On the strength of the nonlinearity in isotropic turbulence
由纳维-斯托克斯方程控制的湍流显示出向非线性减小的状态发展的趋势。在充分发展的湍流中,这种趋势可以通过将非线性项的方差与在具有相同能量分布的高斯场中测量的相同量的方差进行比较来测量。为了研究这一现象在高雷诺数,直接相互作用近似的一个版本是用来获得一个封闭的表达式的统计平均的均方非线性。的波数谱的均方非线性项的评价和其在惯性范围内的缩放作为雷诺数的函数进行了研究。它的缩放是由充满活力的尺度扫描为主,但这种扫描是弱于随机扫描估计预测。在惯性范围尺度,损耗的非线性波数的函数被观察到是恒定的。在大的,它是观察到的均方非线性大于其高斯估计,这被证明是相关的非高斯性在这些尺度上的应力波动。
2013-08-01 nlin.CD physics.flu-dyn
Transient Growth in Shear Flows: Linearity vs Nonlinearity
在文献中,有两种方法来处理剪切流向湍流的转变问题。第一个是线性的瞬态增长,其重点是最“危险”(最低能量)的可能形式的连续性触发的干扰。第二个是层流湍流边界的非线性计算,而不是集中在他们的典型振幅。我们希望通过考虑完全非线性的瞬态增长问题来估计最危险的扰动的形式和幅度,从而弥合这两个观点之间的差距。因此,我们发现了一个新的非线性最优扰动,它在相同的初始能量下比众所周知的线性最优扰动增长得更快,并且在触发湍流方面更有效。结论是,最危险的干扰可以显着不同于传统的线性瞬态增长分析预测。
2010-05-10 physics.flu-dyn
Depletion of Nonlinearity in Magnetohydrodynamic Turbulence: Insights from Analysis and Simulations
我们建立在流体湍流研究的最新发展[Giant \textit{et al.} Nonlinearity 27,2605(2014)]的基础上,以定义$ω^\pm= ω\pm j$的适当缩放的阶数$m$矩$D_m^{\pm}$,其中$ω$和$j$分别是三维磁流体动力学(MHD)中的涡度和电流密度。我们显示的数学分析,为单位磁普朗特数$P_M$,这些时刻可以用来确定三种可能的制度的MHD方程的解决方案,这些制度是指定的不等式$D_m^{\pm}$和$D_1^{\pm}$。然后,我们比较我们的数学结果与我们的直接数值模拟(DNSs),从而表明,3D MHD湍流就像它的流体湍流对应的所有解决方案,我们已经调查,保持在\textit{only one of these regimes},这个制度已经耗尽非线性。我们研究的影响,我们的研究结果的指数$q^{\pm}$的能量谱$\mathcal{E}^{\pm}(k)$上的波数$k$的幂律依赖的特征,在惯性范围内的尺度。我们还评论(a)推广我们的结果的情况下$P_M \neq 1$和(b)之间的关系$D_m^{\pm}$和顺序$m$力矩的梯度的流体动力场,这是用来在湍流中的不稳定性的特征。
2016-05-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Weak versus strong wave turbulence in the MMT model
在流体湍流的精神,我们考虑一维Majda-McLaughlin-Tabak(MMT)模型,描述了非线性色散波的相互作用。我们进行了详细的数值研究的直接能量级联在离焦制度。特别地,我们考虑具有大尺度强迫和小尺度耗散的配置,并且我们引入三个无量纲参数:非线性和色散之间的比率ε,以及雷诺数的类似物Re,即在大尺度和小尺度下非线性和耗散时间尺度之间的比率。我们的数值实验表明:(i)在小ε的极限下,统计稳定区观测到的谱斜率与弱波湍流(WWT)理论预测的谱斜率一致。(ii)随着非线性的增加,WWT理论被打破,并观察到与其预测的偏差。(iii)结果表明,这种偏离WWT的理论预测是伴随着的现象,典型的三维流体湍流。我们计算的结构函数以及概率密度函数的波场在每一个尺度,并表明,的程度依赖于ε。
2016-09-06 physics.flu-dyn
