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
Regimes of turbulence without an energy cascade
对湍流$^4$ He和$^3$ He-B的实验和数值模拟表明,在流体动力学长度尺度大于量子涡旋之间的平均距离时,能谱服从与普通流体均匀各向同性湍流相同的5/3 Kolmogorov定律。5/3定律的重要性在于,它指出了从大涡旋到小涡旋的理查森能量级联的存在。然而,也有证据表明量子湍流制度没有柯尔莫哥洛夫标度。这就提出了一些重要的问题,为什么在这样的制度,柯尔莫哥洛夫频谱未能形成,什么是湍流的物理性质没有能量级联,以及流体动力学模型是否可以解释湍流超流氦的不寻常行为。在这项工作中,我们描述了简单的物理机制,防止形成的Kolmogorov标度的热逆流,并分析了必要的条件出现准经典制度的量子湍流在低温下注入涡环。我们的模型证明了量子湍流的流体动力学描述,并揭示了一个意想不到的制度的涡旋动力学。
2016-09-30 physics.flu-dyn
Two-time Lagrangian velocity correlation function for particle pairs in two-dimensional inverse energy-cascade turbulence
本文数值研究了二维能量反级联湍流中粒子对的两次拉格朗日速度关联函数。我们利用不完全相似性来考虑关联函数的自相似性。在这个框架下,我们提出了一个自相似形式的关联函数,其标度指数不能确定,仅仅使用基于Kolmogorov的唯象的维数分析。结果,关联函数的标度律可以依赖于初始分离。这种初始分离依赖性经常在实验室实验和直接数值模拟中观察到的相对色散,这是直接相关的关联函数,在中等雷诺数。通过对二维能量逆叶栅湍流的直接数值模拟,我们对自相似形式进行了数值验证。所涉及的标度指数和有限雷诺数效应的依赖关系是根据经验确定的。然后,我们考虑了关联函数的标度律对相对色散的影响,即Richardson-Obukhov $t^3$律。我们的结果表明,在无限雷诺数下,Richardson-Obukhov $t^3$定律可能无法恢复。
2022-07-05 physics.flu-dyn
Kolmogorov scaling from random force fields
我们表明,经典的Kolmogorov和Richardson标度律在充分发展的湍流是一致的随机高斯力场。对纳维-斯托克斯方程的壳模型近似的数值模拟表明,在整个惯性区域中,力(加速度)场的波动与尺度无关。我们推测,拉格朗日统计的相对速度在湍流是由典型的力场,而多尺度是与极端事件的力场波动。
2008-01-24 nlin.CD physics.flu-dyn
Sheared stratified turbulence driven by Kolmogorov flow
研究由Kolmogorov流驱动的分层湍流,发现高分层导致稳定界面促进层流化,同时混合层中湍流持续并遵循幂律关系。
2025-12-15 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
Multiscales and cascade in isotropic turbulence
充分发展湍流的核心问题是能量级联过程。它重新审视了全面物理理解或数学公式的所有尝试。这一失败的主要原因是与所涉及的大层次的尺度,在纳维-斯托克斯方程中固有的高度非线性特性,和空间的动力活动区域的不稳定性。理查森描述了大尺度和小尺度之间的相互作用,这种现象被称为理查森级联。这种局部的相互作用也构成了柯尔莫哥洛夫理论的基础。本文用显式映射方法分析了各向同性湍流中叶栅的非线性动力学行为。这种演绎尺度分析提供了著名的理查森级联的第一个视觉证据,并特别揭示了它的多尺度特征。结果还表明,能量级联过程与逻辑斯蒂映射的确定性构造规则具有显著的相似性。在这个各向同性的湍流系统中,可以观察到级联的倍周期分岔现象。“级联”表现为无限序列的倍周期分岔。
2010-10-30 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Kolmogorov and Kelvin wave cascades in a generalized model for quantum turbulence
我们利用广义Gross-Pitaevskii方程对衰减的量子湍流进行了数值模拟,该方程包含了超平均场修正和非局域相互作用势。选择的非局部电位,以模仿他II通过引入一个Roton最小的激发光谱。我们观察到,在大尺度上的统计行为的流动是独立的相互作用的潜力,但在尺度小于涡间距离的开尔文波级联增强的广义模型。在此范围内,不可压动能谱不仅与波数成比例,而且与能量通量和涡间距离成比例,均符合Kelvin波叶栅弱波湍流预报。
2020-10-19 cond-mat.other physics.flu-dyn
A suspension of heavy Kolmogorov-size spheres suppresses the inertial cascade in homogeneous and isotropic turbulence
