Role of Cross Helicity in Cascade Processes of MHD turbulence
本文的目的是研究由一个外力激发的各向同性（非Alfven）MHD湍流的谱特性，该外力在能量的同时将交叉螺旋度注入到流动中。结果表明，交叉螺旋度阻碍了MHD湍流中谱能量的传递，导致系统中能量的积累。这种积累一直进行到涡的增强补偿了非线性相互作用效率的降低。对于给定的注入螺旋度与能量之比，得到了平均湍流能量的估算公式。值得注意的是，湍流在其低速率注入时累积注入的交叉螺旋度-积分相关系数显著超过注入螺旋度与能量之间的比率。结果表明，随着交叉螺旋度的增加，谱斜率从“5/3”逐渐增大到“2”。
2009-04-10 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Helicity cascades in rotating turbulence
螺旋度（速度涡度相关性）的影响进行了研究，在直接数值模拟旋转湍流下降到0.02的Rossby数。结果表明，净螺旋度的存在起着重要的作用，在流动的动力学。特别是，在小的Rossby数，能量级联到大尺度，正如预期的那样，但螺旋度然后可以主导级联到小尺度。一个唯象解释的螺旋度减慢波涡相互作用的直接级联导致新的小尺度能量和螺旋度谱的惯性指数的预测。
2008-09-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Chiral Exact Relations for Helicities in Hall Magnetohydrodynamic Turbulence
除了总能量外，三维不可压缩霍尔磁流体力学（MHD）还具有两个无粘不变量：磁螺旋度和广义螺旋度。新的精确关系推导出均匀（非各向同性）固定霍尔MHD湍流（也为它的惯性电子MHD限制）与非零螺旋和大雷诺数的渐近极限。普适定律只以混合二阶结构函数的形式来表示，即两个不同增量的标量积。因此，它提供了相应的不变通量的耗散率的直接测量。研究表明，广义螺旋度级联与左极化涨落密切相关，而磁螺旋度级联与右极化涨落密切相关。
2016-02-01 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
New Exact Betchov-like Relation for the Helicity Flux in Homogeneous Turbulence
本文将能量通量精确分解方法扩展至均匀湍流中的动能螺旋度传输，推导出类似Betchov关系的新精确关系，揭示了尺度局部和多尺度物理过程对螺旋度平均通量的定量贡献。
2023-01-10 physics.flu-dyn
MHD dynamo in swirling turbulence: from deterministic to helical distributed chaos
利用实验室实验、直接数值模拟、地磁和太阳观测的结果表明，即使在全球螺旋度为零的情况下，螺旋度分布的高矩也可以支配旋转湍流中磁流体动力发电机产生的磁场的功率谱。螺旋分布混沌的概念已被用于这一目的。
2021-12-28 physics.flu-dyn
Four-fifths laws in incompressible and magnetized fluids: Helicity, Energy and Cross-helicity
本文利用 Eyink 纵向结构函数及物理量相互作用分析，将五分之四定律推广到不可压缩流体螺旋度与 MHD 流动的能量和交叉螺旋度，并以混合三阶结构函数替代耦合相关函数。
2024-04-10 math.AP physics.flu-dyn
Dissipation scales of kinetic helicities in turbulence
本文系统地研究了粘性效应对Navier-Stokes湍流中守恒量和非守恒量的谱和非线性通量的影响。这种分析是用来估计螺旋度耗散尺度，这是一致的能量耗散规模。然而，它示出使用的螺旋度分解成本征模式的旋度算子，粘性效应必须考虑到波矢量小于Kolomogorov波数在这些本征分量的螺旋度的演变。
2010-09-28 physics.flu-dyn
Mesoscale helicity distinguishes Vinen from Kolmogorov turbulence in helium II
