Cascades and transitions in turbulent flows
湍流的特征在于能量和其他无粘不变量的非线性级联，这些能量和不变量从它们注入的地方到它们消散的地方跨越了巨大的尺度范围。最近，新的实验，数值和理论工作表明，许多湍流配置偏离理想的三维/二维各向同性的情况下，其特征在于存在一个严格的直接/反向的能量级联，分别。我们回顾最近的作品从一个统一的角度来看，我们提出了一个分类的所有已知的转移机制。除了经典的直接和反向级联的情况下，不同的情况下，包括：分裂级联到小和大规模的同时，多/双级联的不同数量，双向级联的直接和反向转移相同的不变量共存于相同的规模范围内，最后平衡态，其中没有级联，包括当冷凝物形成的情况下。我们将所有的过渡控制参数的变化，我们分析何时以及为什么观察到不同的配置。我们的讨论是基于一组典型的应用：螺旋湍流，旋转和/或分层流，MHD和被动/主动标量的传输特性被改变作为一个改变的嵌入尺寸，域的厚度或其他相关的控制参数，如雷诺数，Rossby，弗劳德，Peclet，或阿尔芬数。我们讨论了与组态空间中能量耗散的间歇性有关的反常标度律的存在。还提供了一个概述有关级联在其他应用中，如有界流，量子，相对论和可压缩湍流，和活性物质，以及湍流建模的影响。最后，我们提出了一系列开放的问题和挑战，未来的工作需要解决。
2018-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CD
Equivalence of nonequilibrium ensembles: Two-dimensional turbulence with a dual cascade
该研究针对二维双重级联湍流，构建满足能量与拟涡能守恒的时间可逆Navier-Stokes方程，验证了非平衡系综等价性猜想在有限雷诺数二维湍流中成立，拓展了原猜想的适用边界。
2021-12-22 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Information-Thermodynamic Bound on Information Flow in Turbulent Cascade
该研究从信息热力学角度探究湍流信息流，证明大尺度涡信息随能量级联传至小尺度，经壳模型数值验证惯性区信息流强度恒定且可由大涡翻转时间标度，信息热力学效率较低，为湍流小尺度特性的产生提供新视角。
2023-10-09 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Synthetic dissipation and cascade fluxes in a turbulent quantum gas
尺度不变通量是湍流叶栅的定义性质，但其直接测量是一个众所周知的问题。在这里，我们执行这样的测量湍流量子气体中的直接能量级联。利用时间周期力，我们在一个大的长度尺度上注入能量，并在均匀囚禁的玻色气体中产生级联。可调节的陷阱深度提供了高动量截止$k_{\textrm{D}}$，其实现了合成耗散尺度。这使我们能够直接获得粒子通量穿过半径为$k_{\textrm{D}}$的动量壳层，而$k_{\textrm{D}}$的可调性允许清楚地演示湍流的第零定律：我们观察到，对于固定的强迫，粒子通量在无耗散极限$k_{\textrm{D}}\rightarrow \infty$中作为$k_{\textrm{D}}^{-2}$消失，而能量通量与$k_{\textrm{D}}$无关。此外，我们的时间分辨测量提供了独特的访问前稳态动力学，当叶栅前在动量空间中传播。
2018-07-19 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
On the intermittency exponent of the turbulent energy cascade
考虑了低温下空气和氦气实验中一维记录的湍流能量耗散，并通过能量耗散的两点关联函数得到了湍流度指数。空气数据是在离地面约35 m高度的风洞和大气边界层中获得的。氦数据对应于喷入容器的射流中心线。大气湍流度指数的观测结果是一致的，并呈现出随着泰勒微尺度雷诺数R_λ的增大而增大的趋势，当R_λ达到1000左右时，R_λ趋于饱和。另一方面，氦数据在几乎所有的R_λ处围绕一个恒定值聚集，这大约是空气数据的渐近值的一半。一些可能的解释提供了这种异常。
2004-02-04 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Jets or vortices - what flows are generated by an inverse turbulent cascade?
