Hidden scale invariance of turbulence in a shell model: from forcing to dissipation scales
本文在壳模型中揭示隐藏标度不变性贯穿强迫至耗散尺度，从该对称性推导惯性区异常标度律，并表明特殊耗散模型可消除耗散间歇性，从而从运动方程对称性导出多分形理论。
2023-02-02 physics.flu-dyn
Finite-Time Relaxation of Inertial Particle Clustering in Non-Equilibrium Turbulence
School of Engineering, Department of Mechanical Engineering, Institute of Science Tokyo（东京科学工业大学工学院机械工程系）；Supercomputing Research Center, Institute of Integrated Research, Institute of Science Tokyo（东京科学大学综合研究机构超级计算研究中心）
通过直接数值模拟研究非平衡湍流中惯性粒子聚团的时间响应，发现瞬时平衡近似在强迫周期大于大涡翻转时间时失效，并构建了有限时间线性弛豫模型，将最大相对误差从49%降至10%。
2026-06-19 physics.flu-dyn
Experimental study of the non-linear saturation of the elliptical instability: inertial wave turbulence versus geostrophic turbulence
本文对旋转流体中惯性波参数共振驱动的湍流饱和进行了实验研究。在我们的装置中，一个半米宽的充满水的椭球体被带到固体旋转，然后经历持续的谐波调制其旋转速率。这触发了一对惯性波的指数增长，通过一种称为振动驱动椭圆不稳定性的机制。一旦达到这种不稳定性的饱和，我们观察到一个湍流状态的能量注入到共振惯性波。根据旋转速率调制的幅度，观察到两种不同的饱和状态。在大强迫振幅下，饱和流主要由稳定的地转反气旋组成。当强迫振幅减小时，它的振幅消失，而保持在椭圆不稳定性的阈值以上。在这种二次跃迁之下，饱和流是惯性波的叠加，惯性波处于弱非线性共振相互作用中，这种状态可能渐近地导致惯性波湍流。除了是不稳定旋转流中波主导饱和的第一次实验观察外，本研究也是Le Reun et al，PRL（2017）模型的实验确认，他介绍了这两种湍流状态的可能性。最后讨论了这两个制度之间的过渡及其与地球物理应用的相关性。
2021-01-25 physics.flu-dyn
Resonant tidal responses in rotating fluid bodies: global modes hidden beneath localized wave beams
在旋转恒星和行星中，对流包层中惯性波的激发为潮汐耗散提供了一个重要的通道，但由于惯性波的耗散率不稳定地依赖于潮汐频率。潮汐耗散在某些频率下显著增强，表明潮汐强迫与某些本征模之间可能存在共振。然而，由于惯性波本征值问题的奇异性，这些共振的性质仍然是个谜，在文献中，共振常常被错误地归因于波吸引子。在这封信中，我们揭示了共振潮汐响应对应于惯性模式与大规模的流动隐藏在本地化的波束。强耦合的潮汐强迫和隐藏的大规模流动加强了本地化的波束从临界纬度，导致增强潮汐耗散。这项研究解决了一个长期存在的难题，关于潮汐耗散的频率依赖性，由于惯性波在对流信封。
2021-09-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Ghost-Mode Filtered Fluctuating Lattice Boltzmann Method
Istituto per le Applicazioni del Calcolo CNR（意大利国家研究委员会计算应用研究所）；Roma Tre University（罗马第三大学）；INFN ”Tor Vergata”（意大利国家核物理研究所托尔维尔加塔分部）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）
提出了一种鬼模式过滤的波动格子玻尔兹曼方法，通过消除鬼确定性内容以提高计算稳定性与准确性。
2026-01-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Viscous dissipation by tidally forced inertial modes in a rotating spherical shell
本文研究了球壳内旋转流体的受迫惯性模的性质。我们的强迫是类似潮汐的，但它的主要性质是在大尺度上。我们的解首先证实了Ogilvie（2005）在二维模型上得到的一些分析结果。我们还注意到，随着强迫频率的变化，如果Ekman数E较低（通常情况下），耗散会发生剧烈变化。然后，我们研究三维的情况下，并比较上述模型的结果。这些解决方案显示，像他们的二维对应，尖峰耗散曲线时，强迫的频率是变化的，他们也显示小频率间隔的粘性耗散是独立的粘度。然而，我们表明，在这些频率间隔的流体的响应是至关重要的主导剪切层，在临界纬度上的内球发射。当吸引子被剪切层激发时，就达到了渐近状态。二维模型不共享此属性。最后，共振的三维模型对应于一些选定的最小阻尼本征模式。与它们的二维对应部分不同，这些模式不与简单的吸引子相关联;相反，它们以具有弱收缩特征网的频率间隔出现。此外，我们还证明了当内核的相对半径小于临界值0.4E^{1/5}时，内核是可以忽略的。对于这些球壳，全球解给出了流动的一个很好的近似。
2009-09-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Excitation of Inertial Modes in 3D Simulations of Rotating Convection in Planets and Stars
TAPIR, California Institute of Technology（加州理工学院）；Department of Earth and Planetary Sciences, The Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本研究通过3D模拟揭示了旋转对流中惯性模的激发机制，发现其由差异旋转不稳定性驱动，而非随机对流力。