实验和数值模拟表明，量子湍流存在两种不同的极限状态：Kolmogorov湍流（它与经典湍流具有从大涡到小涡的动能级联的重要性质）和Vinen湍流（它更类似于随机流）。在这项工作中，我们定义了一个中尺度螺旋度的超流，在数值实验中测试，区分两个湍流制度，量化的非局部涡相互作用的量和涡线的方向。
2021-04-02 cond-mat.other physics.flu-dyn
Role of cross helicity in magnetohydrodynamic turbulence
采用高分辨率直接数值模拟方法研究了强不可压三维磁流体动力学湍流。模拟结果表明，配置空间的特点是由区域的积极和消极的交叉螺旋度，对应于高度对齐或反对齐的速度和磁场波动，即使当平均交叉螺旋度为零。为了阐明交叉螺旋度的作用，在交叉螺旋度不为零的不平衡区域获得湍流的谱和结构。当在正和负交叉螺旋度区域上平均时，结果与平衡湍流的模拟一致。对所得结果进行了分析解释。
2009-01-16 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Strong magnetohydrodynamic turbulence with cross helicity
磁流体力学（MHD）提供了最简单的描述磁等离子体湍流在各种天体物理和实验室系统。具有非零交叉螺旋度的MHD湍流通常被称为不平衡的，因为它意味着平行和反平行于背景场传播的阿尔文波动的能量不相等。最近的分析和数值研究表明，在每一个尺度上，MHD湍流由正负交叉螺旋度区域组成，表明这种湍流本质上是局部不平衡的。本文给出了稳态不可压MHD湍流的高分辨率数值模拟结果。有人认为，沿相反方向运动的涨落能谱（E^+和E^-）的惯性范围标度与交叉螺旋度的大小无关。当交叉螺旋度不为零时，E^+和E^-保持相同的标度，但振幅不同，这取决于交叉螺旋度的大小。
2010-04-21 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Four-fifths laws in electron and Hall magnetohydrodynamic fluids: Energy, Magnetic helicity and Generalized helicity
该研究聚焦电子与霍尔磁流体系统，借鉴Eyink纵向结构函数及经典MHD方程的最新成果，推导出能量、磁螺旋度和广义螺旋度对应的五分之四型守恒量定律。
2024-04-10 math.AP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Helicity dynamics in stratified turbulence in the absence of forcing
对衰减稳定分层流进行了数值研究。被认为是相对较高的分层和中等雷诺数，并特别强调螺旋度（速度涡度相关性）的作用。该问题是通过集成Boussinesq方程在一个周期性的立方域使用不同的初始条件：一个非螺旋泰勒-格林（TG）流，一个完全螺旋贝尔特拉米（ABC）流，和随机流与可调螺旋度。我们表明，分层ABC流螺旋度经历了一个实质性的衰减比非分层ABC流。这一事实可能与层结和大尺度相干结构的综合作用有关。事实上，当后者缺失时，如在随机流中，螺旋度会被引力波的出现迅速破坏。一种类型的大规模耗散“旋”平衡可以用来解释这种行为。当螺旋度在系统中存在时，它强烈地影响能量的时间衰减和傅立叶模之间的能量分布。我们发现，事实上，分层的螺旋流的能量衰减率比分层的非螺旋流慢得多，可以考虑与一个唯象模型的方式类似的是什么做的非分层旋转流。我们还表明，螺旋度，当强，有一个可测量的影响傅立叶光谱，特别是在尺度大于浮力尺度，它显示了一个相当平坦的缩放与垂直剪切。
2012-11-13 physics.flu-dyn
Inverse cascade of energy in helical turbulence
采用直接数值模拟的水动力湍流与螺旋度强迫施加在所有尺度上，一个近最大的螺旋湍流状态，与逆能量级联的尺度大于能量强迫尺度和一个向前的螺旋度级联的尺度小于能量强迫尺度。与以前的研究相比，我们的模拟包含所有可能的三和弦。通过计算壳-壳层能流，我们发现反能级联是由同手性三单元组之间的弱非局域相互作用引起的。通过改变尺度的螺旋度注入范围，得到了获得逆能量级联的必要条件。
2020-05-10 physics.flu-dyn
Helicity, low-dimensional distributed chaos and scaling in MHD turbulence
