Turbulence of capillary waves forced by steep gravity waves
实验研究了在实验室机械产生的随机陡重力波作用下毛细波的动力学和统计特性。毛细波是由非线性波相互作用产生的重力波。使用的自由表面的时空测量，我们统计特征的随机制度的毛细波在空间和时间傅立叶空间。对于一个显着的波陡度（$0.2-0.3$），幂律谱观察在空间和时间，定义的湍流制度的毛细波转移能量从大尺度到小尺度。空间谱的时间涨落分析表明，当毛细波列以类似于寄生毛细波产生机制的方式产生时，毛细幂律谱是由间歇性的强非线性事件在快速时间尺度上向小尺度传递能量的时间平均结果。波谱的频率和波数幂律指数与弱非线性波湍流理论的结果一致。然而，通过尺度的能量通量不是恒定的，与此通量的波浪谱标度是不符合湍流理论。这些结果表明，超越经典波动湍流理论的理论发展是必要的，以描述自然环境中的毛细波的动力学和统计。特别是，在存在大尺度粘性耗散和强非线性的情况下，可以重新考虑非局部和非共振相互作用的作用。
2018-04-17 physics.flu-dyn
Decay of capillary wave turbulence
我们报告的观察自由衰减的毛细波湍流的表面上的流体。毛细管波湍流谱衰减被发现是自相似的时间与相同的幂律指数比在固定制度中发现的，与弱湍流的预测。在相同的阻尼率下，所有傅里叶模态的振幅都随时间呈指数衰减。最长的波长所涉及的系统被证明是阻尼的粘性表面边界层。这些长波在维持非线性相互作用以使毛细管波保持在波湍流状态的衰减期间起着能量源的作用。
2012-07-13 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Turbulence and Capillary Waves on Bubbles
我们提出了深水波的理论和气泡表面扰动之间的联系。理论对应的小波长的线性政权和研究数值在非线性政权解析。为此，我们开发的二阶空间扰动方程的瑞利-Plesset方程和数值求解。我们的代码是公开的。通过对稳定气泡上毛细波的研究，将波动湍流理论应用于气泡，重建了弱湍流理论预测的Kolmogorov-Zakharov谱。在这项研究中，似乎曲率不影响湍流特性。计算的气泡表面定性响应低重力实验。展示的链接打开了新的可能性，研究几个气泡现象，包括声致发光和空化，使用波湍流框架中开发的广泛的工具。
2021-06-06 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
On the kinetic equation in Zakharov's wave turbulence theory for capillary waves
波动方程是描述弱非线性色散介质中波谱动力学的有效动力学方程。这样的动力学模型已经由物理学家在60年代导出，尽管适定性理论仍然开放，由于共振相互作用核的复杂性。本文首次给出了毛细波波动方程的一个全局唯一径向强解。
2017-12-11 math-ph math.AP math.MP
Observation of gravity-capillary wave turbulence
本文报道了在水银表面上重力与毛细波湍流之间的交叉现象。湍流波高的概率密度函数被发现是不对称的，因此非高斯。表面波高度在两个区域都呈现幂律谱。在毛细管区，指数与弱湍流理论相当一致。在重力区，它取决于强迫参数。这可能与容器的有限尺寸有关。此外，这些谱的标度与平均能量通量的发现不同意弱湍流理论的两个制度。
2007-03-07 cond-mat.other nlin.CD physics.class-ph
Nonlocal resonances in weak turbulence of gravity-capillary waves
本文报道了重力-毛细交叉中水面波弱湍流的实验研究。通过时空分辨轮廓术和双相干分析，我们观察到的非线性过程涉及3波共振相互作用。通过研究共振条件的解，我们发现非线性相互作用主要是一维的，并且涉及共线波矢。此外，考虑到由于弱非线性谱展宽解释了非局域相互作用之间的重力波和高频毛细波的可能性。我们还观察到，非线性3波耦合之间的重力波是可能的，我们提出的问题，这一机制的相关性海洋波。
2015-03-13 nlin.CD physics.flu-dyn
Energy flux measurement from the dissipated energy in capillary wave turbulence
通过改变流体的粘度，实验研究了耗散对流体表面定常毛细波湍流的影响。我们观察到，频率幂律标度的毛细管光谱偏离其理论值时，耗散增加显着。毛细波耗散的能量也被测量，发现增加非线性的平均功率注入流体内。在这里，我们提出了一个实验估计的能量通量在每一个尺度的毛细管级联。后者被发现是不恒定的，通过规模。对于足够低的粘度的流体，我们发现，毛细管频谱标度与频率和新定义的平均能量通量是在良好的协议与波动湍流理论。Kolmogorov-Zakharov常数的实验估计，并比较其理论值。
