Longitudinal and transverse structure functions in high Reynolds-number magneto-hydrodynamic turbulence
本文通过精确的结构函数方程以及二维和三维MHD湍流的直接数值模拟，研究了均匀各向同性MHD湍流中纵向和横向结构函数的标度行为。特别是，重新缩放纵向和横向结构函数之间的关系，推导和利用，以比较不同的缩放行为在惯性范围内。结果表明，在MHD湍流中，纵向结构函数和横向结构函数没有明显的差别。这一发现与流体动力学湍流的情况相反，流体动力学湍流即使在高雷诺数下也表现出持续的差异。我们提出了一个物理图片的基础上，由于相同大小的局部区域和对齐的速度和磁场波动的压力贡献的有效减少。最后，我们的研究结果强调了压力项的重要性，实际观察到的缩放差异的流体动力学湍流。
2017-05-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Weak magnetohydrodynamic turbulence of magnetized plasma
研究了热压力小于磁场压力时强磁化等离子体中磁流体力学（MHD）波的弱湍流。在这种情况下，主要的非线性机制是快磁声波和Alfvenic波对慢磁声波的共振散射。结果，前一种波相对于后一种波充当高频波，使得HF波的总数-绝热不变量-另外保持不变。在弱湍流制度，这个不变量示出产生的Kolmogorov型频谱的HF波向大尺度区域的恒定通量。在短波区，另一个柯尔莫哥洛夫谱可以实现一个恒定的能量通量。这两种类型的湍流谱的显式的角度依赖性被发现的传播角接近的平均磁场的方向。
2001-09-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Modeling quasi-static magnetohydrodynamic turbulence with variable energy flux
在准静态MHD中，实验和数值模拟表明，能谱比Kolmogorov的$k^{-5/3}$谱更陡。为了解释这一现象，我们构建了基于可变能量通量的湍流模型，这是由焦耳耗散引起的。在第一个模型中，这是适用于小的相互作用参数，能量谱是一个幂律，但谱指数陡于-5/3。在大相互作用参数的另一个极限中，第二个模型预测指数能谱和通量。模型预测与数值计算结果吻合较好。
2014-07-10 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulent drag reduction in magnetohydrodynamic and quasi-static magnetohydrodynamic turbulence
在流体动力学湍流中，大尺度注入的动能级联到惯性范围，导致恒定的动能通量。相反，在磁流体动力学（MHD）湍流中，一部分动能被转移到磁能。因此，对于相同的动能注入率，MHD湍流中的动能通量与其流体动力学对应物相比减小。这导致非线性项（$\la | ({\bf u}\cdot \nabla) {\bf u} | \ra$，其中${\bf u}$是速度场）和湍流阻力相对减弱，但MHD湍流中的速度场增强。我们使用流体动力学和MHD湍流的壳模型模拟来验证上述。准静态MHD湍流也表现出类似于MHD湍流的湍流阻力减小。
2020-04-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Double Multiple-Relaxation-Time model of Lattice-Boltzmann Magnetohydrodynamics at Low Magnetic Reynolds Numbers
基于纳维-斯托克斯方程的Galilean协变模型，提出了一种改进的格子Boltzmann数值方法求解低磁雷诺数区域的磁流体动力学（MHD）方程.磁流体力学的格子玻尔兹曼方法中的磁感应方程的模拟通常是沿着最简单的唯象描述，单弛豫时间（SRT）模型的路线设计的。为了处理众所周知的稳定性困难的SRT框架，我们介绍，或者，一个多弛豫时间技术的磁感应方程的解决方案，结合一种新的边界条件方法，以应付微妙的磁玻尔兹曼分布曲线边界。作为一个应用，我们调查开放的问题，在磁流体管道流的瞬态流态的描述，受到非均匀磁场。
2022-11-20 physics.flu-dyn
Anisotropy in Quasi-Static Magnetohydrodynamic Turbulence
本文综述了准静态磁流体动力学湍流的研究现状。能量谱比Kolmogorov的$k^{-5/3}$谱陡峭，这是由于焦耳耗散导致动能通量随波数$k$而减小。光谱指数随相互作用参数的增大而减小。流动是准二维的，在小$k$处具有强${\bf U}_\perp$，在大$k$处具有弱$U_\parallel$，其中${\bf U}_\perp$和$U_\parallel$是相对于外部磁场的垂直和平行速度分量。对于小的$k$，${\bf U}_\perp$的能通量是负的，但是对于大的$k$，$U_\parallel$的能通量是正的。压力介导从${\bf U}_\perp$到$U_\parallel$的能量转移。
2017-09-11 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Variable energy flux in quasi-static magnetohydrodynamic turbulence
