Growth dynamics of turbulent spots in plane Couette flow
我们的实验和数值研究的时间方面的湍流斑扩展在平面Couette流过渡雷诺数在300和450之间。点增长率，点平流率和大尺度流强度作为时间和雷诺数的函数进行测量。所有这些量都显示出类似的动力学，阐明了大尺度流动在湍流点平流中所起的作用。每个可能的增长机制的贡献：大规模平流或增长引起的不稳定，讨论了不同阶段的现场增长。一个方案，收集所有这些元素是提供一个更好的了解的增长动力学的湍流斑点在平面Couette流，应该可能适用于其他扩展的剪切流。
2017-02-09 physics.flu-dyn
Transition between advection and inertial wave propagation in rotating turbulence
在受到强背景旋转的湍流中，湍流的平流机制被惯性波的传播所取代，因为旋转的影响变得占主导地位。虽然这一机制已在实验中得到证实，但这两种机制之间的过渡条件尚不清楚。我们解决这个问题的实验跟踪湍流前远离固体壁射流进入一个否则静止的流体。在没有背景旋转的情况下，该装置产生湍流锋，其位移恢复了经典的振荡网格获得的$z(t)\sim t^{1/2}$定律，并且我们进一步建立了相关传输机制的尺度独立性。当设备以垂直于流体注入的壁的恒定速度旋转时，不仅湍流前沿变得主要由惯性波传输，而且平流本身也由于这些波的传播引起的局部动量不足而被抑制。湍流锋位移的逐尺度分析表明，平流和传播之间的过渡在空间和光谱上都是局部的，并且发生在基于所考虑尺度的Rossby数为1时，或者等价地，当惯性波的尺度相关群速度与局部平流速度相匹配时。
2019-12-23 physics.flu-dyn
Learned discretizations for passive scalar advection in a 2-D turbulent flow
流体模拟的计算成本随着网格分辨率的增加而迅速增加。这给模拟准确解决复杂流动的小尺度特征的能力带来了很大的限制。在这里，我们使用机器学习方法来学习一种数值离散化，即使在经典方法的解决方案分辨率不足的情况下也能保持高精度。我们将这种方法应用于二维湍流中的被动标量平流。该方法保持了与传统高阶通量限制平流求解器相同的精度，同时在每个维度上使用4倍的低网格分辨率。机器学习组件与传统的有限体积方案紧密集成，并且可以通过端到端可微分编程框架进行训练。求解器可以通过卷积滤波器在CPU和加速器上实现接近峰值的硬件利用率。代码可在https://github.com/google-research/data-driven-pdes上获得。
2020-11-05 cond-mat.dis-nn physics.comp-ph physics.flu-dyn
Large-Scale Pattern Formation in the Presence of Small-Scale Random Advection
尽管存在强烈的波动，许多湍流系统，如Rayleigh-Bénard对流和Taylor-Couette流显示自组织的大尺度流动模式。小尺度湍流波动如何影响这种大尺度流型的出现和稳定性？在这里，我们接近这个问题的概念，通过调查一类图案形成系统中存在的随机平流的Kraichnan-Kazantsev速度场。结合工具，从斑图形成与统计理论和模拟，我们表明，随机平流转移的发病和波数的紧急模式。作为对流中斑图形成的一个简单模型，用一个包含随机平流的广义Swift-Hohenberg方程证明了这种影响。我们还讨论了我们的结果的影响，湍流瑞利-贝纳德对流的大尺度流动。
2019-09-24 nlin.PS physics.flu-dyn
Efficient data-driven flow modeling for accurate passive scalar advection in submesoscale domains
本研究针对亚中尺度域海面平流过程难以准确高效模拟的问题，提出融合两种简化2D流模型、迭代调整边界条件的数据驱动框架，经漂流浮标实验验证可替代计算密集型瞬态模拟，实现高效精确的被动标量平流建模。
2025-03-10 math.OC physics.flu-dyn
Passive advection in nonlinear medium
本文考虑了被动示踪剂$θ$在非线性松弛介质中被大尺度不可压速度场（Batchelor问题）强迫平流的情形，其尺度小于流的相关长度，大于扩散尺度。解释小尺度标量涨落的有效理论被证明是线性的、渐近自由的（从泵浦尺度向下尺度）和普遍的。只需要三个参数就可以详尽地描述标量差的小尺度统计量：两个与速度相关的参数，即试验线元指数拉伸率的平均值和色散（分别为$\barλ$和$Δ$），以及代表小尺度标量波动线性阻尼平均率的$α$。$α$是表征介质非线性和注入系统的$θ^{2}$通量振幅的显式泛函。结构函数表现出一种极其反常的间歇性行为：$<|δθ_{r}|^{q}> \sim r^{ξ_{q}}, ξ_{q} = \min {q,\sqrt{[ \frac{\barλ}Δ] ^{2} + \frac{2αq}Δ} - \frac{\barλ}Δ}$。问题中没有发现耗散反常现象。
1998-09-11 chao-dyn cond-mat.stat-mech nlin.CD
Symmetry Breaking and Restoration in Turbulent Thermal Convection Arises from the Competition Between Advection and Buoyancy