On Constructing the Minimal Seed of Turbulence: Nonlinear Transient Growth
线性瞬态增长分析通常用于提出扰动的结构,这些扰动在剪切流中触发向湍流的转变方面特别有效。我们证明,除了非线性的分析,可以大大改变预测在管流从简单的2维流向辊展向和横向流局部的3维状态。这种新的非线性最优是证明更有效地触发湍流比线性最优,表明有更好的方法来设计扰动,以实现过渡。
2010-09-03 physics.flu-dyn
Elastic wave-turbulence and intermittency
弱波湍流理论是一种强有力的理论,可以预测各种相关物理现象的统计观测值,如海浪,磁流体力学和非线性光学。该理论是基于小的非线性极限允许的渐近封闭。在这里,我们探讨了从这个平均场框架的可能偏差,在异常标度,专注于弹性板的情况下。我们建立的图片可能的行为在不同程度的非线性,我们表明,平均场论是适当的,当所有的激发尺度仍然占主导地位的线性动力学。另一幅图是不平凡的,我们的研究结果表明,当大尺度包含大量的能量,级联维持极端事件在小尺度和系统显示不稳定性。
2015-11-10 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A statistical state dynamics approach to wall-turbulence
本文回顾了使用统计状态动力学(SSD)研究壁面约束湍流的结果,这些结果表明,采用这种观点来理解壁面约束剪切流中的湍流是有益的。在这项工作中使用的SSD方法采用了二阶封闭隔离的流向平均值和扰动协方差的等效之间的相互作用。这种封闭性限制了SSD中的非线性,使其明确保留在流向常数平均值中,以及平均值与扰动协方差之间的非线性相互作用。这种动力学限制,其中明确的扰动扰动非线性被删除的扰动方程,结果在一个简化的动力学被称为限制非线性(RNL)动力学。RNL系统中的一个有限数量的实现的扰动方程的合奏共享相同的平均流量提供了易于处理的近似的等效无限合奏RNL系统。无限系综系统,简称为S3 T,介绍了新的分析工具,研究湍流。具有单个系综成员的RNL也可以被看作是RNL动力学的一种实现。RNL系统提供了计算效率高的方法来近似SSD,产生自维持湍流,其表现出与直接数值模拟(DNS)中观察到的定性特征相似,尽管其大大简化了动力学。最后,我们表明,RNL湍流可以支持少到一个单一的流向变化的组件与流向恒定的平均流相互作用,明智地选择这个截断的支持,或“频带限制”,可以用来提高定量精度的RNL湍流。结果表明,SSD方法提供了新的分析和计算工具,允许新的见解壁湍流。
2016-12-09 physics.flu-dyn
Gravitomagnetic relativistic effects on turbulence
重力磁场的影响下的流体物质的动力学制定和充分发展的湍流的情况下解决。重力磁效应降低了湍流的涡的复杂性和非线性,甚至导致其在大体积内的灭绝,并产生偏离Kolmogorov湍流标度,这是通过维度和精确的分析参数的组合来解释的。
2020-05-21 gr-qc physics.flu-dyn
The Effect of Discrete Resonant Manifold Structure on Discrete Wave Turbulence
我们考虑有限周期域中非线性色散波的长期动力学。的工作的目的是表明,波场的统计特性依赖于离散共振流形(DRM)的结构至关重要。为了证明这一点,我们模拟的二维MMT方程的合理和不合理的环面,导致显着不同的幂律谱和能量级联在低非线性水平。这种差异是解释在不同的结构的DRM,它利用最近的数论结果。
2020-08-26 physics.flu-dyn
Robust energy transfer mechanism and critically balanced turbulence via non-resonant triads in nonlinear wave systems
在非线性波系统中发现了一种稳健的能量传递机制,该机制有利于通过非共振三元组向相互作用的模式传递,适用于气象学、非线性光学和等离子体波湍流。当非共振三和弦的频率失配平衡系统的非线性频率时,传输效率最大:在振荡幅度的中间水平处,触发不稳定性,探索周期轨道的不稳定流形,因此湍流级联在中间非线性处最有效。数值模拟证实了分析预测。