2013-09-26 cond-mat.other nlin.CD physics.class-ph
Investigation of resonances in gravity-capillary wave turbulence
本文报道了在接近于表面重力波和毛细波交叉尺度上的水面波湍流中的非线性波耦合的实验结果。我们在频域和波矢域研究了三波相关。我们观察到，在弱非线性政权，占主导地位的非线性相互作用对应的波是共线或接近共线。虽然纯重力波的共振耦合应该包括4个波，但在毛细管交叉处，我们观察到一个重力波和两个毛细管波之间的非局域耦合。此外，非线性频谱扩展允许3-重力波耦合。这些观测结果提出了这些过程在海洋学背景下的相关性问题，特别是可能受到影响的重力波的频率范围。
2016-05-13 nlin.CD physics.flu-dyn
Direct observation of small scale capillary wave turbulence using high speed digital holographic microscopy
本文利用高速数字全息显微镜直接观测毛细波湍流，发现弱湍流及离散阈值，并通过空间分析和频率调制揭示非线性共振展宽，对理解雾化过程具有重要意义。
2023-10-16 cond-mat.other nlin.CD physics.flu-dyn
Wave turbulence: the case of capillary waves (a review)
毛细波也许是介绍波湍流时考虑的最简单的例子。自Zakharov和Filonenko（1967）的第一篇论文以来，毛细波湍流一直是许多研究的主题，但仍然缺乏动力学方程的教学推导。本文的目的是在没有重力的情况下，在深水近似下，提出这样的推导。我们使用欧拉方法和泰勒展开周围的平衡海拔的速度势推导的动力学方程。三波相互作用的方向极性的使用导致这个方程的一个紧凑的形式，这是完全兼容与以前的工作。精确的解决方案，推导出所谓的Zakharov变换适用于波数和这些解决方案的性质进行了讨论。还回顾了近几十年来所做的实验和数值计算工作。
2020-01-28 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Capillary wave turbulence on a spherical fluid surface in low gravity
本文报道了在低重力环境中对流体层表面毛细波湍流的观测。在这样的条件下，流体覆盖球形容器的所有内表面，该球形容器经受随机力。面波振幅在频率上呈现二十倍的幂律谱，对应于从$mm$到几个$cm$的波长。这个频谱被发现与波动湍流理论大致吻合。在没有重力波的情况下进行如此大尺度的观测，在地面实验中是从来没有过的。当强迫是周期性的，二维球形图案观察到的流体表面上，如次谐波条纹或六边形的波长满足毛细波色散关系。
2009-02-09 cond-mat.other nlin.CD physics.class-ph
Quasi-Adiabatic Decay of Capillary Turbulence on the Charged Surface of Liquid Hydrogen
本文研究了液氢带电表面上毛细湍流的自由衰减。我们发现，衰减开始于频谱范围的高频端，而大部分能量仍然局限于低频。与非定常波湍流过程的自相似理论的明显差异占在准绝热衰减，其中快速非线性波相互作用重新分配能量的频率尺度在所有频率的有限阻尼的存在下。基于这一思想的数值计算与实验数据吻合较好。
2009-01-31 cond-mat.other physics.flu-dyn
Capillary driven fragmentation of large gas bubbles in turbulence
当量化大气和海洋之间的质量交换时，破碎波下方的气泡尺寸分布是最重要的。界面处的质量通量是由气泡驱动的，这些气泡与Hinze尺度$d_h$相比是小的，Hinze尺度是临界尺寸，低于该临界尺寸的气泡是稳定的，即使单个气泡的体积可以忽略不计。结合实验和数值方法，我们报告了一个幂律缩放3/2的直径小气泡尺寸分布，足够大的分离尺度之间的注射尺寸和Hinze规模。从单个气泡破裂事件的分析中，我们发现，产生小气泡的破裂是由毛细效应驱动的，并且它们的破裂时间与直径成3/2的比例，这在物理上解释了观察到的子Hinze缩放。
2021-12-13 physics.flu-dyn
Confinement effects on gravity-capillary wave turbulence
大量的弱非线性波的统计特性可以在弱湍流理论的框架下描述。该理论是基于一个渐近大系统的假设。在实验中，系统具有有限的尺寸，并且理论的预测可能不适用，因为存在离散模式而不是连续的自由波。我们的研究集中在水的表面在尺度接近重力毛细交叉（1~cm）的波的情况下。波湍流具有特殊的性质，在这个制度，因为一维共振相互作用可以发生，如所示的Aubourg \& Mordant。在这里，我们调查的限制上的波动湍流的属性的影响，通过逐渐减少我们的波槽沿其轴的一个方向的大小，在其他方向的大小不变。我们使用时空分辨轮廓术来重建变形的水面。我们观察到一个原始的制度共存的弱波湍流沿长度的船只和离散湍流的限制方向。
