Sub-Kolmogorov Intermittency and Multifractal Dissipation in Multiphase Turbulence
University of Modena and Reggio Emilia（摩德纳和雷焦艾米利亚大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Inria Saclay - Tau team（法国国家信息与自动化研究所萨克莱-Tau团队）
通过直接数值模拟研究多相湍流中界面附近的小尺度耗散结构，发现界面导致耗散事件深入亚科尔莫戈罗夫尺度，且拓扑变化（破碎与合并）区域呈现更宽的多分形奇异谱。
2026-06-04 physics.flu-dyn
Self-Regularization in turbulence from the Kolmogorov 4/5-Law and Alignment
3D流体动力学湍流的一个定义特征是，随着粘度降低（雷诺数增加），能量耗散率远离零。这种现象--反常耗散--有时被称为“湍流第零定律”，因为它支撑了许多著名的理论预测。在湍流中观察到的另一个稳健特征是速度结构函数$S_p(\ell) :=\langle |δ_\ell u|^p\rangle$在惯性范围内表现出持续的幂律标度，即指数$ζ_p>0$在不断增加的（随雷诺数）标度范围内表现出$S_p(\ell) \sim |\ell|^{ζ_p}$。这一现象表明，速度场在雷诺数范围内保持一定的分数阶可微性。Kolmogorov 1941年的湍流理论预言，$ζ_p=p/3$对所有的$p$和Onsager 1949年的理论建立了$ζ_p\leq p/3$对$p\geq 3$与第零定律一致的要求。经验上，$ζ_2 \gtrapprox 2/3$和$ζ_3 \lessapprox 1$，表明湍流Navier-Stokes解近似耗散弱解的欧拉方程拥有（几乎）的奇异性维持异常耗散所需的最小程度。在这篇文章中，我们采用了一个实验支持的假设上的反对齐的速度增量与他们的分离向量，并证明了惯性耗散提供了一个正规化机制，通过柯尔莫哥洛夫4/5定律。
2021-11-05 math-ph math.AP math.MP
Dimensional regimes in Kolmogorov Flow
Universidad de San Andrés（圣安德烈斯大学）；Departamento de Física, Universidad de Buenos Aires（布宜诺斯艾利斯大学物理系）；CONICET（阿根廷国家科学研究委员会）
研究Kolmogorov流在不同雷诺数下的维度特性，发现大尺度运动饱和后小尺度主导动力学活动，维度随强迫波数线性增长。
2026-02-09 physics.flu-dyn
A unified approach to regularity problems for the 3D Navier-Stokes and Euler equations: the use of Kolmogorov's dissipation range
受Kolmogorov湍流理论的启发，我们提出了一个统一的方法来解决三维Navier-Stokes方程和Euler方程的正则性问题。我们引入了一个耗散波数$Λ(t)$，它将欧拉动力学占主导地位的低模式与粘性力占主导地位的高模式分开。然后利用与粘性无关的技巧，得到了一个新的正则性准则，在粘性情形下，该准则弱于Ladyzhenskaya-Prodi-Serrin条件，在无粘情形下，该准则退化为Beale-Kato-Majda准则.在粘性情况下，我们也证明了Leray-Hopf解是正则的，给出了$Λ\in L^{5/2}$，改进了我们以前的$Λ\in L^\infty$条件.我们还证明了对所有的Leray-Hopf解都有$Λ\in L^1$.最后，我们证明了当时间平均空间不连续性很小时，即，接近科尔莫戈洛夫政权
2011-06-01 math.AP physics.flu-dyn
The role of dissipation in flexural wave turbulence: from experimental spectrum to Kolmogorov-Zakharov spectrum
弱湍流理论已被应用于服从Föppl-Von Kármán动力学方程的弹性薄板中的波。随后的实验表明，理论预测与测量结果之间存在很大差异。动力学方程和弱湍流理论的处理都需要一些限制性的假设。这里的Föppl-Von Kármán方程的直接数值模拟进行和再现定性和定量的实验结果时，实验测量的波的阻尼率$γ_\mathbf{k}= a + bk^2$使用。这证实了Föppl-Von Kármán方程是描述我们实验的有效理论框架。当我们逐步调整耗散，使其在最小尺度上局部化时，我们观察到实验光谱和Kolmogorov-Zakharov预测之间的逐渐过渡。这表明耗散对弱非线性波动湍流定常解的标度性质有重要影响。
2014-05-14 nlin.CD physics.flu-dyn
Low-wavenumber forcing and turbulent energy dissipation
在湍流的直接数值模拟中迫使流体的一种流行方法是采用与流体速度在其最低傅立叶模式上的投影成比例的体积力，同时保持注入的外部功率恒定。在本文中，我们进行了一个简单但严格的分析，建立这种类型的强迫的能量耗散率和所得雷诺数之间的关系的界限。虽然这种分析不能给出能谱的详细信息，但它确实提供了一些指示，说明了较低的、直接受迫的模式与由级联激发的模式之间的能量平衡。
2004-04-09 physics.flu-dyn
Synchronization of Chaos in Fully-Developed Turbulence