2013-09-02 nlin.CD physics.flu-dyn
Dipoles and streams in two-dimensional turbulence
根据建议,从蒙特卡洛实验在希门尼斯,J。2020),偶极子对于衰减的二维湍流的动力学和单独的涡核一样重要,发现该流动的动能由偶极子的级联形成的细长流携带。漩涡分离成一个小的快速移动的核心家庭,和另一个家庭的较大的缓慢移动的,这可以被描述为'冻结'成一个缓慢演变的'晶体'。这两个家族的运动学非常不同,只有前者是自相似的。后者是负责大部分的动能的流动,和它的涡流形成偶极子和流。机制进行了讨论,这个缓慢的组件的增长。
2020-09-08 physics.flu-dyn
A novel model of wave turbulence
本文提出了一种新的波浪湍流D模型,它可以在一个单帧中再现各种非线性波现象,如不连续性、能量级联的形成和方向、由于直接能量级联而可能产生的非线性增长等,这些现象取决于初始状态。没有使用统计假设,所有的影响都是由于不同模式的行为。经典的能谱$E_ø\sim ø^{-ν}, \ ν= \const >0,$的色散函数的形式$ ø\sim k^{\a}, \ \a>0$获得作为一个特殊的情况下,更一般的形式的能谱:$E_ø \sim ø^{-ν}, \ 2+\a^{-1}\le ν\le 2(2+\a^{-1})$其中的大小$ν$的初始激发的参数定义。D模型是一种通用的模型,它可以扩展为包括耗散、强迫等在内的一系列更精细的模型。D模型可以应用于流体力学、非线性光学、电动力学、对流理论等领域中出现的众多波动湍流系统的实验和理论研究。
2011-05-10 physics.flu-dyn
Performance of eddy-viscosity turbulence models for predicting swirling pipe-flow: Simulations and laser-Doppler velocimetry
我们使用激光多普勒测速(LDV)实验和雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模拟研究的特征流模式下游的一个标准化的顺时针旋流扰动发生器。在量化网格尺寸的影响后,我们评估了各种涡粘性湍流模型在提供合理的近似实验参考方面的潜力。湍流模型的选择反映了当前的行业实践。我们的研究结果表明,从$k$ - $ε$家庭的模型更准确地预测旋流比从$k$ - $ω$家庭的模型。对于充分分辨的网格,可实现的$k$ - $ε$模型提供了最精确的速度幅值近似,尽管它未能捕获由标准$k$ - $ε$模型和RNG $k$ - $ε$模型准确预测的小尺度流动结构。在整篇文章中,我们强调了旋转流RANS湍流模型选择的实际指导。
2015-10-26 physics.flu-dyn
4-wave dynamics in kinetic wave turbulence
本文考虑了具有四次共振的一般哈密顿波系,在具有随机相位的弱相互作用色散波连续统的标准动力学极限下。在“相互作用表示”和小非线性参数的微扰展开中获得了多模特征函数$Z$的演化方程。进行频率重整化以去除在3波情况下不出现的线性项。Feynman-Wyld图被用来平均相位,导致$Z$的一阶微分演化方程。一个方程的层次,类似于低密度气体的玻尔兹曼层次,它保留了时间的随机相位和振幅的属性。这相当于一个通用的形式主义的$N$模式和1模式的PDF方程的4波湍流系统,适用于数值模拟和调查的不稳定性。
2017-09-29 physics.flu-dyn
Turbulence in the highly restricted dynamics of a closure at second order: comparison with DNS