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University(冲绳科学技术大学院大学)
通过粒子解析直接数值模拟,研究Kolmogorov尺度球形颗粒对均匀各向同性湍流的影响,发现随颗粒惯性增加,能谱从Kolmogorov -5/3标度转变为-1标度,非线性能量传递被强烈抑制。
2026-07-03 physics.flu-dyn
Statistical theory of isotropic turbulence Part IV: multiscales and cascade
本文是我们系列工作的第四部分,致力于基于新的Sedov型解的各向同性湍流统计理论的多尺度和级联方面的分析。本文用显式映象方法分析了各向同性湍流中叶栅的非线性动力学行为。这种演绎尺度分析提供了著名的Richardson级联的第一个直观证据,并揭示了其多尺度特征。结果还表明,能量级联过程与逻辑斯蒂映射的确定性构造规则具有显著的相似性。在这个各向同性的湍流系统中可以看到级联的倍周期分岔,表现出混沌行为。“级联”表现为无限序列的倍周期分岔。
2010-12-23 physics.flu-dyn
Formation of a Direct Kolmogorov-like Cascade of Second Sound Waves in He II
基于高品质谐振器中的非线性第二声谐振的测量,我们观察到了稳态波能量级联在He II涉及通过频谱范围朝向高频的能量通量。我们表明,在波系统的能量平衡是非本地的K-空间和能量泵送和耗散的频率尺度是广泛分离的。波的振幅分布在很宽的频率范围内遵循幂律。数值计算的结果与实验观察一致。我们认为,这种第二声级联可能是有用的模型研究声湍流。
2009-01-31 cond-mat.other physics.flu-dyn
Turbulent pair separation due to multi scale stagnation point structure and its time asymmetry in two-dimensional turbulence
Goto和Vassilicos的对分离模型(S Goto和J C Vassilicos,2004,New J.Phys.,6,p.65)被重新访问,并放置在一个健全的数学基础。本文用一个具有逆能量级联和k^{-5/3}幂律的二维均匀各向同性湍流的直接数值模拟方法研究了二维湍流中电子对分离的性质。一个特别的焦点在于观察到的向前和向后分离之间的时间不对称性。本模型的应用,这一数据受到有限的惯性范围的影响,因此,有条件的平均尺度,而不是时间已被用来获得理查森常数和它们的比率的值。前向和后向情形的Richardson常数分别为(1.066 +/-0.020)和(0.999 +/-0.007)。因此,前后两种情况下的Richardson常数之比为g_b/g_f =(0.92 +/-0.03),因此表现出与三维湍流中的对分离不同的性质,其中g_b > g_f(J Berg et al.,2006,Phys.Rev.E,74(1),p.016304)。这表明,以前提出的解释这种时间不对称的应变张量特征值的基础上是不足以描述这种现象在二维湍流。我们提出了一个替代的定性解释的基础上的时间不对称性与反向与正向能量级联。在二维湍流中,这种不对称性表现在由于逆级联而产生的合并涡中,从而导致观察到的理查森常数比。
2009-01-08 physics.flu-dyn
Non-Kolmogorov Turbulence and Inverse Energy Cascade in Intracranial Aneurysm: Near-Wall Scales Suggest Mechanobiological Relevance
颅内动脉瘤的发生、发展和破裂是神经血管医学的一个悬而未决的问题。动脉瘤的机械生物学和病理生物学的复杂性惊人地结合了紧密相连的交织的生物和物理过程。最近,IA血流中的湍流转变被认为在IA生长和破裂中起核心作用,因为它可以与内皮功能障碍直接相关。然而,湍流问题给这一主题带来了前所未有的复杂性。我们发现IA中的湍流是非Kolmogorov型的。我们首次在血流和非Kolmogorov湍流中检测到逆动能级联。在这里,我们假设,近壁湍流经历逆能量级联的规模,可能会影响内皮细胞的机械信号。我们的发现可能是动脉瘤血流动力学当代理论的范式转变。
2020-01-22 physics.bio-ph physics.flu-dyn physics.med-ph
Reproducing the Kolmogorov spectrum of turbulence with a hierarchical linear cascade model
