Angular Momentum Transport by Keplerian Turbulence in Liquid Metals
我们报告了一个实验室研究的传输角动量的湍流的导电流体限制在一个薄盘。当施加到液态金属的电磁力足够大时，角动量的相应体积注入产生以时间平均开普勒旋转速率$\barΩ\sim r^{-3/2}$为特征的湍流。两个本地角动量输运的贡献被确定：一个从极向回流引起的边界的存在下，和其他从湍流波动的散装。后者产生独立于流体分子粘度的有效角动量输运，并导致Kraichnan的预测$\text{Nu}_Ω\propto\sqrt{\text{Ta}}$。因此，在这个所谓的极限状态下，实验提供了一种类似于吸积盘的结构，可以预测开普勒湍流引起的吸积率。
2022-06-28 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Supertransient Magnetohydrodynamic Turbulence in Keplerian Shear Flows: The role of the Hall Effect
空间和天体物理等离子体经常出现在差动旋转状态，在这种状态下，磁场的存在会导致磁旋转不稳定性，直接导致吸积盘中的湍流角动量输运等重要现象。在没有外加磁场的情况下，非线性发电机是发生这种传输机制所必需的。在原行星盘中，存在高密度和极低温度的区域，这是霍尔效应发挥作用的两个必要条件，影响发电机和相关湍流的发展。在这项工作中，我们进行了本地磁流体动力学（MHD）模拟研究过渡到弱湍流的开普勒剪切流与霍尔效应。的霍尔效应导致系统的长寿湍流瞬变的衰减时间遵循指数依赖于磁雷诺数和霍尔参数。
2018-11-29 astro-ph.EP nlin.CD physics.flu-dyn
On the relevance of subcritical hydrodynamic turbulence to accretion disk transport
已知流体动力学非分层开普勒流在所有雷诺数下都是线性稳定的，但仍然可能通过非线性机制变成湍流。然而，在过去的十年里，在这个问题上出现了相互矛盾的观点。我们已经重新审视了这个问题，通过数值模拟在剪切片极限。事实证明，科里奥利力在稳定气流方面的作用取决于气流是气旋性的（剪切和旋转涡的协同作用）还是反气旋性的（剪切和旋转涡的竞争）;开普勒流是反气旋性的。我们已经得到了以下结果：i/科里奥利力不淬火湍流在亚临界流; ii/分辨率的需求，当远离边缘稳定边界，是更严重的反气旋流比气旋的。目前可用的计算机资源不允许数字代码到达克普勒体系。iii/湍流传输效率与过渡到湍流的雷诺数$Rg$直接相关，以这种方式，Shakura-Sunyaev参数$α\sim 1/Rg$。即使是对我们的数值数据最乐观的外推也表明，在开普勒流中，亚临界湍流输运对于天体物理学目的来说效率太低了几个量级。v/我们的结果表明，在Taylor-Couette设置中获得的类开普勒流的数据在很大程度上受到二次流（如Ekman环流）的影响。
2005-09-19 astro-ph physics.flu-dyn
Clusters of heavy particles in two-dimensional Keplerian turbulence
原行星盘是围绕年轻恒星的开普勒旋转的气体系统，已知是湍流的。它们包括一小部分形成行星的尘埃。在行星增长的增量方案中，由鹅卵石形成更大尺寸的物体（星子）是一个主要的开放问题。固体要经历局部的引力坍缩，粒子的聚集是必要的。针对这一问题，研究了具有开普勒旋转和剪切的湍流中惯性颗粒的动力学。二维直接数值模拟进行系统地探讨两个物理参数：旋转速率，这取决于到恒星的距离，和粒子的响应时间，这涉及到他们的大小。剪切被发现大大影响的特性的湍流破坏气旋和有利于生存的反气旋。更快的开普勒旋转增强了粒子的聚类。对于中等大小的粒子，粒子集中在反气旋中。这些集群以分层的方式形成，并随着时间的推移而融合在一起。对于其他参数值，实体集中在随着旋转而变得更加奇异的分形集上。粒子的质量分布是多重分形的，在大的数量级上具有小的维数，这对于触发它们的引力坍缩是很有趣的。这些结果对于精确描述和更好地理解星子的形成是有希望的。
2023-02-03 astro-ph.EP nlin.CD physics.flu-dyn
Nonlinear transverse cascade and sustenance of MRI-turbulence in Keplerian disks with an azimuthal magnetic field
利用剪切盒模拟方法研究了具有非零净方位磁场的开普勒圆盘中由磁旋转不稳定性（MRI）驱动的磁流体动力学湍流。不同于以往的研究，我们分析湍流动力学傅立叶（${\bf k}$ -）空间，以了解其支持。磁共振成像的线性增长具有瞬态特性，在傅立叶空间中是各向异性的，从而导致非线性过程在傅立叶空间中的各向异性。其结果是，主要的非线性过程似乎是一种新型的角度重新分布模式在傅立叶空间-的\emph{nonlinear transverse cascade} -而不是通常的直接/逆级联。我们表明，湍流是持续的相互作用的线性瞬态增长的MRI（这是唯一的能量供应的湍流）和横向级联。这两个过程在大的长度尺度上运行，相当于盒子大小，相应的小波数区域，在傅立叶空间中称为\emph{vital area}，对于维持至关重要，而在重要区域之外，直接级联占主导地位。傅立叶空间中的线性和非线性过程的相互作用通常过于交织，无法生动地图示。尽管如此，我们揭示了\emph{basic subcycle}的支持，清楚地表明这些过程的协同作用，在磁化流系统的自组织。这种协同作用是相当稳健的，并且对于所考虑的模拟盒的不同纵横比持续存在。这些盒子中的动力学过程的光谱特征是定性相似的，表明MRI湍流的维持机制的普遍性。
