Linking dissipation, anisotropy and intermittency in rotating stratified turbulence
分析一个大的数据库的高分辨率的三维直接数值模拟的衰减旋转分层流，我们发现，异常混合和耗散，显着的各向异性，和强烈的不连续性都同时观察到在一个中间政权的参数，其中波和涡非线性相互作用。由分层控制的临界行为发生在Richardson数为1阶时，并且流动接近于不稳定状态。这证实了中央动力学的作用，在旋转分层湍流，大规模的不稳定性，这发生在垂直速度和温度波动，作为一种调整机制的能量转移中存在的强波。
2019-10-05 physics.flu-dyn
On the inverse energy transfer in rotating turbulence
旋转湍流是三维系统的一个例子，其中可以形成从小尺度到大尺度的能量逆级联。虽然通常被理解为旋转流的典型二维化的副产品，三维模式的作用还没有完全理解。为了阐明这个问题，我们进行了直接的数值模拟旋转湍流的二维模式落在垂直于旋转的平面从动态演化。我们的研究结果表明，虽然二维模式是形成一个固定的逆级联的关键，三维自由度发挥了重要的作用，使能量更大的尺度也。此外，我们表明，这种向后转移的能量进行的三维模式的纯手征通道。
2018-11-08 physics.flu-dyn
Lagrangian acceleration of passive tracers in statistically-steady rotating turbulence
用粒子跟踪测速技术研究了定常旋转湍流中被动示踪剂的拉格朗日加速度矢量的统计特性。背景旋转的直接影响是平行于（垂直）旋转轴的高加速度事件的抑制，水平加速度的高加速度事件的增强，以及垂直于旋转矢量Ω和本地速度矢量u的加速度分量的自相关的强烈放大。由Ω和u建立的平面中的加速度分量的自相关性仅略微增强。
2013-07-26 physics.flu-dyn
Shortcut to geostrophy in wave-driven rotating turbulence: the quartetic instability
我们报告的实验室实验波驱动旋转湍流。一组造波机产生的惯性波束在安装在旋转平台上的水箱的中心区域非线性地相互作用。因此，强迫只将能量注入惯性波。对于中等的强迫振幅，强迫惯性波的能量的一部分被转移到亚谐波，通过标准的三重共振不稳定性。这第一步大体上符合弱湍流理论。然而，令人惊讶的是，较强的强迫并不导致惯性波湍流制度。相反，大部分的动能凝聚成垂直不变的地转流，即使后者是非强迫的。我们表明，共振四重惯性波可以触发不稳定性-“四重不稳定性”-导致这种自发出现的地转。在本实验中，这种不稳定性作为经典三元不稳定性的次级不稳定性而出现。
2020-03-02 physics.flu-dyn
Experimental Study of Energy Transfer by Inertial Waves During the Build up of Turbulence in a Rotating System
本文研究了旋转水筒中流体从静止到湍流的转变。我们表明，能量，注入在一个给定的高度，通过流体体积的惯性波包传输。这些波的传播速度与线性化理论计算的速度一致，即使它们具有很大的振幅。一个明确的“前”的能量功率谱的时间演变被检测到，定义了一个时间尺度的能量传输在系统中的线性波速度。模式之间的非线性能量传递由不同的时间尺度控制，该时间尺度可以比线性时间尺度长得多。这些观察结果表明，在旋转湍流场的能量分布和统计驱动的间歇性能源可能是不同的二维湍流中的逆能量级联所描述的。
2008-11-13 physics.flu-dyn
Spectral imbalance in the inertial range dynamics of decaying rotating turbulence
对具有轻微背景旋转的均匀衰减湍流的直接数值模拟表明，小尺度非线性能量级联及其耗散之间存在系统的和显著的不平衡。通过从一个统计稳定和充分发展的旋转湍流状态开始衰减，其中耗散和能量通量近似相等，数据显示两者之间的不平衡越来越大，直到当耗散约为能量通量的两倍时达到最大值。衰变过程中行为的这种二分法让人想起以前报道的非旋转湍流的非平衡和平衡区域[P.C.瓦伦特，J.C. Vassilicos，Phys. Rev. Lett. { \bf 108} 214503（2012）]。然而，注意，对于衰减的旋转湍流，耗散率的经典标度$ε\propto u'^3/L$（其中$u'$和$L$分别是均方根脉动速度和积分长度标度）在衰减期间似乎不成立，这可能归因于背景旋转对能量级联的影响。另一方面，最大能量通量在衰减的初始阶段保持缩放$Π_{max} \propto u'^3/L$，直到达到最大不平衡。
2016-10-17 physics.flu-dyn
On the decrease of intermittency in decaying rotating turbulence
在一个大的粒子图像测速（PIV）数据集的衰减旋转湍流实验中，分析了纵向速度结构函数$S_q(r) = < | δu (r) |^q > \sim r^{ζ_q}$的标度，直到$q=8$阶。二阶结构函数的指数，$ζ_2$，增加整个自相似衰变制度，埃克曼时间尺度。规范化的高阶指数，$ζ_q / ζ_2$，接近间歇性非旋转的情况下，在小的时间，但在较大的时间显示出显着的偏离，在一个时间尺度$Ω^{-1}$（$Ω$是旋转速率），虽然严格的非间歇性的线性规律$ζ_q / ζ_2 = q/2$没有达到。