结果表明，螺旋度分布的二阶矩（无粘流体力学的Levich-Tsinober不变量）可以作为绝热不变量在磁流体力学中保持。分布混沌方法和惯性范围现象已被开发的磁流体动力学过程中占主导地位的绝热不变量，和一些理论考虑的后果进行了比较，直接数值模拟和测量结果在太阳风。在这方面也简要讨论了星际MHD湍流的螺旋标度。
2021-06-15 physics.flu-dyn physics.space-ph
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
Cascade processes in rapidly rotating turbulence
本文研究了不可压缩、快速旋转的湍流中的动能和动能螺旋度在谱上的传递过程。本文提出了一个适用于三维快速旋转湍流的Fjortoft定理的类比。结果表明，与二维湍流相似，二维湍流中同时存在两个级联：动能的逆级联和动能螺旋度的正级联，在二维湍流中对应于涡度拟能的级联。所提出的方案与我们以前的计算，最近的一些数值模拟，和旋转湍流的物理实验是一致的。
2018-09-06 physics.flu-dyn
Coupling large eddies and waves in turbulence: Case study of magnetic helicity at the ion inertial scale
在湍流中，对于中性或导电流体，大比例的尺度被激发，因为可能发生逆级联到大的全球尺度，以及直接级联到小的耗散尺度，如在大气和海洋中观察到的，或在太阳环境中。在这种情况下，使用直接数值模拟与强迫，我们分析了尺度动力学的存在下，磁场与广义欧姆定律，包括霍尔电流。在固定雷诺数下，离子惯性长度H_（？）H作为控制参数。磁和广义螺旋度-在理想情况下的不变量-随时间线性增长，从经典的论点预期。速度和磁场之间的互相关也增长，对于更强的霍尔电流，相对而言更是如此。我们发现，螺旋增长率随α_H呈指数变化，离子惯性尺度内的逆级联范围内居住。这些指数变化恢复现象使用简单的缩放参数。它们直接与广义螺旋度和磁螺旋度k^（-2）的波数幂律依赖性相关，在它们的反范围内。这说明并证实了在湍流动力学中大尺度和小尺度之间相互作用的重要作用。
2020-01-31 physics.flu-dyn
Helicity dynamics, inverse and bi-directional cascades in fluid and MHD turbulence: A brief review
我们简要回顾了螺旋度动力学，反向和双向级联流体和磁流体动力学（MHD）湍流，重点是后者。湍流系统的能量，在非耗散情况下的不变量，通过非线性模式耦合转移到小尺度。五十年前，人们认识到，对于二维流体，能量级联而不是更大的尺度，三维MHD中的磁螺旋度也是如此。然而，最近获得的证据表明，事实上，对于一系列的控制参数，有系统，其理想的不变量可以转移，恒定的通量，大尺度和小尺度，如MHD或旋转分层流，在后一种情况下，包括准地转强迫。这种双向、分裂、级联直接影响在这些流中发生混合和耗散的速率，其中非线性涡流与具有各向异性色散定律的快波相互作用，例如由于施加的旋转、分层或均匀磁场。级联的方向可以在某些情况下，通过使用唯象参数，其中之一，我们在这里得出以下的情况下，在电子MHD的逆磁螺旋级联的经典线路。随着来自大型实验室实验、高性能计算和现场卫星观测的更高分辨率的数据集，机器学习工具正在为湍流研究带来新的视角，例如帮助设计新的显式次网格尺度参数化，这可能导致增强物理洞察力，包括在未来这些新的双向级联的情况下。
2019-03-12 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
Helical distributed chaos in rotating turbulence and convection (with applications to geomagnetic dynamo)
利用螺旋分布混沌的概念研究了螺旋度分布矩在旋转湍流中的作用。直接数值模拟、室内实验和地球物理观测的结果已被用于本研究。它示出，特别是，即使在全球螺旋度等于零的情况下，至少偶矩通常是非零的（由于外观的局部空间区域具有较强的负和正螺旋度），并可以发挥重要的作用，在旋转湍流绝热不变量。旋转浮力驱动的热对流（瑞利-贝纳德和瑞利-泰勒，前者也用于磁流体力学）也进行了研究，并在这方面讨论了这种方法的应用，大质量恒星的对流区和地磁发电机。
2021-11-02 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