随机结构稳定性理论(Stochastic Structural Stability Theory,S3 T)采用二阶封闭来获得统计平均湍流状态的动力学。当S3 T被实现为一组耦合方程的流向平均和扰动状态,在动态的非线性被限制到平均和扰动之间的相互作用。S3 T统计平均状态动力学可以通过类似地限制在全纳维-斯托克斯方程(称为NS系统)的直接数值模拟(DNS)中使用的动力学来近似地实现。虽然这种限制的非线性系统(称为RNL系统)在其动力学大大简化相关联的NS相比,它仍然自我维持的湍流状态在壁有界剪切流的结构和动力学在观察到的湍流。此外,RNL湍流可以有效地使用理论方法来研究密切相关的S3 T系统。为了更好地理解RNL湍流及其与NS湍流的关系,对这些系统的结构和动力学诊断进行了广泛的比较。虽然定量的差异被发现,结果表明,在RNL系统中的湍流密切平行,在NS和建议的S3 T/RNL系统提供了一个有前途的降低复杂性模型研究湍流壁有界剪切流。
2014-01-30 physics.flu-dyn
Generalized description of intermittency in turbulence via stochastic methods
我们提出了一个广义的图片的湍流,是基于随机过程的理论。为此,我们依赖于R.~的实验和数值验证的发现。Friedrich和J.~ Peinke [Phys. Rev. Lett. 78,863(1997)],允许解释的湍流能量级联作为一个马尔可夫过程的速度增量的规模。它明确表明,所有已知的湍流现象模型可以再现的Kramers-Moyal扩展的速度增量概率密度函数,是与马尔可夫过程。我们比较了不同的Kramers-Moyal系数的每一种现象,并推导出一个准确的描述的不连续性应考虑到无限数量的系数。这是证明在更详细的情况下,伯格斯湍流,表现出最强的湍流效应。此外,通过对广义Burgers方程的直接数值模拟,研究了非局域性对Kramers-Moyal系数的影响。根据非线性和非定域性之间的平衡,我们遇到不同的不稳定性行为,范围从自相似性(纯粹的非局部情况)到间歇性行为(中间情况,同意Yakhot的平均场论[物理评论E 63 026307(2001)])到类似冲击的行为(纯粹的非线性Burgers情况)。
2020-08-15 physics.flu-dyn
Integrated analysis of energy transfers in elastic-wave turbulence
在弹性波湍流中,强湍流出现在小波数时,而弱湍流出现在大波数时。在傅立叶空间和实空间中数值研究了这些湍流状态共存时的能量传递。详细的能量平衡的解析表达式揭示了在三元相互作用中能量从哪个模式转移到哪个模式。在强湍流中,由外力激发的拉伸能作为动能非局部地、间歇地向大波数传递。在弱湍流中,根据弱湍流理论的共振相互作用产生级联的净能量传递到大的波数。由于系统的非线性表现出很强的时间不确定性,能量转移分别在活跃阶段和温和阶段进行了研究。傅立叶空间中的非局部相互作用的特征是在实空间中的纤维结构的间歇束。
2017-07-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Wave turbulence and the kinetic equation beyond leading order
本文提出一种基于 Prigogine 图解法的微扰方案求解 Liouville 方程,应用于弱非线性经典场论,并推导出次领头阶的波湍流动力学方程,为研究远离平衡的弱波湍流态提供了有效方法。
2024-03-24 cond-mat.stat-mech 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
On the origin of intrinsic randomness of Rayleigh-Benard turbulence
了解如何触发非平衡系统的演化以及外部扰动所起的作用具有广泛的意义。一个著名的例子是层流-湍流转捩中随机性的起源,这是雷诺在管流实验中提出的一个世纪未解决的问题。虽然存在不同的假设,但普遍认为随机性是“内在的”,但这仍然是一个有待验证的开放问题。通过对Rayleigh-Benard对流系统的洁净数值模拟(clean numerical simulation,CNS),验证了湍流可以从固有的热涨落中自激发,而不需要任何外部扰动,即无中生有。这揭示了微观物理不确定性和宏观随机性之间的关系。研究发现,在物理学中,系统的非线性作为一个通道的随机信息,以及能量,传输微观不确定性向大尺度。这样的场景通常有助于理解各种相关现象。在方法上,与直接数值模拟(DNS)相比,CNS为研究湍流开辟了新的方向,其精度和可靠性都有很大提高。