实验和数值模拟表明，随着外部磁场或等效相互作用参数的增大，磁流体动力学湍流在准静态极限下的能谱偏离Kolmogorov $k^{-5/3}$谱.为了解释这一现象，我们构建了一个解析湍流模型与可变的能量通量，由于洛伦兹力引起的耗散。使用我们的模型计算的能谱的各种相互作用参数与早期的实验和数值结果定性一致。
2013-04-25 nlin.CD physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic Turbulence: Chandrasekhar's Contributions \& Beyond
在1948-1955年期间，他写了四篇关于磁流体动力学（MHD）湍流的论文，这是该领域的第一批论文。在这些开创性的努力之后，该领域继续前进。本文将简要地介绍MHD湍流的重要工作，首先是从Eschrasekhar的工作开始。
2022-04-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.hist-ph
Universality in Decaying Turbulence at High Reynolds Numbers
流体湍流理论的一个标志是在大能量注入尺度和小能量耗散尺度之间的惯性范围内空间中两点之间的速度差统计的普适幂律缩放。即使在现有的最高雷诺数下，实验室和自然流动中，这种普遍的幂律也没有令人信服地证明。在这里，我们表明，衰减的主动网格湍流的马克斯普朗克变密度湍流风洞的速度差统计在高雷诺数不表现出幂律，但有一个通用的功能形式的雷诺数无关。我们分开这个功能的形式幂律指数和讨论湍流建模的潜在后果。
2021-12-13 physics.flu-dyn
Effects of Reynolds Number and Stokes Number on Particle-pair Relative Velocity in Isotropic Turbulence: A Systematic Experimental Study
在一种新型的均质各向同性湍流室内，利用新近发展的平面四帧粒子跟踪技术，系统地研究了雷诺数和斯托克斯数对粒子对相对速度（RV）的影响。
2017-11-06 physics.flu-dyn
Role of cross helicity in magnetohydrodynamic turbulence
采用高分辨率直接数值模拟方法研究了强不可压三维磁流体动力学湍流。模拟结果表明，配置空间的特点是由区域的积极和消极的交叉螺旋度，对应于高度对齐或反对齐的速度和磁场波动，即使当平均交叉螺旋度为零。为了阐明交叉螺旋度的作用，在交叉螺旋度不为零的不平衡区域获得湍流的谱和结构。当在正和负交叉螺旋度区域上平均时，结果与平衡湍流的模拟一致。对所得结果进行了分析解释。
2009-01-16 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A Generalizable Theory for the Reynolds Stress, Based on the Lagrangian Turbulence Transport
利用拉格朗日动量输运，雷诺剪应力可以用基本湍流参数表示。在这种观点中，雷诺应力梯度代表流向动量的横向传输，由动量方程中的u2传输、压力和剪切力项平衡。我们将这种形式主义扩展到其他湍流参数，如雷诺应力的对角分量，以及更复杂的流动（具有逆压梯度的边界层流动和具有旋流的管流）。直接数值模拟（DNS）的数据用于验证这一整套湍流输运方程，表现出良好的一致性和协议的所有组件和不同的几何形状。使用这一整套湍流输运方程的一个例子显示为湍流射流。
2020-07-26 physics.flu-dyn
Turbulence Momentum Transport and Prediction of the Reynolds Stress in Canonical Flows
基于控制体以局部平均速度运动的动量平衡，提出了一种求解湍流正则流中雷诺应力的独特方法。微分变换将这个动量平衡转换为可解形式。在简单的几何形状与实验和计算数据的比较显示出相当好的协议。湍流动量传输的另一种图片提供，与数据验证，其中的湍流动量的传输由平均速度，而被耗散的粘度。净动量传输是雷诺应力。使用DNS和实验数据验证了这种湍流动量平衡。这项工作的意义是，雷诺应力可以明确地写在一个简单的形式，来自纯流体物理学的基本湍流参数方面，并有可能存在应用这个概念，以更复杂的湍流。
2017-08-15 physics.flu-dyn
An exact expression for the Reynolds number dependence of the energy dissipation rate in homogeneous, isotropic turbulence
的雷诺数的无量纲耗散率的依赖性直接从Karman-Howarth方程的积分尺度雷诺数的倒数和一个系数，取决于第二和第三阶结构函数。将该形式拟合到直接数值模拟的结果表明，该系数实际上是恒定的。
2010-02-10 physics.flu-dyn
Reynolds Number of Transition as a Dynamic Constraint on Statistical Theory of Turbulence
