Counterflow quantum turbulence in a square channel under the normal fluid with a Poiseuille flow
采用涡丝模型对He Ⅱ中热逆流产生的超流湍流进行了数值分析。已知低纵横比通道中的逆流显示出从层流到两个湍流状态TI和TII的转变。目前的理解是，TI具有湍流超流和层流正常流体，但这两种流体在TII状态下都是湍流的。本文研究了TI态中的涡旋纠缠。本文将固体边界条件应用于正方形通道的壁面，并将正常流体的速度场规定为层流Poiffille剖面。一个不均匀的旋涡缠结，集中在固体边界附近，得到的统计稳定状态。它是由其特有的时空振荡维持的。涡旋缠结的不均匀性表现出对温度的特征依赖性，这是由两种竞争效应引起的，即逆流速度分布和相互摩擦。
2014-07-07 cond-mat.other cond-mat.soft physics.flu-dyn
A mathematical model of counterflow superfluid turbulence describing heat waves and vortex-density waves
本文研究了逆流超流湍流中涡旋密度波与高频二次声波的相互作用，并考虑了涡旋缠结的扩散和弹性贡献。分析是基于一组演化方程的能量密度，热通量，涡线密度，和涡通量，后者被认为是一个独立的变量，在这里，在以前的作品相比。后者的功能是至关重要的过渡，从扩散到传播行为的旋涡密度扰动，这是必要的解释高频第二声音的细节。
2010-08-25 cond-mat.other
Numerical Study of Velocity Statistics in Steady Counterflow Quantum Turbulence
我们通过计算在先前研究[Phys. Rev. B { \bf 81}，104511（2010）]中研究的稳定逆流湍流中由涡丝诱导的Biot-Savart速度来研究速度统计。概率密度函数（PDF）在低速区域服从高斯分布，在高速区域服从幂律分布$v^{-3}$。这两种分布之间的过渡发生在由平均涡间距离表征的速度处。逆流湍流引起涡流缠结的各向异性，这导致垂直于和平行于逆流的速度的PDF的差异。
2011-01-05 cond-mat.other
Dynamics of the vortex line density in superfluid counterflow turbulence
在涡间距离和宏观尺度之间的中间尺度上描述超流湍流需要一个可接受的量子化涡线密度的运动方程$\cal{L}$。对于超流非均匀流动，这种方程的封闭除了需要$\cal{L}$和正常及超流速度场之外，还需要附加输入。在本文中，我们提供了一个最小的封闭使用一个额外的各向异性参数$I_{l0}$。以逆流超流湍流为例，导出了涡线密度和各向异性参数$I_{l0}$的耦合闭合方程，并以正常速度场和超流速度场为输入。各种封闭的假设和预测所产生的理论进行了测试，对数值模拟。
2018-01-18 cond-mat.other
Langevin dynamics of vortex lines in the counterflowing He II. Talk given at the Low Temperature Conference, Kazan, 2015
研究了逆流超流氦中一组混沌涡旋线的统计问题。我们在存在相对速度$\mathbf{v_{ns}}$的涡线运动方程中引入了Langevin型力。这个随机力被假定为满足涨落耗散定理的高斯分布。相应的Fokker-Planck方程的概率泛函在涡环位形空间被证明有一个替代$E\{\mathbf{s\}\rightarrow }E(\{\mathbf{% s\}-P(v_{n}-v_{s})}$的吉布斯分布的形式的解决方案，其中$E\{\mathbf{s\}}$是能量的涡位形$\{\mathbf{s\}}$，和$\mathbf{P}$是兰姆脉冲。讨论了这一事实的一些物理后果。\newline PACS编号：47.32.C-（涡旋动力学）47.32.cf（涡旋重连和环），47.37。+ q（超流性的流体动力学方面）
2015-11-04 cond-mat.other
Steady State of Counterflow Quantum Turbulence: Vortex filament Simulation with the Full Biot-Savart Law
采用完全符合毕奥-萨伐尔定律的涡丝模型，对超流$^4$ He中热逆流产生的量子湍流进行了数值模拟。Schwarz的开创性工作有两个缺点：它忽略了Biot-Savart积分的非局部项（称为局部感应近似，LIA），它采用了非物理混合程序来维持湍流的统计稳定状态。这是我们第一次成功地在不使用LIA或混合程序的情况下，在周期性边界条件下产生统计稳态。这种状态表现出线长密度$L$和逆流相对速度$v_{ns}$之间的特征关系$L=γ^2 v_{ns}^2$，并且在系数$γ$和某些测量值之间存在定量的一致性。参数$γ$和一些各向异性参数作为温度和逆流相对速度的函数进行计算。用全毕奥-萨伐尔定律得到的数值结果与用LIA得到的结果进行了比较。LIA计算构建了一个分层结构的旋涡，并没有进行到一个湍流状态，而是另一个各向异性的旋涡状态，因此，LIA是不适合模拟湍流。
2010-04-07 cond-mat.other
Non-equilibrium thermodynamics analysis of rotating counterflow superfluid turbulence
在前两篇文章中，将Vinen提出的两个涡线密度演化方程$L$推广到旋转超流湍流中，并进行了比较。在这里，已经推广的替代Vinen方程的情况下，逆流和旋转不共线。然后，从非平衡态热力学的观点考虑得到的方程。在此基础上，研究了$L$的演化方程与超流组分速度演化方程的相容性。相容性条件要求存在依赖于缠结的各向异性的新项，其指示摩擦力如何依赖于旋转速率。