2017-07-21 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Vortex tubes in velocity fields of laboratory isotropic turbulence
在雷诺数为100-300的网格湍流中同时测量了流向和横向速度。我们提取了典型的不透明度模式，这是一致的速度分布的Burgers和Lamb-Oseen涡。这些涡流管的半径估计是几个Kolmogorov长度。
2000-10-24 physics.flu-dyn
Particle Aggregation in a turbulent Keplerian flow
在行星形成的问题中，人们寻求一种机制，将小的固体颗粒聚集在一起，形成更大的固体物质聚集体。在这里，我们描述了一个方案，在该方案中，湍流介导的这一过程中聚集粒子到反气旋区域。如果，正如我们的模拟所表明的那样，反气旋涡旋形成为长期存在的相干结构，这个过程变得更加强大，因为这种涡旋有效地捕获颗粒。即使湍流正在衰减，在形成圆盘的剧变之后，也有足够的时间使尘埃分布变得相当明亮。
1999-10-29 astro-ph chao-dyn nlin.CD
Global bifurcations to subcritical magnetorotational dynamo action in Keplerian shear flow
开普勒剪切流中的磁旋转发电机作用是一个三维非线性磁流体动力学过程，其研究对于理解天体物理中的吸积和磁场产生具有重要意义。向这种发电机形式的转变是亚临界的，并且与非旋转流体动力剪切流中向湍流转变的许多特征相同。这表明，这些不同的流体系统通过类似的通用分叉机制变得活跃，在这两种情况下，迄今为止还没有详细的了解。本文在剪切盒框架下，数值研究了不可压缩开普勒磁旋转发电机问题的分岔机制。使用从动力系统研究进口的数值技术，我们表明，在磁普朗特数大于1的混沌发电机行动的发病主要与全球同宿和异宿分岔的非线性磁旋转发电机周期。这些全球分支的补充，标志着倍周期级联的开始的周期的局部分支。这表明，非线性磁旋转发电机周期提供的途径，湍流注入的动能和磁能在不可压缩的磁流体动力学开普勒剪切流在没有外部施加的磁场。研究这些周期在不同的制度和配置的非线性物理和分叉，随后可能有助于更好地理解各种天体物理系统和实验室实验中的磁流体动力学湍流和不稳定驱动发电机的激发条件。为这个三维亚临界流体动力学问题提供的全局分叉的详细表征也可能证明对流体动力学剪切流中的湍流过渡问题有用。
2013-06-14 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Route of hydrodynamic turbulence in rotating shear flow: Secondary perturbation triggers growing eigenmodes through the elliptical instability
旋转剪切流中的流体动力学湍流的起源是一个很大的难题，如包含科里奥利力的平面Couette流。虽然流动在实验室实验中经常表现出湍流，但根据线性扰动理论，它应该总是稳定的。我们表明，二次扰动的主要扰动流触发椭圆不稳定性在这样的系统，因此指数增长的本征模。这一结果在天体物理学和天体物理学中有直接的应用，因为天体物理学和天体物理学经常表现出具有开普勒角动量分布的湍流。我们解决了这样的开普勒流，这是类似于旋转库埃特流的湍流的起源。
2005-08-31 astro-ph cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Laboratory experiments for intense vortical structures in turbulence velocity fields
湍流的旋涡结构，即，本文利用实验室在微尺度雷诺数为332 ~ 1934的条件下获得的管道流动和边界层的一维速度数据，对涡管和涡片进行了研究。我们研究了强涡结构的平均速度分布。涡流管的贡献占主导地位。半径与柯尔莫哥洛夫长度成比例。环流速度与均方根速度波动成比例。我们还研究了强涡结构的空间分布。该分布在小尺度上是自相似的，在大尺度上是随机的。由于这些功能是独立的微尺度雷诺数和湍流生产的配置，他们似乎是普遍的。
2007-03-06 physics.flu-dyn
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
Active modes and dynamical balances in MRI-turbulence of Keplerian disks with a net vertical magnetic field