2026-01-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Rotating quantum turbulence in superfluid 4He in the T=0 limit
报道了在旋转容器中纯超流~ 4 He中的量子湍流观测结果。实施了大规模强迫（立方体容器的旋转振荡）和检测（监测离子沿旋转轴的传输）湍流的新技术。在轴向壁附近，随着强迫的增加，涡缠结的增长没有一个可观察到的阈值。这种纠缠逐渐发展成散装湍流的特征振幅的强迫，这取决于强迫频率和旋转速率。在较高的振幅下，总涡线长度迅速增加。在层流和湍流体状态下观察到惯性波的共振。在这种共振下，湍流出现在较小的强迫振幅下。
2012-09-24 cond-mat.other physics.flu-dyn
Survival distribution of the stretching and tilting of vortical structures in isotropic turbulence. Anisotropic filtering analysis
使用数值模拟的Navier-Stokes各向同性湍流场（Biferale等人，物理流体（2005）），我们表明，有一个拉伸倾斜大于两倍的本地拟能的概率是可以忽略不计的。通过在傅立叶空间中使用各向异性滤波器，我们分析了这些生存统计时，大，小惯性或小惯性和耗散尺度被过滤掉。概率是指，该比值（|ω \dot U|/|ω|在未过滤的各向同性场中，大于给定的阈值，而在过滤掉大尺度的场中，小于过滤掉小惯性和耗散尺度的场中。这是由于在去除的范围内抑制了紧凑的结构。部分去除纤维和薄片的背景对这些统计量没有一级影响。这些结果进行了讨论，在光的涡丝，片和斑点之间的假设关系。这项研究可以被视为对这一想法的一次测试，并试图突出其局限性。物理空间和傅立叶空间中的定性关系可以假定仅对斑点存在。这是近各向同性的结构，充分描述了一个单一的空间尺度，不遭受的消歧问题的丝和片。信息也给出了过滤效果的应变率张量特征向量和涡度之间的角度：特征向量2减少其对齐，而特征向量3减少其错位。所有滤波器都增加了最伸展特征值和中间特征值之间的间隙，以及最后一个特征值和收缩特征值之间的间隙。当缺少大尺度时，特征值模1和3变得几乎相等，类似于涡度拟能产生的相关分量的模。
2013-06-25 physics.flu-dyn
Phase transition of the energy flux in the near-inertial wave--mesoscale eddy coupled turbulence
风强迫将能量注入海洋中的中尺度涡旋和近惯性波（NIW），NIW通过吸收中尺度涡旋的能量，然后将NIW能量向前级联，最终在海洋内部耗散，从而解决了中尺度能量收支的难题。本工作基于先前导出的二维模型研究了NIW-准地转平均中尺度涡耦合系统中的湍流能量传输，该模型具有Hamilton结构并继承了Boussinesq方程中的守恒量（Xie \& Vanneste，\textit{J. Fluid Mech.}，第774卷，2015年，第100页）。147- 169）。基于能量守恒、位涡拟能和波动作用，我们提出了一个通过改变NIW与平均流之间的相对强度来预测相变存在的启发式论证。通过改变参数$R$（NIW和平均流强迫的大小之比）进行强迫耗散数值模拟，证明了在临界值$R_c$附近存在二阶相变。当$0<R<R_c$时，能量双向传递，波作用向下尺度传递，涡度形成强气旋。而当$R>R_c$时，能量向下传递，波作用双向传递，涡丝占主导地位。我们发现催化波诱导（CWI）机制，其中NIW诱导的平均流的下尺度的能量通量。CWI机制不同于受激失去平衡的情况下，能量转换从中尺度涡到NIW，它被发现是有效的玩具模式研究，使其潜在的重要海洋能量学。
2020-06-04 physics.flu-dyn
Evidence of the Zakharov-Kolmogorov spectrum in numerical simulations of inertial wave turbulence
旋转湍流通常被认为是由地转涡主导的，地转涡沿着旋转轴是不变的，并经历逆级联。然而，它最近被证明可以维持完全三维的状态，并具有降尺度的能量级联。在这封信中，我们调查的三维旋转湍流的统计特性的直接数值模拟的手段，在一个三重周期的盒子，地转涡是专门阻尼。由此产生的湍流是一种惯性波湍流，其验证了Galtier（Phys. Rev. E，68，2003）解析导出的Zakharov-Kolmogorov谱，从而提供了三维各向异性波的波湍流理论的相关性的数值证明。最后，我们表明，相同的强迫导致无论是地转或波湍流取决于初始条件。因此，我们的研究结果带来了进一步的证据，双稳定性旋转湍流。
2020-11-10 physics.flu-dyn
Preferential concentration in a periodically forced particle-laden turbulent planar jet
ICAM
本研究探究周期力对含颗粒湍流平面射流的影响，发现弱周期力可显著改变湍流、增强颗粒偏好聚集，且能在不改变平均输运流的情况下调控颗粒组织。
2026-10-14 physics.flu-dyn
Multiscale properties of Large Eddy Simulations: correlations between resolved-scale velocity-field increments and subgrid-scale quantities
我们提供了解析和数值结果之间的多尺度相关的解决速度场和亚网格尺度（SGS）应力张量在大涡模拟（LES）。在前人对纳维-斯托克斯方程（NSE）研究的基础上，我们导出了控制任意阶速度结构函数时空演化的LES方程的精确层次。目的是评估亚网格模型对惯性距离不稳定性的影响。我们提供了一系列的预测，在多重分形理论，涉及SGS应力的相关性的缩放，我们将它们与高分辨率Smagorinsky LES和直接数值模拟（DNS）产生的先验过滤数据的数值结果进行比较。我们发现，LES数据一般同意过滤DNS的结果和多重分形预测的平衡方程中的所有领先的条款。离散测量的一些subleading条款，涉及解决速度增量和SGS张量或SGS能量转移之间的互相关，这表明必须有空间来改善SGS建模，以进一步扩展惯性范围属性为任何固定LES分辨率。
