Modeling the turbulent cross-helicity evolution: Production, dissipation, and transport rates
人们已经认识到，湍流交叉螺旋度（速度和磁场波动之间的相关性）可以发挥重要的作用，在几个磁流体动力学（MHD）等离子体现象，如全球磁场的产生，湍流抑制等，尽管其相关性的交叉螺旋度的演变，很少有人注意到湍流交叉螺旋度的耗散率，$ε_W$。本文考虑湍流交叉螺旋度耗散率的模型表达式。在代数模型的基础上，根据非均匀湍流的统计分析理论，提出了$ε_W$的演化方程。采用$ε_W$湍流模型模拟太阳风湍流。将数值模拟结果与卫星观测结果进行了比较。结果表明，就太阳风应用而言，$ε_W$的最简单的代数模型足以阐明太阳风湍流的大尺度空间演化。并讨论了横螺旋度演化对大尺度速度结构（如速度切变和流动膨胀）的依赖性。
2011-07-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Helicity effect on turbulent passive and active scalar diffusivities
本文通过数值模拟发现螺旋度会降低有效磁扩散率但增强被动标量扩散率，并证明速度场关联时间随动能螺旋度增加是解释该结果的关键。
2025-05-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A self-induced mechanism of large-scale helical structures in compressible turbulent flows
该研究通过定义可压缩湍流的大尺度螺旋度，揭示亚格子与黏性双通道导致的小尺度生成及逆跨尺度传递，提出大尺度螺旋结构的自诱导机制。
2024-02-03 physics.flu-dyn
Modeling helicity dissipation-rate equation
本文利用非均匀湍流的统计解析闭合理论，导出了湍流螺旋度耗散率的输运方程。结果表明，螺旋度标度的螺旋度和它的耗散率之间的代数关系的假设导致的湍流螺旋度耗散率的传输方程，而不诉诸于一个启发式的建模。
2016-02-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Energy transport due to pressure diffusion enhanced by helicity and system rotation in inhomogeneous turbulence
众所周知，与非旋转情况相比，在旋转系统中，湍流能量在旋转轴的方向上快速传递。在这项研究中，这一现象是作为一个问题的能量扩散表示的雷诺平均Navier-Stokes（RANS）模型。传统的湍流能量通量的梯度扩散近似不能解释旋转非均匀湍流中观察到的增强的能量输运。为了充分描述这种现象，我们提出了一个新的模型的能量通量，由于与流体的旋转运动的压力。能流模型表示成正比于湍流螺旋度。这一性质与快速旋转流体中惯性波的群速度密切相关。该模型的有效性进行了评估，使用旋转下的非均匀湍流的直接数值模拟（DNS）。结果表明，系统旋转增强的湍流能量输运大部分归因于压力扩散项。与系统旋转有关的压力能通量的空间分布与负螺旋度相似。因此，新的模型，这是成比例的湍流螺旋度是能够定性地占增强的能量通量，由于系统的旋转。最后，螺旋Rossby数的建议，以估计的湍流螺旋度和旋转增强的能量通量的相对重要性，在比较传统的梯度扩散近似。
2018-09-21 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Helical velocity fluctuations and large-scale circulation in turbulent thermal convection
结果表明，螺旋度动力学占主导地位的频谱分布的湍流热对流中的速度波动在中等和大值的瑞利数（分布混沌和标度分别）。湍流Rayleigh-Bénard对流中的大尺度环流（风）对螺旋度动力学特别敏感，其混沌反转可以与平均螺旋度符号的反转（反射对称性的长期遍历恢复）相关联。实验室的实验和测量结果在自由大气对流已被用来支持的理论考虑的基础上的绝热不变性的螺旋度分布的二阶矩。在此背景下，地磁场偶极子的变化和逆转也进行了讨论，并与数值模拟和观测数据的结果已经建立了良好的协议。
2020-04-28 physics.flu-dyn
A new simple dynamo model for stellar activity cycle
提出了一个新的恒星活动周期发电机模型。通过考虑非均匀平均流对湍流的影响，表明湍流横螺旋度（速度-磁场相关性）应作为平均绝对涡度的耦合系数进入湍流电动势的表达式。交叉螺旋度效应的引入使得本模式与现有的$α$ -- $Ω$ --型模式主要有两点不同。首先，除了通常的$α$（螺旋度效应）和$β$（湍流磁扩散率），我们认为$γ$系数（交叉螺旋度效应）作为发电机过程的关键成分。第二，不同于$α$和$β$系数，这往往是作为一个可调参数在目前的研究，时空演变的$γ$系数是同时解决的平均磁场方程。基本情况如下：在存在湍流交叉螺旋度的情况下，由湍流交叉螺旋度介导的环向旋转引起环向场。$α$效应从环形场产生极向场。这个极向场产生了一个湍流的十字螺旋度，其符号与原来的相反。然后，一个循环的逆转完成。最简单的本征值分析给出了一个蝴蝶图，它证实了上述情况，以及向赤道迁移，交叉螺旋度和磁场之间的相位关系等这些结果表明，湍流交叉螺旋度的振荡是一个关键的活动周期。湍流交叉螺旋度的反转不是磁场反转的结果，而是磁场反转的原因。这个新的模型有望开辟平均场或湍流闭合发电机方法的可能性。