Helicity controls the direction of fluxes in rotating turbulence
Technion Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
旋度控制旋转湍流中能量流向的双向传输，揭示了旋转对湍流能量分布的影响机制。
2026-09-18 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Helically Decomposed Turbulence
本文提出了一种湍流中能量通量和螺旋度通量的分解方法。的分解是基于投影的流到一个螺旋的基础上，允许单独调查不同螺旋度的模式之间的相互作用的作用。提出的形式主义，然后应用在大规模的数值模拟的非螺旋和螺旋流，其中分解通量显式计算。它示出的总能量通量可以分裂成三个通量，独立地保持恒定的惯性范围内。其中一个通量对应于具有相同螺旋度的场的相互作用，是负的，这意味着存在一个"隐藏"在正向级联中的逆级联。与能流类似，螺旋度通量也可以分解为两个在惯性范围内保持恒定的通量。这些结果的影响，以及可能的新的调查方向进行了讨论。
2016-06-08 physics.flu-dyn
Broken mirror symmetry of tracer's trajectories in turbulence
物理系统的拓扑性质在我们对自然的理解中起着至关重要的作用，但它们的实验测定仍然难以捉摸。我们表明，平均螺旋度，在理想的流动中的动力学不变量，定量地影响流体元素的轨迹：拉格朗日轨迹的连接数取决于平均螺旋度。因此，一个全球性的拓扑不变量和流体轨迹的拓扑数成为相关的，我们提供了一个经验表达式连接它们。这种关系表明轨迹中存在长期记忆：可以将轨迹与过去的粒子位置联系起来，直到给定的时间。这个特性也允许实验测量平均螺旋度。
2021-11-13 physics.flu-dyn
On the emergence of helicity in rotating stratified turbulence
我们进行数值模拟的衰减旋转分层湍流，并显示，在Boussinesq框架，螺旋度（速度-涡度相关性），观察到的超级单体风暴和飓风，是自发创建的，由于浮力和旋转之间的相互作用共同的大规模大气和海洋流。螺旋度产生于涡旋和惯性重力波（惯性和重力具有各自的相关频率$f$和$N$）的联合作用，并且当波足够强时发生。对于$N/f < 3$的螺旋度产生的量是正确的预测准线性平衡方程。在该区域之外，直到本研究中获得的最高雷诺数，即$Re\approx 10000$，螺旋度的产生被发现是持久的$N/f$大$\approx 17$，和$ReFr^2$和$ReRo^2 $分别大$\approx 100$和$\approx 24000$。
2013-01-25 physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
Rotating helical turbulence. Part I. Global evolution and spectral behavior
我们给出了两个1536^3旋转湍流直接数值模拟的结果，其中能量和螺旋度都通过外部强迫注入流中。在旋转的存在下，在各向同性和均匀湍流中观察到的能量和螺旋度向较小尺度的双重级联被打破，现在与能量和螺旋度的直接级联共存的能量的逆级联的发展。在直接级联区，低Rossby数时螺旋度通量占主导地位。这些级联对流量的统计有几个结果。全球数量的演变和能量和螺旋度谱的研究，并在不同的雷诺数和Rossby数在较低的分辨率与模拟进行比较，以确定标度律。
2009-09-07 physics.ao-ph 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
The decay of turbulence in rotating flows
本文结合直接数值模拟、大涡模拟和唯象理论对旋转流中湍流的衰减进行了参数空间研究。考虑了几种情况：（1）当与盒子的尺寸相比时，改变初始条件的特征尺度以模拟“有界”和“无界”流动的影响;（2）螺旋度的影响（速度和涡度之间的相关性）;（3）Rossby数和雷诺数的影响;（4）初始条件中各向异性的影响。初始条件包括Taylor-Green涡、Arn'old-Beltrami-Childress流和具有与$k^4$成比例的大尺度能谱的随机流。在每种情况下的能量，螺旋度和拟能的模拟中获得的衰减规律可以解释与现象学的论点，分离的二维衰减从三维模式，并考虑到螺旋度和旋转的作用，在减缓能量衰减。文中还讨论了能谱随时间的演化和各向异性的发展。最后，考虑了旋转和螺旋度对流动的偏度和峰度的影响。
