Lagrangian tracking of colliding droplets
我们介绍了一种新的拉格朗日粒子跟踪算法，跟踪粒子在三维接近接触的轨迹之间的分离。该算法还检测低韦伯数二进制碰撞，导致聚结以及液滴破裂。通过找到一组描述每个物体边缘的圆圈，在二维高分辨率数字图像中识别颗粒。这允许识别在投影中重叠超过80%的粒子，即使对于噪声图像也是如此，并且无需调用额外的时间数据。该算法通过最小化惩罚函数来从三维粒子坐标构建轨迹，该惩罚函数是使用来自四个时刻的信息的与预期粒子坐标的偏差的加权和。这种新的混合算法对合成数据进行了验证，并发现完美地再现更多的轨迹比其他常用的方法。对于平均移动距离小于其最近邻距离十分之一的粒子，碰撞检测的准确率为95%。
2020-06-12 physics.flu-dyn
On Lagrangian Intermittency from 4-D Particle Tracking Velocimetry measurements of a turbulent von Kármán flow
我们调查的能力，4D粒子跟踪测速测量在高颗粒密度，探讨在不同的雷诺数的湍流旋流的不可逆性和不可逆性。为此，我们设计了合适的工具来去除实验噪声，并计算拉格朗日速度增量和拉格朗日幂（沿轨迹的动能的时间导数）的小波系数的统计。我们发现，噪声的签名是最强的短轨迹，并在小的时间尺度上的规律性条件的偏差的结果。只考虑长轨迹摆脱这种影响，我们得到的缩放制度，是兼容的减少不稳定性，这意味着长轨迹也与较大的规律性的领域。的标度律，无论是在时间和雷诺数，可以描述的多重分形模型，与对数正态谱和一个比欧拉的情况下，其中所有的流动面积被考虑在内的三倍小的不稳定性参数。
2021-04-09 physics.flu-dyn
Lagrangian Particle Tracking at Large Reynolds Numbers
本文提出在 Max Planck VDTT 加压湍流风洞中实现$R_λ=100$–6000的拉格朗日粒子追踪装置，并验证 KOBO Cellulobeads D-10 可作为低惯性示踪粒子。
2024-04-05 physics.flu-dyn
Do Finite-Size Lyapunov Exponents Detect Coherent Structures?
双曲拉格朗日相干结构（LCS）的双曲尺寸李雅普诺夫指数（FSLE）字段的脊已被用作指标。然而，FSLE和LCS之间缺乏严格的数学联系。在这里，我们证明了满足一定条件的FSLE脊信号附近的脊的一些时间李雅普诺夫指数（FTLE）字段，这反过来又表明在进一步的条件下的双曲LCS。然而，其他违反我们条件的FSLE脊被认为是LCS的假阳性。我们还发现进一步的限制FSLE在拉格朗日相干检测，包括不适定性，人工跳跃不连续性，相对于计算时间步长的敏感性。
2014-01-13 math.DS nlin.CD physics.ao-ph
Bias in particle tracking acceleration measurement
我们调查的拉格朗日粒子跟踪（LPT）数据的加速度统计的误差来源，并展示技术，以消除或尽量减少处理过程中引入的偏差误差。在各向同性湍流中的粒子跟踪实验的数值模拟表明，由于位置的不确定性和数值微分过程中引入的选择偏差的噪声引起的偏差误差的主要来源。我们概述了使用独立的测量和过滤方案，以消除这些偏见。此外，我们测试我们的方法在估计的统计矩和概率密度的拉格朗日加速度的有效性。最后，我们将这些技术应用于实验粒子跟踪数据，并在实践中证明其有效性与文献中的可用数据进行比较。一般的方法，这是不限于加速度统计，可以应用于少至两个摄像头，并允许充分测量统计的拉格朗日加速度所需的空间分辨率和采样率大幅降低。
2018-05-31 physics.flu-dyn
twoPhaseInterTrackFoam: an OpenFOAM module for Arbitrary Lagrangian/Eulerian Interface Tracking with Surfactants and Subgrid-Scale Modeling
该研究实现了非结构化有限体积ALE界面追踪方法的OpenFOAM模块twoPhaseInterTrackFoam，用于模拟不可压缩不混溶两相流，还包含SGS建模框架以提高尖锐边界层模拟精度，简化新SGS模型添加和PDE应用。
