Probability density function of turbulent velocity fluctuation
本文对网格湍流的速度脉动概率密度函数进行了系统的实验研究。在离网格很小的距离处，湍流仍在发展，PDF是亚高斯的。在中等距离处，湍流充分发展，PDF是高斯的。在大距离处，湍流已经衰减，PDF是超高斯的。速度波动的傅立叶变换总是具有高斯PDF。在距离网格的中间距离处，傅立叶变换在统计上彼此独立。这是速度涨落高斯性的充分必要条件。在小距离和大距离处，傅立叶变换是相关的。
2002-03-11 physics.flu-dyn
Scaling of maximum probability density functions of velocity and temperature increments in turbulent systems
在本文中，我们提出了一种新的方法来估计的自相似过程的标度参数，考虑的最大概率密度函数（pdf）的增量。我们证明了这一点的$H$ -自相似过程中的一般和实验研究它的湍流速度和温度增量。我们考虑湍流速度数据库从实验均匀和近各向同性的湍流通道流，和温度数据集附近的瑞利-贝纳德对流单体的侧壁，其中的湍流是由浮力驱动。对于原数据库，发现增量pdf的最大值$p_{\max}(τ)$符合对数正态分布。我们还得到了一个标度指数$α\simeq 0.37$，这是一致的标度指数的一阶结构函数在其他研究中报道。对于后者，我们得到了标度指数$α_θ\simeq0.33$。该指数值与被动标量湍流的Kolmogorov-Obukhov-Corrsin标度一致，但与一阶结构函数的标度指数$ζ_θ(1)\simeq 0.19$不同，后者有利于Bolgiano-Obukhov标度。对这些结果也给出了一个可能的解释。
2014-01-17 physics.data-an physics.flu-dyn
A Lagrangian probability-density-function model for collisional turbulent fluid-particle flows. I. Model derivation
湍流中的惯性颗粒的特征在于优先集中和分离，并且在足够的质量负载下，由于相之间的动量耦合，致密的颗粒簇可以自发地出现。这些团簇反过来可以在流体相中产生并维持湍流，我们称之为团簇诱导湍流。在目前的理论工作中，我们解决的问题，开发一个框架的随机建模的中等密度的颗粒载流，拉格朗日形式主义的基础上，其中自然包括欧拉的。已经提出了一个严格的形式主义和一般模型，特别是集中在两个成分是关键的中等密度的流动，即，在载体相的双向耦合，和分解的颗粒相速度到其空间相关和不相关的组件。具体地说，这最后的贡献允许识别在随机模型中的贡献，由于相关的波动能量和颗粒相的颗粒温度，这决定了颗粒-颗粒碰撞的时间尺度。应用拉格朗日概率密度函数模型在这项工作中开发的中等密度的颗粒负载流中的一个配套文件进行了讨论。
2018-03-01 physics.flu-dyn
Probability density function modeling of scalar mixing from concentrated sources in turbulent channel flow
本文用概率密度函数方法研究了槽道湍流中集中源被动标量的弥散问题。速度、湍流频率和标量浓度的联合概率密度函数由大量的拉格朗日粒子表示。随机近壁PDF模型结合了广义Langevin模型的Haworth和波普与德宾的椭圆松弛的方法，提供一个数学上精确的处理对流和粘性输运与非局部表示的近壁雷诺应力各向异性。壁的存在是通过在不使用阻尼或壁函数的情况下对颗粒施加无滑移和不渗透性条件来实现的。湍流时间尺度上的信息提供的伽马分布模型的van Slooten等人。两种不同的微观混合模型进行了比较，将小尺度混合的效果上的标量传输：广泛使用的相互作用与交换的平均值（IEM）和交换的条件平均值（IECM）模型的相互作用。在Re_τ=1080时，基于摩擦速度和通道半宽度，将单点速度和浓度统计与直接数值模拟和实验数据进行了比较。联合模型准确地再现了各种各样的条件和无条件的统计数据在物理和组成空间。
2010-03-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Pseudo-Gauss distribution: a reversible counterpart of the true turbulent velocity gradient distribution
根据不可压湍流充分发展时应变率张量统计特性的实验和数值数据，以及本文推导出的积分变换，我们发现不可压湍流的一些重要的统计特性，即运动学特性，是动态的（即纯粹发生在湍流中）。本文介绍了一种新的伪高斯分布，由于这些性质，我们发现这种分布与高斯分布的一个显著区别是湍流统计的一般特征。因此，新的分布被证明是一个可逆的对应真正的湍流速度梯度分布，而不是高斯之一。
2015-11-23 physics.flu-dyn
Two-Point Vorticity Statistics in the Inverse Turbulent Cascade
本文对定常二维湍流逆叶栅中产生的涡量场的两点涡量概率密度进行了统计分析。
2012-12-11 nlin.CD physics.flu-dyn
Bubble breakup probability in turbulent flows
本文利用随机线性模型研究湍流中气泡破碎概率，提出考虑停留时间的临界韦伯数定义，揭示破碎率随We^{-1}指数变化，并阐明短停留时间下破碎的随机性主导而长停留时间下恢复Kolmogorov-Hinze经典图像。
2025-05-08 physics.flu-dyn
Computation of Mean Velocity Distribution in a Turbulent Flow
本文提出了一种计算湍流中平均速度分布的近似方法。该方法基于雷诺应力和平均速度之间的关系式。利用压降和平均（总）流速的测量值，计算了各种流体和气体在不同管道和通道中的湍流特性，如平均速度和雷诺应力分布，并与实验测量值进行了比较。这些结果表明，在很大范围的雷诺数下，它们具有良好的一致性。