通过对不可压纳维-斯托克斯方程的拟谱模拟，研究了三维湍流能量级联中小尺度运动的混沌同步。低于约20 Kolmogorov耗散长度的湍流速度场的模式被发现是奴隶的大尺度模式的混沌动力学。所有的耗散范围模式的动态可以恢复到完整的数值精度，通过求解小尺度动力方程与给定的大尺度解作为输入，无论初始条件。的同步率指数的尺度与柯尔莫哥洛夫耗散时间尺度，可能的弱修正，由于不稳定性。我们的研究结果表明，所有的子Kolmogorov长度模式应完全恢复从数值模拟与标准，Kolmogorov长度的网格分辨率。
2012-12-09 math-ph math.DS math.MP
Recurrent flow analysis in spatiotemporally chaotic 2-dimensional Kolmogorov flow
最近成功的动力系统方法过渡流的动机，我们研究的效率和有效性提取简单的不变集（经常性的流）直接从混沌/湍流和这些集的潜力提供预测的某些统计数据的流量。本文研究了二维Kolmogorov流（含正弦体积力的二维纳维-斯托克斯方程）在正方形[0，2π]2圆环和矩形圆环上的流动.在前一种情况下，发现比以前多一个数量级的经常性流动（Chandler & Kerswell 2013），并通过周期轨道理论给出了混沌耗散和能量pdfs的改进预测。在低强迫振幅下的扩展环面上，一些提取的状态模拟了空间局部混沌的统计数据，令人惊讶地回忆起Kawahara和Kida（2001）在低雷诺数平面Couette流中的惊人发现。然而，在更高的强迫振幅下，成功是有限的，突出了混沌的维数增加和对更大数据集的需求。讨论了改进萃取过程的化学发展。
2015-04-01 nlin.CD physics.flu-dyn
A quadratic Reynolds stress development for the turbulent Kolmogorov flow
本文采用直接数值模拟的方法研究了周期区域内受低单波数正弦力作用的三维湍流Kolmogorov流动，即纳维-斯托克斯方程。这个经典的模型系统是各向异性和非均匀流体动力学湍流的实现。检查了Boussinesq的涡流粘度线性关系，发现在系统体积的一半以上大致有效。一个更一般的非线性二次雷诺应力的发展，提出和它的参数估计在不同的泰勒尺度为基础的雷诺数在流动中的值200。强迫与不同的形状，这里选择高斯的情况下，被认为是与正弦强迫的差异被强调。
2021-09-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Sub-Kolmogorov-Scale Fluctuations in Fluid Turbulence
我们与湍流中的速度梯度的间歇性波动的一个整体范围内的局部耗散尺度概括的图片一个单一的平均耗散长度。这些局部耗散尺度作为雷诺数的函数的统计分布是在强迫均匀各向同性湍流的数值模拟中确定的，该数值模拟具有以前从未应用过的光谱分辨率，该光谱分辨率超过标准分辨率至少八倍。尺度分布的核心与理论预测一致。雷诺数的增加导致产生更精细的局部耗散尺度。这与耗散范围内大波数能谱的不太陡峭的衰减一致。最高泰勒微尺度雷诺数R_lambda=107的能谱没有显示出瓶颈。
2007-10-22 nlin.CD physics.flu-dyn
On the Dissipation Rate Coefficient in Homogeneous Isotropic Decaying and Forced Turbulence
对各向同性均匀衰减和强迫定常湍流的归一化无量纲von Kármán-Howarth方程进行积分，得到耗散率系数$C_ε=(L ε)/< u^2 >^{3/2}$的表达式，其中$L$表示纵向积分长度尺度，$ε$表示平均耗散率，$< u^2 >$表示纵向速度脉动的平均方差。对于衰减湍流，低雷诺数和高雷诺数极限下$C_ε$的最终精确表达式取决于衰减指数$n$，已知衰减指数取决于湍流产生时的初始速度结构。对$n$的依赖性导致非通用系数。定常受迫情形的表达式取决于受迫机制，因而也不具有普适性。尽管如此，当采用类似的强迫算法时，与衰减湍流情况相比，应预期较低的值和相当少的散射。
2011-08-02 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Stationary two-dimensional turbulence statistics using a Markovian forcing scheme
在这项研究中，我们调查的统计数据的二维定常湍流使用马尔可夫强迫方案，相关的强迫过程中，在当前的时间步到前一个时间步，根据一个定义的记忆系数。除了马尔可夫强迫机制外，该模型还包括小尺度的超粘性耗散机制和大尺度的Ekman摩擦型线性阻尼机制。我们研究了各种耗散和强迫参数对波空间和物理空间中湍流统计的影响。我们的分析包括有效的强迫尺度的影响，强迫的带宽，记忆相关系数，和强迫振幅，以及大尺度摩擦和小尺度耗散系数。计算了结构函数和能谱的标度指数，并讨论了与马尔可夫强迫有关的参数的作用。我们发现，标度指数是近似不变的，并显示出一个普遍的行为的各种形式的强迫计划使用。然而，我们发现，最终状态强烈依赖于所考虑的大尺度摩擦机制。当大尺度摩擦机制包含在高摩擦系数模型中时，我们证明了该行为不再具有普适性。我们的分析还表明，二阶涡度结构函数有一个渐近标度指数较大的耗散。此外，我们证实，涡的行为作为一个被动标量时，耗散机制变得不那么有效。最后，虽然湍流不被认为有一个分离的时间尺度的动力学的速度场，我们证实，分离的时间尺度存在于动力学的能量谱。
2012-12-05 physics.flu-dyn
Spatiotemporal dynamics in 2D Kolmogorov flow over large domains
Kolmogorov流在二维-二维纳维-斯托克斯方程与正弦体力-被认为是在扩展的周期域，以揭示局部时空的复杂性。流动响应模仿强迫在小强迫振幅，但超过一个临界值，开发长波长的不稳定性。随后的状态描述的Cahn-Hilliard型方程，并作为结果粗化动态观察随机初始数据。进一步分叉后，这一制度让位于多个吸引子，其中一些具有空间局部时间依赖性。这种吸引子在一个大的域中的共存引起有趣的碰撞动力学，这是由一个系统的5（1-空间和1-时间）偏微分方程的基础上长波长的限制。粗政权恢复本身在更高的强迫振幅的意义上，只有最长波长的解决方案仍然吸引。最终，有一个全球最长波长的吸引子，它拥有两个局部的混沌区域-扭结和antikink -连接两个稳定的一维流动区域的基本上一半的域宽度。发现的时空复杂性的财富提供了一个丰富的舞台，在其中研究简单的不变的局部化解决方案，这大概是所有观察到的行为的基础存在。