2018-05-07 physics.flu-dyn
Lagrangian filtered density function for LES-based stochastic modelling of turbulent dispersed flows
当直接数值模拟（DNS）的计算费用变得过于昂贵时，基于大涡模拟（LES）的欧拉-拉格朗日方法是研究湍流离散流动最有前途和可行的数值工具之一。然而，这种方法的适用性是有限的，如果子网格尺度（SGS）的流动粒子动力学的影响被忽略。在本文中，我们建议考虑到这些影响的拉格朗日随机SGS模型的粒子运动方程。该模型扩展到颗粒负载流的速度过滤密度函数方法最初开发的反应流。基本的过滤密度函数模拟通过拉格朗日蒙特卡罗程序，解决了一组随机微分方程（SDES）沿个别粒子的轨迹。由此产生的模型进行测试的参考情况下，湍流槽流，使用混合算法，其中的流体速度场是由大涡模拟提供的，然后用于提前的SDES的时间。模型的一致性进行评估，在零惯性粒子的限制，当“重复字段”可从欧拉LES和拉格朗日跟踪。惯性粒子的测试进行了检查的模型捕捉粒子的优先浓度和近壁偏析的能力。与DNS为基础的统计相比，我们的结果表明，提高了精度和显着减少的错误的情况下，没有SGS模型中使用的粒子运动方程。
2016-07-07 physics.flu-dyn
Relationship between the power spectral density of the Lagrangian velocity and the hierarchy of coherent vortices in turbulence
本文通过直接数值模拟研究湍流中拉格朗日速度功率谱密度的形成机制，提出尺度分解方法揭示最大尺度流会污染小尺度涡旋的Kolmogorov标度，导致拉格朗日惯性区变窄，且该效应为拉格朗日速度特有。
2025-01-31 physics.flu-dyn
Anisotropy, inhomogeneity and inertial range scalings in turbulent convection
本文详细研究了湍流Rayleigh-Bénard对流中的逐尺度收支，旨在检验Kolmogorov（1941）和Bolgiano（1959）理论对这种流动的适用性。特别强调的是各向异性和非均匀的影响：SO（3）分解的结构函数（Arad等1999）和Danaila等（2001）提出的描述非均匀性的方法被用来推导非均匀和各向异性的推广Kolmogorov和Yaglom方程适用于RB对流。这些方程中的各项是使用来自$\rayleigh=10^6$和$\prandtl=1$（纵横比A=5）处湍流Boussinesq对流DNS的数据计算的。对各向同性分量的分析表明，浮力强迫和大尺度不均匀性对三阶速度结构函数的形状有显著影响，而Yaglom方程中出现的混合三阶速度结构函数在小尺度范围内具有明显的标度指数1.的各种低$\ell$度各向异性组件的方程的幅度也估计，并示出其各向同性的同行在中等规模到大规模。最后，定性分析表明，浮力强迫在尺度小于Bolgiano尺度的影响可能仍然很重要，直到$\rayleigh=10^9$，从而防止柯尔莫哥洛夫缩放出现在对流流动中，在较低的瑞利数。
2006-01-25 astro-ph physics.flu-dyn
The inertial wave activity during spin-down in a rapidly penny shaped cylinder. Part II The inertial wave of maximum frequency trigger
在早期的论文中，Oruba，Soward和Dormy（J.Fluid Mech.，vol.818，2017，pp.205-240）考虑了粘度为$ν$的恒定密度流体的主要准稳态地转（QG）运动，该运动在半径为$L$和高度为$H$的圆柱形容器中的线性自旋下降期间发生，围绕其对称轴快速旋转（角速度$Ω$），受到$L=H$情况下的混合刚性和无应力边界条件的影响。Oruba，Soward和Dormy在大$L= 10 H$和Ekman数$E=ν/H^2Ω=10^{-3}$下的直接数值模拟（DNS）（J.Fluid Mech.，下文中，称为第一部分）揭示了在自旋下降时间尺度上的显著惯性波活动。基于$E\ll 1$的第I部分中的分析研究建立在Greenspan和Howard（J.Fluid Mech.，vol.17，1963，pp.385-404）用于无限平面层$L\to\infty$。在距离对称轴很大但有限的距离$r^†$处，导致QG自旋下降的回旋（QG-）流被侧边界$r^†=L$阻挡，侧边界为第一部分研究的惯性波提供了主要的QG触发。对于横向无界层，格林斯潘和霍华德还确定了最大频率（MF）的惯性波，这是瞬态埃克曼层的表现。横向边界对MF波的阻挡为更多的惯性波提供了二次MF触发。在这里，我们得到的组合触发（QG+MF），忠实地捕捉横向无界的基流，包括其瞬态的字符所造成的波活动的分析结果。将结果与…
2019-05-01 physics.flu-dyn
Undisturbed velocity recovery with transient and weak inertia effects in volume-filtered simulations of particle-laden flows
本文提出一种新模型，用于估算含颗粒流体模拟中颗粒自诱导流动扰动，通过线性化体积过滤方程并考虑瞬态发展与有限 Reynolds 数惯性效应，实现了高精度的未扰动速度恢复。
2024-05-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Visualization of Inertial and Kelvin Waves on the Quantum Vortex Lattice in Superfluid Helium
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院、内尔研究所）；National High Magnetic Field Laboratory（国家高磁场实验室）；Université Paris-Saclay, CNRS, FAST（巴黎萨克雷大学、法国国家科学研究中心、FAST）
