Experimental evidence of Kelvin wave turbulence along a vortex core
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；LPENS（物理环境与纳米结构实验室）；ENS（巴黎高等师范学院）；Université PSL（巴黎文理研究大学）；Institut Universitaire de France（法兰西学院）
该研究首次在受控条件下对经典流体中沿单根涡丝的开尔文波湍流进行直接实验观测，用高分辨率测量解析其动力学，确定六波共振相互作用为能量转移机制，建立了研究沿涡丝能量传输的实验平台。
2026-07-09 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Renormalized HVBK dynamics for Superfluid Helium Turbulence
我们回顾了Hall-Vinen-Bekarevich-Khalatnikov（HVBK）方程的超流氦湍流，并讨论了它们的影响，最近的测量超流湍流衰减。这些方程的新汉密尔顿公式对涡线速度进行了重新规范化，以纳入有限温度效应。这些效应也使超流和正常流体组分间相互摩擦力的耦合常数重整化为rho_s / ρ（超流质量分数），但涡线张力不受影响。因此，原始HVBK形式在零温度下恢复，其相互摩擦系数在非零温度下重整化。HVBK方程保持其形式，没有添加新的参数。然而，温度依赖的权衡之间的相互摩擦耦合和涡线张力。通过这种新的哈密顿方法得到的重正化HVBK方程意味着一个动力学方程的空间积分涡缠结长度，这是测量的量在超流湍流中的第二声衰减实验。一个泰勒-普劳德曼定理也出现了超流涡，表明稳定的涡线速度变成柱状快速旋转。
2001-03-23 nlin.CD
Gradual eddy-wave crossover in superfluid turbulence
本文对绝对零度附近的超流湍流理论进行了修正，提出了一个微分近似的模型，用于描述量子化涡线的集体流体动力学运动和它们各自的不相关运动（Kelvin波）所携带的k空间中的能量通量。该模型预测系统的流体动力学和开尔文波分量的能谱，在有限的尺度范围内，不同的运动制度之间经历了一个平滑的交叉。
2008-07-08 nlin.CD physics.flu-dyn
The interaction of Kelvin waves and the non-locality of the energy transfer in superfluids
我们认为，相互作用的开尔文波（KW）的物理是非常不平凡的，不能理解的基础上的纯尺寸推理。超流体中KW湍流的自洽理论应该建立在对它们之间相互作用的明确认识的基础上。为了实现这一点，我们提出了一个详细的计算和综合分析的相互作用系数的KW湍流，从而解决以前的错误所产生的不明贡献。作为这种分析的第一个应用，我们导出了一个新的局部非线性（偏微分）方程。该方程比Biot-Savart方程更简单，用于分析和数值模拟KW，并且与完全可积的局部感应近似（其中KW之间没有能量交换）相反，描述了KW的非线性动力学。其次，我们表明，以前建议的Kozik-Svistunov能谱的KW，这是经常被用来在超流湍流的实验和数值数据的分析，是无关紧要的，因为它是基于一个错误的假设，通过尺度的能量传递的局部性。此外，我们证明了弱的非局部性的逆级联光谱与一个恒定的粒子数通量，并找到由此产生的对数修正这个频谱。
2010-02-14 cond-mat.supr-con nlin.CD nlin.SI
Energy spectra of developed superfluid turbulence
超流液体中的湍流谱被量子化涡旋与液体法向分量之间的相互摩擦所引起的非线性能量耗散所修正。在表征超流体流动的两个雷诺数的某些区域，我们发现了新的充分发展的湍流状态。此状态显示Kolmogorov-Obukhov 5/3-标度律$E_k \propto k^{-5/3}$和新的“3-标度律”$E_k \propto k^{-3}$，每个都在$k$的良好分离范围内。
2004-09-03 cond-mat.soft nlin.CD
Local induction approximation in the theory of superfluid turbulence. Numerical consideration