基于Wyld摄动展开的迭代粗粒化方法被应用于Navier-Stokes湍流问题。它表明，低阶计算给出的固定点雷诺数$ Re_{fp}$（耦合常数）几乎相同的雷诺数最近发现的过渡到异常标度的时刻{ \bf“速度导数”}。使用这个结果作为动态约束，有人认为，在附近的不动点（积分尺度）的高阶非线性，所产生的程序，是无关紧要的。红外发散并没有消失，而是包含在所导出的大尺度湍流（湍流模型或“凝聚物”）方程中，这些方程是小尺度湍流的来源。
2013-08-20 physics.flu-dyn
Strong magnetohydrodynamic turbulence with cross helicity
磁流体力学（MHD）提供了最简单的描述磁等离子体湍流在各种天体物理和实验室系统。具有非零交叉螺旋度的MHD湍流通常被称为不平衡的，因为它意味着平行和反平行于背景场传播的阿尔文波动的能量不相等。最近的分析和数值研究表明，在每一个尺度上，MHD湍流由正负交叉螺旋度区域组成，表明这种湍流本质上是局部不平衡的。本文给出了稳态不可压MHD湍流的高分辨率数值模拟结果。有人认为，沿相反方向运动的涨落能谱（E^+和E^-）的惯性范围标度与交叉螺旋度的大小无关。当交叉螺旋度不为零时，E^+和E^-保持相同的标度，但振幅不同，这取决于交叉螺旋度的大小。
2010-04-21 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A Method for Determination of the Reynolds Stress and Turbulence Structure in Wall-Bounded Flows
利用拉格朗日动量输运，雷诺应力可以用基本湍流参数表示。雷诺应力梯度表示流向动量的横向传输，由动量方程中的u2传输、压力和剪切力项平衡。直接数值模拟（DNS）的数据已被用来验证这种方法，具有良好的一致性和协议。雷诺应力梯度的表达式将输运方程添加到雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程中，因此，如果可以确定第三个未知变量u2，则可以确定湍流结构。在这里，我们考虑替代结构为基础的方法，用于重建的u2轮廓壁有界流。u2剖面的输入，结合两个传输方程（RANS和当前的雷诺应力方程），允许充分重建的湍流结构的壁有界流，与DNS数据的合理协议。
2019-12-10 physics.flu-dyn
Scaling in Decaying Turbulence at High Reynolds Numbers
湍流速度脉动的增量统计与增量大小成比例的方式是湍流理论的核心。我们报告的数据衰减湍流在马克斯普朗克变密度湍流隧道（VDTT），这表明在小尺度上的非平凡形状的惯性范围统计的方法。通过修正能量衰减对大尺度统计量的贡献，我们发现二阶速度增量统计量的标度指数与雷诺数无关，并且对于$2000\lesssim R_λ \lesssim 6000$等于$0.693\pm0.003$。这是在高雷诺数下普遍惯性范围的证据。
2022-03-04 physics.flu-dyn
Reynolds-number dependence of the dimensionless dissipation rate in homogeneous magnetohydrodynamic turbulence
本文研究了在外力作用下，定常和非定常磁流体（MHD）湍流的无量纲耗散率$C_{\varepsilon}$的行为。结合前人对自由衰减MHD湍流的研究，本文得到了适用于均匀MHD湍流的最一般的$C_{\varepsilon}$模型方程，并对单位磁普朗特数下无量纲总能量耗散率随雷诺数的变化进行了全面的数值研究。我们进行了一系列中高分辨率的直接数值模拟机械强制固定MHD湍流，以验证模型方程的预测固定的情况下。此外，非普适性的问题进行了讨论的外力的影响，以及交叉和磁螺旋度的水平。渐近线$C_{\varepsilon,\infty}$的测量值位于自由衰变的$0.193 \leqslant C_{\varepsilon,\infty} \leqslant 0.268$之间，其中该值取决于交叉和磁螺旋度的初始水平。在平稳的情况下，我们测量$C_{\varepsilon,\infty} = 0.223$。
2017-01-04 astro-ph.CO astro-ph.SR physics.flu-dyn
Reynolds number effect on the velocity increment skewness in isotropic turbulence
利用EDQNM模型计算了各向同性湍流的二阶和三阶纵向结构函数和波数谱，并与多重分形模型的结果进行了比较。在风洞实验中可获得的最高雷诺数$R_λ=2500$下，多重分形模型和EDQNM都对速度增量偏度的惯性范围标度给出幂律修正。对于EDQNM，这种校正是有限雷诺数效应，而对于多重分形形式主义，它是在任何高雷诺数下持续存在的不稳定性校正。此外，这两种方法产生的耗散和近耗散范围内的速度波动的二阶和三阶统计的现实行为。相似性和差异突出，特别是雷诺数的依赖性。
2011-01-25 physics.flu-dyn
Fully resolved array of simulations investigating the influence of the magnetic Prandtl number on magnetohydrodynamic turbulence