2010-08-25 cond-mat.other
Thermal counterflow in a periodic channel with solid boundaries
采用涡丝模型对超流$^4$ He中热逆流产生的有限温度量子湍流进行了数值模拟。我们调查的固体边界沿笛卡尔方向之一的影响，假设一个层流的正常流体与Poiffuille速度分布，同时改变温度和正常的流体速度。我们分析了量子化涡旋的分布，重联率和量子化涡旋产生作为壁法线方向的函数。我们发现，量子化涡线往往集中在固体边界附近，其位置只取决于温度，而不是对逆流速度。我们提供了一个解释这种现象，通过考虑两个竞争的影响，即湍流扩散率的各向同性缠结附近的边界和量子涡生产率的中心的平衡。此外，这产生了观察到的缩放的位置的峰值涡线密度与相互摩擦参数。最后，我们提供的证据表明，从层流到湍流的正常流体流动的过渡后，有一个显着增加的均匀性的缠结，这可以被用来作为一个间接措施的过渡到湍流的正常流体成分的实验。
2014-09-06 cond-mat.other physics.flu-dyn
Internal structure of localized quantized vortex tangles
在本研究中，我们数值研究了零温度下超流$^4$ He中局域量子湍流的内部结构，并期望在真实空间中具有自相似性。在我们之前的研究中，我们收集了从局部涡旋缠结中发出的涡旋环的统计数据。结果，获得了可检测涡环的最小尺寸与发射频率之间的幂律关系，这表明涡缠结在真实空间中具有自相似性[Nakagawa $et$ $al.$，Phys. Rev. B $\boldsymbol{101}$，184515（2020）]。本文研究了局域涡旋缠结的分形维数和涡旋长度分布，这些分形维数和涡旋长度分布可以反映局域涡旋缠结的自相似结构。我们通过注入一个固定尺寸的涡环来产生统计上稳定的和局部的涡缠结。我们使用了两种类型的注射方法，产生各向异性或各向同性缠结。注入的涡环通过重新连接（涡的融合和分裂）发展成由各种尺寸的涡环组成的局部涡缠结。分形维数是涡线密度的递增函数，当密度充分增加时，分形维数饱和到约1.8的值。分形维数的行为与涡旋缠结的各向异性无关。涡长分布表示以缠结形式分布的每种尺寸的涡环的数量。各向异性涡缠结的分布在注入涡尺寸以上的范围内呈幂律分布，而各向同性涡缠结的分布则不呈幂律分布。
2021-07-21 cond-mat.other
Vortex line density in counterflowing He II with laminar and turbulent normal fluid velocity profiles
超流氦是一种粘性正常流体和非粘性超流的紧密混合物，粘性正常流体具有连续的涡度，而非粘性超流的涡度被限制在薄的、稳定的拓扑缺陷中。在该系统中产生湍流的一种机制是通过施加热通量，即所谓的热逆流。特别令人感兴趣的是如何在超流湍流响应层流和湍流的正常流体在存在的墙壁。我们模型超流涡线重新连接的空间曲线与固定的循环，并考虑层流（Poietille）和湍流的正常流体流动的通道配置。使用高分辨率的数值模拟，我们表明，在正常的流体湍流维持一个显着较高的涡线密度比层流具有相同的平均流量。我们检验了定常涡线密度$L$和逆流速度$v_{ns}$之间的Vinen关系式$\sqrt{L}=γv_{ns}$。我们的研究结果支持的假设，过渡到湍流在正常的流体是负责TI TII过渡。我们还考虑了超流涡旋涨落的谱特性，这与以前的实验结果吻合得很好。
2013-10-22 cond-mat.other physics.flu-dyn
Statistical laws and self-similarity of vortex rings emitted from a localized vortex tangle in superfluid ${}^4$He
我们数值模拟了超流$^4$ He中的量子湍流，研究了局域涡旋纠缠中涡旋环的发射。湍流具有某些普遍的统计规律。虽然对体量子湍流中统计规律的研究很多，但对非均匀或局域化湍流的研究却很少。我们首先研究局域量子湍流的统计规律，参考[Yano $et$ $al.$，J. Low Temp.物理$\bf{196}$，$184\ (2019)$ ]。第一定律是检测涡环的泊松过程;涡缠结发出的涡环的频率取决于它们的大小。第二定律是频率与涡环大小之间的幂律关系，表明了纠缠的自相似性。为了研究这些统计规律，我们开发了一个类似于实验的系统。首先，我们通过从两个相对的侧面注入涡环并引起碰撞来产生一个局部的统计稳定的涡缠结。我们调查的条件，帮助形成的缠结和各向异性的涡环发射的缠结。其次，从发射环的数据，我们重建的两个统计规律。从我们的数值研究结果是一致的，与已知的自相似性的发射涡环和本地化缠结。
2020-04-30 cond-mat.other
Dynamics of quantum turbulence in axially rotating thermal counterflow
本研究通过实验与数值模拟探究超流$^4$He轴向旋转热逆流的量子湍流动力学，揭示了不同旋转速度下的不稳定性转变、涡线增长规律及后期衰减特征，为理解旋转量子湍流的二维化转变提供了依据。
2024-07-08 cond-mat.other physics.flu-dyn
Toy Model for Vortex Ring-Assisted Particle Drag in Superfluid Counterflow