2014-05-13 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
The spatial statistics of turbulent dissipation rates
我们研究了速度梯度波动的空间统计（即，能量耗散率）。我们扩展了Kolmogorov-Obukhov理论，但也缩小了它的范围。该模型是对数正态分布，并通过精细分辨大涡和直接数值模拟进行验证。它们由均值和协方差算子参数化。在大涡模拟中，平均值和协方差依赖于尺度解。通过湍流统计的局部定义的重新标度来消除这种分辨的尺度依赖性，产生了亚网格统计的通用理论，特别是湍流波动的平均值和方差，即，能量耗散率ε的对数。根据Kolmogorov 1962，发现速度梯度统计的方差是对数正态的。通过尺度均值和方差的重新尺度化消除了尺度对次网格尺度的影响，从概念上证明了我们观察到的普遍性。普适性是新的幂标度律的基础。新的幂律反过来又允许子网格重新标度耗散率的平均值和协方差的简单参数化，即，速度梯度波动率我们把粗网格分辨的时空位置作为一个随机变量.提出了一个限制的理论，一个小范围的未解决的，但随机建模的尺度，与重整化群的想法，以克服这一限制。
2017-02-25 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Hidden scale invariance of turbulence in a shell model: from forcing to dissipation scales
本文在壳模型中揭示隐藏标度不变性贯穿强迫至耗散尺度，从该对称性推导惯性区异常标度律，并表明特殊耗散模型可消除耗散间歇性，从而从运动方程对称性导出多分形理论。
2023-02-02 physics.flu-dyn
Non-Kolmogorov cascade of helicity driven turbulence
我们求解了有两个同时强迫的纳维-斯托克斯方程。一个强迫作用在给定的大尺度上，它注入能量。另一个强迫作用在惯性范围内的所有尺度上，并注入螺旋度。用这种方法，我们可以改变湍流螺旋度的程度，从非螺旋到最大螺旋。我们发现，增加螺旋度注入率不会改变能量通量。另一方面，总能量的水平大大增加，能谱变得更陡。能谱范围从非螺旋湍流的Kolmogorov标度律$k^{-5/3}$到最大螺旋湍流的非Kolmogorov标度律$k^{-7/3}$。在后一种情况下，我们发现湍流的特征时间不是周转时间，而是基于螺旋度注入率的时间。我们还分析了螺旋模式分解的结果。对于一个最大的螺旋湍流的一种类型的螺旋模式被发现是更有力的比其他一个，由几个数量级。能量最高的螺旋模式的能量级联是由两个通量之和产生的。一个通量是负的，可以用抽取模型来理解。然而，这种负通量不足以导致逆能量级联。实际上，涉及能量最小类型的螺旋模式的其他通量是正的，并且是最大的。能量最小的螺旋模式是必不可少的，不能忽略。
2015-09-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Stabilizing two-dimensional turbulent Kolmogorov flow via selective modification of inviscid invariants
本文通过选择性修改能量和拟涡能的时间变化率，自主引入附加驱动，将受恒定外力驱动的二维湍流 Kolmogorov 流稳定为非平凡稳态，并有效抑制反向能量级串，所得稳态接近原系统的不变解。
2023-12-04 physics.flu-dyn
Lagrangian Refined Kolmogorov Similarity Hypothesis for Gradient Time-evolution in Turbulent Flows
我们研究了各向同性湍流中的速度和压力梯度的时间演化，通过量化它们的去相关时间尺度，如下流动中的流体颗粒。拉格朗日分析使用公共数据库中的数据，这些数据是在雷诺数为430时通过直接数值模拟Naiver-Stokes方程生成的。据证实，当平均在整个域，关联函数衰减的平均Kolmogorov周转时间尺度的顺序上的时间尺度上，从全球平均耗散率和粘度计算。然而，当在流的不同子区域中执行分析时，湍流不稳定性导致衰减时间尺度的大的空间变异性。值得注意的是，出色的崩溃的自动关联函数恢复时，使用“本地Kolmogorov时间尺度”定义使用本地平均，而不是全球，耗散率。这为Kolmogorov的精炼相似性假设的有效性提供了新的证据，但从拉格朗日的观点来看，它提供了一个自然的框架来描述湍流的动态时间演化。
2009-12-18 physics.flu-dyn
A Kolmogorov spectrum for strongly vibrating plates
在流体湍流中，能量通过能量级联从一个尺度传递到另一个尺度，该能量级联仅取决于能量耗散率。它通过维度参数导出Kolmogorov 1941（K41）谱。值得注意的是，在完全非线性状态下，弹性板的正常振动模式表现出具有相同K41谱的能量级联。此外，弹性形变呈现出大的“涡流”以及无数的小的“皱曲涡流”，使得褶皱、可展锥和更复杂的拉伸结构与流体动力学湍流中的斑点、漩涡、涡流和其他结构非常相似。我们通过关联函数描述了能量级联、恒定能量耗散率在尺度上的有效性以及非线性的作用。
2018-08-06 nlin.CD physics.flu-dyn
Dynamics of reversals and condensates in 2D Kolmogorov flows