2016-12-01 physics.flu-dyn
Transition route to elastic and elasto-inertial turbulence in polymer channel flows
通过二维FENE-P流体直接数值模拟,发现弹性湍流和弹惯性湍流共享Ruelle-Takens过渡路径,由聚合物扩散不稳定性触发,经大尺度次级不稳定性最终分岔至两种混沌状态。
2024-08-21 physics.flu-dyn
Cross-helically forced and decaying hydromagnetic turbulence
本文研究了强交叉螺旋度存在下磁流体动力学流中动能谱和磁能谱的演化。对于强迫湍流,我们发现弱的反向传递的动能向最小波数。这可以通过注入波数和域的最小波数之间的尺度分离的有限性来解释,在这里最小波数是15倍。在衰减的情况下,在最小波数处有轻微的增加,这可能是由于在最小波数处动能对磁能的支配作用。在一个范围内的波数覆盖几乎一个数量级的衰减是纯粹的指数,这被认为是一个后果的抑制非线性由于存在强交叉螺旋。
2019-02-19 astro-ph.SR physics.flu-dyn
A statistical state dynamics-based study of the structure and mechanism of large-scale motions in plane Poiseuille flow
统计状态动力学(SSD)的观点最近被应用于各种物理系统中的湍流机制的研究。SSD的一个示例实现是被称为随机结构稳定性理论(S3 T)的二阶闭合,其提供了对壁湍流的动力学的洞察,特别是对滚动/条纹结构的出现和维持的洞察。这种封闭消除了扰动之间的非线性相互作用,将动力学中的非线性限制在均值方程的非线性以及均值与扰动协方差之间的相互作用。在这里,这种准线性限制的动力学是用来研究的结构和动力学的湍流在平面Poiffille流在适度高的雷诺数在一个密切相关的动力系统,被称为限制非线性(RNL)系统。RNL模拟表明,壁湍流动力学的基本特征被保留。值得注意的是,RNL系统自发地将其湍流的支持限制在一小组流向傅立叶分量上,从而产生其湍流动力学的自然最小表示。虽然被大大简化了,但这种RNL湍流呈现出看起来很自然的结构和统计。令人惊讶的是,即使当进一步截断的扰动支持一个单一的流向分量施加的RNL系统继续产生自我维持的湍流结构和动力学。在所研究的雷诺数下,RNL湍流由缓冲层中的卷/条纹结构和外层中的类似的非常大尺度结构(VLSM)主导。RNL和DNS湍流的结构,光谱和能量的诊断被用来证明,支持在缓冲区和对数层的湍流的辊/条纹动力学基本上是相似的RNL和DNS。
2016-11-14 physics.flu-dyn
Three-Dimensional Acoustic Turbulence: Weak Versus Strong
本文通过直接数值模拟研究了三维声学湍流的弱与强regime,发现在弱湍流中存在Zakharov-Sagdeev谱及窄锥形射流,而在强非线性下则转变为具有Kadomtsev-Petviashvili谱的随机激波系综。
2024-07-11 nlin.CD physics.flu-dyn physics.geo-ph
Hydrodynamical instability with noise in the Keplerian accretion discs: Modified Landau equation
开普勒吸积盘中流体动力学不稳定性和湍流的起源以及类似的实验室剪切流,例如平面Couette流,是一个长期存在的谜。这些流动是线性稳定的。在这里,我们探讨的扰动在这种流动中的存在下,一个额外的力的演变。这样的力,这是预计是随机的性质,因此表现为噪声,可能是热涨落(无论多么小),布朗棘轮,颗粒流体相互作用和反馈的天体物理盘等的外流。我们基本上建立了非线性扰动的发展存在的科里奥利和外力,这是修改的朗道方程。我们发现,即使在线性制度下,适当的强迫和雷诺数,否则最不稳定的扰动演变到一个非常大的饱和振幅,导致非线性和合理的湍流。因此,强迫本质上导致线性稳定模式不稳定。我们进一步表明,非线性扰动发散在一个较短的时间尺度存在的力量,导致快速过渡到湍流。有趣的是,非线性的出现只取决于力,而不是初始扰动振幅,不同于原来的朗道方程为基础的解决方案。