通过旋转低温恒温器中的量子涡旋晶格施加热流扰动，实验观测到惯性波和开尔文波湍流级联，为理解量子涡旋集体动力学提供直接方法。
2026-10-05 physics.flu-dyn
Coupling large eddies and waves in turbulence: Case study of magnetic helicity at the ion inertial scale
在湍流中，对于中性或导电流体，大比例的尺度被激发，因为可能发生逆级联到大的全球尺度，以及直接级联到小的耗散尺度，如在大气和海洋中观察到的，或在太阳环境中。在这种情况下，使用直接数值模拟与强迫，我们分析了尺度动力学的存在下，磁场与广义欧姆定律，包括霍尔电流。在固定雷诺数下，离子惯性长度H_（？）H作为控制参数。磁和广义螺旋度-在理想情况下的不变量-随时间线性增长，从经典的论点预期。速度和磁场之间的互相关也增长，对于更强的霍尔电流，相对而言更是如此。我们发现，螺旋增长率随α_H呈指数变化，离子惯性尺度内的逆级联范围内居住。这些指数变化恢复现象使用简单的缩放参数。它们直接与广义螺旋度和磁螺旋度k^（-2）的波数幂律依赖性相关，在它们的反范围内。这说明并证实了在湍流动力学中大尺度和小尺度之间相互作用的重要作用。
2020-01-31 physics.flu-dyn
Meridional trapping and zonal propagation of inertial waves in a rotating fluid shell
惯性波在均匀的旋转流体中传播，构成了对更广泛的惯性重力波的挑战性和简化的案例研究，存在于所有地球物理和天体物理介质中，并负责能量昂贵的过程，如贯向和角动量混合。然而，一个完整的分析描述和理解内波在任意形状的封闭域，如海洋，或行星液核，仍然是失踪。在这项工作中，无粘，线性惯性波场的调查，通过三维射线跟踪球壳域，考虑到可能的海洋学应用。射线在这里被经典地解释为能量路径的代表。但与以前的研究相比，他们现在推出了一个非零的初始纬向分量，允许一个更现实的，本地化的强迫，和方位角不均匀性的发展。我们发现，双曲平面一般作为吸引子的射线轨迹的壳几何。此外，存在的轨迹，不受纬向捕获在这里观察到的第一次。它们的动力学没有被以前的纯双曲项研究所捕获，并揭示了一类新的可能的球壳惯性运动的解决方案。这两个观察到的行为揭示了一些新的光能量本地化的可能机制，一个关键的过程，仍然值得进一步研究，在我们的海洋，以及在其他分层，旋转介质。
2014-02-11 physics.flu-dyn
Isotropisation at small scales of rotating helically-driven turbulence
我们提出的数值证据如何三维化发生在小尺度旋转湍流与贝尔特拉米（ABC）强迫，创造螺旋流。泽曼尺度$\ell_Ω$的惯性和涡流翻转时间是相等的，是一个以上的数量级大于耗散尺度，与相关的领域（大规模的逆级联的能量，双重制度的直接级联的能量$E$和螺旋度$H$，和耗散）每个适度解决。这些结果源于对$3072^3$点网格上的大型直接数值模拟的分析，Rossby数和雷诺数分别等于0.07和$2.7\times 10^4$。在尺度小于强迫，螺旋波调制的惯性定律的能量和螺旋度谱是遵循超越$\ell_Ω$由柯尔莫哥洛夫谱$E$和$H$。在二维慢流形，我们还表明，螺旋度谱分解在$\ell_Ω$，一个明显的迹象恢复三维的小尺度。
2012-03-01 nlin.CD physics.flu-dyn
Third-order structure functions for isotropic turbulence with bidirectional energy transfer
我们推导并检验了一种新的三阶结构函数的启发式理论，该理论可以解决同时向小尺度和大尺度谱能量转移的情况下的强迫尺度，例如，这可以自然地发生在旋转分层湍流或磁流体动力学湍流中。该理论有三个参数，即上/下尺度能量传输率和强迫尺度，它包括经典的惯性范围理论作为局部限制。当应用于测量数据时，我们的整体尺度理论可以利用全范围的数据来推导能量转移率，因此与局部理论相比，它具有更广泛的应用，特别是在数据不完美的情况下。此外，由于强迫尺度的分辨率，新理论可以检测能量输入的尺度，这是以前不可能的。我们测试我们的新理论与MHD湍流的二维模拟。
2019-06-27 physics.flu-dyn
Kinetic helicity decay in linearly forced turbulence
动力学螺旋度的衰减研究强迫湍流的数值模型中使用外部强加的强迫函数作为方程中的非齐次项，或者，作为替代，一个长期的线性速度引起的线性不稳定。外部强加的强迫功能注入能量在最大的尺度上，产生一个湍流的惯性范围，几乎恒定的能量通量，而线性强迫湍流的谱能量是最大的耗散波数附近。动力学螺旋度注入一次达到统计稳定状态，但它被发现衰减的湍流时间尺度上的强迫的性质和雷诺数的值无关。
2012-04-06 astro-ph.SR nlin.CD physics.ao-ph
Quantification of the strength of inertial waves in a rotating turbulent flow
通过研究周期性盒子中三维数值模拟中各个傅立叶模式的波数、频率能量谱和时间关联函数，定量分析了旋转湍流中波的强度及其对能量级联的影响。从频谱中，我们发现，一个显着的部分的能量集中在波频率$ω\approx 0$的模式，即使当外部强迫注入没有能量直接进入这些模式。然而，对于惯性波的周期$τ_ω$快于翻转时间$τ_\textrm{NL}$的模式，剩余能量的显著部分集中在满足波的色散关系的模式中。没有证据表明，在模式与$τ_ω= τ_\textrm{NL}$的能量积累被观察到，不像什么临界平衡参数预测。从时间关联函数，我们发现，模式与$τ_ω< τ_\textrm{sw}$（与$τ_\textrm{sw}$的扫描时间）的主要去相关时间是波周期，这些模式也表现出较慢的调制的时间尺度$τ_\textrm{NL}$波湍流理论中假设的。其余的模式与扫描时间去相关，包括具有$ω\approx 0$的非常活跃的模式。
2014-02-28 physics.flu-dyn
The significance of two-way coupling in two-dimensional, dusty turbulence
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究所）