2016-04-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Forcing-dependent dynamics and emergence of helicity in rotating turbulence
通过数值模拟研究了大尺度机械力对旋转湍流动力学的影响，系统地改变了机械力的性质。我们表明，这些流量的统计稳定的解决方案取决于强制机制的性质。足够快的旋转流，其具有相对于旋转轴具有持续方向的力，从非螺旋状态分叉到螺旋状态，尽管力是非螺旋的。我们发现，在时间和螺旋度的出现的机械力的性质有直接的影响，这些流量的级联动力学，确定在流中的各向异性，在大尺度上的能量凝聚和幂律能谱是一致的，与以前的研究结果和现象下强，弱波湍流条件。
2016-01-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
The effect of hyperdiffusivity on turbulent dynamos with helicity
在湍流的数值研究中，高粘流常被用作扩展惯性子区和减小耗散子区的工具。通过类比，超扩散率（或高电阻率）有时用于磁流体力学。基本的假设是，只有小尺度受到这种操纵的影响。本文研究了大尺度磁场演化过程中可能的副作用。结果发现，对于具有螺旋度的湍流，高扩散率导致发电机产生的磁场在比正常扩散率更高的水平上饱和。这一结果是成功地解释在磁螺旋度守恒，这也预示着完全饱和后，才达到大规模的磁（超）扩散时间相当的时间。
2001-10-08 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Cross-helicity effect on $α$-type dynamo in non-equilibrium turbulence
本文利用双尺度直接相互作用近似研究非平衡湍流中的α型发电机效应，发现当MHD湍流同时具有螺旋性和交叉螺旋性时，非平衡效应可通过无穷小脉冲交叉响应函数增强发电机过程，并分析了交叉螺旋度的演化与来源。
2023-03-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Role of helicity for large- and small-scale turbulent fluctuations
研究了螺旋度对湍流动力学的影响。其目的是解开螺旋度在固定方向，强度和波动的能量转移的惯性范围内的尺度的作用。我们引入了一个外部参数，$α$，它控制正负螺旋偏振傅立叶模式的数量之间的失配。我们提出了第一套直接数值模拟的纳维-斯托克斯方程从完全对称的情况下，$α=0$，完全不对称的情况下，$α=1$，只有一个符号的螺旋模式生存。我们发现了一个奇异的依赖关系的能量级联的方向上$α$，测量一个积极的前向通量，只要只有少数模式与不同的螺旋极性存在。另一方面，小尺度波动只对模式减少的程度敏感，导致$α\sim 0.1$的值已经消失的不稳定性，并且独立于镜不稳定性破坏的程度。我们的研究结果表明，双折射是傅立叶空间中的全球模式耦合的结果。
2016-02-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Mechanism of mean flow generation in rotating turbulence through inhomogeneous helicity
本研究通过数值模拟探究旋转湍流中平均流的产生机制，发现仅螺旋强迫与系统旋转共存时会产生指向旋转轴的平均流，压力扩散项起关键作用，揭示了非均匀螺旋度对大尺度速度分布的重要影响。
2017-09-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Large-scale flow generation by inhomogeneous helicity
本文研究了动力螺旋度（速度-涡度关联）对湍流动量输运的影响。湍流动力学螺旋度（赝标量）以螺旋度梯度的形式作为平均涡度和/或角速度（轴向矢量）的耦合系数进入雷诺应力（镜像对称张量）表达式，这表明在非均匀螺旋度存在下产生平均流的可能性。这种不均匀的螺旋度效应，这是以前确认的水平上的湍流或封闭模型模拟，检查与直接数值模拟的帮助下，旋转湍流与非均匀螺旋度持续的外部强迫。数值模拟结果表明，雷诺应力的空间分布与螺旋度相关项和角速度的耦合相一致，在角速度方向产生了大尺度流动。在均匀湍流螺旋度的情况下，不会引起这样的大尺度流动。这一结果证实了非均匀螺旋度效应在大尺度流动生成中的有效性，并表明即使在不存在斜压性效应的不可压缩湍流中，涡旋发电机也是可能的。
2016-03-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
The effect of helicity on the correlation time of large scale turbulent flows