2008-05-15 physics.flu-dyn
Scalings of scale-by-scale turbulence energy in non-homogeneous turbulence
发展了一种非均匀湍流理论，并将其应用于无边界剪切流。该理论对两点统计量的非齐次性引入了内外相似性假设，并预言了二阶结构函数的幂律标度，它与Kolmogorov标度既有相似之处，又有不同之处。这些缩放出现作为这些假设的结果，一般的尺度间和空间间的能量平衡和湍流耗散的内外等效假设。他们减少到通常的柯尔莫哥洛夫标度在平稳均匀湍流。与结构函数数据的比较，从三个定性不同的湍流尾流理论的预测提供了支持，但也提出了新的问题，为今后的研究。
2022-02-15 physics.flu-dyn
Experimental observation of the geostrophic turbulence regime of rapidly rotating convection
在行星和恒星内部，湍流对流和全球旋转之间的竞争控制着热量和示踪剂的传输，以及磁场的产生。这些物体在从弱旋转对流到快速旋转对流的“地转湍流”状态的动态状态下运行。然而，后一种状态在实验室中仍然难以捉摸，尽管在过去十年中，全世界都在努力设计更高的旋转对流单体。建立在最近的实验方法，对流是辐射驱动的，我们报告的热传输测量与此标度制度的定量协议，实验标度律进行验证对直接数值模拟（DNS）的理想化设置。实验和DNS的标度指数与地转湍流预报结果吻合较好。标度律的前因子大于先前理想化数值研究中诊断的前因子，指出热传输效率对热源和热汇的精确分布具有意想不到的敏感性，这在行星和恒星之间有很大差异。
2022-03-25 physics.flu-dyn
Quantifying resonant and near-resonant interactions in rotating turbulence
非线性三元相互作用是我们理解湍流的核心。在存在波的流动中，模式不仅必须在三元组中相互作用，而且它们的频率还必须满足一个额外的条件：主导能量传递的相互作用预计是共振的。我们推导出的方程，允许直接测量的实际程度的共振的每个三元组在湍流。然后，我们将该方法应用于旋转湍流的情况下，涡与惯性波共存。我们表明，对于一系列的波数，共振和近共振三和弦是占主导地位的，后者允许净能量转移到二维模式，否则将无法访问。结果与旋转湍流理论中经常采用的近似值吻合得很好，并与为解释这种流动中各向异性的发展而提出的参数不稳定性机制相一致。我们还观察到，至少对于这里研究的中等Rossby数，轻微的近共振和非共振三和弦在模式耦合中起着不可忽略的作用。
2016-08-29 physics.flu-dyn
Finite Vertical Windows: Seeing Only Part of the Picture in Rotating Turbulence
研究通过高分辨率测量快速旋转流体中的三维湍流，发现湍流中二维和三维成分在不同频率范围主导，这一分离依赖于测量的垂直跨度，挑战了纯二维流体概念在旋转湍流理论中的使用。
2026-04-13 physics.flu-dyn
Rotating Rayleigh-Taylor turbulence
采用Oberbeck-Boussinesq近似，对旋转参考系中的湍流Rayleigh-Taylor系统进行了直接数值模拟。在理论论证的基础上，我们的模拟支持，我们表明，Rossby数随时间的推移而减少，因此，科里奥利力变得更加重要，因为系统的发展，并产生许多影响瑞利-泰勒湍流。我们发现，旋转降低了湍流速度波动的强度，因此温度混合层的增长率。此外，在存在旋转的情况下，发现势能到湍流动能的转换是不太有效的，并且热传递的效率降低。最后，在混合层的演变过程中，我们观察到的气旋反气旋不对称的发展。
2017-05-15 physics.flu-dyn
Dependence of decaying homogeneous isotropic turbulence on initial conditions
我们对Krogstad & Davidson（2011）提供的数据进行了仔细分析，结果表明他们的数据并不支持他们的结论。根据他们发表的数据，他们的衰减近似均匀的各向同性湍流总是明显不同于Saffman湍流;并且在他们的常规网格和他们的多尺度交叉网格产生的远下游湍流行为之间存在非常明显的差异。
2011-06-03 physics.flu-dyn
A novel subcritical transition to turbulence in Taylor-Couette flow with counter-rotating cylinders
在泰勒-库埃特流中，向湍流的转变通常通过一系列的超临界分叉发生，逐渐变得更加复杂，但仍然稳定。我们描述了一个亚临界层流湍流过渡的轴向纵横比为$Γ=5.26$和半径比为$η=0.905$的系统中的不稳定的中间状态介导的反旋转制度。在这种情况下，流动可视化实验和数值模拟表明，中间状态对应于具有互穿螺旋的非周期性流动。此外，在返回到方位角对称的层流之前，从湍流的反向过渡首先导致相同的中间状态，该中间状态现在是稳定的。时间分辨层析粒子图像测速技术被用来表征实验流，这些测量比较有利的直接数值模拟与轴向边界条件相匹配的实验。