我们探讨的磁普朗特数Pm的能量和耗散的影响完全解决直接数值模拟的稳态，机械强制均匀磁流体动力学湍流范围Pm = 1/32至32。我们比较的光谱，并表明，如果模拟没有完全解决，陡峭的缩放的动力学磁耗散比与PM被高估。我们还提出了螺旋和非螺旋磁场的衰减湍流的结果，在那里我们发现非螺旋反向光谱转移Pm < 1。这种系统分析的结果有应用，包括恒星，行星发电机，和吸积盘。
2019-01-15 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the Relaxation of Turbulence at High Reynolds Numbers
一旦搅拌停止，流体中的湍流运动就以一定的速率松弛。流体力学中最基本的参数雷诺数在设定弛豫速率中的作用一般不为人所知。本文讨论了该过程的高雷诺数极限。在一个经典的网格湍流风洞实验中，既达到了比以往任何时候都高的雷诺数，并涵盖了广泛的他们（$10^4 < Re = UM/ν< 5\times10^6$），我们测量的松弛率与前所未有的精度约为2%。这里，$U$是流动的平均速度，$M$是强制尺度，而$ν$是流体的运动粘度。我们观察到，弛豫速率是不依赖于常数的，这与一些模型相矛盾，支持其他模型。
2014-11-17 physics.flu-dyn
Reynolds number effects on transition, turbulence intensity and axial-velocity decay rate of turbulent round jets
采用显式过滤大涡模拟技术，对三种不同雷诺数（Re = 3600、88000、400000）下的湍流圆射流进行了数值模拟，以了解雷诺数对马赫数0.9亚音速射流的影响。八阶紧致格式用于空间导数估计。流场的时间演化采用二阶龙格-库塔法。单参数四阶紧致滤波器用于传输变量的低通显式滤波。随着射流雷诺数的增加，中心线轴向速度衰减率减小，湍流强度降低。射流扩展率被观察到是独立的雷诺数。对于相同的入流湍流引射，在高雷诺数的射流中观察到早期的势核崩溃和向湍流区的转变。随着雷诺数的增加，增加较小的长度尺度的作用进行了分析。据观察，行为的湍流圆形射流是类似的平面射流，无论在尺寸自由度的增益。详细讨论了从数值实验的意见。
2017-11-05 physics.flu-dyn
Reynolds number dependence of Lagrangian dispersion in direct numerical simulations of anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
大尺度磁场穿过行星际和星际介质、恒星内部和其他天体物理等离子体的导电物质，产生具有高雷诺数湍流区域的各向异性流。通常遇到由强度近似等于均方根磁波动的磁场构成的湍流。在这项工作中，直接数值模拟的各向异性磁流体动力学（MHD）湍流的影响，这样的磁场进行了一系列的情况下，具有相同的分辨率，并增加网格尺寸高达$2048^3$。结果是一系列雷诺数从1，400到21，000的非常相似的模拟。我们从拉格朗日的观点，通过跟踪流体粒子和计算单粒子和双粒子统计来研究雷诺数的影响。讨论了这些统计量中Alfvénic涨落和基本各向异性对MHD湍流的影响。单粒子扩散曲线表现出温和的superdiffusive行为，不同的方向对齐的磁场和方向垂直于它。竞争对齐过程影响的分散的粒子对，特别是在开始的惯性子范围的时间尺度。可以观察到，雷诺数越大，惯性子区中的相对弥散越明显，其比例比Richardson预测的要陡。
2022-05-13 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.comp-ph
Tomographic long-distance microPIV to investigate the small scales of turbulence in a jet at high Reynolds number
为了克服传统层析PIV装置的光学局限性，采用\textmu PIV装置对高雷诺数射流（$Re_λ \approx 350$）中的小尺度湍流进行了研究。为了验证层析成像长距离\textmu PIV的性能，进行了小尺度湍流统计方面的分析。该技术进行了评估，并将数据基准化，以应用于大尺度流域中任何三维小尺度现象的分析。
2021-11-25 physics.flu-dyn
The statistics of a passive scalar in field-guided magnetohydrodynamic turbulence
磁化等离子体湍流的各种研究调用理论的湍流波动的一个被动标量平流。例子包括模拟星际介质中的电子密度波动，了解星系团和星系间介质的化学成分，并测试磁流体动力学湍流的流行现象学理论。虽然被动标量湍流已被广泛研究的流体动力学的情况下，其对应的MHD湍流是显着不太好理解。在这里，我们进行了一系列的高分辨率直接数值模拟不可压缩，场引导，MHD湍流，以建立被动标量演化的基本属性。我们研究了标量的各向异性，建立了类似于Yaglom定律的标度关系，并测量了被动标量统计量的不对称性。我们还评估在何种程度上的伪阿尔芬波动强MHD湍流可以模拟为一个被动标量。结果表明，被动标量在MHD湍流的动力学是相当复杂的比在流体动力学的情况下。
2014-09-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A turbulence model based on deep neural network considering the near-wall effect