强迫纳维-斯托克斯方程的解在比强迫尺度更大的尺度上被证明是热化的，类似于对光谱截断的欧拉方程获得的绝对平衡。通过对Taylor-Green流和一般周期螺旋流的直接数值模拟，给出了两种系统的概率密度函数、能谱、自关联函数和关联时间的比较结果。在高度螺旋流的情况下，我们推导出一个解析表达式描述的相关时间的绝对平衡的螺旋流是不同的$E^{-1/2}k^{-1}$标度律弱螺旋流。该模型预测了一个新的基于螺旋度的相关时间的标度律为$τ(k)\sim H^{-1/2}k^{-1/2}$。在截断的欧拉方程的模拟中验证了该标度律。在纳维-斯托克斯方程的模拟中，强迫泰勒-格林对称流的大尺度模式（具有零总螺旋度和大尺度分离）遵循与绝对平衡相同的性质，包括相关时间的$τ(k) \sim E^{-1/2}k^{-1}$标度。一般周期性螺旋流也显示了两个系统之间的相似之处，但最大尺度的强制流偏离绝对平衡解。
2017-05-15 physics.flu-dyn
Flow-turbulence interaction in magnetic reconnection
本文研究了湍流在磁重联中的作用，特别强调了流动（大尺度非均匀结构）和湍流之间的相互作用。为了评估由于湍流引起的有效传输，除了由湍流能量表示的湍流的{ \it强度}信息之外，由伪标量统计量（螺旋度）表示的{ \it结构}信息也是重要的。在演化方程的基础上，提出了湍流具有交叉螺旋度的机制。高度湍流介质中的磁通冻结被认为是特别强调的湍流交叉螺旋度的空间分布。本文还研究了磁重联中的交叉螺旋度效应。结果表明，有利于交叉螺旋度产生的大尺度流场和磁场结构与快速重联是相容的。在这个意义上，湍流和大尺度结构促进了由湍流交叉螺旋度介导的磁重联。
2011-08-15 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Helicoidal particles in turbulent flows with multi-scale helical injection
我们提出了数值和理论结果的湍流的性质与强大的多尺度螺旋注入。我们进行了直接数值模拟的纳维-斯托克斯方程下的随机螺旋搅拌与幂律谱和不同强度的能量和螺旋注入。我们发现，存在三种不同的制度，其中向前的能量和螺旋度惯性传输是：（i）都领先相对于外部注入，（ii）能量传输是领先的和螺旋度传输是次领先和（iii）都是次领先和螺旋度是最大的在所有尺度。因此，情况（ii-iii）给出了具有Kolmogorov惯性能量级联和可调螺旋度传输/内容的流动。我们进一步探索制度（三）通过研究其对动力学的点状各向同性螺旋体，粒子的动力学是各向同性的，但打破宇称不变性的影响。我们调查小规模的分形聚类和优先采样的强烈螺旋流结构。根据其结构参数，各向同性螺旋面优先对共手性或反手性流动结构进行采样。我们解释这些发现在极限情况下，在什么是已知的球形粒子的不同密度和程度的惯性。此外，我们提出了一个随机模型的理论和数值结果，动力学性质可以使用解析摄动理论计算。我们的研究表明，一个适当的调整的搅拌机制可以强烈修改的小尺度湍流螺旋特性，并表明各向同性螺旋体是最简单的颗粒能够优先感测湍流螺旋特性。
2019-05-03 physics.flu-dyn
Hindered energy cascade in highly helical isotropic turbulence
基于Richardson-Kolmogorov现象学的湍流能量级联的传统方法忽略了与湍流螺旋度相关的新兴涡旋的拓扑结构。通常认为螺旋度在湍流系统中起重要作用，例如，支持大规模磁场的产生，但其对小规模能量级联的影响从未被观察到。我们首次提出了一个广义的各向同性湍流现象与任意频谱分布的螺旋度。我们讨论了具有新螺旋度效应的直接湍流叶栅的各种情况，这种效应可以解释为对光谱能量传递的阻碍。因此，能量被累积和重新分配，使得非线性相互作用的效率将足以提供恒定的能量通量。我们证实了我们的现象，高雷诺数数值模拟的基础上的螺旋湍流壳模型。在我们的模型中，能量只在一定的大尺度上注入，而螺旋度的来源分布在所有尺度上。特别地，我们发现螺旋瓶颈效应可以出现在能谱的惯性区间。
2015-11-10 physics.flu-dyn
Fully developed turbulent dynamo at low magnetic Prandtl numbers
利用磁流体动力学湍流的壳模型研究了小磁普朗特数（$\Pm$）极限下的发电机问题。该模型在无粘流体和零磁扩散率的限制下满足总能量守恒、交叉螺旋度守恒和磁螺旋度守恒。强迫被选择为具有恒定的能量注入率，并且没有动能螺旋度或交叉螺旋度的注入。我们发现临界磁雷诺数（$\Rm$）的值在小的极限$\Pm$饱和。在发电机阈值以上，我们研究了饱和状态与$\Rm$和$\Pm$的关系。在均分的情况下，我们发现Kolmogorov谱的动能和磁能，除了波数低于电阻标度。最后，两个耗散尺度（粘性与阻力）的比值演变为$\Pm < 1$的$\Pm^{-3/4}$
2007-01-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Kinetic helicity decay in linearly forced turbulence