2020-06-17 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Path large deviations for the kinetic theory of weak turbulence
本文考虑一类具有三波相互作用的非线性相互作用波的一般哈密顿系统。在波动湍流的动力学机制中,假设弱非线性和大系统尺寸,与波振幅相关的相关观测值是经验谱密度,它是有限系统尺寸的谱密度或谱的自然前兆。经典的Peierls方程的动力学制度中的波振幅的矩母函数的推导,我们提出了一个大的偏差估计的经验谱密度的动态,其中允许的波数的数量,这是成比例的系统的体积,出现作为自然的大偏差参数。大偏差随机哈密顿量,量化的轨道的对数概率的负值内的动力学制度,假设弱非线性的随机相位近似计算。我们比较这个哈密顿量与一个系统的模式相互作用的平均场的方式与经验谱。讨论了它与随机相位和振幅近似的关系。此外,对于特定的情况下,当没有力和耗散的存在,一些基本性质的大偏差动力学进行了研究。我们表明,后者保存总能量和动量,预期的3波相互作用系统。此外,我们还计算了平衡准势,并检验了在大偏差水平下满足全局细致平衡。最后,我们简要地讨论了该理论的一些物理应用。
2022-08-31 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Learning the structure of wind: A data-driven nonlocal turbulence model for the atmospheric boundary layer
Lawrence Livermore National Laboratory(劳伦斯利弗莫尔国家实验室);Technical University of Munich(慕尼黑工业大学)
我们开发了一种新的数据驱动的方法来模拟大气边界层。这种方法导致一个非局部的,各向异性的合成湍流模型,我们称之为深度快速失真(DRD)模型。我们的方法依赖于一个算子回归问题,其特征在于最佳拟合候选人在一般家庭的非局部协方差核参数化的神经网络的一部分。该协方差核族在傅立叶空间中表示,并且在非常高的雷诺数下从纳维-斯托克斯方程的近似解获得。该家族的每个成员都具有重要的物理性质,如质量守恒和现实的能量级联。DRD模型可以用来自现场实验的噪声数据进行校准。经过标定后,该模型可用于生成合成的湍流速度场。为此,我们提供了一个新的数值方法的基础上区域分解,提供可扩展的,内存效率的湍流生成与DRD模型以及其他。我们证明了我们的方法的鲁棒性与过滤和噪声数据来自1968年空军剑桥研究实验室堪萨斯州的实验。使用这些数据,我们见证了DRD模型的异常准确性,特别是与国际电工委员会标准相比。
2021-07-23 cs.LG physics.flu-dyn
Statistical simulation of the magnetorotational dynamo
利用准线性统计模拟方法,对磁旋转不稳定性(MRI)引起的湍流和发电机进行了分析。研究发现,均匀湍流是不稳定的大规模发电机不稳定性,饱和到一个非均匀的平衡与磁普朗特数(Pm)的强烈依赖。尽管其极大地减少了非线性,在准线性模型中的角动量输运对Pm的依赖性在定性上类似于非线性MRI湍流。这表明,最近的收敛问题可能与大规模发电机,并建议如何显着简化模型可用于深入了解天体物理学相关的制度非常低或高PM。
2014-11-27 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Hydrodynamical transport of angular momentum in accretion disks in the presence of nonlinear perturbations due to noise