雷诺平均Navier-Stokes（RANS）数值模拟的封闭性要求不断改进湍流模型。机器学习（ML）为在高保真仿真数据的基础上建立先进的经验雷诺应力闭合提供了有效的工具。本文提出了一种基于深度神经网络（DNN）的湍流模型，该模型考虑了雷诺应力各向异性张量与局部平均速度梯度之间的非线性关系以及近壁效应。详细介绍了DNN湍流模型的建立和调试。我们表明，DNN湍流模型训练的数据从直接数值模拟产生一个准确的预测平面通道流的雷诺应力。特别是，我们建议在模型输入中包括局部湍流雷诺数。
2021-03-31 physics.flu-dyn
Magnetic Dissipation of Near-Wall Turbulent Coherent Structures in Magnetohydrodynamic Pipe Flows
利用外部静态磁场使壁面有界湍流再层化是低磁雷诺数下导电流体物理学中的一个众所周知的现象。尽管关于这个问题的文献很多，但还不完全清楚哈特曼（$M$）和雷诺数的什么组合必须用于预测无磁扰动的上游湍流供给的通道或管流中的层流-湍流转捩。依赖于标准的唯象方法与混合长度和结构的概念，我们提出，$M/R_τ$，其中$R_τ$是摩擦雷诺数，是适当的控制参数再层化，一个建议，找到了很好的支持，从现有的实验数据。
2020-04-08 physics.app-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Vortex Tubes in Turbulence Velocity Fields at High Reynolds Numbers
湍流的基本结构，即，本文利用实验室获得的边界层和管道流动在微尺度雷诺数332-1934范围内的速度数据，对涡流管进行了研究。过去的实验研究主要集中在强涡流管上，而本研究则集中在所有不同强度的涡流管上。我们得到了平均速度分布。半径与柯尔莫哥洛夫长度成比例。循环速度与Kolmogorov速度成比例，与单独的强涡流管的情况相反，其中循环速度与均方根速度波动成比例。由于这些标度律与湍流产生的结构无关，因此在高雷诺数下它们似乎是通用的。
2008-01-15 physics.flu-dyn
Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence: mode coupling, scaling relations, anisotropy, new regime and astrophysical implications
我们提出了数值模拟和探索可压缩磁流体动力学（MHD）湍流的标度和各向异性。我们的研究涵盖了在不同的马赫数的气体压力为主（高β）和磁为主（低β）等离子体。此外，我们提出了superAlfvenic湍流的结果，并讨论在何种方式下，它是类似于subAlfvenic湍流。我们描述了一种分离不同的磁流体动力学（MHD）模式（慢，快和阿尔芬）的技术，并将其应用到我们的模拟。结果表明，在高β和低β情况下，Alfven模和慢模都具有Kolmogorov谱（指数=-5/3）和尺度相关的Goldreich-Sridhar各向异性，而快模具有指数=-3/2和各向同性的谱.本文讨论了在不同区域由MHD湍流引起的密度涨落的统计特性。我们的发现涉及许多天体物理学的含义，从宇宙射线传播到伽马射线暴和恒星形成。特别是，我们表明，早期研究人员报道的湍流的快速衰减是不相关的压缩性和模式耦合MHD湍流。此外，我们发现，磁场增强和密度增强是轻微相关的。在AU尺度上解决部分电离星际气体的密度结构，我们表明，新的制度的MHD湍流，我们以前报告的不可压缩流持续可压缩湍流，因此可能会提供一个解释这些神秘的结构。
2003-07-03 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dynamic Alignment in Driven Magnetohydrodynamic Turbulence
最近的分析预测的动机，我们报告的数值证据表明，在驱动不可压缩磁流体动力学湍流的磁场和速度场的波动局部倾向于调整其极化方向。这种动态对准在较小尺度下更强，偏振之间的角度失配随着尺度λ近似为θ_λ~ λ^{1/4}而减小。这可以自然地导致非线性相互作用的减弱，并为在强磁化湍流的数值实验中观察到的能谱E（k）~ k^{-3/2}提供解释。
2006-12-21 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
An Algebraic Non-Equilibrium Turbulence Model of the High Reynolds Number Transition Region
提出一种基于混合长度并校准于管流的代数非平衡湍流模型，用于捕捉高雷诺数过渡区湍流产生-耗散比增加，并考虑壁面粗糙度，输出面积平均量供CFD使用。
2024-02-02 physics.flu-dyn
On the Nature of Incompressible Magnetohydrodynamic Turbulence