研究探讨了尘埃颗粒对二维湍流的双向耦合影响，发现颗粒的微尺度强迫增强了涡旋分布的间歇性，并揭示了非平凡的标度不变性特征。
2026-04-21 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Inverse Energy Cascade in Forced 2D Quantum Turbulence
我们在一个受迫二维量子涡旋湍流的极小模型中证明了一个逆能量级联。我们模拟的Gross-Pitaevskii方程的运动超流体强迫由一个固定的网格的障碍电位，和阻尼由一个固定的热云。强迫注入大量的涡旋能量到系统中的规模在几个愈合长度。强迫和阻尼的制度，涡能被有效地传输到大的长度尺度通过一个逆能量级联与集群的增长相同的循环涡，柯尔莫哥洛夫标度律在动能频谱在一个很大的惯性范围内，和频谱凝聚的动能在系统大小的规模。我们的研究结果提供了明确的证据，以前在各种经典系统中观察到的逆能量级联现象，也可以发生在量子流体中。
2013-02-18 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Dissecting inertial clustering and sling dynamics in high-Reynolds number particle-laden turbulence
本文利用DNS颗粒追踪与谱滤波LES场，揭示高雷诺数含颗粒湍流的历史效应、滤波有效Stokes数及甩抛事件的高应变薄片机制。
2024-10-25 physics.flu-dyn
Worst-case amplification of disturbances in inertialess Couette flow of viscoelastic fluids
通过分析时空体积力对速度和聚合物应力波动的频率响应，研究了粘弹性流体无惯性剪切驱动槽道流中确定性扰动的放大。在强弹性流中，我们表明，即使在没有惯性的情况下，大流向长度尺度的扰动也可能被显着放大。对于没有流向变化的波动，我们推导出明确的解析表达式的依赖性的最坏情况下的放大（从不同的迫使不同的速度和聚合物应力分量）的韦森伯格数（$We$），聚合物链（$L$）的最大可延伸性，粘度比，和展向波数。对于Oldrophil-B模型，速度和聚合物应力场的最高能量分量的放大比例为$We^2$和$We^4$。另一方面，聚合物分子的有限延伸性限制了即使在具有无限大的Weissenberg数的流动中也可实现的最大放大：在壁法线和展向力的存在下，流向速度和聚合物应力波动的放大受$L$的二次和四次函数的约束。这种高放大率表明对粘弹性流体的无惯性通道流的建模缺陷的鲁棒性低。潜在的物理机制涉及聚合物应力波动与基底剪切的相互作用，并且它代表了在牛顿流体的惯性流中启动旁路转变的提升机制的密切类似物。
2013-02-19 math.AP math.DS math.OC
An experimental study on the settling velocity of inertial particles in different homogeneous isotropic turbulent flows
本文对不同背景湍流下稠密亚Kolmogorov惯性颗粒的重力沉降速度进行了实验研究。我们报告相位多普勒粒子分析仪测量在低速风洞均匀播种微米尺度的水滴。湍流由三种不同的网格生成（两种由不同的主动网格协议组成，而第三种是常规的静态网格），使我们能够涵盖基于泰勒尺度的雷诺数（$Re_λ\in [30-520]$），劳斯数（$Ro \in [0-5]$）和体积分数（$ϕ_v \in[0.5\times10^{-5} - 2.0\times10^{-5}]$）方面的非常广泛的湍流条件。我们发现，在协议与以前的工作，增强的沉降速度发生在低的Rouse数，而阻碍的沉降发生在较高的Rouse数为降低湍流能级。广泛的流动参数的探索，使我们能够观察到，增强显着降低与泰勒雷诺数，并显着影响的体积分数$ϕ_v$。我们还研究了大尺度强迫对沉降速度修正的影响。通过使用不同的网格来改变流入条件的可能性使我们能够测试具有固定$Re_λ$和湍流强度但不同积分长度尺度的情况。最后，我们评估了二次流的存在，在风洞和颗粒沉降的作用。这是通过表征两个不同位置（中心线和靠近壁）的沉降速度来实现的，具有相同的流向坐标。
2022-07-14 physics.flu-dyn
Analysis of a Symmetry leading to an Inertial Range Similarity Theory for Isotropic Turbulence
我们提出了一个理论攻击的经典问题的不稳定性和反常标度的湍流。我们的重点是在一个理想的情况下：高雷诺数各向同性湍流驱动的稳定的大尺度强迫。此外，流体是不可压缩的，并且不存在限制边界。我们从速度场的一组好的基函数开始。这些是真实的，没有分歧的。对于傅立叶空间中的每个波矢量k，存在一对分别具有左手和右手极性的基函数。各向同性使得常数|k|壳上的所有k在统计上相等。因此，该壳中的基函数的系数X+和X-变成两个随机变量，其联合pdf描述尺度L =2*pi/ |k|的统计。此外，（X+）**2+（X-）**2成为能量的随机变量。切换到极坐标，联合pdf以方位角模式展开。我们专注于轴对称模式，它本身是一个PDF和其特征在于它的径向轮廓P（r;L）。壳层模型和DNS数据的观测结果表明：（1）P（r;L）的矩在L中服从幂律;（2）剖面服从仿射对称性P（r;L）=C（L）*f（（lnr-mu（L））/sigma（L））。我们提出一个问题：什么统计数据符合这两种观察？答案令人满意。我们用几个常数解析地求出函数f、μ、σ C。此外，我们还得到了幂律中的标度指数和系数的封闭形式表达式。虚拟原点也作为惯性范围的固有长度尺度L0出现。
2007-02-09 physics.flu-dyn
Global climate modeling of Saturn's atmosphere. Part III: Global statistical picture of zonostrophic turbulence in high-resolution 3D-turbulent simulations