我们提出了直接数值模拟的不同的二维流态产生的恒定的空间周期性强迫平衡的粘性耗散和大规模的阻力与无量纲阻尼率$1/Rh$。对强迫的线性响应是反向旋转涡的$6\times6$正方形阵列，当雷诺数$Re$或$Rh$较小时，该阵列是稳定的。在识别序列的分叉，导致一个空间和时间的混沌政权的流动时，$Re$和$Rh$增加，我们研究了不同的湍流政权之间的过渡观察到大$Re$通过改变$Rh$。在大尺度阻力消失的极限（$Rh$大），箱尺度（凝聚态）的大尺度环流是主要模式。当$Rh$减小时，凝结体变得不稳定，并产生两个符号相反的大尺度环流之间的随机反转。当$Rh$进一步减小时，大尺度速度的概率密度函数为双峰分布，连续分叉为高斯分布。
2014-12-16 physics.flu-dyn
Kolmogorov scale in turbulence of surface gravity waves
University of Michigan（密歇根大学）
本文通过数值模拟研究表面重力波湍流中科尔莫戈罗夫尺度（截止波数$k_c$）与耗散强度的标度关系，发现$k_c\sim\gamma_0^{\beta}$，且$\beta$由平衡非线性与耗散项预测，表明非共振三波相互作用主导$k_c$形成。
2026-09-23 physics.flu-dyn
Simple invariant solutions embedded in 2D Kolmogorov turbulence
我们认为长时间的模拟二维Kolmogorov湍流体强迫$\sin4y \ex$上的环面$(x,y) \in [0,2π]^2$提取简单的不变集或“确切的经常性流动”嵌入在这个湍流的目的。每一个经常性的流动代表了一个持续的封闭循环的动力学过程的基础上的湍流。这些被用来重建的湍流统计的精神，周期轨道理论推导出某些类型的低维混沌。该方法被认为是合理的成功，在一个低的强迫值的流量接近，但不完全在其渐近（强）湍流制度。在这里，共有50个经常性的流量被发现与大部分埋在相空间的一部分，最人口的湍流引起的能量和耗散概率密度函数的良好再现。然而，在较高的强迫振幅，现在在渐近湍流制度，产生的湍流数据集证明不够长，产生足够的经常性流动，使可行的预测。尽管如此，一般的方法似乎有希望提供足够的模拟数据是可用的，因为它是开放的广泛的自动化和自然生成动态重要的精确的解决方案的流动。
2012-07-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Dependence of the asymptotic energy dissipation on third-order velocity scaling
本文利用 Kolmogorov 4/5 定律证明，三阶纵向绝对速度增量标度是否超过1决定了无粘极限下平均耗散能否非零，并据此判断湍流“零阶定律”。
2023-02-19 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Invariant measure selection by noise: An Example
考虑具有两个守恒量和无穷多个不变测度的确定性系统。然而，当加入足够的随机强迫和平衡耗散时，系统具有唯一的不变测度。然后，我们表明，作为强迫和耗散被删除的唯一限制的确定性系统的选择。极限测度的确切结构取决于随机强迫的具体情况。
2014-03-14 math.DS math.PR physics.flu-dyn
Diffusive Decay of the Vortex Tangle and Kolmogorov turbulence in quantum fluids
量子涡旋的混沌集合可以模拟经典湍流，或者至少再现许多主要特征，这一想法目前正在积极发展。认识经典湍流这一挑战性问题的意义，可以说，用量子化线研究它的思想是十分重要的，可以说是一个突破。因此，这个理论应该仔细研究。支持这一观点的一个基本论点是，当没有明显的耗散机制（相互摩擦）时，涡旋纠缠在零温度下衰减。由于文献中讨论的涡能耗散的所有可能机制都与小尺度有关，因此很自然地认为，柯尔莫哥洛夫叶栅与能量流一起发生作用，就像在经典湍流中一样。在最近的一系列实验中，观察到涡线密度的衰减，作者将这种衰减归因于Kolmogorov湍流的性质。在目前的工作中，我们讨论的涡纠缠，这是不相关的耗散在小尺度上的衰减的替代可能性。这种机制就是涡旋纠缠的扩散式扩展。我们讨论了一些关键的实验，考虑他们从替代解释的角度和量子流体中的柯尔莫哥洛夫湍流理论。
2010-07-03 cond-mat.other physics.flu-dyn quant-ph
Nonequilibrium steady solutions of the Boltzmann equation
本文研究了开放系统的齐次各向同性玻尔兹曼方程。我们寻求存在强迫和耗散的非平衡定常解。使用弱湍流理论的语言，我们分析的可能性，观察Kolmogorov-Zakharov稳定分布。我们导出了一个微分近似模型，发现所期望的非平衡定常解总是热级联的形式。我们提出了强迫和耗散与系统热力学量之间关系的解析预测。具体地说，我们发现系统的温度是独立的强迫振幅和决定只由强迫和耗散尺度。最后，我们进行直接数值模拟的玻尔兹曼方程找到一致的结果与我们的理论预测。
2011-01-21 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
A catalog of exact steady states in Kolmogorov flow
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本文在Kolmogorov流的典型参数区域（Re=40，方形域，k=4）中，提供了8952个精确稳态的目录，这些解为湍流和瞬态动力学提供了固定星座信息。
2026-09-24 nlin.CD physics.flu-dyn
Time-dependent nonlinear gravity-capillary surface waves with viscous dissipation and wind forcing