毕奥-萨伐尔定律的局部诱导近似（LIA）常用于超流湍流理论中旋涡动力学的数值和解析研究。在本文中，使用数值模拟，一些特点的直线感应器被认为是。数值研究了涡圈谱的时间演化。
2003-03-31 cond-mat nlin.CD physics.flu-dyn
Competition between rotation and turbulence in superfluid He$^4$
超流$^4$ He中的两种涡旋态已被大量研究。第一种是旋转容器中的涡流阵列。二是湍流中的旋涡缠结。几年前，人们曾试图通过旋转逆流来结合这两种状态。这些数据表明，存在不同的流动状态分离的不稳定性，但理论解释仍然缺失。我们目前的工作中，我们使用涡丝模型数值研究旋转逆流。我们展示了一种新的极化湍流状态的证据。
2002-06-14 cond-mat.soft nlin.CD
On developed superfluid turbulence
超流湍流由两个无量纲参数决定。其中之一是表征作用在涡旋上的摩擦力相对于非耗散力的相对值的内禀参数q。反参数1/q的作用与经典流体力学中的雷诺数Re=UR/ν相同。它标志着涡动力学的“层流”和湍流状态之间的过渡。在经典流体力学中，当Re >> 1时，湍流发展为Kolmogorov级联。在超流体中，发展的湍流发生在q << 1。超流湍流的另一个参数是超流雷诺数Re_s=UR/κ，它包含了表征超流中量子化涡量的循环量κ。两个参数q和Re_s控制两类超流湍流之间的交叉或过渡：（i）经典区域，其中Kolmogorov级联（可能由相互摩擦引起的非正则耗散修正）是有效的，涡是局部极化的，涡量的量子化并不重要;和（ii）Vinen量子湍流，其中性质由涡量的量子化决定。提出了这些动态涡旋态的相图。
2004-05-21 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Multiscaling in superfluid turbulence: A shell-model study
利用三维Hall-Vinen-Bekharevich-Khalatnikov（HVBK）方程的壳模型，研究了三维超流湍流中正常速度结构函数和超流速度结构函数的多尺度行为.我们的3D-HVBK壳模型基于Gledzer-Okhitani-Yamada（GOY）壳模型。我们研究的多标度指数的正常流体分数和相互摩擦系数的依赖性。我们对3D-HVBK壳模型的深入研究表明，超流湍流中速度结构函数的多尺度行为比流体湍流中更为复杂。
2015-08-05 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech nlin.CD
Local induction approximation in the theory of superfluid turbulence
毕奥-萨伐尔定律的局部诱导近似（LIA）常用于涡动力学的数值和分析研究（特别是在超流湍流理论中）。本文利用重整化群（RG）方法研究了LIA的一些性质。给出了LIA方程的精确统计解。威尔逊对RG程序的处理中出现的“边际”条件的问题受到关注。
2003-02-07 cond-mat nlin.CD physics.flu-dyn
Classical and quantum regimes of the superfluid turbulence
我们认为，在超流体的湍流是由两个无量纲参数。其中之一是内参数q，它表征了作用在相对于热浴移动的涡流上的摩擦力，其中1/q与经典流体力学中的雷诺数Re=UR/ν起着相同的作用。它标志着涡动力学的“层流”和湍流状态之间的过渡。在经典流体力学中，当Re >> 1时，出现Kolmogorov级联描述的发展湍流;在超流流体力学中，当q << 1时，出现Kolmogorov级联描述的发展湍流。超流湍流的另一个参数是超流雷诺数Re_s=UR/κ，它包含了表征超流中量子化涡量的循环量κ。这个参数可以调节两类超流湍流之间的交叉或过渡：（i）经典的Kolmogorov级联状态，其中涡是局部极化的，涡量的量子化并不重要;和（ii）量子Vinen湍流，其性质由涡量的量子化决定。提出了动态涡旋态的相图。
2003-10-20 cond-mat hep-ph nlin.CD