研究了圆盘剪切盒模型中具有净垂直场的磁旋转不稳定性（MRI）湍流的动力学平衡。在傅立叶（${\bf k}$ -）空间中分析湍流动力学，我们确定了定义湍流特性的三种类型的活动模式。这些模式的长度类似于盒子的大小，即，位于傅立叶空间中标记为重要区域的小波数区域中，并且是：（i）通道模式-在具有最小垂直波数的盘平面中均匀，（ii）纬向流模式-在方位角上和垂直方向上均匀，具有最小径向波数，以及（iii）其余模式。静止模式包括生命区域中能量达到最大光谱能量的$50 \%$以上的那些谐波。与槽道流和纬向流模式相比，其余模式单独不那么重要，然而，它们的组合作用在这两种模式中占主导地位。这三种模式类型是由线性和非线性过程的相互作用，导致其相互依赖的动态。线性过程存在于具有净垂直场的盘流非模态修改的经典MRI中。主要的非线性过程是傅立叶空间中模式随波矢角的转移-横向级联。通道模式表现出由线性MRI增长提供的阵发性爆发，而非线性过程主要与此相反，耗尽通道能量并将其重新分配给其余模式。至于纬向流，它没有线性源，而是由其余模式的非线性相互作用馈送。
2018-11-20 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Infrared imaging of thermally-driven jets and eddies in planetary-style laboratory turbulence
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；University of St. Andrews（圣安德鲁斯大学）
该研究涉及2025年美国物理学会流体动力学分会Milton van Dyke奖的获奖海报，内容为行星尺度实验室湍流中热驱动射流与涡旋的红外成像，原始海报可在线获取。
2026-08-14 physics.flu-dyn
Secondary Perturbation Effects in Keplerian Accretion Disks: Elliptical Instability
在冷的吸积盘中，特别是在3D中，湍流的起源是一个很大的谜团，人们预计它是流体动力学的，而不是磁流体动力学的。虽然流动必须表现出一些湍流，以支持向内的质量和向外的角动量的转移，但根据线性扰动理论，它应该总是稳定的。我们证明，三维二次扰动的主要扰动盘，表现出椭圆形涡到系统解决了这个问题。这一结果基本上适用于活动星系核中吸积盘的外部区域，那里的气体是非常冷的，电荷是中性的，磁雷诺数小于10 ^4。
2007-03-09 astro-ph cond-mat.other cond-mat.soft
Growing hydrodynamic modes in Keplerian accretion disks during secondary perturbations: Elliptical vortex effects
在吸积盘中，流体动力学湍流，特别是角动量输运的恶性增强的起源仍然是一个未解决的问题。这对于电荷实际上是中性的冷盘系统尤其重要，因此湍流不可能是磁流体动力学的起源。虽然流动必须表现出一定的不稳定性，然后是湍流，以支持质量向内转移和角动量向外转移，但根据线性扰动理论，在没有磁流体动力学效应的情况下，它应该总是稳定的。我们表明，三维二次扰动的主要扰动盘，由椭圆形涡，在这样的系统中，给出了显着大的流体动力学增长，因此可能会建议过渡到一个最终的湍流状态。这一结果基本上适用于静止激变变星周围的吸积盘，即原行星盘和恒星形成盘中的吸积盘，即活动星系核中吸积盘的外部区域，那里的气体非常冷，因此磁雷诺数小于10 ^4。
2006-08-18 astro-ph cond-mat.other cond-mat.soft
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
Analysis of In-cylinder Flow Structures and Turbulence in a Laboratory Scale Engine using Direct Numerical Simulations
本文利用直接数值模拟研究实验室尺度发动机缸内流动与湍流，揭示不同转速下滚流破碎、雷诺应力各向异性及循环变动的差异，为改进发动机湍流建模提供依据。
2025-06-03 physics.flu-dyn
Dynamo Action in a Quasi-Keplerian Taylor-Couette Flow
我们数值计算的泰勒-库埃特几何的内，外圆柱体的旋转速率满足$Ω_o/Ω_i=(r_o/r_i)^{-3/2}$的导电流体的流动。在这种准开普勒状态下，非磁性系统对于所有雷诺数$Re$都是瑞利稳定的，并且所产生的纯方位流对于所有磁性雷诺数$Rm$都不能产生运动发电机作用。对于$Re=10^4$和$Rm=10^5$，我们证明了一个有限振幅发电机的存在，从而一个合适的初始条件产生相互维持的湍流和磁场，即使两者都不能存在没有其他。这种发电机解决方案的结果显着增加向外角动量传输，与大部分的运输是由麦克斯韦，而不是雷诺应力。
2017-10-06 physics.flu-dyn
On dynamics of nonmagnetic accretion disks