在超流体流动研究中，对粒子图像/跟踪测速仪获得的数据进行解释是一项具有挑战性的任务。追踪粒子（如固体氢或氘）被吸引到量子化涡旋的核心，因此它们的动力学会受到周围涡旋缠结的强烈影响。先前的唯象论论证表明，追踪粒子和微尺度涡环可以形成束缚态（这里表示为VRP态）。虽然涡环颗粒结合机制的全面描述，以处理涉及的流动配置，我们介绍了一个简化的二维模型的VRP状态，它捕捉到基本的定性特征的三维同行。除了已知的实验和数值观测的帐户，该模型被证明是很大的启发式的兴趣。特别是，它揭示了粘性耗散（由于流体的法向分量），马格努斯力，和拓扑激励涡环的VRP状态的稳定性和动力学中发挥的重要作用。
2019-06-22 cond-mat.other physics.flu-dyn
The saturation of decaying counterflow turbulence in helium II
我们所关心的问题的纠缠的量子化涡旋在He II产生的热流的衰变。直接应用Vinen方程可得到涡线密度的时间标度$L \sim t^{-1}$。Schwarz和Rozen [Phys. Rev. Lett. { \bf 66}，1898（1991）; Phys. Rev. B { \bf 44}，7563（1991）]观察到较快的衰减，随后是较慢的衰减。最近，Skrbek及其合作者[Phys. Rev. E { \bf 67}，047302（2003）]发现了一个初始瞬态，随后是在网格生成湍流的衰减中观察到的相同的经典$t^{-3/2}$标度。我们提出了一个简单的理论模型，其中，我们认为，包含基本的物理成分，并占这些明显矛盾的结果。
2010-08-25 cond-mat.other
Hydrodynamic equations of anisotropic, polarized and inhomogeneous superfluid vortex tangles
我们包括各向异性和极化的非均匀涡旋缠结的流体动力学的影响，从而推广了著名的Hall-Vinen-Bekarevich-Khalatnikov方程，其中不考虑它们。这些效应对正常和超流组分之间的相互摩擦力${\bf F}_{ns}$和涡流张力$ρ_s{\bf T}$有贡献。这些方程由涡线密度$L$的演化方程补充，该方程考虑了这些贡献。预计这些方程比通常的方程更适合于旋转逆流，或圆柱后面的湍流，或由平行薄圆柱拖曳穿过超流体的网格产生的湍流，因为在这些情况下，偏振预计将发挥相关的作用。
2010-08-25 cond-mat.other
Mutual Friction in Dissipative Gross-Pitaevskii Thermal Counterflow Turbulence
University of Tsukuba（筑波大学）；National Institute for Fusion Science（国立研究開発法人核融合科学研究所）；Nagoya University（名古屋大学）
通过数值模拟耗散Gross-Pitaevskii方程研究热逆流湍流，发现相互摩擦加速度与超流和正常流体平均相对速度呈立方标度关系，且系数与唯象阻尼参数相关。
2026-05-25 cond-mat.other physics.flu-dyn
Decay of Counterflow Quantum Turbulence in Superfluid ^4He
我们模拟了热逆流量子湍流从T=1.9[K]的统计稳定状态的衰减，假设正常流体在衰减期间是静止的。计算结果与Vinen方程的预言一致（本质上涡线密度随t^{-1}衰减）。对于统计稳定状态，我们确定了参数c_2，它连接涡线的曲率和涡的平均分离。文南方程的参数χ_2与c_2之间的关系式与模拟结果一致。与实验的分歧进行了讨论。
2012-07-10 cond-mat.other physics.flu-dyn
Diffusive Decay of the Vortex Tangle and Kolmogorov turbulence in quantum fluids
量子涡旋的混沌集合可以模拟经典湍流，或者至少再现许多主要特征，这一想法目前正在积极发展。认识经典湍流这一挑战性问题的意义，可以说，用量子化线研究它的思想是十分重要的，可以说是一个突破。因此，这个理论应该仔细研究。支持这一观点的一个基本论点是，当没有明显的耗散机制（相互摩擦）时，涡旋纠缠在零温度下衰减。由于文献中讨论的涡能耗散的所有可能机制都与小尺度有关，因此很自然地认为，柯尔莫哥洛夫叶栅与能量流一起发生作用，就像在经典湍流中一样。在最近的一系列实验中，观察到涡线密度的衰减，作者将这种衰减归因于Kolmogorov湍流的性质。在目前的工作中，我们讨论的涡纠缠，这是不相关的耗散在小尺度上的衰减的替代可能性。这种机制就是涡旋纠缠的扩散式扩展。我们讨论了一些关键的实验，考虑他们从替代解释的角度和量子流体中的柯尔莫哥洛夫湍流理论。
2010-07-03 cond-mat.other physics.flu-dyn quant-ph
Diffusion of Inhomogeneous Vortex Tangle and Decay of Superfluid Turbulence
在涡环合并和分裂动力学的基础上，发展了零温下非均匀涡缠结演化的理论。组成涡旋缠结的涡旋环可以作为一个整体以一定的漂移速度运动，这取决于它们的结构和长度。由运动的涡环产生的长度、能量、动量等的通量发生变化。这里的情况与通常的经典动力学理论完全相同，不同之处在于，各种物理量的“载体”不是点粒子，而是扩展的物体（涡环），它拥有无限多的自由度，具有非常复杂的动力学。我们假设涡环具有唯一自由度的布朗结构，即环长$l$。这个概念使我们能够研究动力学的涡旋缠结的基础上的动力学方程的分布函数$n(l,t)$的一个环的密度在空间中的长度。通过对分布函数$n(l,\mathbf{% r},t)$施加坐标依赖性，并对非均匀情况下的“动力学”方程进行修正，我们能够研究超流湍流中输运过程的各种问题。本文导出了涡旋线密度$\mathcal{L}(x,t)$的通量关系式。相应的量$\mathcal{L}(x,t)$的演化服从扩散型方程，正如从量纲分析中可以预期的那样。相应的扩散系数是从涡环的（尺寸相关的）自由路径的计算中评估的。我们用这个方程来描述在很低的温度下涡旋纠缠的衰减。我们比较了最近的超流湍流的衰减实验的解决方案。