1999-04-14 physics.flu-dyn
Joint probability density function modeling of velocity and scalar in turbulence with unstructured grids
在概率密度函数（PDF）方法中，数值求解输运方程以计算湍流中几个流动变量随时间和空间的概率分布。速度分量的联合PDF包含有关湍流速度场的所有单点一次性统计的信息，包括平均值、雷诺应力和高阶统计。我们开发了一系列的数值算法来模拟湍流速度，频率和标量组成的联合PDF的高雷诺数不可压缩流在复杂的几何形状，使用非结构化网格。对流、粘性扩散和化学反应在PDF格式中以封闭形式出现，因此不需要封闭假设。采用广义朗之万模型（GLM）和椭圆松弛技术，模拟了壁面对压力重分布和湍流动能各向异性耗散的非局部影响。控制系统的方程完全解决拉格朗日框架采用大量的粒子代表一个有限的样本的所有流体粒子。在非结构化网格的网格点处提取欧拉统计量。与其他PDF方程的粒子-单元方法相比，该方法是非混合的，因此计算的场保持完全一致，而不需要任何特定的处理。两个算例验证了该算法的适用性：一个充分发展的湍流槽道流和经典的空腔流都与标量从集中源释放。
2010-06-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Large eddy simulation/probability density function simulations of the Cambridge turbulent stratified flame series under swirling conditions
LES/PDF方法适用于剑桥/桑迪亚湍流分层火焰系列旋流条件下。甲烷/空气化学反应采用16组元简化的ARM 1反应机理，并采用现场自适应制表方法加速化学反应计算。通过钝体表面的差分扩散和热损失的影响被考虑在内。模拟进行预混（SwB 3），中度和高度分层（SwB 7和SwB 11，分别）的情况下，在旋流条件下。LES/PDF模拟的结果与实验测量进行了比较。计算的平均值和r.m.s.速度、温度、当量比和组分质量分数的分布与所有三种条件下的测量结果非常一致。散点图和有条件的手段物种摩尔分数和温度进行了比较与实验数据，在整体良好的一致性与测量。回流区的长度是非旋流条件下获得的回流区的五倍。计算中没有捕捉到钝体附近的低当量比高温区，这是由于下游混合物进入回流区的夹带不足。参数研究表明，微分扩散对平均值和均方根值的影响可以忽略不计。的结果，而热损失有相当大的影响的温度和CO的轮廓接近钝体。
2020-12-03 physics.flu-dyn
A Lagrangian probability-density-function model for collisional turbulent fluid-particle flows. II. Application to homogeneous flows
本文利用欧拉-拉格朗日直接数值模拟（EL）数据对第一部分中提出的稠密颗粒湍流的拉格朗日概率密度函数模型进行了验证，该模型适用于不同的均匀流，即统计稳定和衰减的均匀各向同性湍流、湍流剪切流和团簇诱导湍流（CIT）。我们认为，一般的模型在第一部分适应均匀的情况下，与一个简化的版本，其中的相位平均（PA）粒子相的波动能量的分解成空间相关和不相关的组件是不使用的，只允许总交换的动能之间的相位。简化模型采用标准的双向耦合方法。EL模拟和两个随机模型在均匀和各向同性湍流和湍流剪切流之间的比较表明，在所有情况下，这两个模型都能够再现相当好的流动行为，特别是对于稀流。对CIT的分析提供了更多关于此类系统的物理性质和模型质量的见解。结果阐明了一个事实，即简单的双向耦合是足以诱导湍流，即使不考虑颗粒能量。此外，一阶矩，包括粒子看到的流体的速度可以相当好地表示与这样一个简化的随机模型。然而，分解成空间相关和不相关的组件被发现是必要的，以考虑各向异性能量交换。当这些因素被适当占在完整的模型，与EL统计的协议是令人满意的二阶。
2018-03-01 physics.flu-dyn
Comment on 'Lie symmetry analysis of the Lundgren-Monin-Novikov equations for multi-point probability density functions of turbulent flow'
Waclawczyk等人最近的研究[J. Phys. A：Math. Theor. 50，175501（2017）]有三个缺点：（i）分析遗漏了LMN方程的一个关键方面，这使得他们的李群对称性结果不完整。特别是，当包括这个方面时，两个基本的对称性将被打破。(ii)关于无限维对称群的约束的陈述是误导性的。(iii)这种特殊的对称性仅仅源于LMN层次的线性，违反了经典的因果原理，因此是非物理的。在这篇评论中，我们对这一说法提出了详细的证明，并得出结论，指出Waclawczyk等人的新研究对推导由间歇过程产生的速度相关的不变对称解给出了不切实际的观点。
2022-05-02 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
The role of presumed probability density function in the simulation of non premixed turbulent combustion