我们进行了深入的分析，统计流特性计算参考高分辨率土星模拟获得的全球气候模拟第二部分。在这个参考模拟的稳定状态下，出现了强能量的、区域主导的、大尺度结构，其与莱茵尺度成比例。频谱分析揭示了一个强的各向异性的动能谱，与纬向湍流制度。通过计算谱能量和涡度拟能通量，我们证实了与二维湍流理论相关的双级联方案的存在。为了诊断土星湍流大气中的相关三维动力学机制，我们使用我们的全球气候模型的理想化版本运行了一组四个模拟，该模型没有辐射转移，具有定义明确的泰勒-格林强迫和几个旋转速率（4，1，0.5和0.25倍土星旋转速率）。这使我们能够识别三个不同的惯性范围内的动力学：（1）“剩余主导”范围，其中非轴对称结构占主导地位，光谱斜率为-5/3;（2）“纬向旋转惯性”范围，由轴对称喷流占主导地位，其特征是具有更陡（近-3）光谱斜率的强纬向模堆积;和（3）一个“大尺度”范围，超出莱茵河的典型长度尺度，其中参考土星模拟和我们的理想化模拟不同。在后一个范围内，动力学是占主导地位的长寿命的纬向模式2和3时，土星一样的季节性强迫被认为是（参考模拟），和一个陡峭的能量减少与理想化的泰勒-格林强迫。最后，瞬时光谱通量显示的共存的高档和降尺度拟能/能量转移在大尺度上，特定的三维大气中的层转湍流的制度。
2020-01-08 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Momentum-scalar coupled turbulence with anomalous momentum and scalar diffusions. Part 2: With short-range external force and implementation in electrokinetic turbulence
State Key Laboratory of Photon-Technology in Western China Energy, International Scientific and Technological Cooperation Base of Photoelectric Technology and Functional Materials and Application, Laboratory of Optoelectronic Technology of Shaanxi Province, Institute of Photonics and Photon-technology, Northwest University（西北大学光子学与光子技术研究所）
该研究将广义反常扩散框架扩展至短程外力 regime，以电动湍流为例推导相关波数关系，识别出两个新谱子区间，构建相图明确参数对级联拓扑的影响。
2026-11-02 physics.flu-dyn
Turbulence at Low Reynolds Numbers
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
本文证明湍流可在雷诺数约为1时存在，通过方向性偏置扰动将准二维电磁驱动流中的谱能量通量放大两个数量级以上，建立了二维Navier-Stokes湍流新状态，为微流控和低雷诺数生物系统提供了多尺度输运工程策略。
2025-11-08 physics.flu-dyn
Altimetric measurements of rotating turbulence: cyclone-anticyclone asymmetry, inertial and Kelvin waves and spectral characteristics
本文介绍了旋转圆形容器内湍流的一系列新的实验结果。电磁力的作用是在恒定深度的流体层中诱导流动。研究了连续强迫流动和衰减流动。光学测高用于测量地面高度场的梯度，并获得具有高时间和空间分辨率的速度场和涡度场。流场的谱分析表明，尽管能量和涡度拟能的谱通量在这些区间内并不均匀，但仍形成了具有能量和涡度拟能区间的双重级联。能量间隔的特征在于波数的斜率约为-5/3，并且在范围上受到变形效应的有限半径的限制。在涡度拟能范围内，由于存在长寿命的相干涡，斜率比-3更陡。流场谱通量的空间分布表明，能量逆传递和涡度拟能正传递主要发生在拉长的涡度斑片中。在我们的流动中观察到有利于反气旋的气旋/反气旋不对称性。在湍流的衰减阶段，反气旋的优势最为明显。反气旋保持圆形，而气旋性涡度被拉伸成细长的斑块。测量结果表明，涡量分布的偏斜度随流动的佛劳德数的增大而增大。惯性波和开尔文波在我们的实验中被检测到，他们的特点进行了分析，对适当的频散关系。
2013-04-10 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Mean zonal flows induced by weak mechanical forcings in rotating spheroids
平均流的产生是旋转流体中一个长期存在的问题。受行星物体的启发，我们在这里考虑一个快速旋转的充满流体的球体，它受到边界（例如潮汐）或旋转矢量（例如进动方向或纵向天平动幅度）的弱扰动。使用边界层理论，我们确定的非线性相互作用所产生的粘性埃克曼层内的平均纬向流。这些流动之所以令人感兴趣，是因为它们存在于强迫消失和粘性效应的相关行星区域中。我们扩展了该理论，以考虑（i）空间和时间扰动的组合，提供新的机械驱动的纬向流（例如，由纬度振动驱动），以及（ii）与行星体相关的椭球几何形状。只要有可能，我们的分析预测验证直接数值模拟。理论解与模拟结果定量吻合良好，在临界纬度产生的惯性波（如岁差）存在预期差异（纬向喷流）。此外，我们发现，平均纬向流可以强烈影响球体。在行星应用的指导下，我们也重新审视了在临界纬度的地转剪切层的标度律，以及固体内核的影响。
2021-09-24 physics.flu-dyn physics.geo-ph
A Unified Spectrum for Turbulence in Microfluidic Flow
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；The University of Sydney（悉尼大学）
本文提出一个预测性主频谱，用于描述微流体系统中的湍流类流动，通过扩展Pao的粘性范围闭合模型，引入自适应惯性范围斜率和物理特定截止，统一了电动力学、主动、界面和压缩性湍流 regime。
2026-06-29 physics.flu-dyn
The Maxey-Riley Equation: Existence, Uniqueness and Regularity of Solutions