2025-02-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A front-tracking immersed-boundary framework for simulating Lagrangian melting problems
本研究针对拉格朗日熔化问题，提出一种结合移动最小二乘浸没边界框架与Stefan条件的界面追踪数值方法，通过增量局部式动态粗化重划分及体积守恒平滑，实现高精度可扩展的熔化过程模拟。
2025-01-15 physics.flu-dyn
Defiltering turbulent flow fields for Lagrangian particle tracking using machine learning techniques
本文提出一种基于机器学习的湍流速度去滤波方法，用于改善粗网格流场中的拉格朗日粒子追踪，并在不同滤波尺寸下验证了其对速度脉动、轨迹和沉积速度的重建精度与泛化能力。
2024-11-07 physics.flu-dyn
Reference map technique for Lagrangian exploration of coherent structures
本文将固体力学中的参考映射技术引入流体拉格朗日分析，无需粒子追踪即可计算FTLE等变形量，并在Taylor-Green涡和湍流槽道流中验证其准确性与相干结构、物质面分析能力。
2024-04-24 physics.flu-dyn
Refining and classifying finite-time Lyapunov exponent ridges
虽然存在更严格和复杂的方法来识别基于拉格朗日的相干结构，有限时间李雅普诺夫指数（FTLE）字段仍然是一个简单和流行的方法，获得一些复杂的，随时间变化的二维流动的运输洞察。鉴于其持久的吸引力，并在良好的实践支持，我们开始调查离散化和噪声的影响，两个数值方法计算FTLE字段。一个实用的方法来提取和细化FTLE脊在二维流，建立在以前的方法，然后提出。为了更好地确定FTLE脊在流量传输中的作用，我们采用了现有的分类方案，并提供了一个彻底的处理FTLE脊所代表的变形类型分类的挑战。作为一个实际的演示，该方法被应用到一个海洋表面的速度场数据集的数值模式。
2015-06-23 math.DS physics.ao-ph physics.flu-dyn
Lagrangian Coherent Track Initialisation (LCTI)
时间分辨粒子跟踪测速技术（4D-PTV）的发展一直揭示了更精确的拉格朗日粒子运动。提出了一种新的轨道初始化技术作为4D-PTV的补充部分，基于相邻轨迹的局部时间和空间相干性。提出的拉格朗日相干轨道初始化（LCTI）应用基于物理的有限时间李雅普诺夫指数（FTLE）来建立四帧相干轨道。我们在本地确定边界（即，脊）的拉格朗日相干结构（LCS）之间的相邻轨迹使用FTLE区分集群的相干运动。为了评估所提出的技术，我们创建了一个开放访问的合成拉格朗日和欧拉数据集的尾流下游的光滑圆柱体在雷诺数等于3900从三维直接数值模拟（DNS）。该数据集可供公众使用。所提出的方法的性能基于三个特征参数，时间尺度，颗粒浓度（即，密度）和噪声比，与最近的初始化算法相比，在寻找真实轨迹方面显示出稳健的行为。LCTI的未跟踪和错误的轨道的数量的敏感性进行了讨论。我们解决的能力，使用所提出的方法作为一个功能的4D-PTV计划在拉格朗日粒子跟踪的挑战，高粒子密度的流。最后，LCTI行为进行了评估，在一个真正的射流冲击实验。LCTI被认为是一个可靠的跟踪工具，在复杂的流动运动，与强度显示高颗粒浓度的流动。
2021-06-21 physics.flu-dyn
A CNN-based particle tracking method for large-scale fluid simulations with Lagrangian-Eulerian approaches
提出基于CNN的CNN-SNS粒子追踪方法，通过神经网络预测缩短L-E方法中的追踪路径，在不损失精度的前提下大幅降低计算与通信开销，实现大规模高流速模拟的高效并行扩展。
2024-12-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Grid-based calculation of Lagrangian mean