小火焰进程变量（FPV）燃烧模型允许通过仅计算混合物分数Z和进程变量C来评估反应流中的所有热化学量。当使用这种方法结合湍流模型来预测湍流燃烧时，需要概率密度函数（PDF）来评估统计平均值（例如，法弗尔平均值）的化学量。PDF的选择是计算成本和精度水平之间的折衷。本文的目的是研究在非预混湍流燃烧模拟中PDF的选择及其建模方面的影响。考虑三种不同的模型：标准模型，基于Z的β分布和C的狄拉克分布的选择;采用Z和C的β分布的模型;使用Z的β分布和C的统计最可能分布（SMLD）获得的第三个模型。标准模型虽然被广泛使用，但没有考虑湍流和化学动力学之间的相互作用，以及进展变量不仅对其平均值而且对其方差的依赖性。SMLD方法建立了一个系统的框架，将信息从任意数量的时刻，从而提供了一个改进，传统的假定PDF封闭模型。三个PDF的选择背后的合理性进行了详细的描述，并测试了相应的模型的预测能力与众所周知的测试情况下，即，桑迪亚火焰，并提供了一个超音速燃烧的测试情况下，成。
2014-01-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Extreme fluctuations of the relative velocities between droplets in turbulent airflow
我们比较实验和直接的数值模拟来评估的斯托克斯阻力模型，这是广泛使用的惯性粒子在湍流中的研究的准确性。我们专注于统计的耗散尺度和相对粒子速度的极端值为中等惯性粒子（St < 1）。模拟中相对速度的概率分布与实验中的概率分布定性相似。随着Stokes数的增加和相对速度的减小，一致性得到改善。模拟低估了极端事件的概率，这表明斯托克斯阻力模型错过了重要的动力学。然而，在实验和模拟的极端事件的标度行为可以捕捉到相同的多重分形模型。
2016-01-22 physics.flu-dyn
Logarithmic distribution of mean velocity and turbulent kinetic energy in a pipe flow
基于李群相似理论，发展了一种适用于湍流管流中动量和能量分布的相似理论，得到了平均速度和湍流动能的渐近对数分布。在很宽的Re范围内的通道和管道数据产生0.45是通用的卡门常数。发现了一个新的表征外动力学的空间不变量，并通过可靠的实验数据进行了验证。对于高Re实验数据（高达4000万），该理论以99%的准确度预测平均速度剖面（MVP），并为Hullmak等人最近观察到的对数动能分布提供了定量解释（Phys. Rev. Lett. 108，094501）。
2012-09-20 physics.flu-dyn
Distribution of relative velocities in turbulent aerosols
我们计算的相对速度分布的重粒子悬浮在一个湍流的一维模型，量化的焦散贡献的时刻的相对速度。相同的原理确定$d$空间维度中的对应焦散贡献。小间距R处的相对速度分布Δv具有普适形式ρ（Δv，R）~ R^{d-1}| Δv| ^{D_2-2d}对于较大（但不太大）的值，|Δv|.这里D_2是相空间关联维数。我们的结论与二维随机混合流中悬浮颗粒的数值模拟结果非常吻合，与湍流中颗粒的直接数值模拟结果也定量吻合。
2012-06-09 physics.flu-dyn
Dynamical Origins for Non-Gaussian Vorticity Distributions in Turbulent Flows
本研究通过条件平均框架数值评估涡量方程，揭示了涡旋拉伸与涡量扩散如何共同导致湍流中非高斯涡量分布。
2008-12-11 physics.flu-dyn
Distribution of velocity gradients and rate of caustic formation in turbulent aerosols at finite Kubo numbers
在一维湍流气溶胶（悬浮在随机流中的惯性粒子）模型中，我们计算了在有限但很小的久保数Ku下粒子速度梯度的分布和焦散形成率，对于任意的斯托克斯数St。我们的结果与前面在小Ku和大St的极限下得到的结果一致，使得Ku^2 St保持不变。我们展示了有限时间相关性和非遍历效应如何影响有限但很小的久保数下的惯性粒子动力学。
2012-04-29 physics.flu-dyn
Method to measure efficiently rare fluctuations of turbulence intensity for turbulent-laminar transitions in pipe flows
管流中湍流强度在临界雷诺数附近的波动是很难研究的，但却很重要，因为它们与湍流-层流转变有关。在这里，我们提出了一个稀有事件采样方法来研究这种波动，以有效地测量过渡的时间尺度。该方法由两部分组成：（i）典型波动的测量（累积概率函数的主体部分）和（ii）罕见的波动的测量（概率函数的尾部）通过采用动态的雷诺数的闭环控制。我们将这种方法应用于巴克利提出的湍流喷流的混沌模型，并确认湍流衰减的时间尺度即使对于高雷诺数Re = 2500，也是超指数增长的，其中通过蛮力计算获得足够的统计数据是困难的。该方法使用一个简单的程序，甚至可以应用到实验中改变雷诺数。
2017-12-15 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Turbulent Clustering of Protoplanetary Dust and Planetesimal Formation
我们研究了湍流中惯性粒子的成团现象，并讨论了它在原行星盘尘埃粒子中的应用。使用数值模拟，我们计算的径向分布函数（RDF），它的措施，发现粒子对在给定的距离，和粒子浓度的概率密度函数的概率。聚类统计取决于斯托克斯数$St$，定义为颗粒摩擦时间尺度$τ_{\rm p} $与流动中的柯尔莫哥洛夫时间尺度的比率。在耗散范围内，团簇强度在$St \simeq 1$处有一个强烈的峰值，而$St \sim 1$的径向分布函数在小尺度上呈快速的幂律增长，表明湍流团簇可以显著提高粒子碰撞率.在惯性范围尺度的聚类是特别感兴趣的星子形成的问题。在这些尺度下，最强的聚类来自具有在惯性范围内的$τ_{\rm p}$的颗粒。这些颗粒的聚集主要发生在涡流周转时间为$\simτ_{\rm p}$的尺度周围。不同尺寸的颗粒倾向于聚集在不同的位置，导致小尺度下不同颗粒之间的平坦RDF。在存在多种粒度的情况下，总体聚集强度随着粒度分布变宽而降低。我们讨论了最近的星子形成模型中的粒子聚类。我们指出，在模型的基础上湍流聚集的球粒大小的颗粒，找到强大的集群，可以种子星子的概率可能被大大高估。我们讨论了各种集群机制在模拟的微行星形成的引力坍缩的密集团块的米级颗粒，特别是湍流集群由于有限的数值分辨率的贡献。