提出了一个新的不可压缩磁流体动力学湍流模型来解释最近的数值结果。根据所提出的模型，在强外部磁场的存在下，不可压缩磁流体动力学湍流变得非局部的意义上说，低频模式导致相互作用的高频模式从惯性间隔的去相关。结果表明，所获得的非局部谱的惯性范围内的不可压缩磁流体动力学湍流代表各向异性类似的Kraichnan的非局部谱的流体动力学湍流。基于弱耦合近似，这是直接相互作用近似的等效配方之一的框架中进行的分析，它表明，不可压缩磁流体动力学湍流可以是本地和非本地的，因此各向异性的类似物的Kolmogorov和Kraichnan频谱是可实现的不可压缩磁流体动力学湍流。
2007-01-10 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Determination of the Decay Exponent in Mechanically Stirred Isotropic Turbulence
直接数值模拟被用来研究各向同性均匀湍流的衰减指数在一定范围内的雷诺数足以显示高和低雷诺数衰减行为。初始湍流是由流过许多随机放置的小立方体的流动的搅拌作用产生的。搅拌发生在模拟域尺寸的1/30处，使得湍流谱的低波数和大尺度行为由流体产生并且不被强加。结果表明，在高雷诺数和低雷诺数下，所得湍流的衰减指数与Saffman（1967）的理论预测非常吻合。从高雷诺数行为到低雷诺数行为的转变在湍流雷诺数约为250时相对突然地发生。
2010-07-28 physics.flu-dyn
Evolution of similarity lengths in anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
在早期的一篇论文（Wan等人，2012）中，作者指出，如果平行与垂直（相对于$\vB_0$）相似性长度尺度的比率在时间上保持恒定，则在存在均匀平均磁场$\vB_0$的情况下，存在各向异性不可压缩3D磁流体动力学（MHD）湍流的相似性解。这个猜想似乎是一个相当严格的约束动力学的衰减的含能涡MHD湍流。然而，我们在这里表明，使用直接数值模拟，这一假设确实是满足不可压缩MHD湍流。经过一个初始的瞬态周期后，平行与垂直的长度尺度的比值在涡流衰减期间围绕一个稳定值波动。我们进一步表明，泰勒-卡门类似的相似性衰减持有的MHD湍流中存在的平均磁场。不同的参数，包括雷诺数，直流电场强度，和交叉螺旋度，相似性衰减的性质的影响进行了讨论。
2019-06-18 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Residual Energy in Magnetohydrodynamic Turbulence
在太阳风观测和数值模拟中有越来越多的证据表明，在磁流体动力学湍流中，动能和磁能并不均分。它们失配的根源，即剩余能量E_r=E_v-E_b，还不很清楚。在目前的工作中，这种效果进行了研究分析，在弱磁流体动力学湍流的制度。我们发现，剩余能量是自发产生的湍流动力学，它有一个负的符号，与观测结果很好地吻合。我们得到了剩余能量在k_||=0，其k_||- 谱线展宽与k_perp成线性关系，其中k_||和k_perp是平行于和垂直于背景磁场的波数，并且剩余能量的场垂直谱在惯性间隔中具有标度E_r（k_perp）\propto k_perp^{-1}。这些结果被发现是与数值模拟。我们建议，剩余能量起着根本性的作用，在阿尔芬湍流，它应该考虑到正确的解释观测和数值资料。
2011-08-29 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
High Reynolds number airfoil turbulence modeling method based on machine learning technique
本文针对高雷诺数下翼型绕流的湍流，发展了一种基于深度神经网络的湍流模型。根据Spalart-Allmaras（SA）湍流模型得到的数据，建立了将流动特征映射到涡粘性的神经网络模型。然后，该模型被用来取代SA湍流模型与CFD求解器相互耦合。本文主要从模型的输入、输出特征和损失函数出发，建立了适合的数据驱动湍流模型。还实现了一种基于特征重要性的特征选择方法。实验结果表明，该特征选择方法能有效去除冗余特征。基于新输入特征的模型在与CFD求解器的互耦方面具有更好的精度和稳定性。求解得到的力系数与实测值吻合较好。该模型在不同来流条件（迎角、马赫数、雷诺数和翼型）下具有较强的通用性。
2021-11-26 physics.flu-dyn
Searching for vortex structures in high Reynolds number turbulence
在非常高的雷诺数湍流的实验研究中，我们发现的证据表明，有区别的涡结构的中间范围内，即Kolmogorov和泰勒微尺度之间，他们确实预计将存在。这些结构是负责的不对称性，并在同一时间，它们有助于湍流统计的不对称性，后者遵循Kolmogorov定律。
2001-11-30 physics.data-an 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
Scaling of Wall Turbulence at Finite Reynolds Number
将匹配渐近展开法应用于平均动量平衡，提出了粘性底层中平均速度和雷诺剪应力的新的标度关系。结果表明，除了摩擦速度之外，新参数$Λ_+$也与壁湍流相关。根据所提出的粘性子层的新标度，导出了重叠区平均速度的幂律。结果表明，参数$Λ_+$的完全相似性或不完全相似性是决定叠加层中平均速度服从幂律或对数律的关键因素。
2014-03-24 physics.flu-dyn