拉格朗日平均已被证明是更有效的比欧拉平均在分离波从缓慢的动态在两个时间尺度流。它也出现在许多简化的模型中，这些模型捕获了慢流上的波反馈。然而，它的计算需要及时跟踪粒子，这在基于网格的数值模拟或从定点测量估计中带来了一些困难。为了克服这些困难，我们提出了一种基于网格的迭代方法来计算拉格朗日平均值，而无需跟踪粒子的时间。我们解释了这种方法如何减少计算，内存占用和处理器之间的通信并行数值模型。为了评估该方法的准确性，我们检查并讨论了几个示例。我们还探讨了这种方法的应用在浅水方程的范围内，通过量化的有效性波平均地转平衡-一种修改后的形式的地转平衡占慢动态的影响，强波。
2022-03-08 physics.flu-dyn
Statistical properties of an ideal subgrid-scale correction for Lagrangian particle tracking in turbulent channel flow
与使用大涡模拟（LES）来研究小惯性颗粒在湍流中的分散相关联的一个问题是可以再现颗粒统计和浓度的精度。粒子在LES场中的运动可能与实验或直接数值模拟（DNS）中观察到的显著不同，因为作用在粒子上的力没有准确估计，这是由于唯一过滤的流体速度的可用性，并且因为误差随着时间的推移而累积，导致轨迹的渐进发散。这可能导致统计和浓度预测的不同程度的不准确。我们在这里确定一个理想的亚网格修正的先验LES流体速度看到的颗粒在湍流通道流。该校正是通过施加在过滤的DNS场中移动的各个粒子的轨迹与DNS中的粒子轨迹完全一致来计算的。用这种方法，可以把由滤波引入质点运动方程中的误差从由于轨迹的渐进发散而引起的误差中挑出来并分别进行分析。亚网格校正项，因此，滤波误差，其特征在于在本文件中的统计矩。粒子的惯性和过滤器的类型和宽度上的校正项的性质的影响进行了研究。
2011-04-06 physics.flu-dyn
Intrinsic filtering errors of Lagrangian particle tracking in LES flow fields
两相湍流的大涡模拟（LES）表现出定量的颗粒统计差异，如果相比，直接数值模拟（DNS），在本研究的上下文中，被认为是确切的参考情况。差异主要是由于过滤，LES的基本内在特征。过滤流体速度场产生作用在颗粒上的力的近似计算，并且反过来，当与DNS的那些相比时，轨迹是不准确的。在本文中，我们专注于精确的滤波误差，我们量化的下限。为此，我们使用的DNS数据库中的惯性粒子分散在湍流通道流，我们进行先验测试，其中纯粹由于过滤的错误被挑出来去除误差积累的影响，否则会导致DNS和LES粒子轨迹之间的渐进发散。通过应用不同类型和宽度的过滤器在不同的粒子惯性，我们的特征的统计特性的过滤误差作为壁距离的函数。结果表明，滤波误差是随机的，具有非高斯分布。此外，滤波误差的分布强烈地依赖于壁法线坐标在缓冲区中最大。我们的研究结果提供了洞察力的亚网格尺度速度场上的驱动力的粒子，并建立了LES模型必须满足的要求，以正确预测的速度和惯性粒子的轨迹。
2011-08-30 physics.flu-dyn
Experimental Lagrangian structure functions in turbulence
本文介绍了在中等雷诺数下用粒子跟踪测速仪在湍流中进行的实验所得到的拉格朗日性质。为了获得拉格朗日结构函数和测量小时间尺度的不稳定性，对粒子轨迹的精确采样是必不可少的。测量体积的有限性会使结果产生显著的偏差。我们提出了一个强大的方法来克服这个障碍。尽管没有充分发展的惯性范围内，我们观察到强大的耗散尺度的不稳定性。多重分形模型只能部分再现结果。
2009-05-15 physics.flu-dyn
Inferring Multi-Scale Cascade Structure from a Single Lagrangian Trajectory via Hidden Markov Switching
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
本文提出马尔可夫切换多重分形框架，从单一拉格朗日轨迹推断多尺度级联状态，并证明其携带空间信息，为稀疏轨迹湍流诊断开辟新途径。