2009-02-21 cond-mat.other
Counterflow quantum turbulence of He II in a square channel: Numerical analysis with nonuniform flows of the normal fluid
本文采用涡丝模型对非均匀流动下超流~ 4 He的逆流量子湍流进行了数值分析。在最近的可视化实验中，已经观察到正常流体的非均匀层流，即Hagen-Poiffille流和尾部扁平流。尾部扁平流是一种新型的层流，它是指Hagen-Poietille流的外部变得扁平。在我们的模拟中，正常流体的速度场被规定为两个非均匀的轮廓。这项工作解决了一个方形通道，以获得重要的物理没有揭示在前面的数值工程。在这两个剖面的研究中，我们分析了物理量的统计特性。在Hagen-Poietille流下，非均匀量子湍流呈现统计稳定状态。涡旋缠结表现出一种特殊的时空振荡。在尾部平坦的流动下，量子湍流的性质强烈依赖于这种平坦性。涡线密度随着轮廓变得平坦而显著增加，在一定平坦度以上是饱和的。的不均匀性显着减少的情况下相比，哈根-Poietille流。对量子化涡的研究表明，平尾流是介于Hagen-Poietille流和均匀流之间的一种中间状态。在这两个剖面中，我们得到一个特征的不均匀性的物理量，这表明一个边界层的超流体出现在固体边界附近。涡旋缠结产生与所施加的超流相反的速度场，因此，超流变得小于所施加的超流。
2015-06-18 cond-mat.other cond-mat.supr-con
Coarse-grained Hydrodynamics of turbulent superfluids: HVBK approach and the bundle structure of the vortex tangle
在评论中，我开发了一个临界分析的HVBK方法的使用研究三维超流体湍流。涡束形成量子湍流结构的概念是有争议的，不能证明HVBK方法的使用。此外，这个概念是适得其反的，因为它给出了关于涡旋缠结的结构是一组包含平行线的束的错误想法。在这些束内的涡丝动力学的唯一类型是可能的，即，开尔文波沿着丝运行。与此同时，正如在许多数值模拟中所示，涡旋缠结由一组不同尺寸的纠缠涡旋环组成，并具有随机行走结构。这些环受到大的变形（由于高度非线性动力学），它们彼此重新连接，并与墙壁，分裂和合并，创造了很多子环。它们也承受开尔文波，但后者几乎没有影响。我还提出并讨论了另一种变体的研究三维湍流，其中涡线密度$ \mathcal{L}(r,t)$是不相关的$\nabla \times \mathbf{v}_{s}$，但它是一个独立的变量描述的一个单独的方程。
2019-08-08 cond-mat.other
Local and nonlocal dynamics in superfluid turbulence
超流氦~II中的湍流是量子化涡旋线的缠结，它们通过经典的毕奥-萨伐尔定律相互作用。我们发现，具有相同的涡线密度的涡缠结将有不同的能量谱，这取决于正常的流体的饲料能量到超流组件，并确定两种形式的超流湍流的光谱签名：Kolmogorov缠结和Vinen缠结。通过将超流速度场分解为局部和非局部贡献，我们发现在Vinen缠结中涡线的运动主要取决于局部曲率，而在Kolmogorov缠结中，长程涡相互作用占主导地位，并导致形成聚类线，类似于普通湍流的“蠕虫”。
2015-03-08 cond-mat.other physics.flu-dyn
Alternative Vinen's equation and its extension to rotating counterflow superfluid turbulence
两个不同的Vinen方程的涡线密度L在逆流超流湍流，是物理上允许的，并导致类似的结果在稳定状态。在Phys.Rev.B，69，094513（2004）中，它们中最常用的被推广到旋转容器中的逆流超流湍流。在这里，提出了替代Vinen方程的类似推广。这两个广义Vinen的方程与实验结果进行了比较，不仅在稳态，而且在某些非定常的情况下。从这个分析如下的替代Vinen方程的解决方案往往显着更快地到相应的最终稳态值比通常的Vinen方程的解决方案，后者似乎更适合于描述的实验可用的数据。
2007-11-05 cond-mat.other
Numerical Studies of Counterflow Turbulence, Velocity Distribution of Vortices
采用涡丝模型对超流$^{4}$ { \rm He}中热逆流产生的量子湍流进行了数值模拟。开创性的工作是由施瓦茨，它有两个缺陷。一种是忽略Biot-Savart积分的非局部项（局域诱导近似，LIA），另一种是为了维持湍流的统计稳定状态而采用的非物理混合过程。我们成功地在没有LIA和混合的情况下实现了统计稳定状态。这种状态显示了线长密度$L$和逆流相对速度$v_{ns}$之间的特征关系$L=γ^2 v_{ns}^2$，其中系数$γ$与一些典型的观测结果定量一致。我们比较了我们的数值计算结果与Paoletti { \it et al}的实验观察，其中热对流是由固体氢粒子可视化的。
2009-06-17 cond-mat.other
A note on the propagation of quantized vortex rings through a quantum turbulence tangle: Energy transport or energy dissipation?