2019-09-03 physics.flu-dyn
Rapidly rotating radiatively driven convection: experimental and numerical validation of the `geostrophic turbulence' scaling predictions
本研究通过实验和直接数值模拟验证了快速旋转辐射驱动热对流在'地转湍流'区域的热传输、温度涨落、流速和流动结构标度预测，证明其是观察地球物理和天体物理扩散无关对流区域的有效实验装置。
2024-10-11 physics.flu-dyn
Thermal Fluctuations in the Dissipation Range of Homogeneous Isotropic Turbulence
利用波动流体力学，我们调查的均匀，各向同性湍流的耗散范围内的热波动的效果。模拟证实了理论预测，这些波动的长度尺度相当于柯尔莫哥洛夫长度的能量谱占主导地位。我们还发现，在远耗散范围内的Kraichnan预测的极端不稳定性取代高斯热均分。
2021-09-17 physics.flu-dyn
Direct measurement of energy transfer in strongly driven rotating turbulence
本研究通过向强驱动旋转湍流中短暂突增能量注入的方式，在实空间、频域、波数空间三个域测量能量传递规律，发现惯性波在该体系能量逆级联中起关键作用，相关结果有别于弱驱动湍流的已有结论。
2024-04-30 physics.flu-dyn
SPH simulations of turbulence in fixed and rotating boxes in two dimensions with no-slip boundaries
本文用粒子方法SPH研究了二维固定和旋转箱中的衰减湍流。边界由边界力粒子确定，湍流由一组高斯涡引发。在固定盒的情况下，我们恢复Clercx和他的同事使用高精度光谱方法和实验获得的结果。我们的结果固定盒也在密切的协议与Monaghan 1和Robinson和Monaghan 2使用SPH。无滑动、方形、固定边界中衰减湍流的一个特征是，由于边界上粘性应力对流体的反应，流体的角动量随时间变化。我们发现，当盒子被允许自由旋转，使盒子和流体的总角动量是恒定的，在流体的角动量的变化是一个因素~ 500小于是固定的盒子的情况下，和最终的涡度分布是不同的。我们还模拟了小Rossby数和大Rossby数情况下盒子被迫旋转时湍流的行为，并且湍流与以前一样由高斯涡引发。如果在湍流开始后保持盒子的旋转，我们发现在旋转坐标系中，动能、拟能和涡结构的衰减对盒子的角速度不敏感。另一方面，如果在湍流开始后允许盒子自由旋转，则演化的涡结构完全不同。
2012-02-14 physics.flu-dyn
Analytical theory of forced rotating sheared turbulence. The Parallel case
研究了旋转和剪切流作用下的强迫湍流。在以前的论文中[Leprovost和Kim，PRE in press（2008）]，我们考虑了剪切和旋转垂直的情况。在这里，我们考虑平行旋转和剪切的互补情况下，阐明旋转和流动剪切如何影响剪切流的产生（例如能量级联的方向），湍流水平，颗粒和动量的传输。与旋转和剪切垂直的情况相比，我们发现旋转仅对非常快速的旋转（$Ω\gg \A$）影响湍流振幅，在这种情况下，由于剪切流，旋转略微降低了各向异性。此外，关于湍流的输运性质，我们发现旋转只影响粒子的输运，并且只对快速旋转产生影响，导致几乎各向同性的输运（而在垂直旋转和剪切的情况下，即使对于缓慢旋转，旋转也有利于各向同性的输运）。
2008-10-08 physics.flu-dyn
Sign cancellation and scaling in the vertical component of velocity and vorticity in rotating turbulence
我们研究了旋转湍流的速度和涡度的笛卡尔分量、螺旋度和垂直平均场分量的符号变化和标度律。分析所需的数据是通过旋转湍流的高分辨率直接数值模拟提供的，这些湍流具有不同的强迫函数，网格点多达1536^3个，雷诺数在~1100和~5100之间，适度的Rossby数在~0.06和~8之间。当旋转可以忽略不计时，速度的所有笛卡尔分量都显示出类似的缩放，与预期的各向同性流一致。然而，在旋转的存在下，只有场的垂直分量显示出清晰的标度律，在无限雷诺数的极限下可能存在符号奇异性的证据。速度的水平分量是平滑的，并且对于任意小的尺度不显示快速波动。垂直速度和涡度，以及垂直平均的垂直速度和涡度，在误差条内显示出相同的比例，与预测这些量具有相同的动力学方程非常强的旋转的理论一致。
2013-06-04 physics.flu-dyn
Distributed chaos in the Hamiltonian dynamical systems and isotropic homogeneous turbulence