2026-10-08 physics.flu-dyn
Direct Lagrangian tracking simulation of droplet growth in vertically-developing turbulent cloud
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Institute of Integrated Research, Institute of Science Tokyo（东京科学大学综合研究本部）
本文基于直接数值模拟与拉格朗日粒子跟踪开发了新的云微物理模型，研究湍流对液滴生长的影响，揭示了湍流促进碰撞合并及降水形成的作用。
2026-04-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Multi-time structure functions and the Lagrangian scaling of turbulence
我们定义和表征多时间拉格朗日结构函数使用的数据来自两个旋流的平均流量和湍流波动：泰勒-格林数值流，和冯卡门实验室实验。数据是从数值积分的示踪剂在前一种情况下，从三维粒子跟踪测速测量在后者。多时间统计量被证明可以减少惯性距离标度中大尺度的污染。一个时间尺度，在该时间尺度上的平均流量污染成为主导，这个尺度分离两个不同的拉格朗日标度范围。多时间结构函数的结果还表明，拉格朗日不稳定性不是大尺度流动效应的结果。多时间拉格朗日结构函数可以在没有强迫机制或边界条件的先验知识的情况下使用，允许它们在不同的流动几何形状中的应用。
2022-06-13 physics.flu-dyn
Characterization of coherent structures in three-dimensional flows using the finite-size Lyapunov exponent
本文利用有限尺寸的李雅普诺夫指数（FSLE）来表征三维湍流中的拉格朗日拟序结构。拉格朗日拟序结构作为流体流动中传输的组织者，对于理解其搅拌和混合特性至关重要。广义极大值（脊）的FSLE字段被用来定位这些相干结构。三维FSLE场计算在两个现象上不同的湍流：有壁流动（通道流）和区域海洋流的原始方程的数值解，其中二维湍流占主导地位。在槽道流中，FSLE场的自相关表明，该结构是从近壁到中间通道区域有很大不同，并且与更广泛研究的湍流槽道流的欧拉相干结构有关。由于湍流起伏的三维特征，FSLE场的脊具有复杂的形状。在海洋流中，存在强烈的水平搅拌，并且流态类似于2D湍流，其中该域由强烈相互作用的相干涡流填充。这又导致在整个域中存在高FSLE线，从而导致强非局部混合。FSLE场的脊是准垂直表面，表明水平动力学主导了流动。事实上，由于旋转和分层，海洋中的垂直运动远不如水平运动强烈。这种抑制是不存在的通道流，作为FSLE脊的3D字符显示。
2013-06-11 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Understanding Surgical smoke in Laparoscopy through Lagrangian Coherent Structures
本文通过计算流体动力学和拉格朗日相干结构分析腹腔镜手术中手术烟雾的流动，揭示出口和入口配置对颗粒运输与积累的影响，为器械的高效放置以去除烟雾提供指导。
2025-01-25 physics.flu-dyn
Tracking areas with increased likelihood of surface particle aggregation in the Gulf of Finland: A first look at persistent Lagrangian Coherent Structures (LCS)
我们探索的可能性，以确定激烈的补丁形成的浮动项目，由于系统收敛的表面速度场的拉格朗日相干结构（LCS）和易于补丁形成的地区估计使用的概念，时间压缩性（FTC，广义的概念的时间序列的分歧）的视觉比较。使用有限时间李雅普诺夫指数（FTLE）方法评估LCS。测试区域是波罗的海的芬兰湾（GoF）。首次计算了GoF的后向FTLE的全流域空间平均值。这种混合强度的测量显示出明显的季节性模式。评价后向FTLE功能与具有高FTC水平的潜在斑块形成区域相关。结果表明，频繁的上升流或下降流的地区始终比平均混合强度强。这两种方法，FTC和LCS的结合，有可能成为一个强大的工具，以确定在海面上的污染斑块的形成。