动力学螺旋度的衰减研究强迫湍流的数值模型中使用外部强加的强迫函数作为方程中的非齐次项，或者，作为替代，一个长期的线性速度引起的线性不稳定。外部强加的强迫功能注入能量在最大的尺度上，产生一个湍流的惯性范围，几乎恒定的能量通量，而线性强迫湍流的谱能量是最大的耗散波数附近。动力学螺旋度注入一次达到统计稳定状态，但它被发现衰减的湍流时间尺度上的强迫的性质和雷诺数的值无关。
2012-04-06 astro-ph.SR nlin.CD physics.ao-ph
Distributed chaos and helicity in turbulence
研究了Levich-Tsinober（螺旋度）积分驱动的分布混沌：$I=\int \langle h({\bf x},t)~h({\bf x}+{\bf r}, t)\rangle d{\bf r}$.研究表明，螺旋分布混沌可以作为大尺度相干结构与小尺度湍流相互作用的复杂湍流，如Cuette-Taylor流、圆柱尾流和带有限制器的大型等离子体装置（LAPD）中的湍流的基础。在最后一种情况下，由限制器引起的螺旋分布混沌的出现，导致径向粒子约束的改善。
2016-04-18 nlin.CD physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Unappreciated cross-helicity effects in plasma physics: Anti-diffusion effects in dynamo and momentum transport
利用多尺度重整化微扰展开分析方法，研究了磁流体湍流中的交叉螺旋度（速度-磁场关联）效应对磁场感应和动量输运的影响。该理论的轮廓是参照速度和磁场之间的交叉相互作用的响应函数的作用。在这个公式中，湍流通量的表达式：湍流电动势（EMF）的平均感应方程和雷诺应力和湍流麦克斯韦应力的动量方程。与电动势的表达式相关，讨论了发电机中交叉螺旋度效应以及其他发电机效应的物理起源。为了理解湍流交叉螺旋度的实际作用，考虑了它的输运方程。通过实例讨论了交叉螺旋度的几种产生机制。在交叉螺旋度产生机制的基础上，讨论了交叉螺旋度在恒星发电机中的作用。交叉螺旋度的动量输送和全球流动的产生中的作用进行了论证。回顾了快速重联中湍流效应的特征，特别强调了交叉螺旋度在有效电阻率局部化中的作用。最后，一个注释是解决的方法，阐明了结构的生成和维持在非常强的湍流。需要一个适当的反扩散效应公式，它与通常的扩散效应相反。与传统的启发式模型相比，基于这种解析公式的湍流模型方法也被认为是。自洽框架处理的平均场和湍流之间的非线性相互作用的重要性，以及强调。
2023-03-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Transport in helical fluid turbulence
动力学螺旋度（以下简称螺旋度）是由速度和流向涡度之间的相关性定义的。螺旋度和能量一样，是流体动力学方程的无粘不变量。与能量相反，湍流强度的量度，湍流螺旋度，代表与波动运动相关的右手和左手扭曲，提供了波动的结构或拓扑性质的量度。螺旋度效应对湍流输运的影响可以在多尺度重整化扰动展开理论的框架内通过包含最低阶（均匀和各向同性）速度相关的非反射对称部分来解析地获得。解释了螺旋度对动量输运的贡献的物理意义。利用雷诺应力的解析表达式，建立了考虑螺旋度效应的湍流模型（螺旋度模型）。该螺旋度模型被应用到一个旋转流，以显示其有效性，在描述的突出特性的流动。除了输运抑制外，非均匀螺旋度与旋转耦合也能引起大尺度流动。直接数值模拟（DNSs）的结果证实全球流动产生的螺旋度也将审查，其次是几个可能的应用在地球和天体物理流动现象。
2023-03-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Magnetic helicity and fluxes in an inhomogeneous alpha squared dynamo
在三维湍流发电机的研究中，许多工作都是在三重周期区域中进行的，在这些区域中不存在磁螺旋度通量。在这里，我们提出的模拟湍流强度仍然是几乎均匀的，但现在有一个完美的导体边界条件的一端和垂直场或伪真空条件的其他。这导致了迁移发电机波。与相应的解析可解α ^2发电机的结果吻合得很好，并对两种模型的螺旋度通量进行了研究。研究发现，在中等的磁雷诺数，大部分的磁螺旋度损失发生在大尺度。这种变化是否在更大的磁雷诺数，所需的减轻灾难性的发电机淬火问题，仍然不清楚。
2019-02-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Not Much Helicity is Needed to Drive Large Scale Dynamos
了解湍流天体物理转子中大尺度磁场的原位放大一直是发电机理论的核心课题。当湍流速度是螺旋形时，大尺度发电机在超过湍流强迫尺度的尺度上大大放大场，但最小足够的分数动力学螺旋度f_h，C以前没有很好地量化。通过对简单螺旋发电机的直接数值模拟，我们发现f_h，C随强迫与大尺度波数之比k_F/k_min的增大而减小。从大尺度螺旋发电机必须克服大尺度上任何非螺旋场的反作用这一条件出发，我们提出了一个可以解释模拟结果的理论。当k_F/k_min>8时，f_h，C<3%，这意味着即使在中等尺度分离下，很小的螺旋度分数也会强烈影响磁谱。