Maxey-Riley方程描述了惯性（即，有限尺寸）球形颗粒。该方程是一个二阶隐式积分微分方程，具有一个奇异核和一个在初始时刻爆破的强迫项。尽管该方程在应用中得到了广泛的应用，但其解的基本性质仍未得到探索。在这里，我们填补了这一空白，证明局部存在性和唯一性的弱解。当粒子与流体之间有一定的初速度时，结果推广到强解。我们还证明了弱解和强解关于它们的初始条件的连续可微性。这证明了在惯性流中使用柯西-格林应变张量的相干结构的搜索。
2014-08-21 math.DS nlin.CD physics.flu-dyn
Physically consistent immersed boundary method: a framework for predicting hydrodynamic forces on particles with coarse meshes
本文提出一种物理一致的浸入边界方法（PC-IBM），通过体积过滤推导并兼容大涡模拟，在粗网格下准确预测颗粒流体动力，阻力偏差小于10%。
2024-06-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Where we observe that helical turbulence prevails over inertial waves in forced rotating flows at high Reynolds and low Rossby numbers
本文研究了在雷诺数Re~1* 10 ^5和Rossby数Ro~3*10^-3范围内存在固体旋转时螺旋湍流的谱律。强迫函数是一个完全的螺旋流，也可以看作是模仿大气对流运动的效果。我们测试了螺旋的情况下，以前开发的模型（Baerenzung等，2008年a）对直接数值模拟（DNS）的变体，使用的数据从运行的网格上的15363个点;我们还比较了其效率与频谱大涡模拟（LES）（Chollet和Leopold 1981），以及一个欠分辨率的DNS。该模型包括螺旋度的贡献的频谱涡耗散和涡噪声的行为最好，允许恢复的流量的统计特征。然后，使用DNS进行超出当今可行范围的参数空间探索。在固定的雷诺数，降低Rossby数会导致一个政权的波介导的惯性螺旋度级联到小尺度。然而，在固定的Rossby数，增加雷诺数导致系统的主导湍流能量交换的惯性波的作用是削弱直接级联的能量，同时加强大尺度。我们发现，一个有用的参数划分的数据是NC = ReRo = U2 rms/[nu Ω]，与Urms，nu和Ω的均方根速度，粘度和旋转速率分别。决定多少能量级联是直接的或反向的参数，在这种情况下，级联到小尺度主要是螺旋度与Ro有关。
2009-12-17 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Departure from the statistical equilibrium of large scales in three-dimensional hydrodynamic turbulence
本研究通过解析推导证明三维受迫湍流大尺度速度差PDFs存在非零奇数部分，偏离统计平衡态，且该偏离与粘度无关，并提出独立于强迫尺度的共轭区以捕捉该现象。
2023-08-29 physics.flu-dyn
Normality-based analysis of multiscale velocity gradients and energy transfer in direct and large-eddy simulations of isotropic turbulence
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
本研究通过正交性分解分析多尺度速度梯度和能量传输，揭示剪切层在湍流中的作用，并评估不同闭合模型对大涡模拟的影响。
2025-10-24 physics.flu-dyn
A Lattice Boltzmann dynamic-Immersed Boundary scheme for the transport of deformable inertial capsules in low-Re flows
在这项工作中，一个动态浸没边界方法结合BGK-格子-玻尔兹曼技术的开发和批判性的讨论。流体演化是在具有19个网格速度（D3 Q19计算分子）的三维晶格上获得的，而浸没的身体表面被建模为响应于弹性势和弯曲阻力的拉格朗日点的集合。一个移动的最小二乘重建被用来精确地插值流量和强制执行的边界条件，浸没机构所需的强迫场。该模型被广泛验证对众所周知的基准数据的刚性和可变形的物体。刚性运输是通过计算在重力作用下的球体在五种不同条件下的沉降来验证的。然后，考虑不同形状的惯性粒子的翻滚，恢复了长椭球的Jefferey轨道。此外，旋转周期的扁球体和盘状颗粒作为雷诺数的函数。证明了存在一个临界雷诺数以上的革命被抑制的两种情况。还考虑了可变形物体的运输。评估了三种不同机械刚度下薄膜在剪切作用下的稳态变形。在此基础上，系统地分析了剪切作用下弱变形椭球体的滚转特性与应变刚度、抗弯刚度和膜质量的关系。
2022-07-13 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Characterization of micro-Capsules Deformation in Branching Channels
本文研究了惯性胶囊进入微流体分岔的动力学行为。流体演化的基础上的解决方案的BGK -格子玻尔兹曼计划，包括一个强制项占浸没的几何形状。动态浸没边界强制策略被采用施加无滑移边界条件上移动的可变形或刚性结构，而在固定的浸没几何的Bouzidi-Firdaouss-Lallemand二阶反弹技术的实施。建议的计算框架详细的动力学和变形的刚性和可变形的胶囊旅行到一个分支管道。该行程的特征在于：i）取决于分支通道接合处的锐度的胶囊/分叉相互作用; ii）子分支孔径角; iii）闭塞比，胶囊尺寸与主通道直径之间的比率; iv）流动胶囊刚度; v）流动颗粒的数量。
2022-07-13 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Velocity and acceleration statistics in particle-laden turbulent swirling flows