根据Richardson对湍流的级联描述,大的旋涡分裂形成较小的旋涡,从而将动能转移到较小的尺度。由于粘性,能量耗散发生在最小尺度上。我们研究这种能量级联的旋涡破裂的唯象模型。该模型是一个二叉树的减少质量连接的软化弹簧,与阻尼器作用在最低水平。水平之间的质量和刚度根据幂律变化。不同的水平代表不同的尺度,从而能够定义“质量波数”。该模型的特征值分布表现出魔鬼的楼梯自相似性。在渐近极限下,导出了模型的能谱(定义为不同质量波数之间的能量分布)。一个抽取过程中,应用到取代模型与一个等效的链式振荡器。我们表明,对于一系列的刚度参数的能量谱是定性相似的Kolmogorov频谱的三维均匀,各向同性湍流,并找到刚度参数的能量谱具有众所周知的-5/3标度指数。
2018-04-11 nlin.CD 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
Self-regulating turbulence
非平衡态物理学的一个里程碑是柯尔莫哥洛夫的湍流唯象理论。然而,在过去的20年里,有证据表明存在一种新的、普遍的湍流级联类型,它不符合柯尔莫哥洛夫物理学。为了解决这个问题,我们修改了经典的Kolmogorov级联,通过叠加在它的机制,大,小尺度之间的主动信息交换。新的理论产生的耗散率,积分长度尺度和湍流动能的预测,以及从新的过渡到经典物理系统的标准,在衰减湍流。使用大规模的模拟和文献中的数据验证的假设和预测。
2021-01-03 physics.flu-dyn
Cascades and Kolmogorov's lognormal scaling in two-dimensional bacterial turbulence
该研究利用实验速度场数据,验证了二维细菌湍流中逆能量级联与正向拟涡能级联共存,并证实能量耗散和拟涡能的对数正态统计符合柯尔莫哥洛夫1962年理论,为主动流模型提供了基准。
2024-10-02 cond-mat.soft 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
Kolmogorov Cascade as the Governing Mechanism for Intervortex Spacing in Quantum Turbulence
本文通过低温实验研究量子湍流中涡旋间距的标度规律,证实其随 Reynolds 数按 -3/4 幂次变化且与温度无关,并提出该间距源于超流体能量级联的量子限制深度这一新解释。
2025-09-02 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
Direct and Inverse Cascades in the Wind-Driven Sea
给出了风激重力波平方波幅Hasselmann动力学方程中S(nl)项的一种新形式。S(nl)的这种形式使得有可能以微分形式改写能量、动量和波浪作用的守恒定律,并以自然的方式引入它们的通量。我们发现,固定动力学方程有一个家庭的确切Kolmogorov型的解决方案所管辖的运动常数通量:波浪作用,能量和动量。详细研究了与扩散近似等价的S(nl)项的简单“局部”模型。在这种情况下,Kolmogorov谱被发现在明确的形式。我们表明,一般的解决方案的固定动力学方程背后的光谱峰描述的Kolmogorov型解决方案与频率相关的通量。“逆级联”和“正级联”的区域可以通过自然的方式分离。普适域中的谱接近于$ω^{-4}$。
2015-02-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
An update on the double cascade scenario in two-dimensional turbulence
本文在一组直接数值模拟的基础上讨论了均匀、各向同性、二维湍流的统计特征,这些数值模拟的分辨率达到了前所未有的$32768^2$。通过迫使系统在中间尺度,狭窄,但明确的惯性范围发展的逆和直接级联的两个柯尔莫哥洛夫定律的结构功能,第一次,同时观察到。逆级联谱被发现是一致的Kolmogorov-Kraichnan预测,是强大的方面存在的拟能通量。直接级联被发现是更敏感的有限尺寸效应:光谱的指数有一个修正方面的理论预测,通过增加分辨率消失。
2010-06-21 nlin.CD physics.flu-dyn
Spontaneous mirror-symmetry breaking induces inverse energy cascade in 3D active fluids
经典湍流理论假设三维湍流中的能量传输通过Richardson级联进行,由此较大的涡连续地衰减成较小的涡。相比之下,一个额外的反级联的特点是涡流的增长存在于二维流体和气体,气象流动和流体混合的深刻影响。在20世纪70年代,基于平衡热力学的论点,三维流体中螺旋度驱动的逆级联的可能性被拒绝。然而,最近有人提出,某些破环过程可能会引发三维逆级联,但迄今为止还没有发现任何物理系统表现出这种现象。在这里,我们提出了一个实验验证的三维主动流体模型中存在的逆能量级联的分析和数值证据,描述了自发打破镜像对称的微生物悬浮液流。我们分析表明,自组织的规模选择,许多生物和工程非平衡流体的一个通用功能,可以产生宇称违反贝尔特拉米流。我们的模拟进一步展示了主动尺度选择如何控制镜像对称破缺和3D逆级联的出现。
2017-03-10 physics.flu-dyn
Self-similar formation of the Kolmogorov spectrum in the Leith model of turbulence