结果表明，简单Hamilton（保守）动力系统中的分布混沌，如Nose-Hoover振子和双振子，可以模拟均匀各向同性湍流中的分布混沌。本文还讨论了随机初始条件下经典Toda晶格和非线性薛定谔方程（孤子湍流）的直接数值模拟。分布混沌的这些性质与哈密顿系统的分析性质有关。平滑度的降低导致动力系统和湍流的幂律谱，而不是分布混沌的拉伸指数谱。
2019-02-25 physics.flu-dyn
Helicity statistics in homogeneous and isotropic turbulence and turbulence models
本文研究了充分发展的均匀各向同性湍流和一类湍流壳模型的直接数值模拟中螺旋度的统计特性。我们认为关联函数的基础上的涡量和速度增量的组合是不不变的镜像对称。我们还研究了高阶结构函数的标度性质的基础上的时刻的速度增量投影在一个子集的模式，无论是积极的或消极的螺旋（手征）。我们表明，镜像对称恢复在小尺度，即，手征项是次引导的，并且它们很好地被维度变元加上反常校正捕获。这些发现也支持高雷诺数的螺旋壳模型与相同的手征对称性的纳维-斯托克斯方程的研究。
2017-02-02 physics.flu-dyn
Low-order moments of the velocity gradient in homogeneous compressible turbulence
我们从第一原理推导出可压缩湍流中速度梯度的二阶和三阶矩mij = dui/dxj的解析关系式，推广了不可压缩流中的已知关系式。这些关系式虽然是从均匀流导出的，但对混合层近似成立.我们还讨论了如何应用这些关系，以确定所有的二阶和三阶矩的速度梯度的实验。
2022-05-12 physics.flu-dyn
The shell model approach to the rotating turbulence
湍流壳模型的情况下，快速旋转的机构被认为是应用程序。从经典的GOY模型出发，我们引入了科里奥利力，并获得了自由衰减区以及有外力作用区的三维流体动力学湍流的$\sim k^{-2}$谱。GOY模型提供了一个现实的形式的螺旋度提出了额外的修改。
2003-11-03 physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the energy spectrum of rapidly rotating forced turbulence
在本文中，我们调查的统计特征的充分发展，强制，快速旋转，{湍流}系统使用数值模拟，和模型{的}能量{频谱}，{拟合}以及与数值数据。在大于Kolmogorov耗散波数的波数（$k$）中，能量被分布为使得适当无量纲化的能谱是${\bar E}({\bar k})\approx \exp(-0.05{\bar k})$，其中上条表示适当无量纲化。{For当波数小于强迫波数时，水平面上的能量远大于垂直旋转轴上的能量。{For}这样的波数，我们发现，各向异性能谱，$E(k_\perp,k_\parallel)$遵循幂律标度，$k_\perp^{-5/2}k_\parallel^{-1/2}$，其中“$\perp$”和“$\parallel$”分别指的是垂直和平行于旋转轴的方向，这一结果是在与Kuznetsov-Zakharov-Kolmgorov谱的弱惯性波湍流理论预测的旋转流体。
2018-10-16 physics.flu-dyn
Determination of energy flux rate in homogeneous ferrohydrodynamic turbulence using two-point statistics
在磁流体中，悬浮的铁磁颗粒由于颗粒磁矩和外部磁场之间的相互作用而聚集，这反过来又影响湍流和弛豫时间。当考虑湍流阻力而不是布朗运动中的粘性阻力时，弛豫时间变大。研究了考虑外部磁场与磁流体相互作用时磁流体的总能量守恒。
2019-07-01 physics.flu-dyn
Geometrical statistics of the vorticity vector and the strain rate tensor in rotating turbulence
我们报告的结果的涡矢量的几何统计从实验中获得的电磁强迫旋转湍流。旋转速率$Ω$的范围被认为是从非旋转到快速旋转的湍流，最大背景旋转速率为$Ω=5$ rad/s（Rossby数远小于1）。通常，在我们的实验中，${\rm{Re}}_λ\approx 100$。测量体积位于底部边界层上方的流体容器的中心，其中对于非旋转情况，湍流可以被认为是局部统计各向同性和水平均匀的，参见van Bokhoven等人，Phys. Fluids 21，096601（2009）。基于全套的速度导数，在拉格朗日的方式测量的3D粒子跟踪测速仪，我们已经能够量化统计系统旋转对几个流动特性的影响。实验结果显示了湍流是如何从几乎各向同性的三维湍流（$Ω\lesssim 0.2$ rad/s）演变为准二维湍流（$Ω\approx 5.0$ rad/s）的，以及这是如何通过几个统计量来反映的。特别地，我们研究了涡度矢量相对于局部应变率张量的三个本征矢量和相对于涡拉伸矢量的取向。此外，我们已经量化了系统旋转的自放大项的拟能和应变率方程的作用和这些演化方程的背景旋转的直接贡献。的主要影响是极端事件的强烈减少和相关的（强）减少偏度的PDF的几个数量，如，例如，中间特征值的应变率张量和拟能自放大项。