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Fudan University（复旦大学）
通过聚合物添加剂实验和线性摩擦模拟，发现热对流中对称性破缺与恢复由平流与浮力的竞争主导，浮力占优时对称性恢复。
2026-06-01 physics.flu-dyn
Coupling of Active Motion and Advection Shapes Intracellular Cargo Transport
细胞内货物运输可以由被动扩散、沿着细胞骨架细丝网络的主动马达驱动的运输以及由这种马达/货物运动夹带的流体流的被动平流引起。因此，主动和平流输送本质上是相关的，但不同的表示相同的底层网络结构耦合。这里使用的反应-对流-扩散系统表明，这种耦合影响的被动示踪剂在一个封闭的几何形状的运输和本地化。对于足够低的扩散，通过低反应动力学和结合和未结合状态的解耦，或通过仅具有弱方向性偏差的大部分无序的细胞骨架网络，来优化货物定位到靶区。这些通用的结果可能有助于合理化的细胞骨架网络的微妙功能，例如在苍蝇卵母细胞中观察到的微管。
2012-06-13 physics.bio-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Advection by Compressible Turbulent Flows: Renormalization Group Study of Vector and Tracer Admixture
利用场论微扰重整化群分析了磁场和示踪场的对流扩散问题。两个平流场都被认为是被动的，即，平流速度场由可压缩形式的随机纳维-斯托克斯方程产生。该模型被认为是在空间维度$d=4$附近，并且是先前工作的延续[N.V. Antonov等人，E 95，033120（2017）]。在$y$（描述随机力进入速度场随机方程的标度行为）和$ε=4-d$中的双展开方案中构造了特殊维$d=4$附近的微扰理论。我们发现，一个循环近似两种类型的平流场表现出类似的普遍标度行为。特别是，我们证明了这种说法的惯性范围渐近行为的关联函数的平流场。在$(y,ε)$展开式的首阶中计算了张量复合算子的临界维数。
2019-04-18 nlin.CD physics.flu-dyn
TURB-Scalar. A large database of passive scalar fields advected by 2D Navier-Stokes in the turbulent inverse cascade regime
本文推出开放数据库TURB-Scalar，包含约400个由二维湍流逆级联区DNS生成的被动标量场快照，为湍流输运建模提供基准资源。
2025-08-18 physics.flu-dyn
Burns turbulent dispersion considers the dispersed phase as a passive scalar
本研究揭示双流体RANS泡状流中常用的Burns湍流弥散力等效于将气相视为跟随湍流涡的被动标量，验证了其适用于低空泡份额压水堆管流的气泡弥散表征。
2024-03-11 physics.flu-dyn
Chaotic and turbulent mixing of passive scalar
利用对均匀不可压流动（有和无被动标量平均梯度）的$8 \leq Re_λ < 700$和反应湍流混合层的直接数值模拟结果，研究了被动标量动力学中小Taylor-Reynolds数$Re_λ \lesssim 40$的时空确定性混沌和湍流$Re_λ \gtrsim 40$的分布混沌。结果表明，在小$Re_λ$的被动标量波动的确定性混沌的特点是指数空间（波数）谱：$E(k) \propto \exp-(k/k_c)$，而在湍流$Re_λ$的分布混沌的特点是拉伸指数谱$E(k) \propto \exp-(k/k_β)^{3/4}$。Birkhoff-Saffman不变量与动量守恒有关，并且由于Noether定理，空间均匀性已被用作这种拉伸指数谱的理论基础。虽然$k_c$和$k_β$代表了大尺度结构，但也建立了Batchelor尺度$k_{bat}$的相关性：归一化值$k_c/k_{bat}$和$k_β/k_{bat}$表现出普适性。
2019-03-27 physics.flu-dyn
Lagrangian views on turbulent mixing of passive scalars
被动标量湍流的拉格朗日观点最近产生了有趣的结果和解释。本文简要评述了拉格朗日湍流在理论、实验、模拟和数据分析方面的创新。审查的一部分是密切相关的所谓的Kraichnan模型的平流的被动标量合成湍流。对更好地理解Navier-Stokes湍流中的被动标量混合的可能影响也进行了讨论。
2009-04-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Almost anomalous dissipation in advection-diffusion of a divergence-free passive vector
本文研究无散度被动向量在Couette流中的平流-扩散，构造了使输入和输出速度场均呈现近反常能量耗散的速度场，其耗散标度为 $(\log ν^{-1})^{-2}$，与有界壁湍流的唯象理论预测相符。
2024-09-23 math.AP physics.flu-dyn
A Lagrangian model for the evolution of turbulent magnetic and passive scalar fields