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）
该研究通过几何论证与高分辨率数值模拟，探究量子湍流中小于涡旋间距尺度的量子涡环动力学，明确不同密度缠结下环发射对能量耗散的贡献，指出Kelvin波级联是高涡线密度下能量耗散的最合理解释。
2015-03-07 cond-mat.other physics.flu-dyn
Evolution of Neutron-Initiated Micro-Big-Bang in superfluid He 3B
超冷超流体$^3$ He对单个中子的核俘获反应会导致快速过热，随后膨胀，随后热区域冷却，这与早期宇宙的大爆炸有一定的相似之处。格勒诺布尔的一项实验表明，在核反应过程中释放的能量中，有很大一部分甚至在几秒钟后也没有转化为热量。人们认为，丢失的能量储存在一团量子化的涡旋线中。然而，这种解释与体涡缠结的预期寿命$10^{-5}-10^{-4}\,$ s相矛盾，后者比观察到的秒级延迟要短得多。在这封信中，我们提出了一个解决矛盾的方案：由热点产生的漩涡缠结发出孤立的漩涡环，这些漩涡环带走了缠结能量的很大一部分。这些环迅速到达容器壁。附着在壁面上的涡环的稀系综可以存活很长时间，而剩余的体涡缠结则迅速衰减。
2014-01-20 cond-mat.other
Comment on "Dynamics of the Density of Quantized Vortex-Lines in Superfluid Turbulence"
在Khomenko等人的论文[Phys. Rev. B \textbf{91}，180504（2015）]中，作者对非均匀通道流中的稳定逆流氦进行了数值分析，得出结论：Vinen方程中的产生项$\mathcal{P}$与$\left\vert \mathbf{V}_{ns}\right\vert ^{3}\mathcal{L}^{1/2}$成比例（其中$\mathcal{L}$为涡线密度，$\mathbf{V}_{ns}$为逆流速度）。在目前的评论中，我们证明了该程序，由作者实施，包括一些有问题的步骤，如线速度的分解和通量项的解释。此外，从静态解中提取时间行为信息的总体策略也仍然存在问题。由于确定Vinen方程显式形状的方法对所列元素非常敏感，因此不能认为作者的结论是明确的。
2016-03-29 cond-mat.other
Cascade of vortex loops initiated by a single reconnection of quantum vortices
我们证明了两个量子涡旋的单重联可以导致产生级联的涡旋环。我们的分析，在LIA的分析解决方案的动机，涉及高分辨率的Biot-Savart和Gross-Pitaevskii模拟。后者表明，环级联在原子尺度上开始，环直径的数量级小于缠结中的特征线间距。这样产生的涡环可以穿透缠结并在边界处湮灭。这提供了一个有效的机制，在非常低的温度下的涡旋缠结衰减。
2010-09-04 cond-mat.other physics.flu-dyn
Vortex Fluid Relaxation Model for Torsional Oscillation Responses of Solid 4He
一个唯象模型的发展，以解释一组新的详细的扭转振子数据的hcp 4 He。该模型是基于安德森的涡流流体（涡缠结）在固体4 He的想法。利用量子化涡旋的动力学的一个很好的研究治疗，我们描述了如何“本地超流分量”参与旋转（扭转振荡）通过极化涡旋纠缠。缠结中的极化出现是由于残余或热涡旋的对齐以及由于额外的涡旋渗透到体积中。两者都以弛豫方式发生，全弛豫时间的倒数τ ^-1是两者之和。其中之一被发现相对于轮辋速度Vac线性变化。所开发的方法解释了实验中观察到的NLRS和Δ Q^-1的行为。我们不仅再现了独特的Vac依赖性，而且还获得了新的信息的旋涡缠结，例如，在τ发散外推T ~ 30 mK。
2009-11-21 cond-mat.other
Three-Dimensional Coupled Dynamics of Two-Fluid Model in Superfluid $^4$He: Deformed Velocity Profile of Normal Fluid in Thermal Counterflow
对超流$^4$ He双流体模型中方形通道内热逆流的量子湍流耦合动力学进行了数值研究。我们将超流的涡丝模型和正常流体的纳维-斯托克斯方程结合起来。耦合动力学的模拟表明，超流湍流的正常流体的速度分布显着变形的涡变得密集。这一结果与最近进行的可视化实验是一致的。我们引入了一个无量纲的参数，其特征在于变形的速度剖面。
2018-03-15 cond-mat.other cond-mat.supr-con physics.flu-dyn
Energy spectrum of the 3D velocity field, induced by vortex tangle
本文综述了各种精确可解的模型在确定三维混沌涡线诱导速度场能谱$E (k) $方面的应用。这个问题是密切相关的圣礼的问题是否一个混乱的涡丝集可以模仿真正的流体动力学湍流。只要我们知道涡环位形的概率分布泛函$% \mathcal{P}(\{\mathbf{s}(ξ,t)\})$，就可以精确地计算出$<\mathbf{v(k)v(-k)}>$量。$\mathcal{P}(\{\mathbf{s}(ξ,t)\})$的知识等同于量子湍流问题的完全解，一般来说，$\mathcal{P}$是未知的。在本文中，我们讨论了几种模型，允许评估光谱的显式形式。这种情况包括标准的涡流配置，如直线，涡流阵列和环。各种分形维数的独立混沌回路以及热力学平衡中的相互作用回路也允许解析解。本文还描述了在一维Kelvin混沌波扰动下，得到三维速度谱的方法。