2021-01-23 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Relative Fluid Stretching and Rotation for Sparse Trajectory Observations
提出基于相对拉格朗日速度的流体拉伸与旋转量化方法，解决稀疏轨迹数据下相干结构检测难题，在极稀疏采样场景中保持高准确性与可解释性。
2024-03-14 physics.flu-dyn
Lagrangian mixing of pulsatile flows in constricted tubes
在这项工作中，几个拉格朗日方法被用来分析混合过程中的实验模型下的脉动流收缩的动脉。上游雷诺数$Re$在1187和1999之间变化，而脉动周期$T$保持固定在0.96 s。使用数字粒子图像测速仪（DPIV）采集位于收缩下游的感兴趣区域（ROI）的速度场。流动由中心射流和近壁回流区组成，在回流区形成旋涡并脱落。为了研究混合过程，计算了有限时间李雅普诺夫指数（FTLE）场和浓度图。在FTLE脊上发现了两个负责流体混合和输运的拉格朗日拟序结构。第一LCS界定涡流的后缘，在连续的周期之间分离进入ROI的流。第二个LCS界定了涡流的前缘。该LCS集中了最高的颗粒团聚，如浓度图所证实的。此外，从颗粒停留时间图（RT）测量流体颗粒在一个循环之前离开ROI的概率。随着$Re$增加，离开ROI的概率从0.6增加到0.95。引入最终位置图$r{_f}$来评价ROI不同子区域之间的血流混合。这些地图使我们能够计算子区域之间的交换指数，$\bar{\mathrm{EI}}$，它显示了与$Re$混合增加的主要区域。最后，通过综合不同拉格朗日方法（FTLE、浓度图、RT和$r_f$图）的结果，提供了流动混合和输送的综合描述。
2022-09-29 physics.flu-dyn
Evolution of material surfaces in the temporal transition in channel flow
我们报告的K型时间过渡通道流的物质表面的演变的拉格朗日研究。基于DNS得到的欧拉速度场，采用后向粒子跟踪法求解拉格朗日标量场的输运方程，提取拉格朗日场的等值面作为演化过程中的物质面.三个关键问题的拉格朗日调查的相干结构的演变，使用材料表面的解决。首先，基于所提出的准则唯一确定初始标量场，使得初始材料表面可以近似为涡面，并在初始层流状态下保持不变。其次，给出了典型材料表面在不同壁距下的演化过程，并确定了具有最大变形的影响材料表面。在这个表面上还观察到大的涡度变化和涡线的最大曲率增长。此外，在过渡中的关键事件可以通过材料表面上的条件统计在拉格朗日方法中表征。最后，有影响力的材料表面，这是最初的涡面，被证明作为替代的涡面之前的涡结构的显着拓扑变化。因此，这种材料表面可以用来阐明连续演变的涡结构在过渡壁有界流动的拉格朗日的角度。有影响力的物质表面的演变分为三个阶段：形成一个三角形的凸起从最初的扰动流向展向片，卷起的涡面附近的隆起脊的涡度增强，和签名发夹状结构的生成和演变与涡丝的自诱导动力学。
2016-01-18 physics.flu-dyn
Droplet coalescence and breakup: Numerical simulations using moving mesh interface tracking with dynamic mesh adaptation
采用有限体积/移动网格界面跟踪方法（MMIT），对液滴的破碎和聚并过程进行了数值模拟。在这种方法中，界面是零厚度的，并以拉格朗日方式移动。采用网格分离和网格合并方法模拟了界面的分裂和合并过程。在这段视频中显示了三种情况，包括最初延伸的液滴的松弛和破裂，两个相同的液滴偏离中心碰撞，以及剪切流中的液滴对。网格自适应能够捕获大变形和薄区域，并且分辨的最小长度比液滴半径小三个数量级。模拟的流体动力学视频将在2010年的流体运动画廊中展示。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Time-Dependent 2-D Vector Field Topology: An Approach Inspired by Lagrangian Coherent Structures