研究了中心致密体附近的轴对称吸积盘。在无粘性圆盘的情况下，证明了中平面圆速度的所有解都是不稳定的。因此，吸积盘中的纯流体动力学湍流是可能的。证明了无粘吸积盘一定是次开普勒吸积盘的著名论点是错误的。同时也证明了在天体物理学中经常使用的正则渐近解会导致错误的结论。本文证明了层流粘性盘可以用涡运动来近似，并具有很高的精度。假设湍流气体的流动损失最小，我们已经证明了湍流盘的开普勒性。
2020-06-29 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Bypass to Turbulence in Hydrodynamic Accretion: Lagrangian Analysis of Energy Growth
尽管有观测证据表明存在冷中性天体物理学吸积盘，但在这种系统中可能驱动吸积的粘性过程还不清楚。虽然分子粘度太小，无法解释所观察到的吸积效率超过十个数量级，但开普勒吸积流中没有任何线性不稳定性通常被用来排除湍流粘度的可能性。最近，任何无粘剪切流的一些微调扰动可以达到任意大的瞬态增长的事实已被提出作为这些系统中的湍流的替代途径。我们提出了一个分析研究这个过程的三维平面波扰动的一般旋转剪切流在拉格朗日坐标，并证明了大的瞬态增长是非轴对称扰动的一般特征与近径向领先的波矢量。最大能量增长比二次增长慢，但比线性增长快。最快的增长发生在二维扰动，并且仅受粘性的限制，并最终受盘的垂直厚度的限制。在考虑了粘性和垂直结构之后，我们发现，作为雷诺数R的函数，最大能量增长约为0.4（R/log R）^{2/3}，并提出了一个启发性的论点，说明为什么在开普勒盘中需要R > 10^4才能维持湍流。因此，假设存在一个非线性的反馈过程来补充瞬态增长的种子，天体物理学的吸积盘必须在湍流范围内。然而，需要运行许多轨道时间和/或微调初始条件的大型3D数值模拟，以在计算机上确认开普勒流体动力学湍流。
2005-04-28 astro-ph 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
Sustained Turbulence in Differentially Rotating Magnetized Fluids at Low Magnetic Prandtl Number
我们第一次表明，持续的湍流是可能的，在低磁普朗特数的开普勒流没有平均磁通量。我们的结果表明，增加垂直畴的大小相当于增加能量注入尺度和耗散尺度之间的动力学范围。这对各种低普朗特数的差动旋转系统如原恒星盘和实验室实验具有重要意义。
2016-09-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Hydrodynamic turbulence cannot transport angular momentum effectively in astrophysical disks
宇宙中已知的最有效的能量来源是吸积盘。黑洞周围的粒子将5%至40%的静止质量能量转化为辐射。就像水在排水沟里循环一样，流入的物质必须失去角动量，这可能是由于圆盘中的剧烈湍流造成的，而圆盘本质上是无粘性的。湍流的起源尚不清楚。热盘的导电等离子体可以成为湍流的方式的线性磁旋转不稳定性。冷的盘，例如原恒星的行星形成盘，可能由于电离太差而导致磁旋转不稳定性发生，因此基本上是非磁化的和线性稳定的。非线性流体动力学不稳定性通常发生在雷诺数足够大的线性稳定流动（例如，管流）中。虽然行星形成盘具有极端的雷诺数，开普勒旋转增强了它们的线性流体动力学稳定性，因此它们是否可以湍流，从而有效地传输角动量的问题是有争议的。在这里，我们报告了一个实验室实验，表明非磁性准开普勒流雷诺数高达数百万基本上是稳定的。按比例缩小到吸积盘，角动量的传输速率远低于天体物理学的要求。通过排除纯粹的流体动力学湍流，我们的结果间接支持磁旋转不稳定性作为湍流的可能原因，即使在冷磁盘。
2006-11-15 astro-ph physics.flu-dyn
On self-sustaining processes in Rayleigh-stable rotating plane Couette flows and subcritical transition to turbulence in accretion disks
开普勒吸积盘中的亚临界湍流转变仍然是一个有争议的问题，为了确定这种情况是否为非磁化吸积盘中角动量输运的起源提供了一个合理的解释，需要一些理论上的进展。受线性稳定非旋转剪切流中精确非线性定常自维持解的最近发现的启发，我们试图计算Rayleigh稳定旋转平面Couette流中的类似解，并结合非线性延拓方法和渐近理论来识别这种流中的转捩机制。我们得到精确的非线性解决方案瑞利稳定的气旋制度，但它是不可能的计算解决方案瑞利稳定的反气旋制度，包括开普勒流，使用类似的技术。我们还提出了这些各种问题的渐近描述在大雷诺数，提供了一些洞察非旋转和瑞利稳定的反气旋制度之间的差异，并推导出一些必要条件的机制类似于非旋转的自我维持的过程中存在的流的瑞利线。我们的研究结果表明，亚临界转变机制不能识别壁界瑞利稳定的反气旋剪切流的亚临界转变的现象，直接转置在气旋和非旋转壁界剪切流。然而，渐近的发展，留下开放的可能性，非线性自我维持的解决方案可能存在于无界或周期性流的瑞利线。这些可以作为一个起点，发现解决方案，瑞利稳定的流动，但非线性稳定性的开普勒吸积盘仍有待确定。