2012-06-21 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Helical turbulent nonlinear dynamo at large magnetic Reynolds numbers
在旋转的天体物理系统中，包括行星、恒星和星系，大尺度磁场的激发和进一步维持通常被认为涉及由螺旋磁流体动力学湍流驱动的流体磁发电机效应。虽然这种情况是有吸引力的一般理由，但它目前仍然在很大程度上不受约束，特别是因为一个基本的了解大规模的流体磁性的非线性渐近行为的天体物理学相关的，但危险的制度，大磁雷诺数$Rm$仍然缺乏。我们探索这个问题，使用本地高分辨率模拟湍流磁流体动力学驱动的非均匀螺旋强迫产生的正弦曲线的动力学螺旋度，模仿半球形分布的动力学螺旋度在旋转的湍流流体体。我们确定了一个过渡在大$Rm$的非线性状态，其次是$Rm\simeq 3\times 10^3$，由强大的，饱和的小尺度磁流体动力学湍流和较弱的，旅行相干大尺度场振荡。这种状态的特点是一个渐进的小电阻耗散的磁螺旋度，其空间重新分布通过动力学螺旋度的半球分布驱动的湍流通量在赤道，并在大$Rm$的重联典型的等离子体团的纠缠的动态磁场的试探性存在。
2021-12-09 astro-ph.GA astro-ph.SR 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
Saturation of turbulent helical dynamos
自然界中大尺度磁场的存在通常归因于由湍流螺旋发电机驱动的磁螺旋度的逆级联。在这项工作中，我们表明，在湍流螺旋发电机的大尺度$Π_{\mathcal{H}}$的磁螺旋度的逆通量是有界的$|Π_{\mathcal{H}}|\le c εk_η^{-1}$，其中$ε$是能量注入率，$k_η$是Kolmogorov磁耗散波数和$c$一阶常数。假设经典的各向同性湍流标度，磁螺旋度的逆通量$Π_{\mathcal{H}}$至少与磁雷诺数$Rm$呈$-3/4$幂律减小：$|Π_{\mathcal{H}} | \le c ε\ell_f Rm^{-3/4}\max[Pm,1]^{1/4}$，其中$Pm$为磁普朗特数，$\ell_f$为强迫长度尺度。我们证明了这种缩放与$Rm$使用直接数值模拟的湍流发电机被迫在中间尺度。结果进一步表明，非线性饱和是通过在畴尺寸尺度$L$上的逆级联和耗散之间的平衡来实现的，其中磁能的饱和值由${\mathcal{E}}_\text{m}\leq c L (ε\ell_f)^{2/3} Rm^{1/4}\max[1,Pm]^{1/4}$限定。数值模拟也证明了这一界限。
2022-07-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dual local and non-local cascades in 3D turbulent Beltrami flows
通过与二维湍流的类比，讨论了三维湍流Beltrami流中存在双重局部和非局部级联的可能性，包括逆能量级联和正螺旋度级联。我们讨论了局域和非局域情况下相应的能谱。与高雷诺数湍流冯卡门流的比较提供和讨论。
2012-06-25 physics.flu-dyn
A non local shell model of turbulent dynamo
本文推导了一种新的磁流体动力学（MHD）湍流壳模型，其中能量传递不一定是局部的。与原MHD方程一样，该模型在相空间中保持了总能量、磁螺旋度、交叉螺旋度和体积（刘维尔定理），而不考虑外力、粘性耗散和磁扩散的影响。在没有磁场的情况下，该模型表现出统计稳定的动能解与柯尔莫哥洛夫谱。本文研究了在运动学和动力学两种情况下，在很宽的磁普朗特数范围内，种子磁场对湍流和非线性相互作用的发电机作用。能量传递的非定域性被清楚地识别。
2007-01-11 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Role of helicities for the dynamics of turbulent magnetic fields
利用伪谱方法对不可压磁流体动力学湍流进行了三维直接数值模拟，研究了磁螺旋度的逆级联效应。高分辨率的模拟，允许必要的尺度分离表明，所观察到的自相似标度行为的磁螺旋度和相关的量只能通过考虑速度和磁波动的完全非线性相互作用来理解。借助于涡阻尼准正态马尔可夫近似，导出了动力学螺旋度和磁螺旋度之间的一个可能的普适关系，它与著名发电机赝标$α$的扩展定义非常相似。这种意想不到的相似性表明了电流螺旋度对$α$贡献的额外非线性猝灭机制。
2013-09-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
The inverse cascade of magnetic helicity in magnetohydrodynamic turbulence
在受迫和衰减的三维磁流体动力学湍流中，研究了导致导电湍流介质中大尺度磁结构形成的磁螺旋度$H^M$的非线性动力学.这是高分辨率的直接数值模拟和统计闭合理论的帮助下完成的。数值观察到的$H^M$的光谱标度与使用统计闭合模型的早期工作不同[Pouquet et al.，J. Fluid \textbf{77} 321（1976）]。通过对这一理论的重新考察，发现了一个普遍的动力学平衡关系，它包括了动能螺旋度、动能和磁能对$H^M$逆级联的影响，并解释了上述的矛盾。考虑的平均场发电机理论的背景下的结果表明，在湍流等离子体中的磁场激发的背景下，重要的$α$发电机效应的非线性修改。