本文提出了一种方法，以时间依赖的变体的概念，向量场拓扑的2-D向量场。向量场拓扑是为稳定向量场定义的，目的是将向量场的域区分为性质不同的区域。所提出的方法代表了一个推广的鞍型临界点和他们的分离线的基础上的广义条纹线的非定常矢量场，与经典的矢量场拓扑作为其特殊情况下的稳定矢量场。这个概念是密切相关的拉格朗日相干结构得到的脊在有限时间的李雅普诺夫指数场。所提出的方法进行评估2-D的时间相关的合成和矢量场计算流体动力学。
2011-05-28 cs.GR math.AP math.DS
Lagrangian coherent structures and entrainment near the turbulent/non-turbulent interface of a gravity current
本文应用拉格朗日拟序结构理论研究了三维涡旋的分离，并研究了大尺度涡旋结构对湍流/非湍流界面和重力流卷吸的影响。重力流的实验实现和不同层次的分层进行了检查。对于流量测量，我们使用多变量三维粒子跟踪测速技术。为了识别涡型LCS（VLCSs），实现了一种基于拉格朗日平均涡度偏差方法的全自动三维多流结构提取算法。对VLCS的大小、方向和形状进行了分析，结果表明，这些特征仅微弱地依赖于分层的强度。通过条件分析，我们提供的证据表明，VLCSs调制的平均TNTI高度，从而影响卷吸过程。此外，VLCSs的影响当地的卷吸速度和组织的流场的湍流和非湍流侧的重力流边界。
2019-07-29 physics.flu-dyn
Interface tracking with Microscale Topological Surgery for two-dimensional filament breakup
Center for Nonlinear Studies, Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室非线性研究中心）
提出微尺度拓扑手术（MTS）算法，结合拉格朗日追踪与拓扑处理器，实现二维界面拓扑转变的检测与强制执行，并引入非线性交替剪切流研究微尺度细丝断裂动力学。
2026-06-29 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A Voronoi-tessellation-based approach for detection of coherent structures in sparsely-seeded flows
一种新的算法来检测相干结构与稀疏拉格朗日粒子跟踪数据，使用Voronoi镶嵌和技术从谱图理论，进行了测试。通过示踪剂分布的Voronoi镶嵌自然地识别相邻示踪剂粒子。该方法检查示踪剂轨迹的\textit{neighbouring time}，定义为两个Voronoi细胞共享一个共同的Voronoi边缘的总流动时间，通过将此信息转换为在Voronoi图的图形表示中的笛卡尔距离。相干性被分配给其相邻时间在整个分析时间间隔内保持高的Voronoi单元组。该技术首先测试的双回旋流的二维合成数据，然后具有挑战性的，大规模的三维拉格朗日粒子跟踪数据背后的高雷诺数的钝体。测试的技术证明是成功的识别与现实的实验数据的一致性。具体而言，它示出的相干示踪剂运动是可识别的平均粒子间的距离的顺序中的最大长度尺度的流。
2021-07-28 physics.flu-dyn
Interphase coupling for gas-droplet flows using the fully Lagrangian approach
本文提出一种结合完全拉格朗日方法和核回归的新方法，用于高效模拟蒸发雾的双向耦合，实现高保真度与计算效率的平衡。
2026-10-07 physics.flu-dyn
Three-Dimensional Time Resolved Lagrangian Flow Field Reconstruction Based on Constrained Least Squares and Stable Radial Basis Function
本文提出 CLS-RBF PUM 三维无散度拉格朗日流场重构方法，融合 CLS、RBF-QR 与 PUM，可直接处理大规模散乱 LPT 数据并实现物理约束下的时空超分辨率。