Short term unpredictability of high Reynolds number turbulence --- rough dependence on initial data
对周期性边界条件下的高雷诺数流体流动进行了数值模拟，发现了短期不可预测性。此外，短期不可预测性的丰富性也被发现。这些发现支持了我们的理论，即充分发展的湍流不断受到这种短期不可预测性的驱动。
2019-06-26 math.AP nlin.CD physics.ao-ph
Longitudinal and Transverse structure functions in high Reynolds-number turbulence
使用速度结构函数（希尔，希尔和Boratav，和Yakhot）之间的精确关系，并忽略压力的贡献，在第一近似，我们得到一个封闭的系统，并推导出简单的顺序依赖于纵向和横向结构函数之间的重新缩放关系。通过湍流雷诺数从$\Re_λ=320$到$\Re_λ=730$的数值试验，我们在它们各自的标度范围之间建立了明确的对应关系，同时证实了它们的标度指数确实不同。这种差异似乎不依赖于雷诺数。利用梅林变换，我们进一步映射纵向（重新缩放）横向概率密度函数。
2012-05-25 physics.flu-dyn
Heavy Particle Clustering in Inertial Subrange of High--Reynolds Number Turbulence
本研究通过直接数值模拟发现高雷诺数均匀各向同性湍流中惯性粒子在惯性子区显著聚集，该聚集由优先浓度调制引起并表现为粒子数密度谱凸起，可用尺度相关斯托克斯数的有理函数建模。
2024-06-05 physics.flu-dyn
A symbolic regression-based implicit algebraic stress turbulence model: incorporating the production of non-dimensional Reynolds stress deviatoric tensor
本文提出一种基于符号回归的隐式代数应力湍流模型，通过纳入无量纲雷诺应力偏张量产生项来捕捉平均流场产生的局部湍流形状，并在多个流动算例中验证了其优于参考模型的性能与泛化能力。
2025-07-07 physics.flu-dyn
Comparison of turbulence profiles in high Reynolds number turbulent boundary layers and validation of a predictive model
Vassilicos等人（2015年）修改后的Townsend-Perry附加涡流模型结合了rms流向湍流速度剖面的外部峰值/平台特性和这些剖面在离壁更远距离处的Townsend-Perry对数衰减。这些作者针对高雷诺数湍流管流数据对该模型进行了验证，并在此显示，该模型同样能够很好地描述来自四个不同设施和宽雷诺数范围的湍流边界层流数据，且参数值大致相同。该模型具有预测价值，当外推到极高的雷诺数的SLTEST数据在大盐湖沙漠大气测试设施，它匹配这些数据相当不错。
2018-09-14 physics.flu-dyn
Experimental measurement of acceleration correlations and pressure structure functions in high Reynolds number turbulence
我们提出了测量的流体粒子加速度在湍流水之间的反向旋转的磁盘使用三维拉格朗日粒子跟踪。通过同时遵循多个粒子与亚柯尔莫哥洛夫时间尺度的时间分辨率，我们测量的泰勒微尺度雷诺数在200和690之间的流体粒子加速度的空间相关性。我们还获得了间接的，非侵入性的测量的欧拉压力结构功能，通过整合的加速度相关性。我们的实验结果为Obukhov和Yaglom在1951年提出的各向同性高雷诺数湍流中的加速度关联和压力结构函数的理论预言提供了有力的支持。测得的压力结构函数显示惯性范围内的K41标度。
2007-08-29 physics.flu-dyn
Turbulence via intermolecular potential: Viscosity and transition range of the Reynolds number
流体中的湍流是一种普遍存在的现象，其特征在于平滑的层流到快速变化的混沌动力学的自发转变。1883年，雷诺用实验证明，在最初的水层流中，湍流运动出现时没有任何可测量的外部扰动。直到今天，湍流仍然是流体力学中一个主要的未解决的现象;特别是，缺乏一个数学模型，其中湍流动力学自然地从层流中出现。最近，我们提出了一种新的气体湍流理论，根据该理论，湍流运动是由分子间势的平均场效应在惯性气体流中产生的。在目前的工作中，我们调查的粘性在我们的湍流模型的效果，通过数值模拟在正常条件下的空气流动在一个直管中的不同值的雷诺数。我们发现，层流和湍流之间的过渡在我们的模型中发生没有任何故意的扰动，雷诺数从2000增加到4000。当模拟的流动变成湍流时，在我们的模型中的动能的时间平均傅立叶谱的衰减率接近Kolmogorov的逆三分之五定律。这两个结果都与实验和观察相一致。
2022-05-02 physics.flu-dyn
Artificial neural network subgrid models of 2-D compressible magnetohydrodynamic turbulence