2011-01-24 physics.flu-dyn
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
Generation of large-scale vorticity in rotating stratified turbulence with inhomogeneous helicity: mean-field theory
本文讨论了具有非均匀动力螺旋度的旋转密度分层发展湍流中大尺度涡量产生的平均场论。我们指出，大尺度非均匀流动是由密度分层旋转湍流和均匀动力螺旋度的联合作用或旋转不可压湍流和非均匀动力螺旋度的联合作用产生的。这些效应导致大尺度剪切的形成，并且由于大尺度剪切和雷诺应力诱导的平均涡量的产生的组合效应，其与小尺度湍流的相互作用又引起大尺度不稳定性的激发（称为涡量发电机）。后者是由于大尺度剪切对雷诺应力的影响。快速旋转抑制了这种大规模的不稳定性。
2018-05-13 astro-ph.EP astro-ph.SR 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
The role of helicity in triad interactions in 3D turbulence investigated in a new shell model
2D中充分发展的均匀各向同性湍流与3D中的完全不同。在2D中，在惯性尺度范围内能量和涡度拟能的同时守恒导致涡度拟能的前向级联和能量的反向级联。在3D中，螺旋度，速度和涡度的标量积的积分，也是无粘流不变量以及动能。然而，与涡度拟能不同的是，螺旋度并不阻止能量向小尺度的级联。在纳维-斯托克斯方程（NSE）的谱形式中，能量和螺旋度不仅是全局守恒的，而且在三个平面波之间的每个非线性三元相互作用中也是守恒的。通过将每个平面波分解成两个螺旋度相反的螺旋模式，每个三元相互作用被分解成螺旋模式之间的一组八个三元相互作用（Waleffe 1992）。Biferale等人（2012年）最近发现，这些相互作用的一个子集使螺旋度的两个符号分别守恒（即类拟能），导致能量（部分）的逆级联。基于这一发现，我们引入了一个新的壳模型，该模型是从螺旋基底中表达的NSE获得的（Waleffe 1992）。通过对新模型的分析和整合，我们试图解释为什么能量和螺旋度的双重前向级联在三维湍流中占主导地位。
2016-02-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Helicity subgrid-scale models and their numerical validation
University of Tokyo（东京大学）；Nordic Institute for Theoretical Physics (NORDITA), Stockholm University and Royal Institute of Technology (KTH)（北欧理论物理研究所（NORDITA）、斯德哥尔摩大学和皇家理工学院（KTH））；Universidad de Buenos Aires (UBA)（布宜诺斯艾利斯大学）；CONICET-UBA, 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国-阿根廷环境流体动力学研究所（IFADyFE））；National Center for Atmospheric Research (NCAR)（美国国家大气研究中心）；Cooperative Institute for Research in the Atmosphere/NOAA（大气研究合作研究所/美国国家海洋和大气管理局）；École Centrale de Lyon（里昂中央理工学院）
本文通过直接数值模拟验证了旋度子网格模型的有效性，表明在标准Smagorinsky框架中引入旋度效应可改善子网格湍流建模。
2026-03-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Exact scaling laws in isotropic binary fluid turbulence
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
本文推导了各向同性二元流体湍流的精确标度律，揭示了其与流体动力学湍流的异同，并通过数值模拟验证了标度律的准确性。