我们提出了一个不同的粒子的速度和加速度统计在两个典型的湍流旋流：在实验室实验中的冯卡门流，和泰勒-格林流的直接数值模拟的比较。示踪剂，以及惯性粒子，被认为是。结果表明，尽管在边界条件和强迫机制的差异，标度特性和统计量揭示了两种流动之间的相似性，指出新的方法来校准和比较模型的粒子动力学数值模拟，以及在模拟和实验中的粒子动力学特征。
2020-04-07 physics.flu-dyn
Wall-damped Faraday waves in horizontally oscillating two-layer fluid flows
本文实验研究水平振荡双层流体端壁附近法拉第波的起始机制，发现其由毛细力与粘性力平衡调控，阻尼由壁面斯托克斯层厚度决定，并用弱阻尼马蒂厄方程给出临界加速度标度律，与实验高度吻合。
2024-10-18 physics.flu-dyn
Finite-size inertial spherical particles in turbulence
本文通过直接数值模拟研究了高雷诺数湍流中非稀疏有限尺寸球形颗粒的流固相互作用，发现颗粒尺寸与密度会显著改变流场各向异性、跨尺度能量传递机制及颗粒聚集行为。
2024-04-25 physics.flu-dyn
Analysis of the Taylor dissipation surrogate in forced isotropic turbulence
本文从Lin方程表示的波数空间能量平衡出发，导出了实空间中受迫各向同性湍流的局部Karman-Howarth方程的一种新形式。这个方程，然后铸造成一个无量纲的形式，从一个组合的分析和数值研究导致我们推导出一个新的模型的尺度无关的无量纲耗散率$\Ceps$，它采取的形式$\Ceps = \Cinf + C_L/R_L$，其中的渐近值$\Cinf$可以从三阶结构函数进行评估。发现这与$\Cinf = 0.47 \pm 0.01$和$C_L= 18.5 \pm 1.3$的数值数据拟合。通过考虑对数尺度上的$\Ceps - \Cinf$，我们表明，$R_L^{-1}$确实是正确的雷诺数行为。该模型与文献中以前的尝试相比，令人鼓舞的协议。的惯性和粘性项，由于有限强迫的尺度依赖性的影响，然后被认为是相互补偿，这样的模型方程是适用于有限强迫系统。此外，我们还表明，自由衰减湍流的情况下，$\Ceps$随雷诺数增加的特征下降是由于\emph{increase}在代理表达式$U^3/L$ ;耗散率被保持恒定的结果，固定的强迫率。对于低雷诺数的数值模拟，采用负阻尼作为能量注入的方法，发现存在一个长时间的非湍流稳定状态。
2013-07-17 physics.flu-dyn
Characterization of the forcing and sub-filter scale terms in the volume-filtering immersed boundary method
本文针对体积滤波浸入边界法中的强迫项与亚滤波尺度项，基于二维变系数双曲方程开展数值分析，提出双曲PDE体积滤波的系统方法，验证了该方法的二阶收敛性及亚滤波尺度项与滤波尺寸平方的比例关系。
2024-07-12 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Early turbulence and pulsatile flows enhance diodicity of Tesla's macrofluidic valve
微流体技术已经实现了对小体积流体的操纵的革命。以更大的尺度和更快的速率控制流动，或$\textit{macrofluidics}$，具有广泛的应用，但涉及惯性流物理学的独特复杂性。我们将展示如何利用尼古拉·特斯拉提出的设备，作为一个二极管或阀门，其不对称的内部几何形状导致方向依赖的流体阻力，这样的效果。对定常强迫条件的系统试验表明，双极性在雷诺数$\textrm{Re} \approx 200$处突然开启，并伴随着非线性压力-通量标度和流动不稳定性，这表明在异常低的$\textrm{Re}$处触发了层流到湍流的转变。为了评估非定常强迫的性能，我们设计了一个电路，其功能为AC到DC转换器、整流器或泵，其中二极管将施加的振荡转换为定向流。我们的研究结果证实了特斯拉的猜想，二极管的性能提高脉动流。这里揭示的双极性、早期湍流和脉动之间的联系可以为流体混合和泵送中的应用提供信息。
2021-05-20 physics.app-ph physics.bio-ph physics.flu-dyn
Anomalous scaling of structure functions and sub-grid models for large eddy simulations of strong turbulence
充分发展湍流的大涡模拟的最初目标是在$r\geq Δ$尺度上精确描述大尺度流动特征${\bf u}(Δ)$，其中$Δ$是计算网格的尺寸。小尺度速度波动（$r<Δ$）的影响将由粗粒度纳维尔-斯托克斯方程中的有效输运系数（次网格模型）来解释。本文指出，由于速度差矩的惯性尺度（惯性尺度）的异常，现有的亚网格模式本质上不能定量描述具有$N\approx 10$的$r<NΔ$尺度下的流动特征。这使计算工作量增加了大约一个因子$10^{3}-10^{4}$。在尺度$Δ/L<1$上的亚网格粘性的Smagorinsky关系的故障被证明和修改占过滤出的小尺度波动的不稳定性提出。
2011-09-28 physics.flu-dyn
Emergence of universal scaling in isotropic turbulence
本文通过高分辨率直接数值模拟表明，各向同性湍流导数统计中的普适幂律在微尺度雷诺数约10时即涌现，并确认横向速度梯度比纵向更具间歇性。
2023-03-30 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
Analysis of inertial-range intermittency in forward and inverse cascade regions in isotropic turbulence
本文通过条件化局部能量级串率，分析各向同性湍流中正向与反向级串区域的速度增量统计，发现横向增量间歇性相近，而纵向增量偏度在两类区域中差异显著，并基于 JHTDB v2.0 新数据系统完成验证。
2025-04-06 physics.flu-dyn