Interaction and decay of Kelvin waves in the Gross-Pitaevskii model
通过数值求解Gross-Pitaevskii方程，研究了超流涡旋上Kelvin波的动力学性质。在确定色散关系后，我们监测开尔文波的湍流衰减，能量最初集中在大的长度尺度。在中等长度尺度下，我们发现衰变与理论模型的标度预测是一致的。最后，我们报告的意外存在的大长度尺度声子的系统。
2013-08-04 cond-mat.quant-gas nlin.CD physics.flu-dyn
Formation of Large-Amplitude Low-Frequency Waves in Capillary Turbulence on Superfluid He-II
本文报道了超流氦He-Ⅱ表面毛细波参量衰减不稳定性的实验和理论研究结果。它表明，在一个系统中的湍流毛细管波的低频波产生的毛细管湍流的直接Kolmogorov-Zakharov级联。讨论了低频阻尼和波浪谱离散性的影响。
2014-08-11 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
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
Energy Spectra of Developed Turbulencein Helium Superfluids
基于超流体的双流体描述，我们提出了一个三维湍流能谱的“极小模型“。我们从正常流体的纳维-斯托克斯方程和超流组分的粗粒流体动力学方程出发（在涡线上求平均值后，从欧拉方程获得超流速度），并引入与逆流速度、平均超流涡度和温度相关参数$q=α/(1+α')$成比例的互摩擦耦合项，其中，$α$和$α'$表示表征量化涡旋和液体的法向分量之间的相互摩擦的无量纲参数。然后，我们推导出的能量平衡方程，考虑到交叉速度的相关性。我们得到了所有的渐近解正常和超流的能量谱的小/大正常超流密度比和耦合的极限情况下。我们讨论了我们的模型的适用性限制，超流He II和$^3$ He-B和可用的实验数据的模型预测进行比较。
2006-06-01 nlin.CD physics.flu-dyn
Energy Spectrum of Superfluid Turbulence without Normal Fluid
在涡丝模型下，对无正常流体的超流湍流能谱进行了数值研究。在完全非局域毕奥-萨伐尔定律下计算了泰勒-格林涡旋的时间演化。结果表明，当k<2 π/l时，能谱与Kolmogorov的-5/3定律非常相似，这是常规湍流最重要的统计性质，其中k为速度场Fourier分量的波数，l为平均涡间距。涡长分布变得服从反映缠结自相似性的标度性质。
2002-09-03 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Homogeneous Isotropic Superfluid Turbulence in Two Dimensions: Inverse and Forward Cascades in the Hall-Vinen-Bekharevich-Khalatnikov model
本文首次对Hall-Vinen-Bekharevich-Khalatnikov双流体模型中二维超流湍流的统计特性进行了直接数值模拟研究。我们发现，正常流体和超流的能谱可以表现出两个幂律制度，第一个与逆级联的能量和第二个与前向级联的拟能。我们通过获得它们之间的角度和它们的模量的比率的概率分布函数来量化相互摩擦引起的正常和超流速度的对齐。我们的研究为实验提供了具体的建议。
2014-09-16 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech nlin.CD
Inertial Particles in Superfluid Turbulence: Coflow and Counterflow