2011-06-18 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Statistics of the relative velocity of particles in turbulent flows : monodisperse particles
我们使用直接数值模拟计算的相对距离$R$和相对径向速度分量$V_R$的联合概率密度函数的一对重惯性粒子悬浮在均匀和各向同性的湍流。在小尺度下，分布是尺度不变的，具有与相空间中的粒子-粒子关联维数$D_2$相关的标度指数。有人认为[1，2]，分布的尺度不变部分有两个渐近状态：（1）$|V_R| \ll R$，其中分布仅取决于$R$ ;（2）$|V_R| \gg R$，其中分布仅是$|V_R|$的函数。这两个区域中的概率分布沿直线$|V_R| = z^\ast R$匹配。我们的模拟证实这确实是正确的。我们进一步得到$D_2$和$z^\ast$作为斯托克斯数${\rm St}$的函数。前者非单调地依赖于${\rm St}$，在大约${\rm St} \approx 0.7$处具有最小值，而后者仅对${\rm St}$具有弱依赖性。
2017-10-13 physics.flu-dyn
Rare fluctuations and large-scale circulation cessations in turbulent convection
在湍流Rayleigh-Benard对流中，大尺度环流（LSC）在几乎垂直的平面内发展，并由从不稳定的热边界层分离的上升和下降的羽流维持。LSC振幅的罕见但大的波动可能导致LSC的灭绝（停止事件），然后是另一个具有不同（随机）方位角取向的LSC的重新出现。我们扩展以前的模型的LSC动力学包括动量和热扩散的方位角平面，并计算的振幅和方位角的概率分布的尾巴。我们的分析结果与实验数据非常吻合。
2011-06-19 physics.flu-dyn
Prediction of temperature distribution in turbulent Rayleigh-Benard convection
本文提出了一个关于Rayleigh-Benard对流（RBC）中垂直平均温度剖面（MTP）的定量理论，它解释了Ahlers等人最近对对数律的实验和数值观测。（Phys. Rev. Lett.，2012年）。多层模型制定和量化，其预测同意DNS和实验数据的瑞利数（Ra）超过七十年。特别地，热缓冲层遵循1/7比例，如先前假定的混合区（Procaccia等人，Phys.Rev.A，1991），并且产生Ra依赖的对数定律常数。基于目前对体MTP的多层量化，提出了一种新的Nu（Ra）依赖性参数化。
2014-01-09 physics.flu-dyn
The 3D structure of the Lagrangian acceleration in turbulent flows
本文报道了高湍流中三维拉格朗日加速度的实验结果。示踪粒子的光学跟踪使用四个硅条探测器从高能物理，提供高的时间和空间分辨率。的组件的加速度被证明是统计依赖。加速度幅值的概率密度函数（PDF）与对数正态分布相当。假设各向同性，对数正态分布的幅度可以解释观察到的依赖性的组件。的加速度分量的时间动态被发现是典型的耗散尺度，而幅度演变在较长的时间，可能接近的积分时间尺度。
2004-10-12 physics.flu-dyn
Relaxation equations for two-dimensional turbulent flows with a prior vorticity distribution
利用最大熵产生原理（MEPP），我们导出了一种新的二维湍流松弛方程，这种松弛方程是在预先给定涡量分布而不是Casimir约束的情况下[Ellis，Haven，Turkington，Nonlin.，15，239（2002）]。高斯先验的特定情况下，具体处理连接到最小拟能状态和Fofonoff流。这些松弛方程与罗伯特和Sommeria [物理学评论快报]提出的其他松弛方程进行了比较。69，2776（1992）]和Chavanis [Physica D，237，1998（2008）]。它们可以提供二维湍流的小尺度参数化，或者作为计算具有适当约束的最大熵状态的数值算法。我们进行数值模拟，这些松弛方程，以说明几何引起的地球物理流动的相变。
2011-04-11 physics.flu-dyn
Energy spectra in turbulent bubbly flows
我们在湍流泡状流中进行实验，以研究单相湍流的经典$-$ 5/3能谱标度与静止液体中气泡群上升和气泡主导湍流的$-$ 3标度之间的过渡性质。气泡参数是气泡注入前气泡诱导的动能与湍流液体波动诱导的动能之比，常用于描述气泡流。我们将气泡参数从$b = \infty$（伪湍流）改变到$b = 0$（单相流），改变2-3个数量级（$0.01 - 5$），研究其对湍流能谱和液体速度脉动的影响。液体速度波动的概率密度函数（PDF）显示出与$b > 0$的高斯分布的偏差，即当系统中存在气泡时。PDF是不对称的，在正尾的概率更高。的能谱被发现遵循$-$ 3标度在长度尺度小于气泡的大小泡状流。这种$-$ 3光谱标度不仅适用于伪湍流的公认情况，而且令人惊讶地适用于系统中存在气泡的所有情况（$b > 0$）。因此，它是湍流泡状流的一个普遍特征，而泡状参数可能不是描述泡状湍流能谱的合适参数。物理原因是气泡输入的能量只传递到更高的波数，并且气泡产生的能量可以直接由气泡尾流中的粘性耗散来平衡，如Lance $\&$ Bataille（1991）所建议的。此外，我们提供了另一种解释，通过平衡的能量产生的气泡与粘性耗散在傅立叶空间。
2016-01-26 physics.flu-dyn