2013-12-17 physics.flu-dyn
Multi-particle Lagrangian statistics in homogeneous rotating turbulence
地球物理流动通常是湍流，并受到旋转。这种旋转改变了湍流的结构，因此预计会明显影响其拉格朗日性质。在这里，我们调查的相对色散和几何的对，三元组和四元组在均匀旋转湍流，通过使用直接数值模拟在不同的旋转速率。对分散被证明是在垂直方向上（沿旋转轴）比在水平方向上更快。在很长的时间内，在泰勒状态下，这是由于与水平速度分量相比，垂直速度分量的去相关较慢。在短时间内，在弹道制度，这一结果可以通过考虑对不同的方向在释放时间来解释，是欧拉二阶函数的各向异性的签名。旋转也增强了在均匀和各向同性湍流中也存在的三元组和四元组的畸变。特别是，在长时间内，四分体的扁平化随着旋转速率的增加而增加。的最大尺寸的三分体和四分体示出优先与旋转轴对齐，与我们的观察对。
2023-02-24 physics.flu-dyn
Evidence of the Zakharov-Kolmogorov spectrum in numerical simulations of inertial wave turbulence
旋转湍流通常被认为是由地转涡主导的，地转涡沿着旋转轴是不变的，并经历逆级联。然而，它最近被证明可以维持完全三维的状态，并具有降尺度的能量级联。在这封信中，我们调查的三维旋转湍流的统计特性的直接数值模拟的手段，在一个三重周期的盒子，地转涡是专门阻尼。由此产生的湍流是一种惯性波湍流，其验证了Galtier（Phys. Rev. E，68，2003）解析导出的Zakharov-Kolmogorov谱，从而提供了三维各向异性波的波湍流理论的相关性的数值证明。最后，我们表明，相同的强迫导致无论是地转或波湍流取决于初始条件。因此，我们的研究结果带来了进一步的证据，双稳定性旋转湍流。
2020-11-10 physics.flu-dyn
Interplay of waves and eddies in rotating stratified turbulence and the link with kinetic-potential energy partition
本文采用世界一流的直接数值模拟方法，使用多达$3072^3$网格点，研究了稳定分层旋转流中波与涡的相互作用。引人注目的是，我们发现，从涡波为主的动力学的转变发生在波数$k_R$不依赖于雷诺数，这表明波和涡模式之间的能量分配是不敏感的发展湍流在较小的尺度。我们还表明，$k_R$是可比的波数在动能和潜在的模式之间的交流稳定在接近均分，强调势能的作用，如在大气和海洋中所示。此外，$k_R$变化的弗劳德数的倒数所解释的缩放预测建议，与最近的观测和建模的中间层，低热层和海洋。
2015-11-11 physics.flu-dyn
Dispersed Phase of Non-Isothermal Particles in Rotating Turbulent Flows
我们提出了旋转和重力与湍流结构之间的相互作用对旋转湍流流动中非等温颗粒分散相的冷却/加热的某些影响。这些效果是通过推导基于粒子的宏观方程的动力学或概率密度函数获得的。在这样做时，对于单向温度耦合，我们还表明，均匀的，各向同性的非等温流体湍流不影响平均温度（虽然它影响平均速度）的分散相的颗粒沉降由于重力在各向同性湍流。
2015-04-04 physics.flu-dyn
Lagrangian velocity auto-correlations in statistically-steady rotating turbulence
用粒子跟踪测速技术研究了旋转湍流中被动示踪剂的拉格朗日统计特性。一个封闭的和强迫的湍流受到五个不同的旋转速率。速度分量的PDF清楚地揭示了由背景旋转引起的各向异性。尽管水平湍流场的统计特性近似为各向同性，但与van Bokhoven及其同事先前报道的结果[Phys.Fluids 21，096601（2009）]一致，平行于（垂直）旋转轴的速度分量在旋转增加时强烈减小（与水平分量相比）。三个分量的自相关系数随转速的增加而逐渐增大，但垂直分量的自相关系数随转速的降低而减小。去相关近似为指数。拉格朗日数据比较有利，与以前报道的欧拉数据的水平速度分量，但显示不同的行为，在较高的旋转速率的垂直速度分量。
2013-07-23 physics.flu-dyn
New Calculations of the Turbulence-Turbulence Contribution to the Wind Noise Pressure Spectra within Homogeneous Anisotropic Turbulence
本文基于Kraichnan镜像流模型计算均匀各向异性湍流中的湍流-湍流风噪声压力谱，揭示各向异性主要改变惯性区谱斜率，并识别主导贡献项。
2025-02-15 physics.flu-dyn
A quasi-dynamic one-equation model with joint constraints of kinetic energy and helicity fluxes for large eddy simulation of rotating turbulence