2013-09-20 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Theory for helical turbulence under fast rotation
最近的数值模拟表明螺旋度对\ADD{homogeneous}旋转流体动力学湍流有很大影响。主效应可以通过以下定律来概括，即$n+\tilde n = -4$，其中$n$和$\tilde n$分别是一维能量谱和螺旋度谱的幂律指数。我们研究了小Rossby数限制下的旋转湍流问题，使用的渐近弱湍流理论推导先前。我们表明，经验法是螺旋度方程的精确解，其中幂律指数对应于垂直（旋转轴）波数谱。结果表明，当螺旋度通量占主导地位时，小尺度叶栅的解趋于$\tilde n = -2$，而当能通量占主导地位时，小尺度叶栅的解趋于$\tilde n = -3/2$。后者的解决方案是兼容的所谓的最大螺旋度状态以前观察到的数值和理论推导时，仅使用能量方程的弱湍流制度，而前一种解决方案是受局部条件。
2014-02-26 physics.flu-dyn
Mean-field helicity in random $α^{2}$-dynamo twisted flows
在这里，数值结果的解析版本的情况下，考虑层流非湍流极限，扭曲的黎曼薄通量管。结果表明，当电流螺旋度和黎曼曲率均为负值时，磁场被放大。因此，正负黎曼曲率的空间似乎支持环面内部的发电机作用，而不仅仅是二维发电机中发生的负黎曼曲率表面。本文采用细管通量管近似，研究了$α^{2}$ -发电机扭曲流动的新特征.这些解决方案中得到的环形和极向频率模式的发电机力自由流动的谐振配置文件。
2009-06-29 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
Passive scalar cascades in rotating helical and non-helical flows
我们研究了螺旋度如何影响旋转湍流中被动标量的频谱，使用数值模拟的湍流有或没有旋转，和有或没有注入的螺旋度。能量和被动标量谱在垂直于旋转轴的方向上的标度律在旋转螺旋流中不同于在非螺旋情况下发现的标度律，在前一种情况下被动标量方差的谱比后者浅。一个简单的唯象模型，链接的螺旋性的影响，能谱与被动标量谱。
2012-07-30 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Mean-field dynamo due to spatiotemporal fluctuations of the turbulent kinetic energy
本研究解析证明，即使动能螺旋度处处为零，介观尺度平均湍动能的时空涨落及其引发的扩散率涨落也能驱动大尺度磁场增长，并揭示了发电机运行的约束条件及湍流抗磁性的作用。
2023-09-11 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Effects of magnetic and kinetic helicities on the growth of magnetic fields in laminar and turbulent flows by helical-Fourier decomposition
我们提出了一个不可压缩的均匀导电流体的螺旋傅立叶表示的数值和分析研究。我们分析研究小规模和大规模的发电机性能，以及逆级联的磁螺旋，在最一般的最小子集的相互作用速度和磁场上的一个封闭的傅立叶三和弦。我们主要集中在磁场增长的动力学和磁螺旋之间的三个相互作用的波数的分布的函数的依赖性。通过结合直接数值模拟的全磁流体动力学方程的螺旋傅立叶分解，我们在数值上证实，在运动发电机制度的系统开发了一个大规模的磁螺旋相反的符号相比，小规模的动力螺旋，一种三元组由三元组$α$ -效果在傅立叶空间。关于小尺度扰动，我们从理论上预测和数值上证实，最大的不稳定性是实现了相同的螺旋度的流的磁性组件，在协议的拉伸-扭曲-折叠机制。反之亦然，在存在的洛伦兹反馈的速度，我们发现，逆级联的磁螺旋度大多是本地的，如果磁和动力学螺旋度有相反的符号，而它是更非本地和更激烈的，如果他们有相同的符号，如预测的分析方法。我们的分析和数值计算结果进一步证明了螺旋傅立叶分解的潜力，以阐明在充分发展的湍流和层流中的磁和动力学螺旋纠缠动力学。
2017-03-01 astro-ph.EP astro-ph.SR nlin.CD
Correlation times of velocity and kinetic helicity fluctuations in nonhelical hydrodynamic turbulence
本文通过弱可压缩非螺旋湍流的直接数值模拟，比较旋转、剪切、开普勒流动及剪切burgulence中速度与螺旋度涨落的相关时间，评估非相干α效应驱动发电机的可行性。
2024-09-09 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Rotation Rate of Rods in Turbulent Fluid Flow