A Computational Approach for the Characterization of Airborne Pathogen Transmission in Turbulent Molecular Communication Channels
该研究从分子通信视角提出CFD方法，结合湍流与扩散模型模拟咳嗽引发的病原体颗粒物传播，表征湍流对感染概率的多模态影响及湍流MC信道的分布特性。
2023-05-02 eess.SP physics.flu-dyn physics.med-ph
Kinetic energy spectra and flux in turbulent phase-separating symmetric binary-fluid mixtures
本文采用Cahn-Hilliard-Navier-Stokes（CHNS）方程组直接数值模拟（DNS）方法研究了两相湍流相分离对称混合物的统计特性。湍流引起相分离的停止，这导致形成统计学上稳定的乳液。我们表征湍流速度波动的乳液中的雷诺数和韦伯数的不同值。逐尺度动能收支分析表明，CHNS中的界面项为动能转移提供了另一条途径。通过研究能量耗散率的概率分布函数（PDF）、涡量和速度梯度不变量的联合概率分布函数（Joint-PDF），我们发现湍流脉动的统计特性不随Weber数的变化而变化。
2018-11-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Growth rate distribution and intermittency in kinematic turbulent dynamos : which moment predicts the dynamo onset?
我们考虑由湍流产生的磁场。对于线性感应方程（即运动发电机问题），我们表明，统计矩的磁场显示多尺度，特别是时刻的不同顺序转不稳定的控制参数的不同值。在一个典型的例子中，我们映射到一个时间相关的波动力作用在布朗粒子的注入功率的计算问题。然后，我们能够计算分析的增长率的时刻的磁场和解释的起源，这种不稳定性。最后，我们表明，非线性问题的开始是由0 +阶矩（即磁场的对数）的线性开始预测的。
2018-09-06 physics.flu-dyn
Effect of weak rotation on large-scale circulation cessations in turbulent convection
我们研究了弱旋转对湍流Rayleigh-Bénard对流的大尺度环流（LSC）的影响，使用先前研究的流的低维随机模型中的终止理论。我们确定的停止频率的LSC作为一个函数的旋转，并计算统计的振幅和方位角速度波动的LSC作为一个函数的旋转速率为不同的瑞利数。此外，我们表明，尾部的重定向概率分布函数保持不变的旋转系统，而LSC振幅的分布和相应的停止频率的强烈影响旋转。我们的结果与实验观察结果非常一致。
2012-08-19 physics.flu-dyn
On the concentration distribution in turbulent thermals
ISTerre, Université Grenoble Alpes, Université Savoie Mont Blanc, CNRS, IRD, Université Gustave Eiffel（ISTerre，格勒诺布尔阿尔卑斯大学，萨瓦-蒙布朗大学，法国国家科学研究中心，法国地球科学与环境研究所，古斯塔夫·埃菲尔大学）；School of Earth and Environment, University of Leeds（利兹大学地球与环境学院）；Université Paris-Saclay, CNRS, FAST（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心，FAST）；Univ. Rennes, CNRS, Géosciences Rennes (UMR6118)（雷恩大学，法国国家科学研究中心，雷恩地球科学实验室）
研究高雷诺数湍流热柱中被动标量的混合，通过实验和模拟分析浓度分布的自相似性和概率密度函数特性。
2026-01-20 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Large Eddy Simulation of the evolution of the soot size distribution in turbulent nonpremixed flames using the Bivariate Multi-Moment Sectional Method
提出双变量多矩分段法（BMMSM）耦合大涡模拟，高效模拟湍流非预混火焰中烟炱粒径分布从单峰到双峰的演化，仅需八段即可准确预测，计算成本比HMOM高约44%。
2024-02-07 physics.flu-dyn
Irreversibility and small-scale generation in 3D turbulent flows
在三维湍流中，能量是以大尺度提供的，并级联到粘性占主导地位的最小尺度。能量通过尺度的流动意味着小尺度从大尺度生成，这是湍流动力学不可逆的根本原因。正如我们最近所表明的，这种不可逆性表现为作用在流体元件上的力的瞬时功率$p$的概率分布的不对称性。特别是，发现$p$的三阶矩为负。然而，在$p$的分布和湍流中的能量通量或小尺度产生中表现出的不可逆性之间的物理联系尚未建立。在这里，通过分析计算和充分发展的湍流的数值模拟的支持，我们将功率分布中的不对称性，{ \it，即}，$\langle p^3 \rangle$的负值，小尺度的产生，或者更准确地说，湍流中涡量的放大（拉伸）。我们的研究结果是第一步，对在湍流中的单个拉格朗日轨迹的水平上观察到的不可逆性的起源的定量理解。
2015-06-30 physics.flu-dyn
Standard logarithmic mean velocity distribution in a band-limited restricted nonlinear model of turbulent flow in a half-channel
