Magnetic helicity dissipation and production in an ideal MHD code
我们研究了一个湍流螺旋发电机在一个周期性的域通过求解理想磁流体动力学（MHD）方程与FLASH代码使用发散清洗八波方法，并比较我们的结果与直接数值模拟（DNS）使用的ESTA代码。在低分辨率下，FLASH通过产生DNS所期望的大规模磁场来定性地再现DNS结果，但是在更高分辨率下，没有获得大规模磁场。在所有产生大尺度磁场的情况下，理想MHD结果在小尺度下产生的功率太小。因此，与DNS相比，小尺度电流螺旋度太小。由此产生的净电流螺旋度总是错误的符号，并且其统计平均值也不会像DNS所预期的那样在后期接近零。我们的研究结果的恒星和银河系的磁性使用理想的MHD代码的天体物理发电机模拟的影响。
2020-01-26 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Helicity conservation by flow across scales in reconnecting vortex links and knots
螺旋度（或打结）是一个基本守恒量的猜想在流体力学中有着丰富的历史，但在耗散存在下这种守恒的性质已被证明难以解决。利用最新的进展，我们创建的粘性流体和模拟超流体的涡结和链接，并通过拓扑变化的重连跟踪它们的几何形状。我们发现，通过重新连接的涡旋线的重新关联，使螺旋度的链接和结的螺旋线圈。这个过程是非常有效的，由于反平行的方向自发地采取了重新连接的旋涡。使用一种新的方法来量化的空间螺旋度谱，我们发现，重联过程可以被看作是转移螺旋度之间的尺度，而不是消散it.We还推断存在的几何变形，转换成更小的尺度扭曲的螺旋线圈，在那里它可能最终消散。我们的研究结果表明，螺旋度守恒在流体和相关领域中起着重要的作用，即使在耗散的存在。
2014-09-18 physics.flu-dyn
An improved helical subgrid-scale model and large-eddy simulation methods in helical turbulence
针对螺旋状各向同性湍流，提出了一种改进的两项螺旋亚网格尺度（SGS）模型，并给出了四种用于大涡模拟（LES）的动力学方法，包括标准动力学方法、最小二乘和动力学方法、单螺旋度耗散约束动力学方法和能量和螺旋度耗散双约束动力学方法。在稳态和衰减螺旋各向同性湍流中进行了先验和后验测试，将四种类型的动态螺旋模型和动态Smogorinsky模型与直接数值模拟（DNS）的结果进行了比较。数值结果表明，三种新的动力螺旋模型对能量和螺旋度演化的预测优于标准动力螺旋模型，两种约束螺旋模型对能量和螺旋度耗散率的预测优于其他模型.此外，约束螺旋模型与真实SGS应力具有更高的相关性，并且与DNS结果具有更相似的概率密度函数（PDF）。总的来说，这两个约束螺旋模型显示出一些更有吸引力的功能比其他模型。
2014-08-12 physics.flu-dyn
A new eddy-viscosity model for large eddy simulation in helical turbulence
在各向同性螺旋湍流中，提出了一种新的单螺旋模型用于大涡模拟。在Kolmogrov假设的基础上，根据螺旋度耗散的平衡和螺旋度通量在惯性范围内的平均值，提出了螺旋模型，螺旋模型是一种涡粘性模型。螺旋模型的系数是恒定的，并且也可以动态地确定。数值模拟的强制和衰减的各向同性螺旋湍流表明，螺旋模型预测的能量和螺旋度的演变。螺旋模型的统计特性更接近DNS结果，在先验检验中，螺旋模型的能量耗散和螺旋度耗散也显示出良好的结果。螺旋模型与动态Smogorinsky模型和混合模型相比，具有一定的优越性.
2012-12-12 physics.flu-dyn
Turbulence compressibility reduction with helicity
在循环箱中进行了螺旋度对各向同性湍流压缩性影响的数值试验。压缩性相关的模式频谱的动能的比率目前的幂律在大的波数在耗散范围内，表示一个共同的差异$11/15$的非螺旋功率谱的代数前因子的指数超过螺旋的。我们的结果不是从谱本身的形状导出的，关于螺旋度对离散动力学系统的复奇异性的影响的隐含信息对于理解纳维-斯托克斯方程仍然是合理的价值，虽然用于计算的高阶有限差分格式在耗散范围内可能不如具有伪谱方法本文还讨论了谱起伏在控制流动，例如降低湍流噪声方面的可能应用。
2022-11-08 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dual cascade and dissipation mechanisms in helical quantum turbulence
在经典湍流中，螺旋度会减少非线性，并能改变湍流的演化，而在量子湍流中，螺旋度的作用还没有完全被理解。本文采用Gross-Pitaevskii方程对螺旋量子湍流的自由衰减进行了高空间分辨率的数值模拟。这一演化过程与经典流动有着显著的相似之处，经典流动表现出不可压缩动能和螺旋度向小尺度的双重转移。时空分析表明，这两个数量耗散在小尺度上通过非线性激发开尔文波和随后的声子发射。在衰减开始时，产生的湍流显示出极化的大尺度结构和非极化的静止斑块，这让人想起在非常大的雷诺数下模拟经典湍流时观察到的那些。
2017-05-12 physics.flu-dyn
Trefoil knot structure during reconnection