本研究提出时变保角方法研究粘性对陡峭表面波的影响，发现粘性抑制小表面张力下的分岔结构且解具时间稳定性，为含粘性水波数值计算提供了无需求解完整Navier-Stokes方程的简便方法。
2025-01-13 physics.flu-dyn
On the Prandtl-Kolmogorov 1-equation model of turbulence
我们证明了总的估计（粘性加模拟湍流）能量耗散在一般涡粘性模型剪切流。对于一般的涡粘性模型，我们发现近壁平均粘性与有效整体粘性的比值是关键参数。然后将该结果应用于1方程、URANS湍流模型，该比值取决于湍流长度尺度的规格。该模型由Prandtl于1945年导出，是Kolmogorov于1942年导出的2方程模型的组成部分，是许多非定常雷诺平均湍流模型的核心。远离墙壁，解释普朗特的早期建议，我们设置\begin{equation*} l=\sqrt{2}k^{+1/2}τ, \hspace{50mm} \end{equation*}，其中$τ=$选择时间尺度。在近壁区域中，分析建议用$l=0.41d\sqrt{d/L}$代替传统的$l=0.41d$（$d=$壁法向距离），例如，\begin{equation*} l=\min \left\{ \sqrt{2}k{}^{+1/2}τ,\text{ }0.41d\sqrt{\frac{d}{L}} \right\} . \hspace{50mm} \end{equation*}此$l(\cdot )$可产生具有正确近壁渐近性的更简单模型。其能量耗散率的比例不大于物理正确的$O(U^{3}/L)$，平衡能量输入与能量耗散。
2021-06-22 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
The spectral dynamics and spatial structures of the conditional Lyapunov vector in slave Kolmogorov flow
本文通过直接数值模拟研究了周期盒内Kolmogorov流的同步问题，重点分析了条件主导Lyapunov向量的渐近演化机制，通过谱分析揭示了扰动产生与耗散谱的行为，并发现条件主导Lyapunov指数可低于先前黏性估计下界，同时定量分析了自相似演化并揭示了应变率与涡度扰动的几何特征。
2025-01-26 physics.flu-dyn
Kolmogorov Turbulence Coexists with Pseudo-Turbulence in Buoyancy-Driven Bubbly Flows
该研究通过高分辨率数值模拟探究浮力驱动泡状流的谱特性，发现高伽利略数下不同尺度区间分别呈现柯尔莫哥洛夫湍流标度与伪湍流特征，明确了两类湍流的共存机制。
2023-08-23 physics.flu-dyn
Dissipation in unsteady turbulence
最近的实验和模拟表明，非定常湍流在达到动态平衡态之前，表现出普遍的行为。我们发现，所观察到的普遍的非平衡标度可以解释使用非平衡校正Kolmogorov的能谱。鉴于实验和数值观测的普遍性，这里提出的想法奠定了广泛的非定常湍流类的建模基础。
2016-10-13 physics.flu-dyn
Efficiency of Tidal Dissipation in Convective Flow Under Rapid Tidal Forcing
Shanghai Polytechnic University（上海理工大学）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学李政道研究所）；Cornell University（康奈尔大学）
研究紧密双星和恒星-行星系统中潮汐相互作用的能量转移，采用新型三层对流箱和外部周期性强迫量化潮汐耗散效率，得出单位质量潮汐功率随潮汐频率标度更浅等结果，还研究了旋转影响并讨论局限性与意义。
2026-07-21 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Preferential concentration in a periodically forced particle-laden turbulent planar jet
ICAM
本研究探究周期力对含颗粒湍流平面射流的影响，发现弱周期力可显著改变湍流、增强颗粒偏好聚集，且能在不改变平均输运流的情况下调控颗粒组织。
2026-10-14 physics.flu-dyn
Analysis of the Taylor dissipation surrogate in forced isotropic turbulence
本文从Lin方程表示的波数空间能量平衡出发，导出了实空间中受迫各向同性湍流的局部Karman-Howarth方程的一种新形式。这个方程，然后铸造成一个无量纲的形式，从一个组合的分析和数值研究导致我们推导出一个新的模型的尺度无关的无量纲耗散率$\Ceps$，它采取的形式$\Ceps = \Cinf + C_L/R_L$，其中的渐近值$\Cinf$可以从三阶结构函数进行评估。发现这与$\Cinf = 0.47 \pm 0.01$和$C_L= 18.5 \pm 1.3$的数值数据拟合。通过考虑对数尺度上的$\Ceps - \Cinf$，我们表明，$R_L^{-1}$确实是正确的雷诺数行为。该模型与文献中以前的尝试相比，令人鼓舞的协议。的惯性和粘性项，由于有限强迫的尺度依赖性的影响，然后被认为是相互补偿，这样的模型方程是适用于有限强迫系统。此外，我们还表明，自由衰减湍流的情况下，$\Ceps$随雷诺数增加的特征下降是由于\emph{increase}在代理表达式$U^3/L$ ;耗散率被保持恒定的结果，固定的强迫率。对于低雷诺数的数值模拟，采用负阻尼作为能量注入的方法，发现存在一个长时间的非湍流稳定状态。
2013-07-17 physics.flu-dyn