2018-09-06 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of capillary wave turbulence
本文采用直接数值模拟的方法求解了三维两相流的纳维-斯托克斯方程。当界面在大尺度上受到局部强迫时，在几个强迫周期后出现统计定态。较小的波尺度产生的非线性相互作用，和波高谱被发现服从幂律的波数和频率与弱湍流理论。通过估计的平均能量通量从耗散功率，Kolmogorov-Zakharov常数进行评估，发现是兼容的精确理论值。线性、非线性相互作用和耗散时间之间的时间尺度分离。这些数值结果证实了弱湍流方法量化非平衡波统计的有效性。
2014-06-03 cond-mat.other nlin.CD physics.class-ph
Simulation of the Wave Turbulence of a Liquid Surface Using the Dynamic Conformal Transformation Method
本文首次将动态共形变换方法推广至平面对称各向异性几何，数值模拟强非线性毛细波湍流，发现系统可进入准稳态混沌态，其谱指数与经典扎哈罗夫-菲洛年科谱不同，但符合五波共振主导的估计。
2024-03-19 physics.flu-dyn
Experiments in Surface Gravity-Capillary Wave Turbulence
在过去的十年中，致力于波浪湍流的研究数量显著增加。许多涉及水波，因为海浪的建模在历史上推动了弱湍流理论的发展，该理论致力于弱非线性波相互作用的随机系综的动力学。实验的最新进展表明，这种理论图景过于理想化，无法捕捉到实验观察结果。虽然重力在海洋光谱中占主导地位，但由于波浪盆地的尺寸有限，实验室中观察到的波浪实际上是重力毛细波。这种更丰富的物理诱导许多交错的物理效应远远超出了理论框架，特别是在重力毛细管交叉附近。这些包括耗散、有限系统尺寸效应和有限非线性效应。同时空间和时间解决的技术，现在可用，开辟了更先进的分析这些影响的方式。
2021-07-07 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Plane-Symmetric Capillary Turbulence: Five-Wave Interactions
本文通过完全非线性模拟研究了平面对称毛细湍流，发现在低阶共振缺失的退化几何下，系统通过五波共振相互作用实现能量级联，结果与弱湍流理论及实验吻合。
2025-04-07 physics.flu-dyn
A nonlinear Schrödinger equation for gravity-capillary water waves on arbitrary depth with constant vorticity: Part I
本文导出了常涡度垂直剪切流自由表面上二维重力-毛细波包络的非线性薛定谔方程。本文将\citet{thomas2012pof}的结果推广到重力-毛细波列，完成了有涡量时\citet{Djordjevic1977}的稳定性分析和稳定性图。研究了弱非线性重力-毛细波包调制不稳定性的涡量效应。结果表明，涡度对重力毛细波列的调制不稳定性（即增长率和不稳定带宽）有显着的影响。结果表明，受表面张力影响的重力短波调制不稳定性增长率表现为与纯重力波相似的特征：（i）在无限深，正涡度时增长率减小，负涡度时增长率增大;（ii）在有限深，正涡度时增长率减小，负涡度时增长率增大，最后减小。涡度和表面张力的联合作用使受表面张力影响的重力波的调制不稳定性增长率增大，即当涡度为负时。负涡度放大了毛细波调制不稳定性的增长率，正涡度衰减了毛细波调制不稳定性的增长率。稳定性图绘制，它表明，它们显着修改的涡量的引入。
2018-01-12 physics.flu-dyn
Numerical Study of Free-Surface Electrohydrodynamic Wave Turbulence
对具有自由表面的介质液体在外加水平电场作用下的三维混沌运动进行了直接数值模拟。数值模型考虑了表面张力，粘度和外部各向同性随机强迫作用在大尺度的影响。数值模拟首次观察到了随着外加电场强度的增大，色散毛细波湍流向准各向同性非色散EHD表面湍流的转变。在发展的EHD波湍流的状态下，发现总电能远大于毛细波的能量，即，电流体动力效应起主导作用。同时，检测到各向异性效应，导致产生垂直于外场方向行进的毛细波包。尽管显示的各向异性，EHD波湍流的计算谱是在很好的协议与弱湍流谱的量纲分析的基础上获得的分析谱。
2023-03-13 physics.flu-dyn
Wave turbulence in a two-layer fluid: coupling between free surface and interface waves