在本文中，我们提出了一个扩展的\emph{Recent Fluid Deformation (RFD)}封闭Chevillard和Meneveau（2006年），这是发展的不可压Navier-Stokes湍流的拉格朗日波动的时间演化模拟。我们应用RFD闭包来研究磁场和被动标量涨落的演化。这种比较是特别有趣的，因为磁场和被动标量的梯度的拉伸项是相似的，但有一个符号不同，使得湍流速度场的拉伸和压缩的效果是相反的。概率密度函数（PDF）的磁波动和波动的梯度从RFD封闭获得的被动标量进行比较，对PDF从直接数值模拟。
2010-12-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Compressibility in turbulent MHD and passive scalar transport: mean-field theory
本文采用准线性近似和谱$τ$方法，发展了湍流磁流体力学和被动标量输运中压缩性效应的平均场论。我们发现，可压缩性降低了$α$效应和湍流磁扩散率在小和大的磁雷诺数，Rm。同样，可压缩性降低了被动标量在小和大的Péclet数，Pe的湍流扩散系数。另一方面，对于大的Rm，可压缩性不影响磁场的有效泵浦速度，但是对于小的Rm，可压缩性使其减小。密度分层导致被动标量的湍流泵送，但它被发现变得越来越弱的可压缩性。对于磁场，不存在这样的泵浦效应。然而，可压缩性的结果在一个新的被动标量泵效应从低到高的湍流强度的区域，无论是小的和大的Péclet数。它可以被解释为非惯性颗粒和气体混合物的可压缩的turbophoresis，而经典的turbophoresis效应只存在于惯性颗粒，并导致它们被泵送到湍流强度较低的区域。
2018-08-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Passive scalar tracers in chaotic and turbulent atmosphere
螺旋分布混沌的概念已被用来描述从大气表层到中间层的被动标量示踪剂的时空动力学（在不同的稳定条件和不同的纬度）。具有不同类型人工和天然微量气体（臭氧、二氧化碳等）的点源、线状源和分布式源和汇，和气溶胶进行了研究。还简要讨论了多云大气中太阳辐射透射率的有关性质以及木星大气中示踪剂的类似性质。
2021-05-25 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Helicity effect on turbulent passive and active scalar diffusivities
本文通过数值模拟发现螺旋度会降低有效磁扩散率但增强被动标量扩散率，并证明速度场关联时间随动能螺旋度增加是解释该结果的关键。
2025-05-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Passive scalar cascade in the intermediate layer of turbulent channel flow for $Pr\leq 1$
Univ. Lille（里尔大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；ONERA（法国航空航天研究院）；Arts et Metiers Institute of Technology（巴黎高科国立高等工艺学院）；Centrale Lille（里尔中央理工学院）；Graduate School of Engineering Science, University of Osaka（大阪大学工学研究科）
研究Pr≤1时湍流通道流中间层中被动标量级联的平衡与非平衡特性，揭示尺度分布与传输率的普朗特数依赖关系。
2026-03-05 physics.flu-dyn
Comparative experimental study of local mixing of active and passive scalars in turbulent thermal convection
我们在$Ra\sim10^{10}$实验研究了水中湍流瑞利-贝纳德对流中主动和被动标量场的统计特性。在矩形池的侧壁附近测量了荧光染料的局部浓度和局部温度。结果表明，虽然它们是由同一湍流平流输送的，但两个标量的分布不同。这种差异是双重的，即数量本身和它们的小尺度增量都有不同的分布。结果表明，存在一个基于时间域的浮力尺度，即Bolgiano时间尺度$t_B$，在此尺度以上，浮力效应是显著的。高于$t_B$，温度是主动的，并且发现比被动的浓度更间歇。这表明，在湍流热对流中，活动标量具有较高的不稳定性。它进一步发现，这两个标量场的混合是各向同性的尺度大于$t_B$，即使浮力作用于流体在垂直方向上。低于$t_B$，温度是被动的，并且被发现比浓度更具有各向异性。但这种较高的各向异性程度归因于温度的扩散率高于浓度的扩散率。从温度和浓度的同时测量，它表明，两个标量具有相似的自相关函数，它们之间有很强的正相关。
2008-03-29 physics.flu-dyn
Chaotic and turbulent dispersion of heavy inertial particles
利用有效扩散率和分布混沌的概念，研究了被动重惯性粒子在具有Ekman阻力的均匀二维湍流中的混沌和湍流弥散。最近的直接数值模拟的结果已被用于这一目的。本文还简要地讨论了斯托克斯数对这些概念在被动重惯性粒子弥散中的适用性的影响。
2019-05-29 physics.flu-dyn
Critical region in the spatiotemporal dynamics of a turbulent thermoacoustic system and smart passive control