利用Leith模型研究了水动力湍流向定常Kolmogorov谱演化的最后阶段。这种演变表现为在波数空间中从最大向最小波数传播的反射波,并描述了一个新的(第三)类的自相似解。这一阶段遵循先前研究的阶段的光谱前从最小到最大的波数达到任意大的波数在有限的时间内,并描述了第二类的自相似解决方案的初始爆炸性传播。对应于“温暖的级联”,其特征在于在大波数的热化光谱的非稳态解决方案也得到了。
2016-12-05 physics.flu-dyn
Reply to "Comment on 'Theoretical analysis of quantum turbulence using the Onsager ideal turbulence theory'"
我们驳斥了Krstulovic,L'vov和Nazarenko [arXiv:2107.10598]对我们的论文[Phys. Rev. E 103,023106(2021)]的评论中表达的批评。我们首先表明,流通量的量化在我们的分析中并没有被忽略。然后,我们提出了一个更复杂的分析,以避免一个微妙的问题的规律性的速度场。因此,我们捍卫我们的论文的主要结果,它预测的双级联的情况下,量子应力级联遵循理查森级联。我们还对开尔文波级联与量子应力级联之间的关系提出了一个猜想。
2021-11-23 cond-mat.other physics.flu-dyn
Van der Waals Cascade in Supercritical Turbulence near a Critical Point
研究了超临界流体在气液临界点附近的强湍流。具体来说,我们考虑的情况下,柯尔莫哥洛夫尺度是远远小于平衡相关长度$ξ$。虽然湍流破坏了平衡临界涨落,但$ξ$仍然提供了两种能量级联之间的交叉长度尺度。在比$ξ$大得多的尺度上,Richardson级联起主导作用,而在比$ξ$小得多的尺度上,密度涨落会引起另一种级联,我们称之为范德华级联。文中还讨论了观察范德瓦耳斯叶栅所需的实验条件。
2021-01-28 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Passive scalar cascade in the intermediate layer of turbulent channel flow for $Pr\leq 1$
Univ. Lille(里尔大学);CNRS(法国国家科学研究中心);ONERA(法国航空航天研究院);Arts et Metiers Institute of Technology(巴黎高科国立高等工艺学院);Centrale Lille(里尔中央理工学院);Graduate School of Engineering Science, University of Osaka(大阪大学工学研究科)
研究Pr≤1时湍流通道流中间层中被动标量级联的平衡与非平衡特性,揭示尺度分布与传输率的普朗特数依赖关系。
2026-03-05 physics.flu-dyn
A stochastic model of cascades in 2D turbulence
二维湍流中能量和涡度拟能的双重级联不能简单地用描述三维湍流中能量级联的Richardson-Kolmogorov方案来理解。相干的上尺度和下尺度通量指向光谱空间中相互作用的非局部性,因此流的特定空间结构可能是重要的。壳模型缺乏空间结构,在谱空间中只有局部相互作用,确实不能再现能量逆级联的正确标度。为了排除的可能性,在光谱空间中的相互作用的非局部性是至关重要的双重级联,我们引入了一个随机的光谱模型的级联,这是本地的光谱空间,并显示正确的缩放的直接拟能和逆能量级联。
2011-12-30 nlin.CD 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
Theoretical analysis of quantum turbulence using the Onsager "ideal turbulence" theory
我们调查的三维量子湍流所描述的Gross-Pitaevskii模型使用的分析方法,利用Onsager的“理想湍流”理论。我们推导出尺度间动能通量的尺度独立性,并建立了一个双级联的方案:在尺度远大于平均涡间$\ell_i$时,Richardson级联成为主导,而在尺度远小于$\ell_i$时,量子应力诱导另一种级联.然后,我们评估相应的速度功率谱使用的唯象参数。本文还讨论了这种新的级联与开尔文波级联的关系,我们称之为量子应力级联。
2021-01-27 cond-mat.other physics.flu-dyn
Current State of Atmospheric Turbulence Cascades
本文利用JHU湍流数据库的DNS和OpenFOAM的LES数据,结合盒计数法分析能量耗散的多重分形维数谱,以验证数值模拟能否更准确地复现Meneveau提出的各向异性湍流级联模型,从而改进大气湍流表示与遥感指标。
2024-12-27 physics.flu-dyn