实验研究了具有自由上表面的两种密度相近的不混溶流体界面上的重力-毛细波湍流。我们局部测量波的高度在两种流体之间的界面上的高灵敏度的激光多普勒测振仪。我们发现，当上部流体深度增加时，毛细管波湍流制度的惯性范围显着扩展：重力和毛细管波湍流制度之间的交叉频率被发现减少，而频谱的耗散截止频率被发现增加。我们解释这些意见之间的渐进解耦波传播的接口和在自由表面，使用完整的色散关系的重力毛细波在两层流体的有限深度。截止演化是由于寄生毛细血管的消失，负责一个单一的流体的主波耗散。
2017-01-27 nlin.CD physics.ao-ph physics.class-ph
Beyond capillarity: extended interfacial energy transfer in bubble-laden turbulence
Roma Tre University（罗马第三大学）
本文通过谱分析发现，含气泡湍流中短程近接触相互作用使毛细功率产生有限负残差，并由短程排斥力功补偿，从而揭示了超越纯毛细作用的扩展界面能量传递路径。
2026-09-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Finite-system size effects in gravity-capillary wave turbulence
Université Paris Cité, CNRS, MSC Laboratory, UMR 7057（巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心，MSC实验室）
研究通过实验探讨有限系统尺寸对重力-毛细波湍流的影响，发现通过调节波陡峭度或限制条件可改变波谱特性，并观察到从离散到连续波湍流的平滑过渡。
2026-01-14 nlin.CD physics.ao-ph physics.class-ph
Laboratory Experiments on Wave Turbulence
这篇评论文章致力于介绍波浪湍流的最新进展。我首先介绍了这一研究领域的背景和最新的实验和理论。然后，我将重点放在流体表面的波动湍流的情况下，我讨论了我们小组获得的主要结果：重力和毛细波湍流状态的特征化，波湍流中的不稳定性的首次观察，流体中注入功率的强烈波动的发生，在低重力环境中观察到的纯毛细波湍流和在铁磁流体表面观察到的磁波湍流。最后讨论了波浪湍流中的一些问题。
2010-01-05 cond-mat.other nlin.CD physics.class-ph
Numerical simulation of the wave turbulence on the surface of a ferrofluid in a horizontal magnetic field
在一维弱非线性模型的框架下，研究了水平磁场中高磁导率磁流体表面毛细波的湍流。在强磁场的限制下，所研究的表面波可以沿着或逆着外场的方向无畸变地传播，即，类似于理想导电流体中的阿尔文波。反向传播的非线性波的相互作用导致液体表面上的波湍流的发展。计算结果表明，湍流谱分为两部分：低频无弥散区和高频弥散区，低频无弥散区主要受磁力的影响，高频弥散区毛细力的影响显著。在第一个区域，地面高程谱在$k$和$ω$域具有相同的指数，其值接近于$-3.5$，这与弱湍流谱的量纲分析结果吻合较好。在高频处，计算的表面波的空间谱接近于$k^{-5/2}$，其在频率上对应于$ω^{-5/3}$。该谱与纯毛细波的Zakharov-Filonenko谱不一致。对这一事实的一个可能的解释是相干结构（如冲击波）的影响，通常出现在弱色散的介质中。
2020-02-20 physics.flu-dyn
Observation of thermal equilibrium in capillary wave turbulenc
我们认为毛细管波湍流的尺度大于强迫。在这样的尺度下，我们的测量表明表面波动力学是一个热平衡状态，其中有效温度与注入功率有关。我们的特点是这种演变的标度律和报告的统计特性的大规模的表面高程取决于这个有效的温度。
2017-01-27 nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulence modulation by suspended finite-sized particles -- Towards physics-based multiphase subgrid modeling
针对分散相改变小尺度湍流但缺乏机制预测的问题，基于能量通量平衡提出理论模型预测各向同性湍流动能调制，并通过颗粒解析模拟与高保真实验验证了其在广泛参数范围内的有效性。
2023-11-22 physics.flu-dyn
Fluctuations of energy flux in wave turbulence