提出了一种抑制钝体稳定预混湍流燃烧室热声不稳定性的被动控制策略。当当量比变化时，燃烧室中存在从燃烧噪声到热声不稳定性的过渡。我们同时进行声压，2D-PIV，和CH $^*$化学发光测量捕获的压力波动，速度场，和热释放率（HRR）场在过渡期间。我们测量的湍流速度的振幅在声频，时间平均涡度，时间平均HRR和瑞利指数的空间分布，并确定各种区域的意义。我们实施了一种被动控制策略，针对这些地区的稳定注射的二次微射流的空气，以优化注射位置，并确定关键区域。以二次空气为目标的临界区域导致对主导热声模式的大于20 dB的抑制。我们观察到，相干结构形成的剪切层后转储平面得到抑制，导致HRR波动的非相干空间分布。我们发现，湍流速度幅值正确识别的关键区域，优化被动控制热声不稳定性。与此相反，瑞利指数确定的区域最显着的声学驱动，但是，它不确定的区域最敏感的控制。最后，我们通过确定从湍流速度场测量的Hurst指数的空间分布来扩展我们的分析。我们发现，赫斯特指数确定的临界区域热声不稳定性和不稳定性，不同于其他物理措施。
2020-11-03 physics.flu-dyn
Effects of large-scale advection and small-scale turbulent diffusion on vertical phytoplankton dynamics
湍流已被认为是一个非常重要的因素的生存或灭绝的浮游植物下沉物种。然而，在耦合流体和生物动力学的模型中处理其多尺度性质是一个艰巨的挑战。平流相干结构，如冬季对流和朗缪尔环流，也被认为是发挥作用的浮游植物的生存和本地化。在这项工作中，我们重新审视浮游植物垂直动力学的理论吸引力模型，并数值研究如何大规模的流体运动影响的生存条件和生物种群的空间分布。为了这个目的，并与现实的参数值，我们采用了一个运动学流场占不同的空间和时间尺度的湍流运动。人口密度的动态描述的对流-反应-扩散模型与空间异质增长项成比例的阳光可用性。我们探索流体运输的作用，逐步增加的复杂性的流动的空间和时间尺度。我们发现，由于大规模的环流，浮游植物积累在下降流地区，其增长减少，确认以前的迹象略有不同的条件。然后，我们解释观察到的现象学的浮游生物细丝模型。此外，通过对比我们不同流动情况下的结果，我们表明，大尺度相干结构具有压倒性的重要性。事实上，我们发现，较小规模的运动只相当微弱地影响动态，而不改变确定的一般机制。这些结果是相关的参数化在现实的海洋流动条件下的浮游植物生命周期的数值模型。
2021-09-23 physics.ao-ph physics.bio-ph physics.flu-dyn
Lagrangian chaos and turbulent diffusivity
本文研究了由三个准点涡的准周期（可积）运动和三个准点涡和六个准点涡的混沌运动产生的拉格朗日混沌所产生的被动标量混合，并与二维和三维定常各向同性均匀湍流以及网格后和圆柱后湍流尾迹中被动标量的湍流混合进行了比较。数值和实验室实验的结果已被使用和有效的扩散近似以及分布式混沌方法已被应用到这个问题。
2019-04-11 physics.flu-dyn
Passive scalar transport in rotating turbulent channel flow
采用直接数值模拟的方法研究了展向系统旋转条件下槽道湍流中标量输运问题。雷诺数$Re = U_b h/ν$固定为$20\,000$，旋转数$Ro = 2 Ωh/U_b$在0至1.2之间变化，其中$U_b$是整体平均速度，$h$是半通道间隙宽度，$Ω$是旋转速率。标量值是恒定的，但在两个壁不同，导致稳定的标量输运通过通道。旋转导致不稳定的通道侧具有相对较强的湍流和湍流标量输送，以及稳定的通道侧具有相对较弱的湍流或层流，弱湍流标量输送，但大的标量波动和陡峭的平均标量梯度。在稳定通道侧的某些$Ro$处观察到的不同的顺磁层流模式在标量梯度场中诱导类似的模式。研究的主要结论是，旋转降低了标量和速度场之间的相似性，标量动量输运的雷诺类比不适用于旋转湍流槽道流。这是由速度和标量波动之间的相关性降低，并强烈减少湍流普朗特数小于0.2的不稳定通道侧远离壁在较高的$Ro$。在不稳定通道一侧，标量尺度变得比湍流尺度更大，根据光谱和湍流标量通量矢量变得更一致的平均标量梯度由于旋转。预算中的标量能量和标量通量的控制方程，以及其他相关的湍流建模统计。
2017-10-30 physics.flu-dyn
Isogeometric Hierarchical Model Reduction for advection-diffusion process simulation in microchannels
本文针对S形微通道中被动标量输运模拟，验证了分层模型降阶（HiMod）方法的可靠性，该方法将三维问题转化为一维耦合问题，在未知数大幅减少的同时保持了与高保真模型相当的精度。
2022-05-17 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A deformed derivative model for turbulent diffusion of contaminants in the atmosphere