2026-03-12 physics.flu-dyn
Inverse transfer of magnetic helicity in direct numerical simulations of compressible isothermal turbulence: scaling laws
在等温理想磁流体力学（MHD）框架下，通过直接数值模拟大尺度机械驱动的湍流，研究了磁螺旋度的逆传递。机械力要么是纯螺线管的，要么是纯压缩的，所考虑的紊流稳态具有均方根（RMS）马赫数0.1 $\lesssim$ M $\lesssim$ 11。一个连续的小规模电动势强迫注入磁螺旋波动，这导致越来越大的磁结构的建立。谱标度指数的观察，对于低马赫数，是一致的不可压缩的情况下与以前的研究。更高的压缩性导致更平坦的磁螺旋度标度指数。与压缩驱动紊流相比，即使在高马赫数下，螺线管驱动紊流与不可压缩情况的偏差也比较小，在压缩驱动紊流中，在相对较低的RMS马赫数M $\gtrsim$ 3下已经可以看到很大的偏差。因此，可压缩效应可以在磁螺旋度的逆传递中发挥重要作用，特别是当湍流驱动器相当压缩时。然而，在不可压缩情况下观察到的理论结果，可以通过适当改变变量，使用阿尔文速度代替磁场，转移到超音速湍流。
2020-09-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
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
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
Comparison of forcing functions in magnetohydrodynamic turbulence
结果的直接数值模拟不可压缩，均匀的磁流体动力学湍流没有平均磁场，受到不同的机械强制功能常用的文献。具体而言，这些力是负阻尼（使用大尺度速度场作为强迫函数），非螺旋随机力和非螺旋静态正弦力（类似于螺旋ABC强迫）。考察了三个理想不变量（能量、磁螺旋度和交叉螺旋度）的时间演化、时均能谱、能量比和耗散比。所有三个强制功能产生定性相似的稳定状态方面的能量和磁螺旋度的时间演化。然而，在交叉螺旋度演变的差异进行了观察，特别是在静态正弦能量注入方法的情况下。事实上，具有相同参数的正弦强迫模拟的集合显示了在长时间内交叉螺旋度的显著变化，对系统中螺旋度的注入无法控制的遍历性原理的有效性产生了一些怀疑。交叉螺旋度可以通过强迫函数意外地进入系统，必须仔细监测。
2017-11-22 astro-ph.CO physics.flu-dyn
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
Kinetic Helicity in the Earth's atmosphere
概述了速度场的螺旋度（“动力学”螺旋度，以区别于磁流体力学，天体物理学和太阳物理学中使用的“磁”螺旋度;或在本章中简称为\emph{helicity}）和作用，这一概念在大气物理学和大气湍流的现代研究中发挥作用。螺旋度的一般信息，包括一些历史的评论和简要说明的基本作用，螺旋度发挥流体动力学。螺旋度概念的不同应用进行了讨论的各种动态大气过程的分析，包括应用到强烈的大气涡旋，如热带气旋，龙卷风和沙尘暴，也埃克曼边界层动力学。强调螺旋度平衡条件和重要作用，螺旋度通量发挥其维持。本文简要介绍了螺旋湍流理论的基本原理，着重讨论了大气边界层内湍流的螺旋特性。特别是，从奥布霍夫大气物理研究所（莫斯科）的研究小组的开拓性努力，以测量湍流螺旋度在自然大气条件下进行了说明。
2023-03-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
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
Tridimensional to bidimensional transition in magnetohydrodynamic turbulence with a guide field and kinetic helicity injection
我们研究的三维磁流体力学流动的尺寸只强制机械，当磁引导场的强度逐渐增加的过渡。我们使用数值模拟来考虑机械强迫注入（或不注入）的流动中的螺旋度的情况。随着引导场的增加，磁场波动的强度按照引导场强度的幂律减小。我们表明，足够强的引导场，螺旋磁流体动力学流可以成为几乎二维的。在这种情况下，机械能可以经历与逆级联相容的过程，优先向大于强迫尺度的尺度转移。螺旋度的存在改变了小磁场波动的谱标度，并影响速度场和速度梯度的统计。此外，在小尺度下，流动的动力学变得由螺旋度的直接级联主导，这可以用来推导速度场的标度律。