2012-07-18 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Inhomogeneous distribution of particles in co-flow and counterflow quantum turbulence
粒子是当今研究超流体湍流和可视化量子涡旋的主要工具。本文在双流体Hall-Vinen-Bekarevich-Khalatnikov（HVBK）模型的框架下，研究了同向和反向超流氦湍流中粒子的动力学和空间分布。我们进行三维数值模拟的HVBK方程以及粒子动力学，这取决于两个流体组件的运动。我们发现，在低温下，超流的质量分数占主导地位，粒子强烈聚集在涡丝，无论其物理性质。在较高的温度下，作为粘性阻力变得重要，两个组件变得紧密耦合，在coflowing的情况下的集群动态接近那些发现在经典的湍流，而在强逆流，颗粒分布占主导地位的准二维化的流。
2020-03-02 cond-mat.other physics.flu-dyn
Statistics of vortex loops emitted from quantum turbulence driven by an oscillating sphere
对零温下振荡球产生的量子湍流进行了数值模拟。在这个模拟中，我们在球体上注入涡流来产生湍流。虽然我们准备了相同长度的注入涡环，但它们被振荡球体延伸，通过多次重连形成缠结。所产生的围绕球体的缠结是各向异性的，并且受到振荡的影响。漩涡缠结继续发射漩涡环，这些漩涡环离开球体。发射环的统计数据与原始注入涡的统计数据有很大不同。首先，发射的循环的大小分布很广，从比初始注入循环的大小小到大得多。其次，发射回线的传播方向表现出各向异性：小回线几乎各向同性地移动，但大回线沿着球体的振荡方向各向异性地移动。因此，振荡物体搅动初始注入的涡流以再现具有不同统计数据的一组涡流。这种物理学与振动物体的实验进行了比较。
2013-11-18 cond-mat.other
Quantum Turbulence of Bellows-Driven 4He Superflow: Decay
我们报告的研究与第二声音的超流4 He中的湍流产生的超流组分的流动通过一个宽的方形通道，其端部被堵塞与烧结银superleaks，流动产生的压缩的波纹管。超级泄漏确保没有正常流体的净流量。在较早的论文（Phys. Rev. B，86，134515（2012））中，我们已经表明，当两种流体之间的平均相对速度相同时，这种稳定流产生的涡线密度与热逆流产生的涡线密度基本相同。在本文中，我们报告的涡线密度的时间衰减的研究，观察波纹管停止时，我们比较的结果与从时间衰减的热逆流重新测量在相同的通道，在相同的条件下。在这两种情况下，这里是一个初始的快速衰减，对于足够低的初始线密度，在短时间内接近随机涡旋缠结衰减的$t^{-1}$形式。这之后是一个较慢的$t^{-3/2}$衰减，大的“准经典漩涡”的衰减特征。然而，在调查的参数范围内，我们观察总是在热逆流的情况下，只有在少数情况下的高稳态速度在超流，一个中间制度，在该制度中的衰减要么不进行单调随时间或通过一个点的dupron。这种差别是由我们的实验所确定的，它可能代表了对逆流紊流进行全面理论理解的一个基本要素。
2015-09-04 cond-mat.other
Thermally- and mechanically-driven quantum turbulence in helium II
量子湍流可以在超流氦中通过热（通过施加热通量，如热逆流）或机械（通过搅拌液体）产生。通过将超流涡线建模为具有固定循环的重连空间曲线，并将驱动正常流体建模为均匀流（热逆流）和合成湍流（机械驱动湍流），我们确定了热驱动和机械驱动量子湍流之间的差异。我们发现，在机械驱动湍流中，能量集中在大尺度上，谱服从Kolmogorov标度，涡线曲率较大，相干涡结构的存在导致小角度的涡重联.相反，在热驱动湍流中，能量集中在中尺度，曲率较小，涡度场无特征，重联发生在较大的角度。我们的研究结果提出了一种方法来实验推断超流涡束的存在。
2012-08-16 cond-mat.other physics.flu-dyn
Vinen's latest thoughts on the "bump'' puzzle in decaying He II counterflow turbulence
本文回顾了Vinen对超流氦-4逆流湍流衰减期间涡线密度异常“凸起”现象的最新理论思考，并概述了相关的最新实验与数值研究进展。
2023-02-16 cond-mat.other physics.flu-dyn
Reconnection dynamics and mutual friction in quantum turbulence
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）
本研究聚焦有限温度$^4$He量子湍流的相互摩擦力，借助涡旋丝模型生成三类稳态涡旋缠结分析局部特性的影响，证实涡旋重联是高相互摩擦区域的主导产生机制。
2014-11-04 cond-mat.other physics.flu-dyn
Vortex length, vortex energy and fractal dimension of superfluid turbulence at very low temperature