本文提出了一个具有Hausdorff变形导数的对流扩散方程来研究大气中污染物的湍流扩散。我们比较了我们的模型的性能，以适应实验数据与经典和Caputo分数阶导数模型。通过对实验数据的拟合发现，Hausdorff方程的拟合效果优于传统的对流扩散方程。最重要的是，我们表明，我们的模型和Caputo分数阶导数模型显示出非常相似的性能，所有的实验。最后一个结果表明，无论我们使用哪种非经典导数，具有幂律均方位移的非经典导数的对流扩散方程比具有经典导数的模型更适合描述大气中污染物的扩散。此外，由于Hausdorff导数可以涉及到几个变形的运营商，由于微分方程的Hausdorff导数比方程的Caputo和其他非本地分数阶导数更容易解决，我们的结果突出了变形导数模型来描述污染物在大气中的扩散的潜力。
2020-06-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Energy spectra and passive tracer cascades in turbulent flows
我们研究了能量谱对湍流中被动示踪剂级联范围的影响。有趣的情况下，当有两个不同的频谱在潜在的范围内的示踪剂级联（在2D中，当示踪剂强迫是在逆能量级联范围内，和在3D中，当施密特数Sc是大的）。示踪剂级联范围的程度则受到两个能谱中较浅的能谱的范围宽度的限制。然而，我们发现，在维度$d=2,3$的示踪剂级联范围延伸（对数）到$κ_{d\text{D}}^{p}$，其中$κ_{d\text{D}}$是波数超过扩散应占主导地位和$p$是任意接近1，提供Sc大于一定的权力（取决于$p$）的Grashof数。我们还得到的估计表明，在2D中，对于Sc ${}\sim1$一个广泛的示踪剂级联可以共存于一个显着的逆能量级联在Grashof数大到足以产生湍流。
2016-11-23 math.AP physics.flu-dyn
Dynamics of propagating turbulent pipe flow structures. Part I: Effect of drag reduction by spanwise wall oscillation
本文给出了基于紊流管流的Karhunen-Loève展开式和壁面展向振动减阻紊流管流的比较分析结果。湍流通过雷诺数$Re_τ= 150$下的直接数值模拟产生。壁面展向振动作为速度边界条件施加，振幅为$A^+ = 20$，周期为$T^+ = 50$。当流动由恒定压力梯度驱动时，壁面振荡导致平均速度增加27%。雷诺应力和均方根速度的峰值远离壁面，湍流吸引子的Karhunen-Loève维数从2453减小到102。相干涡度结构被推离壁面进入更高速度的流中，导致它们的平流速度增加34%，如由正常速度轨迹所确定的。这种平流速度的增加使得传播波与滚转模式相互作用的时间更少。这导致更少的能量传递和传播结构的更短的寿命，并且因此导致更少的雷诺应力产生，这导致阻力减小。
2007-01-23 physics.flu-dyn
Passive scalar anisotropy in a heated turbulent wake: new observations and implications for LES
实验研究了被动标量各向异性对亚网格物理和大涡模拟模拟的影响。测量横跨一个中等雷诺数尾流产生的加热气缸，使用一个阵列的四个X线和四个冷线探头。通过改变阵列中探针之间的间隔距离，我们获得了三种不同滤波器尺寸下的滤波量和亚网格量。我们计算几个条款，包括次网格耗散张量的动能和标量方差和测试各向同性的行为，作为一个功能的过滤器规模。我们发现，而动能耗散张量趋于各向同性在小尺度上，SGS的标量方差耗散保持各向异性独立的过滤器规模。涡扩散模型预测各向同性的行为，而非线性（或张量涡扩散）模型再现正确的趋势，但高估了标量耗散各向异性的水平。这些结果为所谓的混合模型提供了一些支持，但对所观察到的各向异性的原因提出了新的问题。
2001-06-04 physics.flu-dyn
Energy and flux budget closure theory for passive scalar in stably stratified turbulence
针对稳定分层湍流，发展了被动标量（非浮力和非惯性粒子或气体混合物）的能量和通量收支（EFB）封闭理论。EFB湍流闭合的物理背景是基于湍流动能和势能以及动量和浮力的湍流通量以及颗粒的湍流通量的收支方程。EFB湍流闭合是为从中性到非常稳定的分层地球物理流而设计的，它意味着在任何分层处，湍流都是由速度切变维持的。在定常状态下，导出了被动标量的湍流通量和各向异性非对称湍流扩散张量的表达式，并得到了该张量各分量的普适通量理查森数依赖关系。湍流扩散张量在垂直方向上的对角分量被强分层抑制，而在水平方向上的对角分量没有被抑制，并且它们与湍流扩散张量的其他分量相比是占主导地位的。这意味着，任何最初创建的强烈不均匀的粒子云演变成一个薄煎饼在水平面上的垂直方向上的厚度非常缓慢的增加。湍流Schmidt数随梯度理查森数线性增加。考虑到这些结果的应用程序的大气边界层湍流，理论关系推导出允许确定的湍流扩散张量作为一个函数的垂直坐标测量的单位的地方Obukhov长度尺度。所得到的关系式在模拟大气边界层湍流和自由大气湍流中的颗粒弥散方面具有潜在的应用价值。
2021-06-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Notes about Passive Scalar in Large-Scale Velocity Field
我们考虑了不可压缩大尺度湍流对被动标量θ（t，r）的平流。在Kraichnan模式的框架下，得到了θ的单点统计量和被动标量差θ（r_1）-θ（r_2）（分离度r_1-r_2位于对流区间）的全部概率分布函数。
1998-10-15 chao-dyn cond-mat.stat-mech nlin.CD
Passive scalar diffusion as a damped wave