本文提出一种由动能和螺旋度通量联合约束的准动态单方程SGS模型（QCM），通过动态获取系数并引入双通道螺旋度通量理论，显著提升了强螺旋度影响下的旋转流预测及转捩过程处理能力。
2024-01-04 physics.flu-dyn
Wave-driven geostrophic vortices in rotating turbulence
Landau Institute for Theoretical Physics, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院朗道理论物理研究所）；HSE University（高等经济大学）
该研究通过旋转湍流直接数值模拟，揭示惯性波驱动地转涡旋的机制，发现地转模式能量占比随旋转速率非单调变化，快速旋转可抑制湍流二维化。
2026-10-14 physics.flu-dyn
Universal scaling regimes in rotating fluid turbulence
我们分析的标度特性的能量谱在充分发展的不可压缩的湍流在强制，旋转流体在三维（3D），这被认为是其特征在于在惯性范围内的通用标度指数。为了阐明标度制度，我们建立了一个由大规模的外力驱动的旋转流体的三维纳维-斯托克斯方程的标度分析。我们使用标度参数来提取标度指数，它描述了能量谱的不同标度区域。我们推测在我们的标度理论的三维旋转湍流的二维化的有趣的可能性。我们的结果可以在大规模的模拟和相关的实验室为基础的实验进行测试。
2022-12-01 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Scale-dependent cyclone-anticyclone asymmetry in a forced rotating turbulence experiment
我们在一个定常强迫旋转湍流实验中描述了气旋-反气旋非对称性的统计和几何特性。湍流是由一组垂直襟翼产生的，这些襟翼向安装在旋转平台上的罐的中心连续注入速度波动。我们首先从传统的单点涡度统计特征的气旋反气旋不对称。我们提出了一个唯象模型来解释实验中出现的不对称性，从中我们预测的标度律的均方根速度与实验数据吻合良好。我们进一步量化的气旋反气旋不对称使用一组三阶两点速度相关。我们专注于非零的相关性，只有当气旋-反气旋对称性被打破。与单点涡度统计相比，它们有两个优点：第一，它们仅由速度测量定义，因此不需要精确的柯尔莫哥洛夫尺度;第二，它们提供了气旋-反气旋不对称性的尺度依赖性信息。我们计算这些关联函数分析的随机分布的独立相同的旋涡。这些模式关联式较好地描述了实验关联式，表明气旋-反气旋不对称性是由大尺度长寿命气旋主导的。
2014-03-10 physics.flu-dyn
Eddy diffusivity in homogeneous isotropic turbulence
我们使用最近开发的宏观强迫方法[Mani和Park，Physical Review Fluids，6：054607，2021]来计算尺度相关的涡流扩散率，其特征在于不可压缩均匀各向同性湍流中的整体平均标量和动量输运。对于尺度大于能量包含涡，涡扩散率被发现是恒定的，并与Boussinesq近似一致。然而，对于小尺度的涡扩散系数被发现消失成反比的波数。在所有尺度下的行为是合理的捕获的非局部涡流扩散系数的运营商建模为$D/\sqrt{\mathcal{I}-l^2\nabla^2}$，其中$D$是在Boussinesq限制的涡流扩散系数，和$l$是一个常数的顺序的大涡长度。这些结果提出了第一个直接测量湍流中的涡扩散率与湍流模拟的影响。
2022-01-17 physics.flu-dyn
Discontinuous Transitions Towards Vortex Condensates in Buoyancy-Driven Rotating Turbulence
使用旋转瑞利-贝纳德对流的直接数值模拟，我们探讨了湍流状态之间的过渡，从一个3D的流动状态到准2D的凝聚称为大尺度涡（LSV）。我们改变瑞利数$Ra$作为控制参数，并研究系统响应（强度的LSV）的序参量评估的能量含量在流和高档能量通量。通过灵敏地探测参数空间中的LSV存在的区域的边界，我们发现不连续的过渡，我们确定存在的滞后回线以及无记忆的突然增长动力学。我们还表明，凝聚态的产生与能量输运到系统的最大模式的不连续过渡相吻合。
2022-01-22 physics.flu-dyn
A Schur decomposition reveals the richness of structure in homogeneous, isotropic turbulence as a consequence of localised shear
提高对湍流的认识对于有效地模拟和控制工业和地球物理过程至关重要。均匀各向同性湍流（HIT）是发展湍流物理理论的典型领域。基于Schur变换，我们引入了一个加法分解的速度梯度张量的正常部分（包含特征值）和非正常或剪切相关的张量。我们重新询问HIT的一些关键属性，并表明流动形成盘状结构的趋势不是正常张量的属性;它是从与非正常的相互作用中出现的。此外，涡度矢量和应变张量的第二特征向量之间的对齐是局部剪切过程的另一个结果。
2017-01-10 physics.flu-dyn