通过假设一个自相似结构的开尔文波沿涡环连续较小的尺度功能，我们模拟的分形维数的超流涡旋纠缠在零温度极限。我们的模型假设，在每一步的旋涡的总能量是守恒的，但总长度可以改变。我们得到了描述单位长度涡旋能量随长度尺度变化的指数与分维之间的关系。这种关系不依赖于特定的模型，并表明，如果较小的长度尺度使每单位长度的涡线的能量的相对贡献减少，分形维数将高于1。最后，为了更具体的说明，我们将纠缠的分形维数与级联开尔文波的振幅和波长的标度指数联系起来。
2010-04-14 cond-mat.other
Quantum turbulence in coflow of superfluid ${}^4$He
采用涡丝模型，数值研究了方形通道中同向流的非均匀量子湍流。低流速意味着超流体速度$\bm{v}_s$和正常流体速度$\bm{v}_n$沿相同方向流动。热逆流中的量子湍流已经在理论和实验上进行了长期的研究。近年来，为了观察同向流与热逆流的不同特征，人们进行了同向流实验。通过假设$\bm{v}_s$是均匀分布的，并且$\bm{v}_n$具有Hagen-Poiseiulle分布，我们的模拟发现量子化涡旋是不均匀分布的。旋涡喜欢在有$\bm{v}_s \simeq \bm{v}_n$的圆柱表面上聚集。因此，涡结构从三维退化为二维。
2015-08-07 cond-mat.other cond-mat.supr-con
Visualization of quantum turbulence in superfluid $^3$He-B: Combined numerical/experimental study of Andreev reflection
本文对超低温下超流$^3$ He-B中量子湍流的Andreev散射进行了数值模拟和实验研究。我们模拟了中等密度，三维，准经典涡旋缠结和Andreev反射的热准粒子激发这些缠结的演变。该数值模拟使我们能够生成局部Andreev反射的二维映射，用于入射在立方计算域的一个面上的激励，并计算Andreev反射的总系数作为涡线密度的函数。我们的数值模拟，然后与实验测量探测振动网格产生的量子湍流进行比较。我们还解决的问题，是否准经典和超量子制度的量子湍流可以区分各自的总Andreev反射率。我们讨论了屏蔽机制，可能会强烈影响总Andreev反射率的密集涡旋缠结。最后，我们提出了相结合的数值实验结果的Andreev反射的波动从一个准经典的湍流纠缠，并证明了Andreev反射的光谱特性揭示了量子湍流的性质和属性。
2017-06-07 cond-mat.other
Tree method for quantum vortex dynamics
提出了一种计算超流氦中涡丝演化的数值方法。该方法是基于树算法，大大加快了计算的毕奥-萨伐尔积分。我们表明，计算成本的规模为Nlog{（N），而不是N平方，其中$N$是离散点的数量。我们测试的方法和它的各种涡流配置的属性，从简单的涡环到逆流涡流缠结，并比较结果对局部感应近似和精确的毕奥-萨伐尔定律。
2011-09-20 cond-mat.other cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Studies on quantum turbulence with Vinen
在我的量子湍流领域的研究生涯中，我一直受到Vinen的鼓励。在这篇文章中，我回顾了我受他启发的作品以及我与他的合作。维宁鼓励我研究零温度下的量子湍流、没有相互摩擦的涡旋纠缠的柯尔莫哥洛夫谱，以及量子化涡旋和正常流体的完全耦合动力学。联合工作包括研究涡旋缠结的扩散、开尔文波级联、振荡物体产生的量子湍流以及示踪粒子和量子涡旋的耦合动力学。
2023-02-01 cond-mat.other
Visualizing Pure Quantum Turbulence in Superfluid $^{3}$He: Andreev Reflection and its Spectral Properties
零温极限下的超流$^3$ He-B通过涡旋流场对准粒子激发的Andreev反射提供了研究量子湍流的独特手段。我们验证了实验可视化的湍流在$^3$ He-B的涡线密度和Andreev反射率之间的关系，在Andreev反射率的第一次模拟中，由一个现实的三维涡缠结，并比较结果与第一次实验测量能够探测量子湍流的长度尺度小于涡间分离。
2015-07-12 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Modelling turbulent flow of superfluid $^4$He past a rough solid wall in the $T = 0$ limit
University of Manchester（曼彻斯特大学）；Newcastle University（纽卡斯尔大学）
研究超流$^4$He在$T=0$极限下通过粗糙壁的湍流流动，利用涡旋线模型分析涡旋团形成及摩擦力特性，揭示极化超量子湍流的生成机制。
2024-02-14 cond-mat.other physics.flu-dyn quant-ph
Vortex filament method as a tool for computational visualization of quantum turbulence