Spectral Reconstruction for Under-Resolved Turbulence Measurements Using a Variational Cutoff Dissipation Model
LHEEA lab, CNRS – Centrale Nantes, Nantes Université（大气、能源和水动力研究实验室，法国国家科学研究中心-南特中央理工学院，南特大学）
本文提出一种变分截断耗散模型，用于解决低分辨率湍流测量中湍流动能低估问题，通过硬性能量截断实现频谱重建，提升流体诊断的准确性。
2025-12-21 physics.flu-dyn
Transitions of turbulent superstructures in generalized Kolmogorov flow
自组织的大尺度流动结构出现在广泛的湍流中。然而，它们的出现，动力学以及与小尺度湍流的相互作用还没有得到很好的理解。在这里，我们研究这种自组织的湍流超结构在三维湍流Kolmogorov流与大规模的阻力。通过大量的模拟，我们发现它们的低维动力学特征之间的过渡几个稳定和亚稳定的大尺度结构的阻尼参数的函数。湍流超结构的主要耗散机制是小尺度湍流的产生，其局部结构强烈依赖于大尺度流动。我们的研究结果阐明了通用的出现和低维动力学的大规模流动结构充分发展的湍流，并揭示了强耦合的大规模和小规模的流动特征。
2021-06-01 physics.flu-dyn
The number of degrees of freedom of three-dimensional Navier--Stokes turbulence
在Kolmogorov的湍流唯象理论中，惯性范围内的能谱与波数$k$成比例为$k^{-5/3}$，并延伸到耗散波数$k_ν$，其由$k_ν\propto(ε/ν^3)^{1/4}$根据能量耗散率$ε$和粘度$ν$给出。这一结果导致了朗道对自由度的启发式估计，其尺度为$\Re^{9/4}$，其中$\Re$是雷诺数。在这里，我们考虑的可能性，建立一个定量的基础上，这些结果从第一原则。特别是，我们研究在何种程度上，他们可以来自三维Navier-Stokes系统，利用柯尔莫哥洛夫的假设有限和粘性无关的能量耗散。发现泰勒微尺度波数$k_T$（$k_ν$的近亲）可以表示为$k_T \le CU/ν= (CU/\norm{\u})^{1/2}(ε/ν^3)^{1/4}$。这里，$U$和$\norm{\u}$分别是"微尺度“速度和均方根速度，而$C\le1$是动力学参数。可以看出，该结果与Kolmogorov对$k_ν$的预测一致。此外，它表明，最大的李雅普诺夫指数的总和为负的最小数目不超过$\Re^{9/4}$，其中$\Re$定义的平均能量耗散率，系统的长度规模，和$ν$。这一结果与朗道的估计是非常一致的，但在$\Re$的定义中所用的传统能量耗散率和目前的能量耗散率之间可能有微小的差异。
2009-12-10 physics.flu-dyn
Forward and inverse energy cascade and fluctuation relation in fluid turbulence adhere to Kolmogorov's refined similarity hypothesis
本研究通过Direct Numerical Simulations数据验证了湍流中局部能量级联率的涨落遵循Kolmogorov refined similarity hypothesis，并发现正逆级联事件均符合该假设且存在相应涨落关系，为用非平衡态热力学描述湍流提供了依据。
2024-01-06 physics.flu-dyn
Warm turbulence in the Boltzmann equation
本文研究了用玻尔兹曼方程描述的三维硬球气体的单粒子分布。我们专注于稳定的齐次各向同性解决方案在开放的条件下，即在强迫和耗散的存在下。我们观察到非平衡稳态的解决方案，其特征在于由一个温暖的湍流，这是一个能量和粒子级联叠加在麦克斯韦-玻尔兹曼分布。我们使用量纲分析的方法来关联的热力学量的定态的强迫和耗散项的特性。特别是，我们提出了一个分析预测的温度系统，我们证明是只依赖于强迫和耗散尺度。玻尔兹曼方程的数值模拟支持我们的分析预测。
2011-03-28 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Viscous dissipation by tidally forced inertial modes in a rotating spherical shell
本文研究了球壳内旋转流体的受迫惯性模的性质。我们的强迫是类似潮汐的，但它的主要性质是在大尺度上。我们的解首先证实了Ogilvie（2005）在二维模型上得到的一些分析结果。我们还注意到，随着强迫频率的变化，如果Ekman数E较低（通常情况下），耗散会发生剧烈变化。然后，我们研究三维的情况下，并比较上述模型的结果。这些解决方案显示，像他们的二维对应，尖峰耗散曲线时，强迫的频率是变化的，他们也显示小频率间隔的粘性耗散是独立的粘度。然而，我们表明，在这些频率间隔的流体的响应是至关重要的主导剪切层，在临界纬度上的内球发射。当吸引子被剪切层激发时，就达到了渐近状态。二维模型不共享此属性。最后，共振的三维模型对应于一些选定的最小阻尼本征模式。与它们的二维对应部分不同，这些模式不与简单的吸引子相关联;相反，它们以具有弱收缩特征网的频率间隔出现。此外，我们还证明了当内核的相对半径小于临界值0.4E^{1/5}时，内核是可以忽略的。对于这些球壳，全球解给出了流动的一个很好的近似。
2009-09-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Log-stable law of energy dissipation as a framework of turbulence intermittency