三维图像的演变数值三叶涡结被用来研究的增长和衰减的涡度拟能和螺旋度。负螺旋密度（$h<0$）起着几种作用。首先，在涡度拟能耗散最大值的两侧，具有相同大小的相反符号的螺旋度耗散片允许在第一次重联过程中保留全局螺旋度${\cal H}$，这在理论上（Laing等人，2015年）和实验上（Scheeler等人，2014年）都是如此。其次，为了保持三叶内涡度拟能和正螺旋度的增长，同时保持${\cal H}$，只要周期性边界不干涉，$h<0$就在三叶的外部形成。为了防止这种情况，随着粘度$ν\to0$的增加，域尺寸$\ell$增加。结合起来，这允许两组三叶形形成新的缩放机制，其中线性减小$(\sqrtνZ(t))^{-1/2}$直到公共$ν$独立时间$t_x$，图形显示的是第一次重连结束时。在此阶段，当时间按各自的非线性时间尺度$t_f$标度时，模拟旋涡的演变与Kleckner和Irvine（2013）的重新连接实验三叶形之间存在良好的对应关系。时间尺度$t_f$是以三叶形的半径$r_f$和它们的环流$Γ$为基础的，只要用实验性的水翼模型的强弯度来修正只采用平板近似的已发表的实验环流$Γ$。
2017-05-26 physics.flu-dyn
Dependence of trefoil vortex knots upon the initial vorticity profile
本文通过六组Navier-Stokes三叶形涡旋结数值模拟，揭示了初始涡量剖面对螺旋度、涡量拟能演化和有限时间耗散行为的决定性影响，并阐明了不同剖面下重联过程中负螺旋度涡量片的形成机制。
2023-04-16 physics.flu-dyn
The interplay between helicity and rotation in turbulence: implications for scaling laws and small-scale dynamics
物理系统的不变性支配着它们的行为：湍流中的能量守恒驱动着能量在模式之间的广泛分布，在地球物理或天体物理流动中观察到。在理想流体力学中，螺旋度守恒（速度与旋度之间的相关性，测量镜像对称的偏离）的作用仍然不清楚，因为它不会改变能谱。然而，与固体旋转，显着差异之间出现螺旋和非螺旋流。我们首先概述了几个结果，如能量和螺旋度谱分布和打破严格的普遍性的个人光谱。使用大规模的数值模拟，然后，我们表明，小尺度结构和它们的不稳定性的不同，根据螺旋度是否存在或不，特别是相对于贝尔特拉米核心涡（BCV）的出现，是层流螺旋垂直上升气流。这些结果指出，除了Rossby数的小参数的发现，这可能涉及的旋转螺旋湍流的临界现象的问题，通过重整化群和弱湍流理论。这个参数可以与能量和螺旋度通量的无量纲化比相关联，小尺度的三维能量级联是弱的和自相似的。
2009-10-23 physics.flu-dyn
Spectral Modeling of Turbulent Flows and the Role of Helicity
本文提出了一种基于涡阻尼拟正态马尔可夫近似\cite{sao,chollet_lesieur}的大涡模拟动力学谱模式。三个不同的修改实施和测试。一方面，而在目前的方法中，一个Kolmogorov样的能量谱通常是假设，以评估非本地传输，在我们的方法中的子网格尺度的能量谱动态地适应自己的大规模解决频谱，这第一个修改允许特别是一个更好的治疗瞬态阶段和不稳定性，如一个具体的例子。此外，该模型考虑了小尺度的相位关系，例如体现在强局部结构，如涡丝。为此，在封闭模型中的所谓涡流噪声的处理中实施相位信息。最后，我们还考虑了螺旋小尺度可能发挥的作用，在评估的能量和螺旋度，两个不变量的原始方程在无粘的情况下，这也导致内在的变化，螺旋度谱的发展。因此，我们的模型允许模拟各种情况下的流动，并在任何给定的雷诺数先验。本文用三维纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟方法对一种典型的全螺旋流--ABC（Beltrami）流驱动的流体进行了模拟。得到了很好的协议的物理和光谱行为的大尺度。
2007-07-04 physics.class-ph physics.flu-dyn
Reynolds-number dependence of the dimensionless dissipation rate in homogeneous magnetohydrodynamic turbulence
本文研究了在外力作用下，定常和非定常磁流体（MHD）湍流的无量纲耗散率$C_{\varepsilon}$的行为。结合前人对自由衰减MHD湍流的研究，本文得到了适用于均匀MHD湍流的最一般的$C_{\varepsilon}$模型方程，并对单位磁普朗特数下无量纲总能量耗散率随雷诺数的变化进行了全面的数值研究。我们进行了一系列中高分辨率的直接数值模拟机械强制固定MHD湍流，以验证模型方程的预测固定的情况下。此外，非普适性的问题进行了讨论的外力的影响，以及交叉和磁螺旋度的水平。渐近线$C_{\varepsilon,\infty}$的测量值位于自由衰变的$0.193 \leqslant C_{\varepsilon,\infty} \leqslant 0.268$之间，其中该值取决于交叉和磁螺旋度的初始水平。在平稳的情况下，我们测量$C_{\varepsilon,\infty} = 0.223$。
2017-01-04 astro-ph.CO astro-ph.SR physics.flu-dyn
The generalized Phillips' spectra and new dissipation function for wind-driven seas
提出了一个推广的动力学方程来解释观测到的风浪谱的形状。该方法允许修复一个临界的不确定性建模风浪谱使用的非线性传输和波耗散由于破碎的平衡条件。我们证明了从Kolmogorov-Zakharov谱$E(ω)\sim ω^{-4}$到Phillips谱$E(ω)\sim ω^{-4}$的转变。这种转变在田间试验中经常观察到。第一个结果的广义动力学方程模拟。
2015-02-25 physics.ao-ph physics.flu-dyn