开普勒吸积盘中流体动力学不稳定性和湍流的起源是一个长期存在的谜团。其中的流动是线性稳定的。在这里,我们探讨的扰动在这种流动中的存在下,一个额外的力的演变。这样的力量,这是预计将随机的性质,因此表现为噪声,可能会导致从热波动(无论多么小),颗粒流体相互作用,从天体物理磁盘流出的反馈等,我们基本上建立了非线性扰动的演变存在的科里奥利和外力,这是修改后的朗道方程。我们得到,即使在线性制度下,适当的强迫和雷诺数,否则最不稳定的扰动演变到一个非常大的饱和振幅,导致非线性和合理的湍流。因此,强迫本质上导致线性稳定模式不稳定。我们进一步表明,非线性扰动发散在一个较短的时间尺度的存在力,导致快速过渡到湍流。有趣的是,非线性的出现只取决于力,而不是初始扰动振幅,不像原来的朗道方程为基础的解决方案。
2021-11-16 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Relaxation of the turbulent magnetosheath
本文首次提供了观测证据,表明在地球磁鞘这种强湍动自然环境中,湍流可通过局部弛豫形成非线性减弱、能量级联受损的局部准平衡“单元化”状态。
2023-02-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Single-wavenumber Representation of Nonlinear Energy Spectrum in Elastic-Wave Turbulence of {F}öppl-von {K}ármán Equation: Energy Decomposition Analysis and Energy Budget
非线性能谱的单波数表示,即,在Föppl-vonKármán(FvK)方程控制的弹性波湍流中发现了拉伸能谱。该表示使能量分解分析在波数空间,并在非线性相互作用的详细能量收支的解析表达式首次获得在波动湍流系统。我们数值求解了FvK方程,并观察到以下事实。动能和弯曲能在大的波数下是可以相互比较的,正如弱湍流理论所表明的那样。另一方面,在小波数下,拉伸能大于弯曲能,即,非线性相对较强。在小波数时,观测到模式$a_{\bm{k}}$和它的伴随模式$a_{-\bm{k}}$之间的强相关。能量传递表明,在小波数时,能量通过拉伸能量传递输入波场,在大波数时,能量通过动能传递的四次部分耗散。利用总能量转移的解析表达式,直接计算出了符合能量守恒的总能量通量,并清晰地观察到了前向能量级联。
2014-12-09 nlin.CD physics.flu-dyn
Coexistence of Weak and Strong Wave Turbulence in a Swell Propagation
通过两个并行的数值实验--求解动力学Hamilton方程和求解Hasselmann动力学方程--我们研究了弱湍流理论对描述深水自由表面波(涌浪)系综时间演化的适用性。我们观察到结果的定性一致性。为了实现定量的一致性,我们增加了动力学方程的经验耗散项建模的强非线性过程的白帽。拟合两个实验,我们确定了由于波浪破碎的耗散函数,并发现它非常急剧地依赖于非线性参数(表面陡度)。白帽的开始可以与二级相变相比较。这一结果与Banner,Babanin,Young的实验观察相一致。
2007-05-19 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Rossby and Drift Wave Turbulence and Zonal Flows: the Charney-Hasegawa-Mima model and its extensions
详细研究了Charney-Hasegawa-Mima模型及其扩展。这些简单的非线性偏微分方程建议Rossby波在大气中,也漂移波在磁约束等离子体表现出一些显着的和非平凡的属性,在其定性形式生存在更现实和复杂的模型,并因此形成一个概念基础,了解湍流和纬向流动力学在真正的等离子体和地球物理系统。两个理想化的方案产生的小尺度湍流的纬向流进行了探讨:调制不稳定性和湍流级联。通过对调制不稳定性产生纬向流的详细研究表明,这种纬向流产生机制的动态变化取决于初始非线性程度。数值证明提供额外的不变量Rossby和漂移波湍流-zonostrophy和不变的级联的特征在于zonostrophy推动能量的纬向尺度。应用于模型的小尺度不稳定性强迫证明了众所周知的漂移波-纬向流反馈回路,其中最初导致纬向流产生的湍流被完全抑制,并且纬向流饱和。湍流谱显示扩散的方式,这是数学预测。从这个简单的模型中获得的见解可以提供一个基础,在更复杂的等离子体和地球物理流体动力学模型的等效研究,努力充分了解纬向流的产生,湍流传输抑制和纬向流饱和过程中的等离子体和地球物理背景,以及其他波和湍流系统,秩序从混沌演变。