湍流中平流各向异性颗粒的旋转动力学在许多工业和自然环境中是重要的。粒子旋转由湍流的小尺度特性控制，这些特性几乎是普遍的，因此提供了一个丰富的系统，可以直接将实验与理论和模拟进行比较。在这里，我们报告的第一个三维实验测量的棒状颗粒的取向动力学，因为它们是平流在湍流流体流动。我们还提出了数值模拟，显示出良好的协议与实验，并允许扩展到广泛的颗粒形状。各向异性示踪剂颗粒优先采样流，因为它们的取向变得与速度梯度张量相关。旋转速率受到这种优先排列的严重影响，并且排列强烈依赖于颗粒形状。
2012-05-01 physics.flu-dyn
Helicity and topology of a small region of quantum vorticity
我们数值研究了一个小的湍流区域的量子化涡在超流氦，一个政权，可以在实验室中实现的演变。我们表明，湍流实现了波动稳定状态的动力学（能量），几何形状（长度，扭动）和拓扑结构（链接）。在定义的结谱，我们表明，在任何时刻，湍流由许多unknots和几个大的几何和拓扑复杂性的循环。
2017-03-28 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Cancellation exponents in helical and non-helical flows
螺旋度是三维欧拉方程的二次不变量。作为能量，当前螺旋度级联到更小的尺度，在那里它消散。然而，螺旋度在能量级联中所起的作用仍然不清楚。在非螺旋流中，速度和涡度倾向于局部对齐，从而产生具有相反螺旋度符号的斑块。在螺旋流中，螺旋度在空间中也会迅速改变符号。由于螺旋度不是一个正定的量，因此考虑到它在惯性范围内的光谱标度的全球研究是不确定的，除了螺旋度的一个符号占主导地位的情况。我们使用的取消指数来表征螺旋度波动的螺旋和非螺旋湍流的数值模拟中遵循的标度律，具有不同的强制功能和跨越范围的雷诺数从大约670到6200。该指数是符号奇异性的度量，并且可以与分形维数以及一阶螺旋度标度指数相关。这一结果与螺旋结构的几何形状是连续的一致。进一步的分析表明，螺旋度起伏的统计特性并不依赖于流的整体螺旋度。
2009-08-11 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
Mean field dynamo action in shearing flows. II: fluctuating kinetic helicity with zero mean
在这里，我们探讨了动力学螺旋度的时间波动在背景线性剪切流的存在下产生大规模磁场的作用。这里涉及的关键技术与我们早期的工作\citep [][以下为论文~I]{JS 20}相同，其中我们使用了基于剪切波的更新流模型。速度场和螺旋度场都被视为具有有限相关时间的随机变量，分别为$τ$和$τ_h$。当$τ_h > τ$，甚至当这个时间尺度的分离，其特征在于$m=τ_h/τ$，保持低于阈值，使湍流扩散变成负的，获得增长的解决方案。在湍流扩散保持为正值且$τ$与涡流周转时间$T$相当的情况下，轴对称模式显示出具有剪切速率$S$的非单调行为：增长率$γ$和对应于最快增长模式的波数$k_\ast$两者首先增加，达到最大值，然后随着$|S|$而减小，其中$k_\ast$总是小于涡流波数，从而促进大长度尺度上的磁场增长。在小切变时，增长发电机波的周期$P_{\rm cyc}$与$|S|$成反比，与文献[1]中固定动力学螺旋度的情况完全相同。这种依赖性在较大的剪切力下变得较浅。有趣的是，在$m P_{\rm cyc}$与$|S|$的图中，对应于不同$m$选择的各种曲线彼此重叠。
2021-03-23 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Magnetic dynamo action at low magnetic Prandtl numbers
本文研究了小磁普朗特数区域中运动学湍流发电机作用对磁场的放大作用。这样的制度是相关的行星和恒星内部，以及液态金属实验室实验。Kazantsev Kraichnan模型的基础上，建立发电机阈值和发电机增长率的湍流波动的不同动力学螺旋度的全面分析。有人建议，在对比的情况下，大磁普朗特数，在小磁普朗特数的运动发电机行动的显着影响的动力学螺旋度，它可以是相当有效的螺旋度谱的适当选择。
2010-10-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Rotational intermittency and turbulence induced lift experienced by large particles in a turbulent flow
本文用实验方法研究了一个大的中性浮力粒子在湍流中的自由平流运动。我们证明，平移和角加速度表现出很宽的概率分布，表现出的不稳定性。相对于轨迹的角速度的取向以及以自旋速度为条件的平移加速度提供了作用于颗粒上的升力的证据。
2010-12-20 physics.flu-dyn
Influence of the impellers' geometry on turbulent von Kármán swirling flows