本文采用伪谱直接数值模拟方法（DNSs）求解三维超流氦的Hall-Vinen-Bekharevich-Khalatnikov（HVBK）模型。然后，我们探讨的统计特性的惯性粒子，在同向流和逆流超流湍流（ST）的三维HVBK系统的粒子运动是由广义的Maxey-Riley-Gatignol方程。我们首先通过显示存在大的涡柱来表征逆流ST的各向异性。轻的粒子在被吸引到这些圆柱上时表现出受限的运动，并形成大的团簇;相比之下，重的粒子则从这些旋涡区域中被驱逐。我们在三维HVBK ST中对这种惯性粒子的统计进行了分析：（1）对于我们模型中的不同参数值，粒子位置之间的平均角$Θ(τ)$（由时滞$τ$分隔）在（a）耗散和（b）惯性范围中表现出两个不同的标度区域;特别是，在大$τ$时，$Θ(τ)$的值取决于${\bf U}_{ns}$的大小。(2)三维HVBK湍流的不可逆性是通过计算惯性粒子能量增量的统计来量化的。(3)能量增量的概率分布函数（PDF）与最近超流湍流不可逆性的实验研究直接相关;我们发现，与这些实验一致，对于逆流ST，此PDF的偏斜度不如同向流ST或经典流体湍流的相应值明显。
2023-01-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Transition to superfluid turbulence governed by an intrinsic parameter
经典流体和量子流体中的流体动力学流动可以是层流或湍流。为了描述后者，在湍流中的涡用稳定的涡丝来模拟。虽然这是经典流体中的理想化，但涡旋是超流体中真正拓扑稳定的量子化对象。因此，超流湍流被认为是重新理解湍流的关键。由于费米子超流3 He的流体动力学特性在实验可及的温度范围内存在很大变化，因此它提供了进一步的可能性。在研究超流3 He的B相流体动力学时，我们发现在0.60Tc处两个区域之间存在急剧的转变，高温时具有规则的行为，低温时具有湍流。与经典流体不同，这种转变对速度不敏感，并且发生在耗散涡阻尼下降到临界极限以下的温度下。这一发现解决了3 He-B中现有的高温和低温测量之间的冲突：在旋转流中的高温下，观察到注入到超流中的涡环单调地扩展为单一的直线涡线，而在非常低的温度下，可以在具有振动线的静止浴中产生量子化涡线的缠结网络。这一矛盾的解决揭示了超流湍流存在的一个新的内在判据。
2003-04-25 cond-mat nlin.CD physics.flu-dyn
Intermittent Switching between Potential Flow and Turbulence in Superfluid Helium at mK Temperatures
研究了在25 mK温度下振荡微球周围的超流流动。稳定的层流低于临界速度和湍流在大驱动器被发现被分离低于0.5 K的中间范围的驱动力，其中的流动是不稳定的，间歇性的层流和湍流相之间的切换。我们记录了这种切换现象的时间序列，并对切换概率进行了统计分析。湍流相的平均寿命随着驱动力的增加而增加，在临界值处变为无穷大。层流相在临界速度以上的稳定性受到自然背景放射性或宇宙射线的限制。
2000-09-20 cond-mat nlin.CD physics.flu-dyn
Observation of an Inverse Energy Cascade in Developed Acoustic Turbulence in Superfluid Helium
本文报道了在He Ⅱ中观测到的第二声-声湍流中的逆能量级联.它的发作发生在临界驱动能量之上，并伴随着巨浪，这些巨浪构成偶尔出现在海洋表面的流氓波的声学模拟。发展了这一现象的理论，并与实验结果相吻合。
2009-01-27 cond-mat.other nlin.CD physics.flu-dyn
Interaction between active particles and quantum vortices leading to Kelvin wave generation
超流体的主要特征之一是存在量子循环的拓扑缺陷。这些物体被称为量子涡旋，并表现出流体动力学行为。如今，粒子是用来可视化量子涡旋和研究其动力学的主要实验工具。我们使用基于三维Gross-Pitaevskii（GP）方程的自洽模型，从理论和数值上探索极低温下粒子与量子涡旋之间的吸引力相互作用。粒子被描述为局部势耗尽超流体和牛顿动力学。我们能够推导出一个简化的中心力模型，它只依赖于经典的自由度的粒子。这种模型被发现是一致的GP模拟。然后，我们推广的模型，包括变形的涡丝。由此产生的远程相互作用定性再现观察到的产生的尖点的涡丝在粒子的方法。此外，我们表明，粒子可以激发开尔文波的涡丝通过共振机制，即使他们仍然远离它。
2019-02-04 cond-mat.other nlin.CD physics.flu-dyn