我们报告说，在一个统计上稳定的政权驱动重力和毛细波湍流的功率显示波动比其平均值强得多。我们发现，它的概率密度函数（PDF）有一个最可能的值接近零，并涉及两个不对称的大致指数的尾巴。我们理解的定性特征的PDF使用一个简单的朗之万型模型。
2008-01-06 physics.flu-dyn
Gravity wave turbulence revealed by horizontal vibrations of the container
我们实验研究了强迫对重力-毛细波湍流的作用。以前的实验室实验，使用空间本地化的强迫（振动叶片）表明，重力波谱的频率幂律指数取决于强迫参数。通过水平振动整个容器，我们观察到的频谱指数，不依赖于重力和毛细管制度的强迫参数。这种空间扩展的强迫导致重力谱指数更好地符合理论，而不是通过使用一个空间本地化的强迫。还研究了血管形状的作用。最后，波浪谱被发现与注入功率的线性比例为两个政权无论强迫使用的类型。
2012-12-20 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Phase randomization of three-wave interactions in capillary waves
我们提出了新的实验结果，从相干相位的过渡到随机相位的毛细管波参数激发下的三波相互作用。在激发阈值以上，相干波谐波频谱变宽。抽运振幅的增加增加了波谐波的谱宽，并最终导致三波相位耦合程度的强烈下降。结果表明，毛细管波的调制不稳定性是导致连续波破碎成短寿命子波或包络孤子的原因，是三波相互作用相位随机化的原因。
2009-07-19 physics.flu-dyn
Observation of depth-induced properties in wave turbulence on the surface of a fluid
我们报告的重力毛细表面波由于有限深度效应的波动湍流特性的变化的观察。当流体深度减小时，在毛细管区的波谱上观察到一个驼峰，其尺度取决于深度。讨论了这个驼峰的可能来源。在重力状态下，波浪谱仍然表现出幂律，但具有强烈依赖于深度的指数。还报道了平均注入功率的重力谱的缩放的变化。最后，被发现是独立的流体深度和被很好地描述了一个Tayfun分布的波振幅的概率密度函数由其均方根值重新缩放。
2011-06-16 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Capillary rogue waves
我们报告的第一个观察极端波事件（流氓波）参数驱动的毛细波。在强迫超过一定阈值时会观察到流氓波。超过这个阈值，频谱加宽，并发展指数尾。我们第一次提出了强四波耦合的非线性波（高三相干），这表明调制不稳定性的主要机制在流氓波的证据。流氓波的产生被确定为波高的概率密度函数中的一个明显的尾部的开始。它们的概率比从测量的波浪背景中预期的要高。
2010-03-01 physics.flu-dyn
Three-dimensional direct numerical simulation of free-surface magnetohydrodynamic wave turbulence
通过三维直接数值模拟研究外水平磁场下磁性流体自由表面波湍流，揭示其从毛细波湍流向各向异性磁毛细波湍流的转变，并与 Alfvén 波湍流建立强类比。
2022-05-23 astro-ph.SR nlin.CD physics.class-ph
Erodible bed turbulence modulation driven by transition between longitudinal and transverse bedforms at varying Shields numbers
Lanzhou University（兰州大学）；Xidian University（西安电子科技大学）
本研究通过颗粒解析直接数值模拟，改变Shields数实现床面形态转变，揭示了可侵蚀床面湍流的非单调调制规律，明确了床面形态演化与湍流调制的直接关联。
2026-08-06 physics.flu-dyn
Turbulence modulation in buoyancy-driven bubbly flows
本研究通过直接数值模拟，发现浮力驱动气泡流中湍流强度增加使气泡轨迹更弯曲且上升速度减小，并揭示了不同尺度下的能量谱标度行为，与实验相符。
2021-11-21 physics.flu-dyn
Wave turbulence on the surface of a fluid in a high-gravity environment
本文报道了在高重力环境中对流体表面重力-毛细波湍流的观测。通过使用大直径离心机，有效重力加速度被调整到地球重力的20倍。重力和毛细管制度之间的过渡频率，从而增加了十年的理论预测。在每个政权的频率幂律波谱观察，并被发现是独立的重力水平和波的陡度。虽然弱湍流所需的时间尺度分离实验验证，无论重力水平，非线性和耗散时间尺度被发现是独立的规模，作为系统（大规模容器模式）的有限尺寸效应的结果，目前没有考虑到理论。