我们探索了深度学习的适用性，以捕获磁化Kelvin-Helmholtz不稳定性的2-D模拟的亚网格尺度理想磁流体力学湍流的物理学。我们以不同的分辨率进行模拟，以系统地量化神经网络模型的性能，从而重现这些复杂模拟的物理特性。我们比较了我们的神经网络的性能与梯度模型，这是广泛使用的广泛的磁流体动力学文献。我们的研究结果表明，神经网络显着优于梯度模型再现磁流体湍流的影响。据我们所知，这是第一次探索性研究使用深度学习来学习和再现磁流体力学湍流的物理学。
2020-08-26 astro-ph.IM physics.comp-ph physics.flu-dyn
Stochastic anomaly and large Reynolds number limit in hydrodynamic turbulence models
在这项工作中，我们解决了开放的问题，高雷诺数限制在流体动力学湍流，我们修改考虑消失的随机（而不是确定性）粘度。在这个公式中，一个小尺度的噪声传播到大尺度的逆级联，这可以描述使用定性参数的Kolmogorov-Obukhov理论。我们推测，由此产生的概率分布的极限存在$\mathrm{Re} \to \infty$，在有限时间的极限流仍然是随机的，即使强迫，初始和边界条件是确定的。这个猜想证实了数值的Sabra模型的湍流，其中的解决方案是确定性的前和随机后立即爆破。然后，我们推导出一个纯粹的无粘问题制定的随机边界条件施加在惯性区间。
2015-10-26 physics.flu-dyn
Analysis of cancellation in two-dimensional magnetohydrodynamic turbulence
本文对二维间歇性磁流体动力学湍流进行了有符号测度分析。这种分析被用来描述符号振荡流动结构的标度行为及其几何特性。特别是，它被观察到的结构内部的字段的正面和负面的贡献之间的取消，被抑制的尺度小于泰勒微尺度，并停止附近的耗散规模。此外，从一个简单的几何参数，取消指数和典型的分形维数之间的关系，在流动中的结构得到。
2001-11-23 nlin.CD physics.data-an physics.flu-dyn
Particle-Pair Relative Velocity Measurement in High-Reynolds-Number Homogeneous and Isotropic Turbulence Using 4-Frame Particle Tracking Velocimetry
湍流中悬浮颗粒间的径向相对速度对液滴的碰撞和长大起着关键作用。我们提出了一种简单而准确的方法，RV测量在各向同性湍流平面4帧粒子跟踪测速仪-使用常规PIV硬件。本研究证明了使用常规硬件精确测量RV的可行性，并首次通过实验验证了路径历史和惯性过滤对大颗粒分离时颗粒对RV的影响。
2017-12-20 physics.flu-dyn
Vortex tubes in velocity fields of laboratory isotropic turbulence: dependence on the Reynolds number
在相对高的雷诺数Re（lambda）= 110-330下，在各向同性网格湍流中同时测量了流向和横向速度。使用条件平均技术，我们提取了典型的不稳定性模式，这是一致的速度分布的模型的涡流管，即，汉堡漩涡涡流管的半径是几个Kolmogorov长度与雷诺数无关。利用小尺度速度增量连续增强之间的间隔分布，我们研究了涡流管的空间分布。涡流管倾向于聚集在一起。随着雷诺数的增加，这种趋势越来越明显。利用速度增量的统计，我们还研究了作为尺度的函数的涡流管的能量的重要性。在小尺度下，特别是泰勒微尺度下，涡流管在背景流中是重要的。在固定的尺度下，重要性随着雷诺数的增加而增加。
2002-11-10 physics.flu-dyn
An alternative formulation for exact scaling relations in hydrodynamic and magnetohydrodynamic turbulence
我们提出了一个替代配方的精确关系，在三维均匀湍流使用两点统计。我们的发现说明与不可压缩流体动力学，标准和霍尔磁流体动力学湍流。在该公式中，湍流无粘不变量的级联率可以简单地用混合二阶结构函数表示。除速度${\bf u}$、涡量$ω$、磁场${\bf b}$和电流${\bf j}$等常用变量外，矢量${\bf u } \times {\boldsymbol ω}$、${\bf u} \times {\bf b}$和${\bf j} \times {\bf b}$也对湍流叶栅起着关键作用。目前的方法提供了一个简单的代数形式，这是特别有趣的研究各向异性的空间等离子体，如太阳风，在原则上更快的统计收敛比经典的法律写在三阶振荡器。
2016-11-13 physics.flu-dyn
Dynamic multiscaling in magnetohydrodynamic turbulence
本文首次研究了三维均匀各向同性磁流体（MHD）湍流中随时间变化的速度和磁场结构函数的多尺度性。我们推广的形式主义，已经开发了类似的研究中的流体湍流的时间相关的结构函数的MHD。通过在三维MHD湍流壳模型中对这种随时间变化的结构函数进行详细的数值研究，我们得到了等时标度指数和动态标度指数。
2016-11-05 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
