出了一个完整的表征水流过硅超疏水表面与纵向微槽封闭在微流控装置。对接种有荧光被动示踪剂的流动的荧光显微镜图像进行数字处理，以测量超疏水表面的速度场以及液气界面的位置和形状。同时访问的弯月面和速度分布，使我们能够把一个严格的测试下的无剪切边界条件的液体-空气界面。令人惊讶的是，我们的测量结果表明，在表面空腔中的气穴可以维持非零的界面剪切应力，从而阻碍了表面的减摩能力。弯月面的位置和形状以及液体-空气界面摩擦对表面性能的影响分别进行评估和量化。
2014-06-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