2019-11-08 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Weakly nonlinear interaction of capillary waves in a finite system: leading interaction process and scales' range of direct energy cascade
Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术研究所）；L. D. Landau Institute for Theoretical Physics, RAS（列夫·朗道理论物理研究所，俄罗斯科学院）
通过数值和解析方法研究毛细波的弱非线性相互作用，发现共振过程（两波合并及环上波合并）是主导过程，并推导了Zakharov-Filonenko谱在有限系统中的有限尺度范围。
2026-05-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Near-wall turbulence modulation by small inertial particles
我们使用界面分辨模拟研究近壁湍流调制的小惯性粒子，密度比流体，在稀/半稀条件下。我们考虑了三种散装固体质量分数，$Ψ=0.34\%$，$3.37\%$和$33.7\%$，只有后两个显示湍流调制。在$Ψ=3.37\%$处阻力增加很大，但在脱附情况下阻力增加很小。实际上，出现了两种不同的湍流调制机制：对于较小的质量分数，湍流统计的影响很弱，近壁颗粒的积累增加了阻力，因此在略高的雷诺数下，流动表现为单相流动。相反，在较高的质量分数，颗粒调制整个流的湍流动力学，和相间耦合变得更加复杂。在这种情况下，流体雷诺应力衰减，但惯性粒子动力学通过相关的速度波动增加阻力，导致整体阻力增加。因此，我们的结论是，虽然在高质量分数的颗粒减少流体湍流阻力，固相惯性动力学可能仍然会增加总阻力。然而，在体积分数为零但质量分数为有限的双向耦合极限中对流向动量预算的检查表明，在更高的颗粒负荷下，这种趋势可能会逆转。
2021-07-16 physics.flu-dyn
Revisiting the amplitude modulation in wall-bounded turbulence: towards a robust definition
本研究重新审视幅度调制现象，特别是在其量化的鲁棒性。为了实现这一点，一个很好的解决大涡模拟（LES）数据集Re_theta= 8200。首先，脉动流向速度信号被分解成它的小规模和大规模的组件使用傅立叶滤波器和经验模式分解（EMD），允许不同的分离滤波器之间的比较。讨论了这些滤波器对量化幅度调制的各种定义的影响。还使用随机化信号测试了幅度调制的假阳性识别。最后，评估了大尺度结构的倾斜角度对调制量化的影响。
2018-12-10 physics.flu-dyn
Turbulence generation by large-scale extreme vertical drafts and the modulation of local energy dissipation in stably stratified geophysical flows
我们观察到出现强烈的垂直草案直接数值模拟的Boussinesq方程在一系列参数的地球物理利益。这些结构在空间和时间上间歇出现，产生湍流，增强动能和势能能量耗散，为观测到的大量洋流局部能量耗散的变化及其概率分布函数的调制提供了可能的解释。我们展示了如何，由于极端草案，在运行与弗劳德数在地球物理学的情况下，大约10%的域流可以占高达50%的全球体积耗散，让人想起基于海洋模型的估计。
2022-02-16 physics.flu-dyn
Forced three-wave interactions of capillary-gravity surface waves
三波共振相互作用构成耦合毛细表面波的基本非线性机制。在之前的工作中，Haudin等人[Phys. Rev E 93，043110（2016）]，我们已经通过实验表征了这种子波机制的产生，其振幅由于粘性耗散而饱和。在这里，我们通过实验证明子波的产生验证了共振条件，但不是色散关系。通过模拟最低非线性阶的自由表面的响应，我们解释了这种观察作为一个强迫相互作用。{The自由表面的线性传递函数的带宽确实由于显著的粘性耗散而增加。这样就有可能观测到不遵循线性色散关系的自由表面激励。这种强迫三波相互作用机制可能会对实验或自然系统中具有不可忽略耗散的波湍流产生重要影响。
2019-07-09 physics.flu-dyn
Controlling Elastic Turbulence
我们证明，通过数值解的Oldrophil-B模型在一个二维泰勒-库埃特几何的粘弹性流体中的弹性湍流的发病可以控制施加剪切速率调制。而对于慢调制弹性湍流仍然存在，它消失的快速调制和泰勒-库埃特基流的层流响应被恢复。我们发现，从层流到湍流状态的过渡是超临界的，并发生在一个临界德博拉数。在两个控制参数的状态图中，Weissenberg与Deborah数，我们确定了弹性湍流的区域。我们还量化了过渡的流动阻力，在层流状态下，我们可以描述内（线性）麦克斯韦模型。