为了描述湍流的小尺度不稳定性，假设在惯性范围内的长度尺度上平滑的能量耗散率的对数的概率密度函数具有自相似性。其结果是Kolmogorov在1941年的经典理论的延伸，即，一个单参数框架，其中对数服从某种稳定分布。的耗散率和两点速度差的标度律。它们与理论约束和观测到的标度律是一致的。还讨论了确定参数值的物理学。
2015-03-06 physics.data-an physics.flu-dyn
Extending Kolmogorov Theory to Polymeric Turbulence
本文提出一种形式体系，通过扩展速度增量与结构函数将聚合物湍流与经典Kolmogorov理论相调和，解析与数值证明其在弹性-惯性范围内的幂律行为及尺度不变性。
2024-10-12 physics.flu-dyn
Dissipation-Range Fluid Turbulence and Thermal Noise
我们重新审视的问题，是否热波动相关的不可压缩流体湍流，并估计规模，它们变得重要。正如Betchov在60多年前的一系列有先见之明的著作中所预测的那样，这个尺度大约等于Kolmogorov长度，尽管它比平均自由程高出几个数量级。这一结果意味着不可压缩纳维-斯托克斯方程的确定性版本不足以描述分子流体中湍流的耗散范围。在此范围内，Landau和Lifschitz的脉动水动力学方程更为合适。特别是，我们的分析意味着，无论是指数衰减的能量谱和远耗散范围的确定性的纳维尔-斯托克斯预测Kraichnan一般将取代高斯热均分尺度略低于柯尔莫哥洛夫长度。在高雷诺数的随机壳模型模拟验证了我们的理论预测，并进一步揭示，惯性范围的不稳定性可以传播到耗散范围内，导致大的波动的均分长度尺度。我们解释了失败的确定性纳维-斯托克斯方程在任何雷诺数的有效性以前的缩放参数，我们提供了一个数学解释和物理理由的波动纳维-斯托克斯方程作为一个“有效场论”有效的一些高波数截止$Λ$以下，而不是作为一个连续随机偏微分方程。在雷诺数约为一百万的最强的湍流激励中观察到的模拟渗透到微米的长度尺度。然而，对于更长的观测时间或更高的雷诺数，更极端的湍流事件可能会导致波动的流体动力学的局部崩溃。
2021-11-17 physics.flu-dyn
Scaling of locally averaged energy dissipation and enstrophy density in isotropic turbulence
使用直接数值模拟的各向同性湍流的周期性立方体的几种尺寸，最大的是$8192^3$产生的微尺度雷诺数$1300$，我们研究的压力拉普拉斯算子的性质，了解的惯性范围标度的涡度拟能密度和能量耗散的差异。尽管压力拉普拉斯算子是两个高度间歇的量之间的差，但它是非间歇的，并且基本上遵循柯尔莫哥洛夫标度，至少对于低阶矩。利用这一特性，我们表明，当地的平均耗散和涡度拟能的标度指数保持不平等，在所有有限的雷诺数，虽然似乎有一个\textit{very}弱的趋势，这种不平等，随着雷诺数的增加而减少。
2018-11-16 physics.flu-dyn
Drag enhancement in a dusty Kolmogorov flow
悬浮在流体中的颗粒施加反馈力，可以显著影响流动，改变湍流阻力和速度波动。我们研究的欧拉双向耦合模型的框架中，颗粒比载体流体重的颗粒引起的流动调制，其中颗粒由可压缩的速度场传输的连续密度表示，与流体相交换动量。我们实现的湍流Kolmogorov流，一个简化的设置，允许研究的动量平衡和湍流阻力在没有边界的直接数值模拟模型。我们发现，平均流的振幅和湍流强度的减少，通过增加颗粒质量负荷与随之而来的摩擦系数的增强。令人惊讶的是，湍流抑制对于较小惯性的颗粒更强。我们理解这样一个结果，通过映射方程的尘埃流，在极限的惯性消失，牛顿流与有效的迫使减少流体密度的增加，由于颗粒的存在。我们还讨论了由湍流电泳产生的负反馈，它减轻了颗粒，特别是具有较大惯性的颗粒对湍流的影响。
2020-06-16 physics.flu-dyn
Minimal chaotic models from the Volterra gyrostat
本文针对源自 Volterra 陀螺仪核心的模型，引入并确定了具有最少外部强迫和线性耗散项的“最小混沌模型”（MCMs），揭示了不同物理系统产生混沌的共同条件，并阐明了能量守恒与否对强迫和耗散排列方式的影响。
2023-10-18 math.DS nlin.CD physics.ao-ph
Measurement of local dissipation scales in turbulent pipe flow
局部耗散尺度是湍流间歇性小尺度性质的一种表现。本文首次对雷诺数为2.4x10^4<=Re_D<=7.0x10^4的圆管湍流中的局部耗散尺度分布进行了实验研究。我们的测量在近各向同性管中心线和各向异性对数层内显示出良好的协议与分布，以前计算的均匀各向同性盒湍流的数值模拟和理论预测。报道的结果表明，最小尺度波动的经典Kolmogorov耗散长度周围的普遍性。
2009-06-29 physics.flu-dyn
On the missing link between pressure drop, viscous dissipation and the turbulent energy spectrum
我们提出了令人信服的证据之间的直接联系的压力降，粘性耗散，和湍流能量谱。我们用这一发现来解释Nikuradse的实验结果的压力降的湍流在粗糙的管道，在一个修改后的Kolmogorov长度尺度，随表面粗糙度。此外，我们使用劳弗的测量湍流能谱在管流计算-一个很好的近似-湍流分量的压降直接从平均湍流能谱。我们还表明，不可压缩性假设，导致的结论是，在充分发展的（层流和湍流）管流的粘性耗散，不能通过粘性加热增加流体的温度。
2021-04-25 physics.flu-dyn
Finite-time localized singularities as a mechanism for turbulent dissipation