2006-12-07 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Laboratory observation of internal gravity wave turbulence in a three-dimensional, large-scale facility
本文在大型三维线性分层流体设施中实验观测内重力波湍流，验证能量连续谱、色散关系及 k^{-3} 幂律，为弱非线性波湍流理论提供证据。
2025-08-27 physics.flu-dyn
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
Origin of hydrodynamic instability from noise: from laboratory flow to accretion disk
我们试图解决老问题的平面剪切流：湍流的起源，因此在吸积流以及实验室流，如平面Couette流的角动量的运输。我们通过在Orr-Sommerfeld和Squire方程中引入一个额外的力以及模仿吸积盘局部区域的科里奥利力来解决这个问题。对于平面Couette流，Coriolis项下降。然后用WKB近似法求解方程组。我们调查的开普勒流和平面Couette流的所有可能的波矢量组合的色散关系。由于额外的力的存在，我们表明，这两个流动是不稳定的波矢量的一定范围内。然而，流动之间的不稳定性的性质是不同的。我们还研究了微扰本征模的Argand图。它有助于我们比较对应于微扰和吸积的不同时间尺度。我们最终得出这样的结论，流体得到足够的时间是不稳定的，因此，在开普勒吸积盘的局部制度，特别是在可接受的湍流。在整个圆盘中重复分析，分别解释了角动量和物质沿向外和向内方向的传输。
2020-12-24 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Homogeneity and isotropy in a laboratory turbulent flow
我们提出了一种新的设计，搅拌槽，迫使由两个平行的平面阵列的随机致动的合成射流。这种布置在高雷诺数和低平均流量下产生湍流。最重要的是，它表现出一个区域的3D均匀各向同性湍流，是显着大于积分的长度尺度。这些功能是必要的，使实验室测量湍流悬浮液。我们使用定量成像，以确认各向同性在大，小，和中等规模的检查一-和两-点统计在坦克中心。然后，我们重复这些相同的测量，以确认在罐中心测量的值在大的均匀区域内是恒定的。在垂直于对称平面的方向上，我们的测量表明，均匀区域延伸至少两倍的积分长度尺度$L=9.5$ cm。在平行于对称平面的方向上，该区域至少是整体长度尺度的四倍，并且在该方向上的范围仅受罐的尺寸限制。在均匀的各向同性区域内，我们测量的湍流动能为$6.07 \times 10^{-4} $ m $^2$ s $^{-2}$，耗散率为$4.65 \times 10^{-5} $ m $^2$ s $^{-3}$，泰勒尺度雷诺数为$R_λ=334$。该水箱的大均匀区域，结合其高雷诺数和非常低的平均流量，提供了最好的近似均匀各向同性湍流实现在实验室流动的日期。这些特性使搅拌槽成为研究湍流和湍流悬浮液基本动力学的最佳设备。
2013-09-09 physics.flu-dyn
MHD dynamo in swirling turbulence: from deterministic to helical distributed chaos
利用实验室实验、直接数值模拟、地磁和太阳观测的结果表明，即使在全球螺旋度为零的情况下，螺旋度分布的高矩也可以支配旋转湍流中磁流体动力发电机产生的磁场的功率谱。螺旋分布混沌的概念已被用于这一目的。
2021-12-28 physics.flu-dyn
3-wave and 4-wave interactions in gravity wave turbulence
弱湍流理论是一个统计框架来描述一个大的非线性相互作用的波系综。这种系统的典型例子是由相互作用的表面重力波组成的海洋表面。在这里，我们描述了一个实验室实验，致力于探测湍流重力波的统计特性。在Coriolis实验装置（直径13 m的圆形波浪水槽）中，利用楔形造波器激发1 Hz的重力波，建立了各向同性的相互作用重力波态。我们实现了一种立体技术，以获得在空间和时间上都解决的表面高程的测量。傅立叶分析表明，实验室光谱系统地比理论预测和Leckler { \it et al. JPO} 2015在黑海的实地观测更陡。我们确定了一个强大的影响，表面耗散的尺度上的傅立叶光谱的实验中访问。我们使用频率和/或波矢量空间的双相干和三相干统计工具来识别主动非线性耦合。Leckler { \it et al.}也对现场数据进行了这些分析。与实验室数据进行比较。3-波耦合的特征在于并示出主要涉及具有二次或更高次谐波的波的准谐振。4-在实验室中没有观察到波耦合，但在现场数据中得到了证实。最后，我们讨论时间尺度分离来解释我们的观察。
2017-10-31 physics.flu-dyn
Evolution of geometric structures in intense turbulence
我们报告测量的线，平面和体积的演变在一个强烈的湍流实验室流使用高速粒子跟踪。我们发现，在所考虑的对象的初始尺度的涡的经典特征时间尺度是自然的时间尺度为随后的演变。只有当初始分离的时间尺度远小于最大湍流时间尺度时，初始分离才可以忽略，这意味着湍流水平极高。