2016-08-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Port-Hamiltonian inspired gradient diffusion model for magnetohydrodynamic turbulence
作为不可压缩磁流体力学中理想不变量的非线性谱通量的简化表示，我们构造了一个梯度扩散网络模型，该模型结合了唯象考虑和精确非线性能量传递函数的几何分析。能量守恒谱输运和交叉螺旋度的降阶表示是端口-哈密顿形式，这突出了这种方法的灵活性和模块性。雷诺数高达$~10^6$的数值实验产生了清晰的惯性能谱的幂律特征。根据能量传递的主导时间尺度，观察到Kolmogorov（-5/3），弱湍流（-2）或Iroshnikov-Kraichnan（-3/2）标度指数。平均磁场中的各向异性湍流也被成功地模拟。湍流衰减的特征指数和观测到的交叉螺旋度对能量传递的影响与文献和理论结果一致。
2022-03-22 physics.flu-dyn
The Spatial Scaling Laws of Compressible Turbulence
本文用量纲分析方法，建立了可压缩湍流速度动能谱和密度加权速度谱随波数、耗散率和马赫数变化的空间标度律。我们将Barenblatt的不完全相似理论应用于动能和密度加权能谱，并表明，在初始子区内，当马赫数$M$分别趋于零、1和无穷大时，动能和密度加权能谱都接近波数的-5/3幂律。
2016-10-17 physics.flu-dyn
Dual channels of helicity cascade in turbulent flows
螺旋度作为三维湍流中仅有的两个无粘不变量之一，对湍流的产生和演化起着重要的作用。传统观点认为，螺旋度叶栅与动能叶栅类似，只存在一个通道。通过理论分析，我们发现螺旋度级联过程有两个通道。第一通道主要来源于涡旋扭曲过程，第二通道主要来源于涡旋拉伸过程。通过对典型湍流的直接数值模拟数据的分析，我们发现这两种通道的行为是不同的。在均匀和各向同性湍流中，不同通道螺旋度通量的系综平均值相等，而在其他类型的湍流中，不同通道螺旋度通量的系综平均值不同。第二个通道更间歇，更像一个标量，特别是在小尺度上。此外，我们还发现了一种新的受阻偶逆能量级联机制，这种机制可以归因于第二通道的大振幅螺旋度通量。
2019-07-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Helical rotating turbulence. Part II. Intermittency, scale invariance and structures
我们在两个1536^3螺旋旋转湍流的直接数值模拟中研究了能量和螺旋度级联的不透明度特性。对称和反对称的速度增量进行检查，以及概率密度函数的速度场和螺旋度密度。结果表明，小尺度能量的直接级联是尺度不变的，不间断的，而螺旋度的直接级联是高度间歇的。此外，不同的订单的结构功能的研究，使我们能够确定恢复的各向同性的强事件在非常小的尺度上的流。最后，我们观察到并置在空间中的强层流和持久的螺旋列旁边随时间变化的涡旋缠结，前者与能量的自相似性和后者与螺旋度的不稳定性。
2009-09-07 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Logarithmic and nonlogarithmic scaling laws of two-point statistics in wall turbulence
壁湍流有一个子层，其中一点统计，例如，平均速度和某些速度波动的方差随离壁的距离而变化。这种对数标度是通过在风洞中进行的实验，对两点统计量或特别是对这些波动的两点累积量所发现的。对于相应的能量耗散率的统计量，发现其标度不是对数的。我们重现这些缩放定律与一些数学，也与一个模型的含能量的漩涡，附着在墙上。
2020-05-04 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
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
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