三维湍流模拟表明，湍流均方根速度是湍流扩散速度的上限。这与磁扩散非常相似，其中最大扩散速度是光速。从数学上讲，这是由于包含法拉第位移电流，它确保了因果关系的遵守。在湍流扩散中，当使用最小τ近似时，很自然地出现类似于位移电流的项。模拟证实了这样一个长期的存在，并给出了其相对重要性的定量测量。
2004-04-26 physics.flu-dyn
Large spiral and target waves: Turbulent diffusion boosts scales of pattern formation
在没有平流的情况下，反应扩散系统能够组织成时空模式，特别是螺旋波和目标波。只要存在平流，并且可以用有效扩散或湍流扩散$D_{*}$来参数化，这些模式就应该在更大的、增强的长度尺度上实现。然而，到目前为止，这些增强模式在湍流的实验证据是缺乏的。在这里，我们报告的第一个实验观察到的助推目标和螺旋图案在准二维湍流中的可激发化学反应。所观察到的波型比仅分子扩散的情况大$\sim 50$倍。我们改变湍流扩散系数$D_{*}$的流动，并发现基本的Fisher-Kolmogorov-Petrovsky-Piskunov（FKPP）方程$v_{f} \propto \sqrt{D_{*}}$的渐近速度的反应波仍然有效。然而，并非所有用$D_{*}$增强的波尺度的测量都如分子扩散所预期的那样，因为波前被证明是高度丝状的。
2012-12-07 cond-mat.other physics.ao-ph physics.chem-ph
Clustering, fronts, and heat transfer in turbulent suspensions of heavy particles
由湍流输送的重惯性粒子集中在平流被动标量（如温度）显示非常强的前状不连续性的区域。这种新颖的效应是由颗粒采样的被动场的极高水平的波动的原因，该波动影响颗粒与周围流体之间交换的热通量。瞬时和平均的热通量遵循强烈的间歇性统计和异常标度律。
2014-01-09 nlin.CD physics.flu-dyn
Accelerating Galerkin Reduced-Order Models for Turbulent Flows with Tensor Decomposition
本文提出保持平流张量部分反对称性的 CP 分解加速 G-ROM，并通过二维至三维湍流实验证明其在速度、成本、稳定性和压缩率上优于标准 G-ROM 与 SVD-ROM。
2025-06-10 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
High Schmidt-Number Turbulent Advection and Giant Concentration Fluctuations
我们考虑了热噪声对湍流粘性耗散区高施密特数混合的Batchelor-Kraichnan理论的影响。利用低马赫数下二元流体混合物的波动流体动力学，我们证明了在耗散范围内确定性Navier-Stokes解的线性化。对于后者的解决方案，我们采用标准的Kraichnan模型，并推导出渐近高施密特极限方程的浓度场，其中的热速度波动准确地表示为高斯随机速度，这是白色的时间。我们得到的浓度谱在这个高施密特限制模型的精确解，表明在粘性对流范围内的巴彻勒预测是不变的。热噪声显着重整裸扩散率在这个范围内，但效果是相同的层流，因此隐藏的现象。然而，在低于巴彻勒长度的尺度（通常为微米尺度）的粘性扩散范围内，基于确定性纳维-斯托克斯方程的预测被热噪声急剧改变。而经典理论预测迅速衰减的光谱在粘性扩散范围内，我们得到一个$k^{-2}$幂律谱开始低于巴彻勒长度。该光谱对应于非平衡巨浓度波动，这是由于实验上观察到的静态流体中的热速度波动平流强加的浓度变化。在较高的波数下，由于平衡分子波动，浓度谱变为$k^2$均分谱。我们对水-甘油和水-荧光素混合物进行了详细的预测。最后，我们讨论了广泛的影响，湍流和新的应用程序，我们的方法实验访问层流。
2022-06-02 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Spectral quantum algorithm for passive scalar transport in shear flows
本文提出了一种频谱量子算法，用于模拟剪切流中被动标量输运，通过求解对流扩散方程并利用量子计算框架实现高效模拟。
2025-11-07 physics.flu-dyn quant-ph
Effective diffusivity of passive scalars in rotating turbulence
我们使用直接数值模拟来计算湍流旋转流中被动标量的湍流输运系数。在平行和垂直于旋转轴的方向上的有效扩散系数通过研究被动标量的施加的初始轮廓的扩散而获得，并且通过测量标量的平均浓度和平均空间通量作为时间的函数而计算。改变Rossby和Schmidt数以量化它们对有效扩散的影响。研究发现，旋转会降低垂直方向上的标量扩散率。垂直扩散可以使用垂直于旋转轴的特征速度和长度从混合长度参数估计。小施密特数，湍流运输减少和分子扩散变得更加显着的偏差。
2013-02-12 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent spot growth in plane Couette flow: statistical study and formation of spanwise vorticity
本文对平面Couette流过渡区中的湍流斑生长进行了直接数值模拟。定量描述的生长过程和周围的四极流的斑点的细节。重点放在展向涡的速度条纹，类似于二次剪切不稳定的形成。的不稳定性（相干长度，平流速度）的主要特征进行了研究的背景下的湍流斑，低于和高于阈值雷诺数的出现的倾斜湍流带的平面Couette流。