2007-12-31 physics.flu-dyn
Multiplicity of routes from deterministic chaos to turbulence in the flows induced by Rayleigh-Taylor instability
本文用分布混沌的概念研究了由Rayleigh-Taylor不稳定性引起的流动中局部反射对称性自发破缺所引起的从确定性混沌到湍流的多重路径。数值模拟的结果，以及实验室和海洋测量已被用于这一目的。本文简要讨论了小尺度混沌MHD发电机和混沌Richtmyer-Meshkov混合层。
2023-02-22 physics.flu-dyn
Laboratory Exploration of Heat Transfer Regimes in Rapidly Rotating Turbulent Convection
我们报告在实验室实验中的传热和温度分布测量的快速旋转对流在强烈的热强迫（瑞利数$Ra$高达$\sim 10^{13}$）和前所未有的强大的旋转影响（Ekman数$E$低至$10^{-8}$）下的水。中层高度的垂直温度梯度的测量定量连接到渐近快速旋转对流的数值模型的预测，分离各种流动现象。过去的渐近简化模型的有效性的限制，我们发现新的行为在一个政权，我们称之为旋转影响的湍流，旋转是重要的，但不占主导地位，因为在已知的地转湍流制度。在这种新的状态下，温度梯度坍缩成瑞利数标度为$Ra^{-0.2}$。它是有界的从上面的临界对流Rossby数$Ro^*=0.06$独立域纵横比$Γ$，清楚地区分它从充分研究的旋转影响的对流。
2020-09-17 physics.flu-dyn
Supersonic turbulence and structure of interstellar molecular clouds
星际介质（ISM）为研究高超声速、驱动流体动力学湍流提供了一个独特的实验室。我们提出了这样的湍流理论，通过数值模拟来证实它，并使用结果来解释星际分子云的观测特性，恒星诞生的区域。
2002-03-25 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Cross-helicity and extended inertial range in MHD turbulence
利用时空分布混沌方法，研究了受迫（统计稳定）和自由衰减磁流体MHD湍流（有和无外加/平均磁场）的交叉螺旋度效应主导的扩展惯性范围。与直接数值模拟、MHD风洞实验室测量、地球磁鞘测量和太阳风测量的结果一致。本文简要讨论了平均交叉螺旋度为零的MHD湍流的局部反射（镜像）对称性的自发破缺。
2019-10-23 physics.flu-dyn
Correlation times of velocity and kinetic helicity fluctuations in nonhelical hydrodynamic turbulence
本文通过弱可压缩非螺旋湍流的直接数值模拟，比较旋转、剪切、开普勒流动及剪切burgulence中速度与螺旋度涨落的相关时间，评估非相干α效应驱动发电机的可行性。
2024-09-09 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Relative dispersion and eddy diffusivity in laboratory experiments of $β$-plane turbulence
University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, IRPHE（艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、中央马赛学院、IRPHE）；Department of Geosciences, University of Oslo（奥斯陆大学地球科学系）
该研究给出纬向地转流态下快速旋转湍流中相对扩散和湍流扩散的首次实验测量，通过合成拉格朗日轨迹计算相关统计量，揭示了不同区域转变，还能据此测量湍能耗散率和湍流扩散率，测量结果与相关理论大致相符。
2026-07-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Statistical models for spatial patterns of heavy particles in turbulence
悬浮在湍流中的重粒子的动力学对于天体物理学、大气物理学、海洋学和技术中的一系列问题具有根本的重要性。实验室实验和数值模拟表明，重粒子以复杂的方式对携带流体的湍流波动作出反应：即使流体是不可压缩的，非相互作用的粒子也可能聚集在一起并形成空间模式，并且附近粒子的相对速度可以强烈波动。这两种现象都敏感地依赖于系统的参数。这种参数依赖性很难从第一原理建模，因为湍流起着至关重要的作用。实验室实验也非常困难，因为它们必须涉及湍流环境。但近年来，人们已经清楚地认识到，湍流中重粒子动力学的重要方面可以用统计模型来理解，在统计模型中，湍流涨落近似于具有适当关联函数的高斯随机函数。在这篇评论中，我们总结了如何这样的湍流模型计算导致了详细的了解的因素，确定重粒子动力学的湍流。我们专注于空间聚集的重粒子在湍流。这是一个重要的问题，因为空间聚集影响粒子之间的碰撞率，从而影响系统的长期命运。