采用受限非线性（RNL）模型对壁面湍流进行数值模拟，得到了低雷诺数下库埃特平面流和槽道流的真实平均速度分布。结果在较高Re时不太准确，虽然观察到对数区域，但其von-Kármán常数与标准对数定律不一致。在半通道流中，我们表明，限制RNL湍流的流向变化的波数支持一个或几个经验确定的模式，大大提高了其预测。特别是，平均速度配置文件得到的带限RNL模型遵循标准的对数行为，在这项研究中的较高雷诺数。
2014-12-07 physics.flu-dyn
Spatial extreme values of vorticity and velocity gradients in two-dimensional turbulent flows
本文研究了Kolmogorov强迫下二维湍流的涡量空间极值分布和应变率张量的行列式。这些量的分布遵循非高斯行为，它们不属于广义极值分布。结果表明，对于截断的欧拉方程，涡量和应变率张量的空间极值可以很好地用Gumbel分布描述。涡量的空间极值被发现是在涡的核心，而速度梯度被发现在涡的边缘附近或在涡之间的区域中的剪切层。速度梯度的时间相关性揭示了湍流和截断欧拉方程的极值分布。
2023-01-24 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Statistical theory of reversals in two-dimensional confined turbulent flows
结果表明，截断欧拉方程，即一组有限的常微分方程的振幅的大规模模式，可以正确地描述复杂的过渡动力学，发生在一个封闭的二维Navier-Stokes流与底部摩擦和空间周期强迫的湍流制度。特别是，湍流背景上的大尺度环流的随机反转涉及的大尺度环流速度的概率分布函数的分叉，所描述的相关的微正则分布，显示从高斯到双峰和打破遍历性的过渡。一个最小的13模式模型再现这些结果。
2016-07-04 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Statistics of relative velocity for particles settling under gravity in a turbulent flow
我们研究了联合概率分布的分离，$R$，和径向分量的相对速度，$V_{\rm R}$，颗粒沉降在重力下的湍流。我们还获得了这些分布的矩，并使用球谐函数分析它们的各向异性。我们发现，联合分布的定性性质仍然是相同的，没有重力的情况下。对于固定的$R$值，$V_{\rm R}$的分布在一定范围内对$V_{\rm R}$呈幂律依赖，幂律指数依赖于重力。重力的影响也表现在以下方面：（a）分布的矩是各向异性的;各向异性的程度取决于粒子的斯托克斯数，但不取决于$R$为小值的$R$。(b)两个粒子之间的碰撞的平均速度对于具有相等斯托克斯数的粒子减小，但是对于具有不同斯托克斯数的粒子增大。对于后者，碰撞速度由它们的沉降速度之差决定。
2020-01-08 physics.flu-dyn
On the interaction between velocity increment and energy dissipation in the turbulent cascade
本文讨论了充分发展湍流中纵向速度增量与能量耗散率之间的相互作用问题。这两个量之间的耦合的随机马尔可夫过程的理论进行了实验研究。所谓的马尔可夫分析可以精确描述速度增量和能量耗散的联合统计特性。特别是，有可能确定控制这两个量的联合概率密度沿尺度演化的微分方程。该方程的性质为理解小尺度不稳定性的能量耗散和速度增量之间的耦合提供了有趣的新见解。
2002-12-06 physics.flu-dyn
Super-resolution of turbulent velocity and scalar fields using different scalar distributions
本文评估了超分辨率生成对抗网络在湍流混合中的泛化能力，发现加入双帕累托和半高斯等极端标量分布训练后可显著提升模型对速度场和未见标量分布的重建性能。
2025-03-11 physics.flu-dyn
Tensor networks enable the calculation of turbulence probability distributions
本研究提出利用张量网络（TN）参数化高维湍流概率密度函数（PDFs），在单核CPU上实现内存和计算成本大幅降低，为直接模拟湍流等混沌系统的高维PDFs开辟了新路径。
2025-01-29 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Generalized Joint Probability Density Function Formulation inTurbulent Combustion using DeepONet
Ansys Inc（安西斯公司）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
联合概率密度函数（PDF）为基础的模型在湍流燃烧提供直接关闭的毒性化学相互作用。联合PDF捕获不同空间位置的湍流火焰动态，因此准确地表示它们至关重要。联合PDF参数化的热化学状态变量，这可以是高维的无条件手段。因此，在各种空间位置处的联合PDF的精确构造可能需要过高的数据量。在以前的工作中，我们介绍了一个框架，通过使用主成分分析（PCA）结合核密度估计（KDE）在低维空间中构建联合PDF来减轻数据需求。然而，构建主成分（PC）联合PDF仍然是计算昂贵的，因为它们需要在湍流火焰中的每个空间位置进行计算。在这项工作中，我们提出了使用深度运营商网络（DeepONet）的广义联合PDF模型的概念。DeepONet是一种机器学习模型，其在给定空间位置和离散PC坐标处的PC的无条件均值上参数化，并预测对应PC坐标的联合概率密度值。我们在Sandia flames，D，E和F上展示了DeepONet的准确性和通用性。DeepONet是基于观察到的flame E的PC关节PDF进行训练的，并且在flame D和F的不同空间位置处产生关节PDF形状的出色预测，这在训练期间是看不到的。