2014-01-15 physics.flu-dyn
Passive scalar cascades in rotating helical and non-helical flows
我们研究了螺旋度如何影响旋转湍流中被动标量的频谱，使用数值模拟的湍流有或没有旋转，和有或没有注入的螺旋度。能量和被动标量谱在垂直于旋转轴的方向上的标度律在旋转螺旋流中不同于在非螺旋情况下发现的标度律，在前一种情况下被动标量方差的谱比后者浅。一个简单的唯象模型，链接的螺旋性的影响，能谱与被动标量谱。
2012-07-30 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Combined active-passive heat transfer control using slotted fins and oscillation in turbulent flow: the cases of single cylinder and tube banks
在强化传热的方法中，如径向翅片，强化传热通常导致阻力增加。在本文中，槽插入的鳍，同时降低阻力系数。本文研究了圆柱体和带有径向开槽翅片的振荡管束的湍流对流换热。基于k-ω SST闭合模型，利用OpenFOAM软件对控制方程进行二维求解。研究了不同槽位、槽宽、槽数、鳍片高度和振荡频率的情况。在所有情况下，雷诺数取为等于5000。在鳍片上的三个槽的存在下，阻力系数降低了23%，努塞尔数增加了76%。为了强化管束的传热，采用了管束振动和开槽翅片的方法。最佳情况发生在具有振荡的第三柱的样品中，其相对于固定情况显示出3%的热传递增量。这是同时添加开槽翅片到振荡管组增加传热高达2.5倍。
2021-06-14 physics.flu-dyn
Anomalous scaling of passive scalars in rotating flows
我们提出的被动标量平流和扩散的湍流旋转流的直接数值模拟的结果。标度律和各向异性的发展进行了研究，在频谱空间，并在实空间中使用轴对称分解的速度和被动标量结构功能。被动标量比速度场更具有各向异性，其功率谱遵循与$\sim k_\perp^{-3/2}$一致的谱律。这种缩放解释与现象学的参数，考虑旋转的效果。间歇性的特点是使用标度指数和概率密度函数的速度和被动标量增量。在旋转的存在下，在速度场的不稳定性降低更显着比被动标量。的标度指数显示良好的协议与Kraichnan的预测被动标量不稳定性在二维，校正后观察到的二阶指数的标度。
2011-05-09 physics.flu-dyn
Turbulent transport in a non-Markovian velocity field
本文利用Furutsu-Novikov定理计算非零相关时间对湍流输运系数的最低阶修正，发现被动标量和磁场的湍流扩散率均被抑制，且磁场扩散率小于被动标量，并给出α效应修正。
2025-02-05 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mean temperature profiles in turbulent internal flows
本文基于内层热涡扩散率和核心流被动标量亏损的普适性，推导出受迫湍流对流中平均温度剖面的显式公式，并在管道和通道流的直接数值模拟中验证了其广泛适用性。
2024-08-30 physics.flu-dyn
Effective Drift Velocity from Turbulent Transport by Vorticity
我们强调的不同作用的涡度和应变的粗粒标量的运输在长度尺度大于$\ell$的小尺度（子尺度）湍流。出现在粗粒（分辨）标量/动量演化中的%子尺度通量/应力解释了小于粗粒化长度$\ell$的（子网格）尺度的影响。由于Eyink \cite{Eyink06a}，我们在多尺度梯度展开中使用第一项，当分区长度$\ell$是小于谱峰的任何尺度时，它与精确的子尺度物理表现出良好的相关性。我们发现，不像次尺度应变，它作为一个各向异性扩散/反扩散张量，次尺度涡的贡献仅仅是一个保守的对流的粗粒量的涡诱导的非发散速度，$\bv_*$，这是成比例的涡度的旋度。因此，粗粒量的物质（拉格朗日）平流不是由粗粒流速$\OL\bu_\ell$完成的，而是由有效速度$\OL\bu_\ell+\bv_*$完成的，其物理特性可以改进常用的LES模型。
2022-09-06 physics.flu-dyn
A Bound on Mixing Efficiency for the Advection-Diffusion Equation
本文导出了一个被动标量在对流和扩散作用下与体源混合效率的上界。对于一个给定的搅拌速度场，混合效率的测量方面的等效扩散率，这是分子扩散率，将需要实现相同水平的波动的标量浓度在搅拌的情况下，对于相同的源分布。等效扩散率的界限仅取决于源和平流场的函数“形状”。直接数值模拟进行了一个简单的平流测试的界限。
2004-11-21 nlin.CD physics.flu-dyn
Experimental investigation of vertical turbulent transport of a passive scalar in a boundary layer: statistics and visibility graph analysis