Ensemble of Fixed Points in Multi-branch Shell Models of Turbulent Cascades
Laboratoire de Physique de l’École normale supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité(巴黎高等师范学院物理实验室);Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique, LISN, Université Paris-Saclay, CNRS, CentraleSupélec, Inria(数字科学跨学科实验室)
多分支壳模型通过固定点集合研究湍流级联的非线性能量传输特性。
2026-01-08 physics.flu-dyn
Energy Cascades in Driven Granular Liquids : A new Universality Class? I : Model and Symmetries
Laboratoire de Modélisation Pluridisciplinaire et Simulations, Université de Perpignan Via Domitia(多学科建模与模拟实验室,佩皮尼昂维亚多米蒂亚大学)
本文通过构建颗粒流场理论,探讨了驱动颗粒流中能量级联的标度行为,并揭示了Kolmogorov普遍性类别的可能破裂。
2026-02-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Impact of domain anisotropy on the inverse cascade in geostrophic turbulent convection
研究了区域各向异性对快速旋转Rayleigh-Bénard对流(RRBC)地转湍流区逆级联的影响。在水平方向具有方形截面的周期性畴中,存在充满畴的偶极态。对于矩形周期域的Kolmogorov流组成的周期性阵列的交替单向射流与嵌入式涡观察,连同一个潜在的弱曲折横向射流。在由外部施加的小振幅噪声驱动的弱耗散二维流中以及在经典流体静力学地转湍流中发生的类似转变是无粘能量守恒和位涡拟能的结果,并且可以使用统计力学考虑来理解。RRBC代表了一个重要的三维系统,只有一个无粘不变量,但表现出大尺度结构驱动的内在产生的波动。
2017-11-06 physics.flu-dyn
Continuous cascades in the wavelet space as models for synthetic turbulence
我们介绍了广泛的家庭的随机过程,获得的自相似本地化的“波形”的乘法强度的理查森级联图片的湍流的精神的总和。我们建立的收敛性和最小正则性我们的建设。我们证明了它的连续小波变换具有随机自相似性和多重分形标度特性。该模型构成了一个固定的,“网格自由”,扩展$\cal W$ -级联介绍了在过去的Arnodo,Bacry和Muzy使用小波正交基。此外,我们的方法一般提供了多重分形随机函数,是不是不变的时间反转,因此能够占歪斜的多重分形模型和所谓的“杠杆效应”。在这方面,它可以很好地适合于提供合成湍流模型或再现金融市场资产价格波动的主要观察特征。
2018-12-07 physics.data-an physics.flu-dyn
A model differential equation for turbulence
提出了一个能谱服从非线性扩散方程的唯象湍流模型。该方程考虑了原始纳维-斯托克斯方程的标度性质,具有Kolmogorov-5/3级联和热力学平衡谱作为精确的稳态解。在这个模型中的一般稳态包含一个非线性的恒流和热力学成分的混合物。这种“暖级联”解描述了耗散尺度附近的频谱停滞瓶颈现象。自相似的解决方案描述了有限的时间形成稳定的级联进行了分析,发现表现出非平凡的标度行为。
2003-04-22 physics.flu-dyn
The dynamical role of vortices in the two-dimensional inverse cascade of turbulence
INFN(意大利国家核物理研究所)
通过高分辨率数值模拟分解涡旋与背景分量,揭示二维湍流逆级联中涡旋分量对能谱及科尔莫戈罗夫标度的影响,推导并验证相关平衡关系。
2026-09-02 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
Mathematical Theorems on Turbulence
Stony Brook University(石溪大学)
本文探讨湍流中若干重要数学定理,总结了这些定理对经典湍流理论的约束作用。
2026-02-04 math-ph math.AP math.MP
On the use of Kolmogorov-Landau approach in deriving various correlation functions in 2-D incompressible turbulence