2023-08-18 physics.flu-dyn
Topological Entropy of Two Dimensional Turbulence
该研究提出计算二维湍流物质线拉伸率（拓扑熵）的精确欧拉公式，仅需应变率张量特征值分布及去相关时间，免去拉格朗日追踪，模拟验证其在宽雷诺数范围内与拉格朗日结果高度吻合。
2024-12-13 physics.flu-dyn
Eulerian and Lagrangian second-order statistics of superfluid ${^4}$He grid turbulence
利用粒子跟踪测速技术研究了超流$^4$ He网格湍流的欧拉和拉格朗日二阶统计特性。欧拉能谱的尺度大于量子涡旋线之间的平均距离的行为与经典的Kolmogorov-1941标度接近，几乎是各向同性的。的拉格朗日二阶结构函数和频率功率谱，测量的尺度与涡间距离，表现出急剧的过渡，从近经典的行为，以制度为主的量子涡线的运动。利用流动的均匀性，我们验证了一组关系，连接各种二阶统计对象，强调湍流行为的不同方面，允许多方面的分析。我们利用欧拉能谱和二阶结构函数之间的双向桥梁关系，从已知的二阶速度结构函数重建能量谱，反之亦然。利用欧拉-拉格朗日电桥由实测欧拉谱重构出的拉格朗日频谱与实测拉格朗日谱在准经典范围内存在差异，需要进一步研究。
2021-03-29 cond-mat.other physics.flu-dyn
Sensitivity and robustness of Lagrangian coherent structures in coastal water systems
在沿岸水系统中，水平混沌扩散对污染物的分布和归宿起着重要的作用。拉格朗日相干结构（LCS）提供了有用的工具来处理污染物的传输问题，只是最近才被应用到沿岸水。虽然在文献中已经很好地建立了使用理想化分析流场的LCS方法的基本原理，但在边界和水深测量的影响经常变得显著的沿岸水中，对其实际实施的研究有限。由于其复杂的水深和边界，非结构化网格系统通常用于沿岸水的建模。为了便于推导LCS诊断，通常使用结构化网格。在这里，我们研究了网格分辨率、插值方案和加性随机噪声对与沿岸水相关的LCS诊断的影响。两个运动学模型流，双环流和曲折的射流，以及验证输出的流体动力学模型的莫尔顿湾，澳大利亚，非结构化网格。结果表明，LCS对非结构化网格到结构化网格转换中所使用的插值格式的误差具有很强的鲁棒性。结果表明，由于下垫面流场的发散，1- 10%的随机误差会破坏最大有限时间李雅普诺夫指数和闭合轨道椭圆型LCS的脊的连续性。该结果对基于确定性流场的LCS公式应用于扩散性沿岸水的适用性具有重要意义。
2021-02-10 physics.ao-ph physics.flu-dyn
ELPINN: Eulerian Lagrangian Physics-Informed Neural Network
本文提出ELPINN框架，将欧拉与拉格朗日视角耦合，利用粒子轨迹数据重建速度场和压力场，在二维外流、二维内流和三维客舱流动中验证有效，并分析了时间分辨率和粒子数量的影响。
2025-04-12 physics.flu-dyn
Time-Symmetry of Lagrangian Coherent Structures in Active Turbulence
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础科学研究所国际理论科学中心）；Indian Institute of Technology Hyderabad（海得拉巴印度理工学院）
通过拉格朗日相干结构揭示主动湍流中吸引和排斥双曲曲面网络，发现尽管涡度主导流动，极端混沌混合源于应变区域，且吸引与排斥LCS表现出显著的时间对称性。
2026-05-24 cond-mat.soft nlin.CD physics.bio-ph
Attraction-Based Computation of Hyperbolic Lagrangian Coherent Structures
最近的进展，使吸引和排斥家庭的拉格朗日相干结构（LCS）在相同的初始或最终的时间感兴趣的同时计算。然而，在中间时间获得LCS位置是有问题的，因为无论是排斥或吸引家庭是不稳定的数值平流在一个给定的时间方向。在这里，我们开发了一种新的方法来计算任意位置的双曲LCS在一个数字强大的方式。我们的方法只涉及吸引物质表面的平流，从而以低计算成本提供准确的LCS跟踪。我们说明了这种方法的优点在一个简单的模型和湍流速度数据集。