Two-dimensional, homogeneous, isotropic fluid turbulence with polymer additives
我们提出了最广泛的直接数值模拟，尝试到目前为止，统计稳定，均匀，各向同性湍流的二维流体膜与空气阻力引起的摩擦和聚合物添加剂。我们的研究表明，聚合物（a）减少总的流体能量，拟能，和palinstrophy，（b）修改流体能谱在反向和正向级联制度，（c）减少小规模的不稳定性，（d）抑制区域的大涡度和应变率，和（e）拉伸应变为主的地区。我们比较我们的结果与早期的实验研究，我们提出了新的实验。
2016-11-14 physics.flu-dyn
Conditional vorticity budget of coherent and incoherent flow contributions in fully developed homogeneous isotropic turbulence
本文研究了充分发展的三维均匀各向同性湍流在相干和非相干流作用下的条件涡量收支。基于正交小波的相干涡量提取可以将涡量场分解为相干和非相干贡献，其中非相干贡献是类噪声的。充分发展的湍流中观察到的涡结构的统计平衡方程的影响进行量化考虑的条件涡预算。从而评估了流动中存在的基本结构与其统计含义之间的联系。的结果进行比较，获得的大规模和小规模的贡献，使用傅立叶分解，这揭示了显着的差异。
2012-03-20 physics.flu-dyn
Statistical features of rapidly rotating decaying turbulence: enstrophy and energy spectra, and coherent structures
本文采用数值模拟和唯象模型研究了快速旋转衰减湍流的性质。我们发现，随着湍流随时间的发展，Rossby数减少到$\sim 10^{-3}$，并且由于能量的逆级联而产生具有强相干柱状结构的准二维流动。我们建立了一个主要部分的能量被限制在傅立叶模式$(\pm1,0,0)$和$(0,\pm1,0)$，对应于最大的柱状结构中的流动。对于大于涡度拟能耗散波数的波数（$k_d$），我们的唯象论证和数值研究表明，垂直于旋转轴的水平截面的涡度拟能通量和谱分别由$ε_ω\exp(-C(k/k_d)^2)$和$Cε_ω^{2/3}k^{-1}\exp(-C(k/k_d)^2)$给出;对于这种二维流动，$ε_ω$是涡度拟能耗散率，而$C$是一个常数。利用这些结果，我们提出了一种新的快速旋转衰减湍流能谱形式：$E(k)=Cε_ω^{2/3}k^{-3}\exp(-C(k/k_d)^2)$。该模型的能谱是基于依赖于波数的涡度拟能通量的，它明显偏离了以前报道的幂律能谱。
2018-04-19 physics.flu-dyn
Linear Stability and Subcritical Turbulence in Rotating Shear Flows
阐明了旋转平面Couette流动与Taylor-Couette流动之间的关系。通过考虑旋转坐标系中科氏力的影响，解释了它们的线性稳定极限的一致性。实验数据被用来量化的行为的最小雷诺数的亚临界湍流的旋转和曲率的函数。这最后的依赖性是理解通过现象学分析，这也意味着科里奥利力降低了效率的亚临界湍流运输相对于非旋转流，数值观察。
2003-05-28 astro-ph physics.flu-dyn
Dimensional transition in rotating turbulence
在这项工作中，我们调查，通过直接数值模拟，旋转如何影响二维的湍流。我们研究了一个薄层的流体，被迫由一个二维的强迫，在“分裂级联”的框架内，其中注入的能量流到小尺度（产生的直接级联）和大尺度（形成逆级联）。结果表明，旋转强化了逆叶栅的损失，从而促进了流动的二维化。这是通过在大尺度上抑制涡度拟能的产生来实现的。然而，我们发现，在所研究的转速范围内，增加垂直尺度会导致逆叶栅通量的减少。我们的研究结果表明，即使在旋转流，逆叶栅可能最终消失时，垂直尺度是足够大的强迫尺度。
2014-05-31 physics.flu-dyn
Spinodal decomposition in homogeneous and isotropic turbulence
研究了对称二元混合物在临界温度以下的畴粗化与湍流涨落之间的竞争。我们发现，粗化过程中存在的湍流被逮捕。该过程的物理共享显着的相似性与稀释的湍流乳液的行为和逮捕长度尺度可以估计的参数类似于Kolmogorov和Hinze提出的液滴在湍流中的最大稳定直径。虽然在没有流动的情况下，微观扩散常数是负的，但湍流确实有效地阻止了浓度波动的逆级联，因为湍流使低波长扩散常数在Hinze长度以上的尺度上为正。
2013-06-28 physics.flu-dyn
On the velocity distribution in homogeneous isotropic turbulence: correlations and deviations from Gaussianity
本文研究了三维稳态和衰减均匀各向同性湍流中速度的单点概率密度函数。为此，我们应用的统计框架的Lundal-Monin-Novikov层次结构与条件平均相结合，确定的数量，确定的概率密度函数的形状。在这个框架中，能量耗散率、速度扩散和相对于速度的压力梯度的条件平均值起关键作用。纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟用于补充理论结果和评估偏离高斯性。