逆级联--能量传递到逐渐增大的尺度--是二维湍流的一个显著特征。如果叶栅达到系统尺度，它会产生一个相干流，预期具有最大的可用尺度，并符合域的对称性。因此，在双周期矩形中，总动量为零的平均流被认为是单向的，短边有两股射流;而当纵横比接近1时，则预期会出现涡偶极子。使用直接数值模拟，我们表明，事实上，既不尊重盒对称性，也没有实现最大规模：流动从来不是纯粹的单向的，因为逆叶栅产生相干涡，其数量和相对运动由纵横比决定。这种自发对称性破缺与平均时间的层次结构密切相关。长时间的平均恢复平移不变性，由于涡沿一个方向徘徊，并给出射流的轮廓，但是，可以推断出既不是从最大的可用规模的参数，也不是从经常采用的最大熵原理或准线性近似。
2016-08-16 astro-ph.EP cond-mat.stat-mech nlin.CD
A cascade model for the discontinuous absorbing phase transition between turbulent and laminar flows
Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Institut Rhône-Alpin des Systèmes Complexes（罗讷-阿尔卑斯复杂系统研究所）
该研究提出了一种级联模型，用于描述湍流与层流之间亚临界过渡的不连续吸收相变，通过雷诺数控制参数再现了湍流寿命增长和湍流特征。
2024-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Singular measures and information capacity of turbulent cascades
真的有弱湍流这种东西吗？在这里，我们使用信息论的工具来分析弱相互作用波的湍流。它为比较热平衡和湍流提供了一个独特的视角：模式之间的互信息被证明是静态的，在平衡时很小，但在弱湍流中随时间线性增长。我们跟踪这种增长的概率集中在共振面，这可以一直到一个奇异的措施。令人惊讶的结论是，无论非线性度有多小，任何单个振幅的统计数据有多接近高斯，稳态相空间测量都远离高斯，正如大的相对熵所表明的那样。虽然这可能会让弱湍流方法的从业者感到不安，但这对湍流建模来说是一个难得的好消息：解析尺度携带了关于未解析尺度的重要信息。大尺度和小尺度之间的互信息是湍流叶栅的信息容量，限制了湍流模拟中亚网格尺度的表现。
2020-02-27 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Turbulent relaxation after a quench in the Heisenberg model
我们预测的湍流标度的出现在淬火动力学的二维海森堡模型的初始条件和模型参数的范围很广。在各向同性海森堡模型中，我们发现自旋-自旋关联函数具有与湍流能量级联一致的普适标度。当自旋旋转对称性被易平面交换各向异性打破时，我们发现了一个双重级联的能量和一个新兴的保守电荷与横向磁化波动。标度指数估计解析和同意使用相空间方法的数值模拟。我们还定义了初始条件的空间（作为能量，磁化强度和自旋数$S$的函数），导致湍流级联。级联的普遍性，对微观细节或初始条件不敏感，表明自旋系统中的湍流可以广泛地在冷原子和固态实验中实现。
2020-12-06 cond-mat.stat-mech
A causal continuous-time stochastic model for the turbulent energy cascade in a helium jet flow
我们讨论了连续叶栅模型及其在湍流中模拟能量耗散的潜力。连续级联过程，用关于Lévy基的随机积分表示，是界限过程的例子。已知这些模型再现了实验观察到的湍流特性：能量耗散的湍流因子的标度和自标度以及粗粒能量耗散的矩。我们比较了三种模型：正态模型，正态逆高斯模型和稳定模型。我们发现，正常的逆高斯模型是优于两者，正常和稳定的模型，在再现的能量耗散的分布方面，和正常的逆高斯模型优于正常模型和竞争与稳定的模型在再现的自标度指数。此外，我们表明，所提出的分析是吝啬的意义上说，自标度指数预测从一点分布的能量耗散，这些分布的形状是独立的雷诺数。
2013-05-06 cond-mat.stat-mech
Observation of an Inverse Turbulent-Wave Cascade in a Driven Quantum Gas
在驱动的均匀2D Bose气体中观测到从小尺度到大尺度的逆湍流波级联，揭示了稳态非热动量分布的形成机制及其与弱波湍流和非热不动点的关联。
2024-12-10 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Searching for self-similarity in switching time and turbulent cascades in ion transport through a biochannel. A time delay asymmetry
离子通过蝗虫钾通道的转运过程用Fokker-Planck方程（FPE）描述。在通道的各种传导状态之间切换的过程的确定性和随机性分量分别由两个系数$D^{(1)}$和$D^{(2)}$（漂移和扩散系数）表示。FPE导致朗之万方程。这种分析揭示了除了众所周知的确定性方面的动荡，级联类型的行动。不同导通状态之间的（类似噪声的）切换防止通道停留在一个闭合或打开状态。在湍流制度和层次之间的切换进行状态的生物通道的流体动力学流动之间的相似性进行了讨论。示出了$D^{(1)}$和$D^{(2)}$系数的非平凡特征，其指向管理通道的动作的不同过程，不对称地取决于先前的传导状态的历史。此外，Fokker-Planck和Langevin方程提供了关于通道作用的统计是否以及如何在不同时间尺度上变化的信息。
2003-12-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Binomial expansion for a linearized map with memory. A Final comment on: "Criticality and the fractal structure of -5/3 turbulent cascades"
针对 Cabrera 等人提出的 DRM 线性化模型，本评论给出了随机矩阵乘积演化的通用公式，并证明其与分形结构存在映射关系，肯定了该模型的分形性质。
2023-09-04 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.data-an
A Nonequilibrium Equation of State for a Turbulent 2D Bose Gas
Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室）
本研究通过实验构建了二维湍流玻色气体的非平衡方程状态，揭示了非热但稳定的幂律动量分布与标度不变能量通量的关系。
2026-02-05 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