本文利用垂直湍流输运时间序列对被动标量羽流在湍流边界层中的动力学特性进行了实验研究。数据是在粗糙壁湍流边界层中获得的，该边界层在循环风洞装置中形成。为了研究排放条件对羽流动力学的影响，考虑了两个源在高处的大小。分析的重点是弯曲运动和相对色散的影响。首先，研究了经典统计。我们发现，（根据以前的研究）的曲折运动是主要负责的差异的方差和不稳定性，以及峰度和功率谱密度，两个源的大小之间。相反，平均值和偏度受排放条件的影响较小。为了表征湍流输送序列的时间结构，利用可见性算法进行基于复杂网络的分析。分析了两个网络指标-平均峰值发生率和波动系数，因为它们可以反映极端事件的时间发生情况及其在系列中的相对强度。的弯曲运动和相对分散的羽流的影响进行了讨论，在网络度量的视图中，揭示了一个较强的弯曲运动与较高的平均峰值出现和折射率系数的值。基于网络的分析通过描述排放条件对极端事件及其相对强度的信号时间结构的影响，提高了经典统计的信息水平。通过这种方式，复杂网络提供了-通过网络度量的评估-实验数据的时间序列分析的有效工具。
2019-10-09 physics.flu-dyn stat.OT
Passive transverse forcing of turbulent boundary-layer flow using sinusoidal surface grooves
Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学航空航天学院）
实验研究平行蜿蜒流向沟槽的被动横向强迫效应，发现诱导的会聚-发散流动模式由侧向压力梯度周期性和表面几何形状决定，但摩擦阻力减少潜力有限。
2026-06-02 physics.flu-dyn
Early Transient Period in the Evolution of the Area of a Passive Front Propagating in a Strong Turbulence
统计平稳，均匀，各向同性湍流的被动自传播前的平均面积上的影响，因此，对流体消耗率的前进行了分析的情况下，渐近高湍流雷诺数$Re_L$和渐近高比率的Kolmogorov速度恒定速度$u_0$的前。通过考虑锋面演化的早期阶段，分析确定了平均（在所研究的早期阶段）锋面面积和消耗速度$\bar{u}_T$。分析表明，平均$\bar{u}_T$是成比例的均方根湍流速度，其特征在于大规模的湍流涡，即使在前区的瞬时率的增加主要是由最小的柯尔莫哥洛夫涡控制。平均面积或$\bar{u}_T$对柯尔莫哥洛夫速度、长度和时间尺度的直接依赖性由于以下物理机制而消失。在高$Re_L$，湍流拉伸所产生的小尺度涡流增加的前端面积随时间呈指数，而体积的前沿和后缘的边界增长显着放缓。因此，在短时间之后，体积被前部紧密地填充，并且相对的前部元件之间的平均距离相对于柯尔莫哥洛夫长度尺度变小。随后，这种前部元件碰撞，从而减小前部面积并限制平均$\bar{u}_T$。
2018-06-26 physics.flu-dyn
Coherent Organization of Passive Scalar from a Point-Source in a Turbulent Boundary Layer
本文研究湍流边界层中点源被动标量羽流的空间组织与蜿蜒破碎机制，通过Ac-PLIF和PIV同步测量揭示相干涡旋运动主导高浓度标量离壁输运，并提出基于相干结构的输运机制。
2025-04-14 physics.flu-dyn
Predictive modeling of passive scalar transfer to a wall using stochastic one-dimensional turbulence
本文将槽道湍流中的被动标量作为湍流边界层传热传质的正则问题来研究。一维湍流模型被用来数值研究施密特和雷诺数的依赖性标量转移到一个壁，由于波动的壁正常传输。首先，该模型是校准低阶速度统计。在此之后，我们保持模型参数固定，并调查低阶被动标量统计相关的施密特和雷诺数范围。我们表明，该模型一致预测的边界层结构和缩放制度，它是接近渐近一维理论。
2020-11-09 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent Decay of a Passive Scalar in Batchelor Limit: Exact Results from a Quantum-Mechanical Approach
我们证明了在Batchelor极限下，由具有零关联时间的随机不可压流平流输送的被动标量$θ$的衰变可以精确地映射到具有有限个自由度的量子力学系统。推导了薛定谔方程，并分析了其解的情况下，在开始时的标量具有高斯统计的相关函数的形式$e^{-|x-y|^2}$。标量的任何等时相关函数都可以通过薛定谔方程的解以封闭的代数形式表示。我们发现，标量是间歇性的，在其衰减和平均$|θ|^α$（假设零平均值$θ$）下降为$e^{-γ_αDt}$在大$t$，其中$D$是一个参数的流量，$γ_α=α(6-α)/4$的$0<α<3$，和$γ_α=9/4$的$α\geq 3$，独立于$α$。
1999-04-12 chao-dyn cond-mat.stat-mech hep-ph
Scaling Laws of Passive-Scalar Diffusion in the Interstellar Medium
University of Cambridge（剑桥大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
研究星际介质中被动标量扩散的标度规律，提出分数扩散方程描述湍流对流，验证了湍流马赫数对扩散的影响，指出均值标度适用于集合行为，但单个粒子仍保持相干性。
2017-01-27 astro-ph.GA cs.NA math.NA