2011-07-01 physics.flu-dyn
Scaling and energy transfer in rotating turbulence
采用高分辨率直接数值模拟方法，研究了固体旋转条件下准定常流体动力学湍流的惯性范围特性。对于强旋转的非线性能量级联表现出耗尽和显着的各向异性的能量通量进行主要垂直于旋转轴。这对应于向类似于线性泰勒-普劳德曼状态的准二维流的过渡。与沿旋转轴的不自相似缩放的能谱相反，垂直能谱显示具有$k^{-2}_\perp$行为的惯性范围。一种新的现象学为这些观察提供了理论依据。结构函数的标度指数$ζ_p$的顺序为$p=8$垂直于旋转轴测量表明随着旋转速率的增加而降低的不稳定性。所提出的现象学与推断的渐近非间歇性行为$ζ_p=p/2$是一致的。
2007-01-15 physics.flu-dyn
Inertial spheroids in homogeneous, isotropic turbulence
本文研究了{ \it惯性}圆盘和杆在三维均匀各向同性湍流中的旋转动力学。特别是，我们展示了如何对齐和去相关的时间尺度，这样的球体依赖，关键是，在这两个水平的惯性和纵横比，这些粒子。这些结果说明了惯性的影响-这导致了局部流动几何形状的优先采样-对湍流中圆盘和杆的统计数据。我们的研究结果是重要的各种自然和工业环境中的不对称，球状惯性粒子的湍流运输是无处不在的。
2018-08-03 physics.flu-dyn
The effect of the Basset history force on particle clustering in Homogeneous and Isotropic Turbulence
我们研究了均匀和各向同性湍流中的小颗粒动力学的Basset历史力的影响，并表明，这一项，在以前的数值研究中往往被忽视，减少了小规模的集群典型的惯性粒子。这个力对总粒子加速度的贡献平均约占总加速度的10%，在罕见的强事件中尤其重要。在中等密度比下，即水中的沙子或金属粉末，其存在改变了决定颗粒加速度的力的平衡。
2014-05-20 physics.flu-dyn
Turbulence in rotating Bose-Einstein condensates
本文研究旋转玻色-爱因斯坦凝聚体中的量子湍流，发现其与经典湍流根本不同，具有负温度态、各向异性耗散及非科尔莫戈罗夫标度，该标度与Vinen湍流相容，并归因于涡旋位置的无序性。
2025-04-23 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Relating statistics to dynamics in axisymmetric homogeneous turbulence
均匀湍流的结构和动力学被体积力的存在所改变，使得科里奥利力或浮力，这可以使大范围的湍流尺度各向异性。在物理空间中使用结构函数以及在光谱空间中使用两点相关性的光谱来进行这种效应的相应统计表征，提供了两种互补的观点。在这个框架中，二阶和三阶结构函数与两点二阶和三阶速度关联函数的谱并行，使用通道关系。这种关系适用于各向同性的情况下，或各向同性的平均统计，然而，这并不反映实际的更复杂的结构的各向异性湍流提交旋转或分层。这种复杂性证明在本文中的取向依赖的能量和能量转移谱在这两种情况下产生的轴对称湍流的两点统计模型的装置。我们表明，到目前为止，各向异性的形式主义中使用的频谱传输统计是特别适合于分析各向异性均匀湍流的精细动力学，它可以帮助分析各向同性计算的三阶结构函数统计经常用于表征各向异性的背景。
2012-02-09 physics.flu-dyn
Rotating quantum turbulence in superfluid 4He in the T=0 limit
报道了在旋转容器中纯超流~ 4 He中的量子湍流观测结果。实施了大规模强迫（立方体容器的旋转振荡）和检测（监测离子沿旋转轴的传输）湍流的新技术。在轴向壁附近，随着强迫的增加，涡缠结的增长没有一个可观察到的阈值。这种纠缠逐渐发展成散装湍流的特征振幅的强迫，这取决于强迫频率和旋转速率。在较高的振幅下，总涡线长度迅速增加。在层流和湍流体状态下观察到惯性波的共振。在这种共振下，湍流出现在较小的强迫振幅下。
2012-09-24 cond-mat.other physics.flu-dyn
Effects of helicity on dissipation in homogeneous box turbulence
无量纲耗散系数$β=\varepsilon L/U^3$是统计定常均匀湍流的一个重要特征。在$β$的研究中，外力通常是各向同性和大尺度的，并且其螺旋度$H_f$为零或未测量。在这里，我们研究了$β$对$H_f$的依赖性，并发现对于各向同性力和剪切流，它使$β$减少多达10 $\%$。数值结果得到了静态和动态上限理论的支持。两者都显示出类似于数值结果的相对减少。也就是说，$β$对力的螺旋度的定性和定量依赖性被上限理论很好地捕获。的Kolmogorov常数和湍流控制和建模的理论方面的值的后果进行了讨论与外力的属性。特别是，在大涡模拟均匀湍流的涡粘性应减少约10 $\%$的情况下，强螺旋强迫。
2018-10-04 physics.flu-dyn