2016-09-20 physics.flu-dyn
Taylor particle dispersion during transition to fully developed two-dimensional turbulence
我们报告了新的测量单颗粒分散在湍流二维（2D）流。在电磁驱动和法拉第波驱动的湍流实验中，发现随着流动能量的增加，湍流从弱分散超扩散区向强分散布朗扩散区过渡。过渡到充分发展的二维湍流的特征在于流体粒子轨迹的拓扑变化和自相似扩散的发展。二维湍流发展的程度可以通过描述单颗粒分散与泰勒分散的偏差的参数来量化。
2014-02-06 physics.flu-dyn
Chaos and turbulence in bubbly flows
直接数值模拟和实验室实验的结果已被用来表明，浮力驱动的泡状流在高气体体积分数混合的确定性混沌与典型的指数谱的液体动能，而在中小气体体积分数下，则是分布混沌（湍流或伪湍流）由螺旋度分布的三阶和二阶矩控制，具有动能的拉伸指数谱。从这个观点出发，结合压水堆的应用，讨论了气泡与各向同性（在主动网格后面）和近壁湍流的相互作用。
2022-04-28 physics.flu-dyn
Numerical simulations of shock-driven, supersonic interstellar turbulence in colliding three-temperature laboratory plasmas
Imperial College London（帝国理工学院）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Toronto（多伦多大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究通过三温辐射水动力学模拟，探讨冲击驱动超音速湍流在碰撞三温实验室等离子体中的行为，揭示湍流结构和能量分布特征。
2026-06-16 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.flu-dyn
Laboratory Investigation of Entrainment and Mixing in Oceanic Overflows
我们提出了实验测量的壁界重力流，动机是表征自然重力流，如海洋溢流。我们使用粒子图像测速仪和平面激光诱导荧光，同时测量的速度和密度场，因为它们从湍流通道流的初始注入到一个平面上，在10 $^\circ$相对于水平倾斜的下游发展。输入流的湍流水平通过在输出喷嘴上游注入速度波动来控制。基于流动的泰勒微尺度的初始雷诺数R $_λ$在40和120之间变化，并评估初始湍流水平的影响。流动的整体Richardson数$Ri$约为0.3，而梯度Richardson数$Ri_g$在0.04和0.25之间变化，表明剪切主导层化的稳定效应。Kelvin-Helmholtz不稳定性导致质量和动量的剧烈垂直输运。我们提出了基准表征的标准湍流量和计算，在几种不同的方式，流体夹带系数$E$，一个相当大的兴趣在海洋环流模型的混合参数化的数量。我们还确定的混合特性所表示的通量理查森数$Ri_f$作为$Ri_g$和diapycnal混合参数$K_ρ$与浮力雷诺数$Re_b$的函数。我们发现合理的协议与自然流动的结果。
2013-12-19 physics.flu-dyn
The mean electromotive force due to turbulence of a conducting fluid in the presence of mean flow
在平均场电动力学中起核心作用的导电流体的湍流所引起的平均电动势，在旋转流体中进行了计算。超越了大多数的调查，在这个话题上，一个额外的平均运动的旋转框架考虑。我们研究的动机之一是计划用波诺马连科式发电机进行实验室实验。考虑到这一应用，采用了二阶相关近似。这项调查在天体物理学背景下也引起了人们的高度兴趣。一些贡献的平均电动透露尚未考虑到目前为止，特别是贡献的$α$ -效果和相关的影响，由于梯度的平均速度。他们的发电机过程的相关性进行了讨论。在即将发表的论文中，这里报告的结果将具体说明实验室的情况，并与实验结果进行部分比较。
2006-03-10 physics.flu-dyn physics.gen-ph
From turbulence to deterministic chaos in freely decaying fluid dynamics
本文通过实验室测量和数值模拟，研究了自由衰减流体动力学中从硬/软湍流到确定性混沌的转变，并应用分布式混沌概念量化中间状态差异，还简要讨论了磁流体动力学中的相关现象。
2023-06-20 physics.flu-dyn
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
On-off intermittency and amplitude-phase synchronization in Keplerian shear flows