2021-04-05 cs.LG physics.flu-dyn
Intermittency in the relative separations of tracers and of heavy particles in turbulent flows
本文给出了雷诺数为$Re_λ\sim 300$的三维均匀各向同性湍流中颗粒相对弥散的直接数值模拟结果。我们研究点状被动示踪剂和重粒子，在斯托克斯数St = 0，0.6，1和5。粒子从局部源发射，以数千束的形式，在时间上周期性地发射，从而达到前所未有的统计精度，两点观测值的事件总数为$10^{11}$。示踪剂的概率密度函数的右尾与Richardson的自相似预测有明显的偏差，表明分散过程具有间歇性。在我们的数值实验中，一旦测量一个事件的概率达到百万分之一的量级或更少，这种偏差就会显现出来，因此大型数据集至关重要。有限雷诺效应的作用和相关的波动时，对分离跨越粘性和惯性范围尺度之间的边界进行了讨论。基于多重分形理论的惯性范围不稳定性和有效的大雷诺数的渐近预测被发现同意的数据比理查森理论。当考虑重粒子时，其惯性过滤掉粘性尺度波动，该协议得到改善。通过使用退出时间统计，我们还表明，事件相关的对经历异常缓慢的惯性距离分离有一个非自相似的概率分布函数。
2015-02-18 physics.flu-dyn
Homogeneous turbophoresis of heavy inertial particles in turbulent flow
本文揭示了统计均匀湍流中重惯性粒子的湍泳效应，通过直接数值模拟构建粗粒化动力学，引入尺度依赖的Péclet数表征粒子分布与空隙的幂律统计特征。
2024-04-24 physics.flu-dyn
Relative velocities in bidisperse turbulent suspensions
我们调查了不同尺寸的小的重颗粒在湍流中的相对速度的分布，通过分析一个统计模型的双分散湍流悬浮液，包含两个不同的Stokes数的颗粒。这个数字，${\rm St}$，是颗粒惯性的量度，其又取决于颗粒尺寸。当Stokes数相似时，分布呈现幂律尾，就像在相等的${\rm St}$的情况下一样。幂律指数是平均斯托克斯数$\overline{\rm St}$的非解析函数，因此在平流极限附近的微扰理论中无法计算幂律指数。当Stokes数差较大时，幂律消失，但如果$\overline{\rm St}$足够大，则分布的尾部仍然支配相对速度矩。
2017-07-18 physics.flu-dyn
On distributions of velocity random fields in turbulent flows
本文推导了湍流速度场单次单点概率密度函数的偏微分方程。PDF偏微分方程是一个高度非线性的抛物输运方程，它依赖于两个具有重要物理意义的条件统计数值。PDF偏微分方程是经典雷诺平均流方程的一般形式，是PDF输运方程的精确形式。PDF偏微分方程为湍流建模提供了一种新的方法。构造了一个显式的算例，虽然这个算例看起来是人为的，但它演示了基于新的PDF偏微分方程的PDF方法。
2021-07-07 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Dissipation Scale Fluctuations and Chemical Reaction Rates in Turbulent Flows
反应物之间的小间隔，不超过$10^{-8}-10^{-7}cm$，是各种化学反应的必要条件。结果表明，随机平流和拉伸湍流导致形成标量丰富片{ \it强烈波动的厚度} $η_{c}$。分子水平的混合是通过扩散穿过这些分离反应物的片（界面）来实现的。由于扩散时间尺度是$τ_{d}\propto η_{c}^{2}$，概率密度$Q(η_{c},Re)$的知识是至关重要的化学反应速率的评估。在本文中，我们推导出的概率密度$Q(η_{c},Re,Sc)$和预测过渡的反应速率行为从${\cal R}\propto \sqrt{Re}$（$Re\leq 10^{4}$）的高Re渐近${\cal R}\propto Re^{0}$。该理论使转捩雷诺数$Re_{tr}\approx 10^{4}$具有近似的普适性。它还表明，如果化学反应涉及短寿命的反应物，非常强烈的反常波动的长度尺度$η_{c}$可能会导致不可忽略的小反应速率。
2007-06-29 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
A Lagrangian model for the evolution of turbulent magnetic and passive scalar fields
在本文中，我们提出了一个扩展的\emph{Recent Fluid Deformation (RFD)}封闭Chevillard和Meneveau（2006年），这是发展的不可压Navier-Stokes湍流的拉格朗日波动的时间演化模拟。我们应用RFD闭包来研究磁场和被动标量涨落的演化。这种比较是特别有趣的，因为磁场和被动标量的梯度的拉伸项是相似的，但有一个符号不同，使得湍流速度场的拉伸和压缩的效果是相反的。概率密度函数（PDF）的磁波动和波动的梯度从RFD封闭获得的被动标量进行比较，对PDF从直接数值模拟。
2010-12-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Intermittent fluctuations due to Lorentzian pulses in turbulent thermal convection