2019-12-14 physics.flu-dyn
Transition from wave turbulence to acousticlike shock-wave regime
我们报告的实验观察到的一个过渡，从色散波湍流制度的非色散制度，涉及冲击波的表面上的流体。我们使用磁流体在一个受到外部水平磁场的管道，以调整系统的色散。对于一个低的磁场，重力毛细波湍流观察，而对于一个足够高的字段，随机陡峭的相干结构出现，这被发现是冲击波。这些冲击波在表面高度的二阶差中产生奇点，导致$ω^{-4}$频率功率谱。该谱也被发现是由冲击的数量和振幅控制的，并且被基于随机狄拉克- $δ$分布（类库兹涅佐夫谱）的模型很好地捕获。最后，冲击振幅统计表现出幂律分布的指数接近的一维随机强迫Burgers方程的预测。在这里发现的表面波的这种冲击波状态，为更好地探索它们的性质铺平了道路。
2023-01-25 nlin.PS physics.flu-dyn
Quasi-steady description of modulation effects in wall turbulence
研究了大尺度结构对近壁湍流调制现象的理论描述。所给出的描述是简单的，因为大尺度结构的影响仅限于近壁湍流对缓慢的大尺度表面摩擦波动的准定常响应。表达这种机制的最自然和紧凑的形式是由通常的总表面摩擦力和速度的与雷诺数无关的表示给出的，以壁变量为尺度，其中平均量被大尺度低通滤波波动分量所取代。该理论被重写的factuations通过一个通用的平均速度和随机均方波动的小尺度的速度配置文件，然后线性化，假设大规模的波动是小的平均组件相比。这使我们能够表达的叠加和调制系数的经验预测模型的表面摩擦和流向脉动速度分别由Marusic等人。涡轮确认，2011）和Mathis等人（J. Fluid Mech.2011，第681卷，第121页）。537-566）。它被发现，理论量与实验确定的系数吻合得很好。
2012-03-16 physics.flu-dyn
Modulation of near-wall turbulence in the transitionally rough regime
在过渡粗糙区对粗糙壁湍流通道进行了直接数值模拟。粗糙度上覆湍流产生的效果进行了研究，使用修改后的三重分解的流量。这种分解将粗糙度引起的贡献与背景湍流分离，后者基本上没有任何纹理足迹。对于小的粗糙度，背景湍流没有显著改变，而只是位移更接近粗糙度峰，阻力的变化与此位移成正比。随着粗糙度尺寸的增加，背景湍流开始被修改，特别是通过增加短，宽波长的能量，这是一致的外观的剪切流不稳定的平均流。提出了一个层流模型来估计粗糙相干的贡献，以及在粗糙峰的位移高度和速度。基于在背景湍流中观察到的影响，粗糙度函数被分解成不同的项，以分析对阻力变化的不同贡献，为预测模型奠定基础。
2018-08-31 physics.flu-dyn
A generalized k-epsilon model for turbulence modulation in fluid-particle flows
大量的文献资料表明，直径大于湍流积分长度尺度10%的颗粒（$D/l >0.1$）倾向于将载流流体的湍流动能增加到高于单相值，本文提出了一个修正的$k-ε$型唯象模型，该模型具有小颗粒无湍流调制的正确渐近极限，颗粒，并增加较大直径的固体。颗粒动力学理论用于推导由于阻力和附加质量力两者而在颗粒和流体之间交换的功，以适应任何颗粒/流体密度比，包括气泡、液滴和重固体。对于较大的颗粒，我们设计了一个新的模型，涡脱落引起的颗粒之间的滑移和湍流，由于颗粒的惯性。通过渐近分析，得到了湍流调制的简单近似公式。固体颗粒的总体效果是，大直径固体的增强是由于旋涡脱落，而小直径的湍流抑制主要是由于湍流阻力和额外的流体耗散。在$D/l = 0.1$周围从抑制到增强的转变对于大范围的粒子雷诺数和斯托克斯数是一个鲁棒的特征，但是我们不能证明这是一个理论基础上的一般关系。实际上，对于较大直径，气泡和液滴可能根本不显示湍流增强，这是由于防止破碎所需的中等湍流水平，并且颗粒和流体之间的速度差可能因此太低而不能发生涡旋脱落。在该模型的基础上，我们发现，在垂直气流中的固体的一些数据显示非常大的湍流增强，只能是由于重力沉降。
2022-11-08 physics.flu-dyn
Numerical study on the mechanism of drag modulation by dispersed drops in two-phase Taylor-Couette turbulence
本研究推导出表征两相Taylor-Couette湍流中角动量径向输运的守恒量，揭示了分散相密度比与黏度比的降低通过减弱平流和扩散输运来减阻，并与导致增阻的两相界面相竞争以实现阻力调制。
2024-02-19 physics.flu-dyn