我们研究了相干结构的发展，在本地模拟的磁旋转不稳定性的吸积盘的制度的开-关不稳定性。在先前的论文[Chian等人，物理修订版信函104，254102（2010）]，我们已经表明，由于非线性波的一维模型中的开-关时空不连续性而导致的层流和突发状态分别对应于具有较高和较低幅度-相位同步度的非吸引相干结构。在本文中，我们将这些结果推广到磁化开普勒剪切流的三维模型。在保持动力学雷诺数和磁普朗特数不变的情况下，通过改变等离子体β参数，我们研究了两种不同的间歇机制。第一个政权的特点是由湍流模式中断的经常出现的大规模的相干结构称为双通道流，其中的系统的状态可以描述由一个单一的傅立叶模式。第二个政权是占主导地位的湍流与零星出现的相干结构的形状，让人想起扰动通道流。通过计算三维空间的傅里叶功率谱熵和相位谱熵，我们发现大尺度相干结构具有高度的幅相同步性。
2014-11-14 astro-ph.SR physics.data-an physics.flu-dyn
Clustering in laboratory and numerical turbulent swirling flows
我们研究的三维集群的速度停滞点，零的涡量和拉格朗日加速度，和惯性粒子在湍流在固定的雷诺数，但在不同的大规模流动的几何形状。为此，我们结合直接数值模拟均匀和各向同性湍流和泰勒-格林流，粒子跟踪测速在冯卡门实验。虽然流动有不同的拓扑结构（因为零粒子的聚集方式不同），但粒子的行为在所有情况下都是相似的，这表明泰勒尺度的中性浮力粒子聚集为惯性粒子。
2022-08-16 physics.flu-dyn
Linear instability in thermally-stratified quasi-Keplerian flows
针对磁旋转不稳定性无法解释原行星盘死区角动量输运的问题，研究发现径向热分层可在准开普勒流动中引发热流体动力学线性不稳定性，给出了标度关系与参数影响规律，完善了热致不稳定转变路径。
2024-10-07 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Growth of Hydrodynamic Perturbations in Accretion Disks: Possible Route to Non-Magnetic Turbulence
我们研究了冷吸积盘中流体动力学湍流的可能起源，如恒星形成系统和静止激变变星。由于这些系统预计有中性气体，湍流粘度很可能是流体动力学的起源，而不是磁流体动力学。因此，MRI将是缓慢的，甚至没有在这样的磁盘。虽然在流体动力盘中没有指数增长的本征模，但由于本征模的非正常性质，能量的大的瞬态增长仍然是可能的，这可能使系统切换到湍流状态。对于开普勒圆盘，我们估计，当雷诺数接近一百万时，能量将增长1000倍。
2005-07-02 astro-ph cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Path lengths in turbulence
通过长时间高速跟踪示踪粒子，研究了实验室强湍流流场中拉格朗日轨迹的几何统计特性。特别地，我们考虑粒子从其初始位置的位移和它们行进的总距离之间的区别。这两个量的差表明惯性范围内的幂律标度。通过与混沌但非湍流和拉格朗日随机模型的模拟结果进行比较，我们认为我们的结果是湍流的特征。
2011-08-13 physics.data-an physics.flu-dyn
High Reynolds number Taylor-Couette turbulence
Taylor-Couette流--两个同轴同向或反向旋转的圆柱之间的流动--是流体物理学中的典型系统之一。（无量纲）的控制参数是雷诺数的内部和外部的圆筒，圆筒半径的比率，和纵横比。系统的响应是保持恒定角速度所需的扭矩，其可以与通过间隙的角速度传输相关联。在上世纪80年代和90年代，低雷诺数区域已经得到了很好的研究，而在完全湍流区域，主要的研究活动只是在最近十年才发展起来。在本文中，我们回顾了这一最新进展，在我们的理解充分发展的泰勒-库埃特湍流，从实验，数值和理论的角度来看。我们将集中在参数依赖的全球扭矩和当地的流动组织，包括速度剖面和边界层。接下来，我们将讨论不同（湍流）流动状态之间的转换。我们还将详细说明这个系统与天体物理盘（开普勒流）的相关性。最后，对未来湍流泰勒-库埃特流研究的挑战进行了总结。出版于ARFM：Annu. Rev. Fluid Mech.48：53-80（2016）。
2019-03-30 physics.flu-dyn
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
Chaos, randomization, and turbulence in particle-laden flows
本文通过分布式混沌理论、数值模拟和实验，量化了双向颗粒-流体相互作用的随机化效应，发现颗粒体积分数、质量载荷和斯托克斯数的增加会增强流动随机化，并揭示了局部反射对称性破缺的关键作用。
2023-09-06 physics.flu-dyn
Diffusivity-Free Turbulence in Liquid Metal Rotating Rayleigh-Bénard Convection Experiments
本文针对行星和恒星对流的无扩散湍流终极状态实验研究受边界层扩散阻碍的问题，利用旋转液态金属的边界无关振荡热惯性模式实现无扩散标度，通过三重测量验证该状态并与模型定量一致，为天体物理系统对流预测提供验证。
2025-04-18 physics.flu-dyn physics.geo-ph