本文研究了二维各向同性均匀衰减湍流中的各种关联函数,其中包括速度场和涡量场,我们采用了Kolmogorov的更直观的方法(以及随后的Landau在他的关于流体动力学的文本中),并表明如何以更简单的方式建立使用其他方法获得的2-D湍流结果。本文还讨论了Kolmogorov-Landau方法在涡度拟能级联区不能得到"八分之一定律“的问题,这可能会再次引起二维湍流中对数修正的范围。
2007-04-25 cond-mat.other physics.flu-dyn
Lagrangian Finite-Time Fluctuation Relation in isotropic turbulence
本文在各向同性湍流中检验非平衡热力学涨落关系,发现有限时间平均的熵产生率概率比仅在拉格朗日框架下呈指数行为,而在欧拉固定位置不成立,从而为湍流能量级串的热力学描述提供了新证据。
2025-07-03 physics.flu-dyn
Dynamics of fast magnetosonic wave turbulence
Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP), CNRS, École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, Université Paris-Saclay, Sorbonne Université, Observatoire de Paris(等离子体物理实验室,法国国家科学研究中心,巴黎综合理工学院,巴黎理工学院,巴黎萨克雷大学,索邦大学,巴黎天文台)
本文研究了快磁声波湍流的动力学,通过数值模拟波湍流动能方程,探讨了弱非线性快磁声波能量谱的演化,提出了Kolmogorov型现象学解释能量和积分长度尺度的时间衰减规律,并展示了在强迫模拟中,湍流由反向和正向级联混合组成,其中前者更强。
2026-10-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Nonlocal energy transfer mechanism in three-dimensional quantum turbulence
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, LEGI(格勒诺布尔阿尔卑斯大学,法国国家科学研究中心,格勒诺布尔理工学院,流体力学与能源实验室)
研究零温度量子湍流中的动能传递,揭示非局域能量传输机制,绕过经典能量级联,产生非经典能量谱。
2026-03-23 physics.flu-dyn
Origin of the inverse energy cascade in two-dimensional quantum turbulence
我们建立了二维量子湍流中团簇涡旋的逆能量级联和空间关联之间的统计关系。惯性尺度$r$上的柯尔莫哥洛夫谱$k^{-5/3}$对应于具有不同符号的涡之间的成对关联函数,其衰减为幂律,其中成对距离被给定为$r^{-4/3}$。为了检验这些标度关系,我们提出了一种新的强迫和耗散点涡模型,捕捉湍流动力学的量子化涡的紧急集群的同号涡。在统计中性系统中发展的逆能量级联起源于这种随时间演化的涡团。
2017-05-10 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
The interaction of droplet dynamics and turbulence cascade
在Kolmogorov-Hinze框架中描述了湍流中液滴破碎的动力学。然而,当相之间的强相互作用和聚结变得相关时(这在大多数流动中很常见),在较高浓度下缺乏定量理论。在这里,我们解决这个问题,通过一个完全耦合的数值研究的液滴动力学在高雷诺数的湍流。通过时间-空间谱统计,目前无法访问的实验,我们表明,该过程的特征尺度,欣泽规模,可以精确地确定为规模的净能量交换,由于毛细作用是零。大于该尺度的液滴优先破碎,从流中吸收能量;相反,较小的液滴经历快速振荡,并倾向于合并,向流释放能量。此外,我们链接的液滴尺寸分布与湍流耗散的概率分布。这表明碎裂过程的关键是局部能量通量,它在大尺度上主导着碎裂过程,证明了碎裂过程的局部性。
2022-06-16 physics.flu-dyn
Hidden Turbulence in van Gogh's \textbf{\textit{The Starry Night}}
本研究遵循Richardson-Kolmogorov湍流级联图像分析了《星月夜》中所有漩涡,发现其亮度功率谱呈现$-5/3$幂律,揭示了画作中隐藏的湍流物理规律。
2024-09-27 physics.flu-dyn
Kubo Combinatorics for Turbulence Scaling Laws
我们提出了一个扩展Kolmogorov的完善的相似性假设的普遍充分发展的湍流。扩展在Z中应用。她和E。惯性距离标度的莱维克多重分形模型及其推广。我们的修改纠正了一个明显的差距之间的隐式连续的长度尺度在Obukhov的湍流能量级联的概念,和来自Kolmogorov的精致的相似性假设,缺乏无限可分性的标度律模型。的发展具有普遍的充分发展的湍流,一个国家,我们明确描述的速度波动和平均能量耗散在所有订单之间的耦合。这种描述是独特的,并导致重新参数化的She-Leveque模型,保留其原始的预测,是无限可分的。