2014-10-23 math.DS nlin.CD physics.ao-ph
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
Computing Lagrangian means
针对粒子追踪法计算拉格朗日平均的高内存与并行化难题，本文提出在连续时间区间上求解PDE的两种即时计算策略，并在旋转浅水模型中验证其波—涡分离优势。
2023-03-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
The edge as a Lagrangian Coherent Structure in a high-dimensional state space
耗散动力系统的特点是两个盆地的吸引力被发现在许多物理系统，特别是在流体力学层流和湍流制度可以共存。这种系统的状态空间是围绕一个被称为边缘的分割流形构建的，它将层流状态吸引的轨迹与达到湍流状态的轨迹分开。我们在这里应用拉格朗日数据分析的概念和工具来研究这个边流形。这种方法是在自治任意高维耗散系统的状态空间中进行的，其中边缘流形被重新解释为拉格朗日相干结构（LCS）。两种不同的诊断，有限时间的李雅普诺夫指数和拉格朗日描述符，使用和比较他们的能力，以确定边缘和他们的可扩展性。它们的性质说明了几个低阶模型的亚临界过渡的尺寸和复杂性的增加，以及良好的解决模拟的纳维-斯托克斯方程的情况下，平面Couette流。它们允许基于定量信息的状态空间和边缘流形的全局结构的映射。这两种诊断也可以用来生成有效的二分法，以接近渐近边缘状态，这优于经典的边缘跟踪。
2020-09-10 nlin.CD physics.flu-dyn
Lagrangian statistics and flow topology in forced two-dimensional turbulence
本文研究了流体湍流中拉格朗日统计量与流动拓扑之间的关系。的拓扑结构的特点是使用Weiss标准，提供了一个简化的工具来划分成拓扑不同的区域：椭圆形（涡为主），双曲线（变形为主），和中间（湍流背景）的流量。流对应于强迫二维Navier-Stokes湍流在双周期和圆形有界域与非滑移边界条件。在双周期域中，Weiss场的概率密度函数（PDF）表现出负偏度，这与在周期域中流动由相干涡旋结构主导的事实一致。另一方面，在圆形域中，椭圆和双曲区域似乎在统计上相似。我们遵循拉格朗日方法，并通过跟踪大的被动平流示踪剂合奏获得统计数据。拓扑不同区域中的停留时间的pdf使用拉格朗日外斯场计算，即，沿着粒子轨迹计算的外斯场在椭圆和双曲区域，停留时间的概率密度函数具有自相似的代数衰减尾。另一方面，在中间区域，pdf具有指数衰减的尾部。拉格朗日速度的条件（相对于流拓扑）pdf在周期域和有界域中表现出高斯行为。与自由衰减湍流情况相反，强迫湍流中拉格朗日加速度的条件PDF在周期域和有界域中显示出相当的不稳定性水平。拉格朗日曲率的条件概率密度函数的特征在于，在所有情况下，自相似幂律行为与阶-2的衰减指数。
2010-09-15 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Fitted front tracking methods for two-phase incompressible Navier--Stokes flow: Eulerian and ALE finite element discretizations
本文研究了两相Navier-Stokes流的新型拟合有限元近似。特别是，我们认为欧拉和任意拉格朗日-欧拉（ALE）有限元配方。移动界面近似的参数分段线性有限元功能的帮助下。块体网格适合于界面近似，因此可以始终使用标准块体有限元空间。描述离散界面的网格一般不会随时间恶化，这意味着在数值模拟中不需要平滑或重新划分界面网格。我们提出了几个数值实验，包括收敛性实验和基准计算，所介绍的数值方法，证明了所提出的算法的准确性和鲁棒性。我们还比较了欧拉和ALE配方的准确性和效率。
2019-10-31 cs.NA math.NA physics.comp-ph