2014-07-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Degrees of universality in wave turbulence
The Graduate Center, CUNY(纽约市立大学研究生中心);Weizmann Institute of Science(魏茨曼科学研究所)
研究揭示了强湍流中非局域性对自旋波湍流的影响,指出其非线性增强及临界平衡状态。
2025-12-04 cond-mat.stat-mech hep-th nlin.CD
Growing pseudo-eigenmodes and positive logarithmic norms in rotating shear flows
当角动量随辐射坐标增大而角速度随辐射坐标减小时,旋转剪切流在线性扰动下是流体动力学稳定的。开普勒流就是出现在天体物理学背景下的这种系统的一个例子。虽然衰减的本征模表现出大的瞬态能量增长的扰动,可以管理到系统的非线性,反馈的固有不稳定性产生湍流似乎值得怀疑。我们表明,这样的系统表现出增长的伪本征模很容易达到增长率的上界的对数范数所涉及的非正常运营商,从而表现出反馈的固有不稳定性。这在天体物理学上支持了开普勒吸积盘中流体动力学起源的湍流的存在。因此,这启发了线性理论和实验/观测数据之间的不匹配,并有助于解决其中的湍流起源的突出问题。
2011-01-24 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.geo-ph
Physical interpretation of neural network-based nonlinear eddy viscosity models
本文利用张量基神经网络与集合卡尔曼方法学习湍流模型,并通过S809翼型和方形管道算例揭示线性、非线性涡黏性改进预测的物理机制。
2023-07-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Relaminarisation of Re_τ = 100 channel flow with globally stabilising linear feedback control
非线性和高维数的问题一直阻碍着湍流控制的完全解决。针对非线性问题,我们提出了一种流量控制策略,它可以确保任何扰动的目标配置文件的能量单调衰减。控制器的流状态的估计类似地保证收敛到真值。我们提出了一个一次性的离线合成过程,概括,以适应更多的限制性驱动和传感安排,在这种情况下给出的控制器的存在条件。在湍流槽道流($Re_τ=100$)中使用全域传感和驱动对壁面法向速度进行控制测试。集中在平均轮廓的最大拐点处,控制直接对抗由壁法线扰动与流动剪切的相互作用产生的湍流能量的供应。据发现,控制只需要为较大规模的运动,特别是那些以上的平均条纹间距的规模。一旦达到层流,需要最小的控制努力。近壁流的响应进行了详细的研究,特别强调的压力和壁法向速度场,在Landahl的剪切湍流理论的背景下。
2013-01-21 math.OC physics.flu-dyn
Potential quantum advantage for simulation of fluid dynamics
本文通过重新表述格子Boltzmann方程的非线性项并结合低阶Carleman线性化,证明利用量子算法模拟湍流Navier-Stokes方程的代价随系统规模呈对数增长,而经典算法为多项式增长,从而揭示了流体动力学模拟中潜在的指数级量子优势。
2024-03-29 physics.ao-ph physics.flu-dyn quant-ph