2021-10-10 physics.flu-dyn
On $p$-adic cascade equations of hydrodynamic type in modeling fully developed turbulence
提出了一个具有两个运动积分的$p$ -adic流体力学型方程。该方程可看作是充分发展湍流中能量耗散的模型叶栅方程。一些特殊的情况下,所提出的方程进行了详细说明,它表明,对于一个特定的参数选择,他们有固定的解决方案,对应于2/3 Kolmogorov-Obukhov定律。可能的进一步研究所提出的模型进行了讨论。
2020-06-12 math-ph math.AP math.DS
Vortex annihilation and inverse cascades in two dimensional superfluid turbulence
我们研究了二维超流湍流,采用有效的描述有效的极限超流涡的密度是参数小。在足够低的温度下,有效的描述产生逆级联与柯尔莫哥洛夫能谱$E(k) \sim k^{-5/3}$。用$N(t)$表示涡的数目作为时间的函数,我们发现,涡的湮灭率的标度类似于$\dot N \sim N^{5/3}$的状态与反级联和$\dot N \sim N^2$的层流。
2014-11-10 cond-mat.quant-gas hep-th nlin.CD
Cascades in nonlocal turbulence
我们考虑了2D Gross-Pitaevsky模型中的发达湍流,该模型描述了从原子和光学物理到凝聚态物质、流体和等离子体的各种现象。众所周知的困难的问题是,在弱湍流近似的逆和正叶栅的假设的本地频谱进行要么是零或有错误的符号的通量,这样的频谱不能实现。我们解析推导出精确的通量恒常法(类似物的Kolmogorov的4/5定律不可压缩流体湍流),表示通过四阶矩和有效的任何非线性。我们确认直接数值模拟的通量定律。我们表明,一个恒定的通量实现了非局域波相互作用的直接和反级联。在两个叶栅中,波谱(二阶矩)接近于轻微(热力学)扭曲的热平衡。
2015-03-11 nlin.CD physics.flu-dyn
Simultaneous numerical simulation of direct and inverse cascades in wave turbulence
本文给出了在哈密顿方程框架下对表面重力波各向同性湍流的直接数值模拟结果。第一次同时形成的直接和逆级联观察到的原始动力学方程的框架。同时,形成了较强的长波背景。结果表明,得到的柯尔莫哥洛夫光谱是非常敏感的存在下,这种凝聚。这种情况对于实验波浪水槽、水槽和小湖泊来说是典型的。
2008-05-04 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Inverse Energy Cascade in Forced 2D Quantum Turbulence
我们在一个受迫二维量子涡旋湍流的极小模型中证明了一个逆能量级联。我们模拟的Gross-Pitaevskii方程的运动超流体强迫由一个固定的网格的障碍电位,和阻尼由一个固定的热云。强迫注入大量的涡旋能量到系统中的规模在几个愈合长度。强迫和阻尼的制度,涡能被有效地传输到大的长度尺度通过一个逆能量级联与集群的增长相同的循环涡,柯尔莫哥洛夫标度律在动能频谱在一个很大的惯性范围内,和频谱凝聚的动能在系统大小的规模。我们的研究结果提供了明确的证据,以前在各种经典系统中观察到的逆能量级联现象,也可以发生在量子流体中。
2013-02-18 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Asymmetric dual cascade in gravitational wave turbulence
通过数值模拟引力波湍流衍生的四阶非线性扩散方程,发现受迫与衰减湍流中能量与波作用呈现不对称双级联,揭示了波作用谱向高波数扩展及新的时间演化标度律。
2025-01-28 gr-qc nlin.CD physics.flu-dyn
Locality of triad interaction and Kolmogorov constant in inertial wave turbulence
利用Galtier(2003)提出的快速旋转不可压缩流体的波动湍流理论,我们找到了动力学方程解必须满足的局部性条件。我们证明了精确的各向异性Kolmogorov-Zakharov(KZ)谱满足这些条件,从而证明了该常(正)能流解的存在性。虽然直接级联预测在横向($\perp$)和平行($\parallel$)方向的旋转轴,我们数值计算表明,在后一种情况下,一些三元相互作用可以有一个负的贡献的能量通量,而在前一种情况下,所有的相互作用有助于一个正通量。忽略平行能流,我们估计柯尔莫哥洛夫常数在$C_K \simeq 0.749$。这些结果为最近的数值和实验研究提供了理论支持。
2022-12-09 math-ph math.MP nlin.CD