Modulation of homogeneous and isotropic turbulence in emulsions
本文在$Re_λ=137$上对乳状液在均匀和各向同性湍流中的流动进行了数值研究。该问题通过直接数值模拟（DNS）来解决，其中流体体积（VOF）用于表示液-液界面的复杂特征。我们考虑了两种等密度流体的混合物，其中流体性质是不同的，目的是了解它们在湍流调制中的作用，特别是体积分数（$0.03<α<0.5$），粘度比（$0.01<μ_d/μ_c<100$）和大尺度韦伯数（$10.6<We_\mathcal{L}<106.5$）。通过研究积分量和光谱逐尺度分析进行的分析表明，能量一致地从大尺度到小尺度通过界面传输，并且没有观察到逆级联。此外，总表面被发现是成正比的能量传输的量，而粘度和表面张力改变的动态，调节能量传输。我们还观察到的$-10/3$和$-3/2$缩放液滴尺寸分布，这表明尺寸参数，导致其推导验证HIT条件。
2021-08-19 physics.flu-dyn
Effect of channel dimensions and Reynolds numbers on the turbulence modulation for particle-laden turbulent channel flows
本研究通过大涡模拟和拉格朗日方法，分析了不同系统尺寸与流体整体雷诺数对含颗粒湍流通道流动中湍流调制的影响，发现这两个参数对湍流衰减及颗粒脉动起决定性作用，为工业设备设计提供了尺度参考。
2023-02-23 physics.flu-dyn
Turbulence modulation in dense liquid-solid channel flow
本文通过Euler-Lagrange模拟揭示稠密液固通道流中颗粒调制湍流的双重机制，量化表观黏度与颗粒反馈力对速度、摩擦系数及应力平衡的影响。
2024-06-11 physics.flu-dyn
Periodically driven Taylor-Couette turbulence
我们研究周期性驱动的泰勒-库埃特湍流，即两个同心的，独立旋转的圆柱之间的流动。在此，内缸被正弦驱动，而外缸保持静止（时间平均雷诺数为$Re_i = 5 \times 10^5$）。使用粒子图像测速仪（PIV），我们测量的速度在很宽的范围内的调制周期，对应于在$15 \leq Wo \leq 114$的范围内的Womersley数的变化。为了了解流动如何响应给定的调制，我们计算了方位角速度的相位延迟和振幅响应。在协议与早期的理论和数值计算工作，我们发现，对于大的调制周期的系统遵循给定的调制的驱动，即系统的行为准平稳。对于较小的调制周期，流动不能跟随调制，并且流速以相位延迟和较小的幅度响应于给定调制。如果我们比较我们的结果与数值和理论结果的层流情况下，我们发现，相位延迟和振幅响应的标度是相似的。然而，在大部分的流动的局部响应是独立的调制边界的距离。显然，湍流混合足够强，以防止流动对给定调制具有依赖于半径的响应。
2018-05-05 physics.flu-dyn
Turbulence modulations and drag reduction by inertialess spheroids in turbulent channel flow
以往对非球形颗粒与流体相互作用的研究大多局限于细长纤维状颗粒，这些颗粒被观察到诱导湍流减阻。然而，微小的盘状颗粒的存在下，如何壁湍流调制和是否发生阻力减小仍然是未知的。基于这些问题，本文采用欧拉-拉格朗日方法对槽道湍流中的无惯性椭球体进行了双向耦合直接数值模拟。该附加应力解释了来自流体相上的无惯性球体的反馈。结果表明，刚性细长纤维（长球体）和薄盘（扁球体）可以导致显着的湍流调制和阻力降低。然而，盘诱导的阻力减少是不太明显的刚性纤维具有相同的体积分数。在流动统计和湍流拟序结构两个方面观察到添加剂减阻流动的典型特征。此外，与单向模拟相比，双向耦合的结果表现出更强的优先排列和更低的旋转速率。最后提出了无惯性球体的减阻机理，并解释了纤维和圆盘减阻性能的差异。我们发现，球形颗粒削弱了准流向涡通过负功，因此，雷诺切应力降低。然而，由颗粒产生的平均剪切应力，这是形状相关的，部分补偿雷诺剪切应力的减少，从而影响减阻效率。本研究表明，微小的盘状颗粒可以作为壁湍流减阻剂的替代。
2021-02-07 physics.flu-dyn
Transition from Weak Wave Turbulence to Soliton-Gas
我们报告了一个实验调查的影响有限深度的统计特性的波动湍流在水面上的重力毛细范围。我们分别通过改变水深和强迫来调节波的色散和非线性程度。我们使用时空分辨轮廓术来重建变形的水面。当减小水深时，我们观察到在最弱强迫下的弱湍流和在较强强迫下的孤波状态之间的剧烈转变。我们通过研究它们的傅里叶光谱来表征这两种状态之间的转变。我们还研究了弱湍流区的能量传递效率。我们报告的角度传输的效率损失的波的色散减少，直到系统分叉到孤子制度。
2017-09-14 physics.flu-dyn