基于自聚焦非线性薛定谔方程，我们给出了一个奇异性介导湍流的情形，充分光滑的初始状态导致有限时间内的爆破。在这里，通过增加耗散，这些奇异性是正规化的，并列入一个外部强迫的结果在一个混乱的波动状态。强事件在空间和时间上随机出现，使得耗散率具有很大的波动性。该模型表明：i）耗散只发生在奇点附近，ii）这种强烈的事件在空间和时间上是随机的，iii）平均耗散率随着粘度的变化几乎是恒定的，以及iv）观察到具有幂律依赖性的Obukhov-Kolmogorov谱以及使用结构函数相关性的间歇性行为，与流体湍流密切对应。
2019-10-12 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Jupiter's unearthly jets: a new turbulent model exhibiting statistical steadiness without large-scale dissipation
关于木星的一个长期存在的谜团是它的天气层喷流的直线和稳定性，这与地球上强烈的喷流的特征不稳定和长波长的蜿蜒很不一样。这个问题分两步解决。第一个是认真对待经典的道林-英格索尔（DI）1-1/2层的情况下，其支持的观测证据，指向深，大规模的，带状对称的纬向急流在下面的干对流层。第二个是提高模型的现实主义随机强迫代表木星的湿对流的影响，尽可能在1-1/2层的动态。真正的湿对流应该是最强的地带，那里的界面深流是最高和最冷的，并应产生气旋以及反气旋与反气旋系统更强。新的模型强迫反映了这些见解。此外，它在大尺度上准摩擦地作用，产生统计稳定的湍流天气层状态，而不需要任何显式的大尺度耗散，并且由于深急流的影响，天气层急流近似为直的，尽管存在非单调的势-涡度梯度，但仍允许剪切稳定性当罗斯比变形长度尺度不太大时。中等强度的强迫产生混乱的涡旋动力学和现实的带区对比模型的对流活动，通过涡诱导的锐化和加强的天气层射流相对于深射流，倾斜它们之间的界面。弱的强迫作用，其中唯一的喷流锐化机制是涡旋的被动（开尔文）剪切（如在“CE 2”或“SSST”理论中），产生不切实际的带区对比。
2015-09-24 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Data-driven reduced modelling of turbulent Rayleigh-Benard convection using DMD-enhanced Fluctuation-Dissipation Theorem
介绍了一种数据驱动的无模型框架，用于计算降阶模型（ROM），该模型能够准确预测对外部强迫或指定响应所需的强迫的时间平均响应，例如，在完全湍流中进行控制。该框架是基于使用波动耗散定理（FDT）的空间中的有限数量的模式从动态模式分解（DMD）。使用DMD模式作为基函数，而不是常用的适当的正交分解（POD）模式，解决了以前确定的问题，在应用FDT高维，非正常的湍流。采用DMD增强的FDT方法（FDT $_\mathrm{DMD}$），以水平平均温度为状态向量，计算了Rayleigh-Bénard对流系统的一维线性ROM，Rayleigh-Bénard对流系统的Rayleigh-Bénard数为$10^6$.计算的ROM在各种测试中表现良好，这种湍流，建议FDT $_\mathrm{DMD}$作为一个有前途的方法，开发ROM的高维，湍流系统。
2018-09-06 math.DS nlin.CD physics.ao-ph
Assessment of local isotropy, Kolmogorov constant, and modified eddy viscosity-based modeling for particle-laden turbulent channel flows
基于局部各向同性的假设，并使用将湍流动能的谱分布与湍流耗散率相关联的Kolmogorov常数，已经开发了大量的模型来处理含颗粒的湍流的动力学。许多湍流模型（随机和LES模型）在公式中使用Kolmogorov常数。对不同流动构型的大量实验数据的汇编表明，在高雷诺数的极限下，Kolmogorov常数与雷诺数无关（Sreenivasan，1995）。然而，在低和中等雷诺数，解决实际重要性的流动情况下的几个数值研究认为，Kolmogorov常数保持不变，无论流动是单相或多相。在目前的工作中，我们评估的变化的局部各向同性的流体波动的颗粒负载的颗粒负载的增加，在颗粒负载的湍流槽道流。在低雷诺数湍流的情况下，我们还使用二阶速度结构函数和补偿谱估计Kolmogorov常数。我们的研究表明，Kolmogorov常数在这里研究的雷诺数范围内，随着颗粒体积分数的增加，在通道中心减小。的Kolmogorov常数的估计的变化被用来表示Smagorinsky系数作为一个功能的固体负载在颗粒负载流。然后，采用一种新的建模技术，使用大涡模拟（LES）预测的流体相的统计，而无需求解联立颗粒相方程。这种新的方法也有助于理解湍流强度在临界颗粒体积负荷急剧下降。
2022-10-25 physics.flu-dyn
Renormalized flow theory of wave turbulence: Kolmogorov-Zakharov spectra as emergent asymptotic states
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Instituto de Investigación Sanitaria Hospital 12 de Octubre (Imas12)（马德里12月医院卫生研究所）；Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Cuajimalpa（墨西哥自治都市大学夸希马尔帕分校）
本文提出了一种连续的重整化流理论，用于描述弱波湍流在频谱频率空间中的行为，通过有限级联结构构建惯性区间，并揭示Kolmogorov-Zakharov谱作为渐近常流标度态的出现机制。
2026-04-24 physics.flu-dyn