通过数值模拟和随机模拟研究了通量驱动热对流引起的湍流运动。对流单体的倾斜导致剪切流的形成和远离线性不稳定性阈值的能量积分的准周期松弛振荡。流体层中的温度和径向速度波动的概率密度函数从湍流开始时的正态分布变为强驱动系统的大波动幅度的指数尾分布。频率功率谱密度具有指数形状，这是确定性混沌的特征。通过使用一种新的反卷积方法，这是由于存在的洛伦兹脉冲在底层的时间序列，表明指数频谱也可以坚持在湍流制度。
2020-04-24 nlin.CD physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The clustering instability of inertial particles spatial distribution in turbulent flows
本文提出了惯性粒子在湍流速度场作用下，由于其空间分布的不稳定性而引起的惯性粒子的群聚理论。团簇不稳定性的原因是粒子惯性和速度场的有限关联时间的综合作用。团簇不稳定性的关键参数是颗粒的尺寸。临界尺寸估计为一个强的集群（与有限部分的颗粒在集群中）与增长的平均绝对值的颗粒数密度和弱集群与增长的第二和更高的时刻。本文提出了由不可压速度场有限关联时间引起的湍流扩散张量可压缩性的新概念。在这个速度场模型中，拉格朗日轨迹场不是无发散的。提出了团簇不稳定性的饱和机制，它与团簇中粒子的碰撞有关。应用所分析的影响，在湍流大气中的液滴的动力学进行了讨论。一个估计的非线性水平的饱和度的水滴数密度在云中超过了数量级的平均数密度。团簇形成所需云滴的临界尺寸大于$20 μ$ m。
2002-04-12 nlin.CD physics.flu-dyn
Complex network approach to the turbulent velocity gradient dynamics: High- and low-probability Lagrangian paths
本文构建以流动状态为节点的复杂网络表示 VGT 拉格朗日动力学，结合测地线与随机游走揭示 Q-R 区域转移、双峰路径及非正规性的作用。
2024-04-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Superstatistical Approach to Turbulent Circulation Fluctuations
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas（巴西物理研究中心）；Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense（弗鲁米嫩塞联邦大学物理研究所）；Instituto de Física, Universidade Federal do Rio de Janeiro（里约热内卢联邦大学物理研究所）；Department of Mechanical and Aerospace Engineering, New York University（纽约大学机械与航空航天工程系）；Department of Physics and Courant Institute of Mathematical Sciences, New York University（纽约大学物理系与库朗数学科学研究所）；Santa Fe Institute（圣塔菲研究所）；Complexity Science Hub Vienna（维也纳复杂性科学中心）；Dipartimento di Fisica e Astronomia Ettore Majorana, University of Catania（卡塔尼亚大学埃托雷·马约拉纳物理与天文学系）
研究湍流环流波动的统计组织，发现环流概率分布函数可通过超统计方法描述，揭示湍流间歇性几何特征，为非扩展统计力学提供新视角。
2026-04-18 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.flu-dyn
Persistent cyclonic structures in self-similar turbulent flows
物理系统的不变性支配着它的行为：湍流中的能量守恒驱动着能量在模式之间的广泛分布，正如在天体物理学，天体物理学和工程学中所观察到的那样。在流体动力学湍流中，螺旋度（测量镜像对称的偏离）的作用仍然不清楚，因为它不会改变这种分布。然而，旋转和螺旋度的相互作用导致了显着的差异。使用数值模拟，我们显示了长期的层流气旋涡与湍流涡的发生，让人想起最近的龙卷风观测。此外，小尺度是完全自相似的，没有偏离高斯性。这一结果表明，在旋转螺旋湍流的小参数的发现。
2009-03-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Heat equilibrium distribution in a turbulent flow
本文考虑尺度不变的均匀高斯随机速度场的剪切流，它不依赖于流动方向上的坐标。本文研究了来自高斯随机均匀热源的热平流。我们讨论了由强迫对流扩散方程确定的温度分布在大时间的松弛。温度关联函数由Feynman-Kac公式表示。Jensen不等式被应用于关联函数的上下界。我们表明，在有限的时间有没有速度依赖的远程温度相关性（低动量渐近）在流动的方向，但平衡热分布有大的距离相关性（低动量行为）的指数取决于随机流的标度指数和指数的随机强迫。如果速度具有随距离增长的相关性（湍流），则大距离相关性以关键方式取决于湍流的标度指数。在这种情况下，相关性在流动方向上增加，在垂直于流动的方向上减少，使得热流更连贯。
2006-06-06 math-ph math.MP nlin.CD
Clustering of gyrotactic microorganisms in turbulent flows
我们研究了由直接数值模拟产生的三维湍流输送的回旋并合微生物的空间分布。我们发现，回旋结合湍流波动产生小尺度（多）分形聚类。我们解释这一结果表明，回旋游动细胞的行为就像示踪剂在可压缩流。在流体加速度比重力大得多和小得多的情况下，导出了有效压缩系数。
2012-06-12 nlin.CD physics.flu-dyn