我们报告了叶片形状及其旋转方向对圆柱体中反向旋转叶片盘产生的湍流（称为von Kármán旋流）的影响的数值证据。我们发现，虽然直或弯曲叶片的搅拌器产生的平均流量可以拓扑相似，湍流生产发生在不同的区域。湍流脉动场的结构和强度也随几何形状而变化，并保持显著的各向异性。从直接数值模拟的结果出发，分析了涡度拟能的动力学过程，指出相对螺旋度h的分布取决于湍流的强迫机制。
2012-08-06 physics.flu-dyn
A Wall Function for Turbulent Boundary Layers under Rotation via Symbolic Regression
通过符号回归方法推导出旋转湍流边界层的可解释壁面函数，揭示了旋转数对边界层收缩/膨胀及再层流化趋势的影响，为旋转系统湍流模型闭合提供新途径。
2026-06-05 physics.flu-dyn
Sign-Indefinite Helicity and the Structure of Weak Turbulence in Inertial and Non-Hermitian Waves
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Courant Institute of Mathematical Sciences, New York University（纽约大学库朗数学科学研究所）
研究正负不定二次不变量如何影响不可压缩流体中打破时间反演对称性的湍流级联，揭示螺旋度守恒简化动力学方程，并发现湍流谱作为唯一标度不变解维持能量从大尺度到小尺度的恒定输运。
2026-07-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Chirality tomography: measuring local helicity from trajectory linking
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales（布宜诺斯艾利斯大学理学院）；CONICET - Universidad de Buenos Aires, Instituto de Física Interdisciplinaria y Aplicada (INFINA)（阿根廷国家科学研究委员会-布宜诺斯艾利斯大学交叉与应用物理研究所（INFINA））；CNRS-CONICET-UBA, Institut Franco-Argentin de Dynamique des Fluides pour l’Environnement (IFADyFE)（法国国家科学研究中心-阿根廷国家科学研究委员会-布宜诺斯艾利斯大学，法阿环境流体动力学联合研究所（IFADyFE））
本研究提出手性断层扫描技术，通过粒子轨迹连接测量局部手性，揭示湍流中手性分布和空间异质性。
2026-01-13 physics.flu-dyn
Enhanced azimuthal rotation of the large-scale flow through stochastic cessations in turbulent rotating convection with large Rossby numbers
本文给出了在前所未有的大Rossby数范围1<Ro<314内，湍流旋转对流大尺度环流（LSC）的方位角取向θ（t）和热振幅δ（t）的测量结果。θ（t）的结果表明，在整个Ro范围内，LSC流沿逆行方向持续旋转。对于10<Ro<70，旋转速度比保持恒定的0.13（${\pm}$ 0.01），但是当Ro>70时，旋转速度比开始随着Ro的增加而增加。我们确定的机制，通过它的平均逆行旋转速度可以增强随机cessations在弱科里奥利力的存在下，并表明，低维，随机模型提供了预测所观察到的大规模流动动力学和解释其逆行旋转。
2016-09-12 physics.flu-dyn
Influence of global rotation and Reynolds number on the large-scale features of a turbulent Taylor-Couette flow
对同轴独立旋转圆柱间的湍流流动进行了实验研究。我们确定了在不同的角速度比（旋转数）的雷诺数与扭矩的比例，以及在高雷诺数下改变旋转数时壁面剪应力的行为。我们比较的曲线与PIV分析的平均流量，并显示出独特的作用，完美的反向旋转的出现有组织的大尺度结构的平均部分，这非常湍流，出现在一个平稳和连续的方式：过渡类似于超临界分岔的二次平均流量。
2010-01-25 physics.class-ph physics.flu-dyn
Mean-field theory of differential rotation in density stratified turbulent convection
本文发展了密度分层湍流对流中微分旋转的平均场论。该理论基于湍流热通量和湍流对流各向异性对雷诺应力的综合影响。求解了雷诺应力方程、熵涨落方程和湍流热通量方程组成的耦合动力学收支方程组。为了关闭这些方程的系统，谱τ方法，这是有效的大雷诺数和Peclet数，已被应用。所采用的背景湍流对流模型考虑了湍流各向异性的增加和湍流相关时间随旋转速率的减小。这个理论得到的差自转径向分布与太阳差自转的径向分布一致。
2018-03-15 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