涡丝模型已经成为可视化氦超流体中量子化涡旋运动的标准而有力的工具。在这篇文章中，我们提出了一个概述的方法，并强调它的影响，帮助我们理解量子湍流，特别是超流氦。我们提出了一个分析的结构和安排的量子化涡旋。我们的结果与以前的研究一致，表明在一定条件下，涡旋形成相干束，这允许经典涡旋拉伸，使量子湍流具有经典性质。我们还提供了一个解释之间的差异所观察到的特性的逆流和纯超流湍流在管道中。最后，我们提出了一种机制，在正常的流体剪切的存在下产生的相干结构。
2014-02-20 cond-mat.other
Quantum and quasiclassical types of superfluid turbulence
在零温极限（T <0.5K）下，通过向超流4 He中注入负离子，在大尺度流动可以忽略的情况下，产生了量子化涡旋线缠结。对于这种超流湍流的量子态，我们发现涡线长度L在晚时间t衰减，L与t^{-1}成正比;前因子与L的初始值无关。相应的有效运动粘度为0.1 kappa，其中kappa为循环量。在T > 0.7 K时，离子射流产生的准经典缠结与机械方法产生的缠结相同。
2008-10-01 cond-mat.other
Kelvin waves and the decay of quantum superfluid turbulence
本文对超流$^4$ He在低温和超低温下量子化涡旋纠缠的自由衰变进行了全面的统计研究，$0\leqslant T \leqslant 1.1\,$ K。使用高分辨率涡丝模拟与完整的Biot-Savart涡动力学，我们表明，对于超低温$T\lesssim 0.5 \,$ K，当相互摩擦参数$α\simeq α' < 10^{-5}$，涡重联激发开尔文波的波长$λ$的涡间距离$\ell$的顺序。这些激发级联到分辨率尺度$Δξ$，其在我们的模拟中为$Δξ\sim \ell/100$阶。在这个尺度上的开尔文波数值阻尼线平滑过程，这是应该模仿开尔文波的耗散的声子和旋子发射在涡核的规模。我们表明，开尔文波级联是统计上重要的：最短的可用开尔文波在级联的末端确定的平均涡线曲率$S$，给出$S \gtrsim 30 /\ell$，并发挥主要作用，在超低温下的缠结衰减低于$0.6\,$ K。发现$\ell S$对分辨率尺度$Δξ$的依赖性与弱相互作用开尔文波的L 'vov-Nazarenko能谱$E\Sb{LN}\propto k^{-5/3}$一致，而不是Vinen提出的大振幅开尔文波湍流的能谱$E\Sb{LN}\propto k^{-1}$。我们还表明，已经在$T=0.8\,$ K，当$α$和$α'$仍然很低，$α\simeq α'<10^{-3}$，开尔文波级联是完全阻尼，涡线非常平滑，$S \…
2014-08-29 cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Dynamics of pinned quantized vortices in superfluid $^4$He in a microelectromechanical oscillator
本文数值模拟 MEMS 振荡器中超流 $^4$He 的钉扎量子涡旋动力学，揭示 Kelvin 波共振、涡旋缠结抑制及阻尼力来源。
2023-10-26 cond-mat.other physics.flu-dyn
Probing of quantum turbulence with radiating vortex loops
研究了具有量子湍流的畴中涡旋环的统计特性。研究是在涡环具有布朗或随机行走结构和广义维纳分布的假设下进行的。主要目的是将所发射的涡旋环的性质与量子湍流的参数联系起来。这项工作的动机与最近的研究，数值和实验，研究发射涡环。这项技术为探测超流体湍流开辟了新的机会。我们演示了如何发射环的统计表示的涡旋缠结参数，并进行了比较与数值模拟。\newline PACS编号：67.25.dk，47.37。+ Q
2014-11-13 cond-mat.other
Reply to Comment on "Dynamics of the Density of Quantized Vortex-Lines in Superfluid Turbulence"
这是对Khomenko等人[Phys.Rev.Bv.91，180504（2016）]的Nemirovskii评论[Phys.Rev.B94，146501（2016）]的回复，其中提出了Vinen方程中产生项的新形式，用于通道中超流$^4$ He的热逆流中涡线密度$\cal L$的演化。为了进一步证实评论中提出的质疑，我们对Khomenko等人[Phys.Rev. B v. 91，180504（2016）]中提出的闭合改进提出了物理解释，与Vinen提出的形式进行了比较。我们还讨论了通量项的封闭性，在没有任何拟合参数的情况下，它与数值结果吻合得很好。
2016-10-31 cond-mat.other cond-mat.quant-gas
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
Superdiffusion of quantized vortices uncovering scaling behavior of quantum turbulence
Kolmogorov的5/3定律等通用标度律是经典流体湍流研究的里程碑式成就。对于量子流体，如原子玻色-爱因斯坦凝聚体、超流氦和超流中子星，湍流也可以存在于演化的量子涡旋线的混沌缠结中。然而，由于缺乏合适的实验工具来直接探测涡旋缠结运动，到目前为止，很少有人知道可能的标度律，表征量子流体湍流（QT）中的涡旋的速度相关性和轨迹统计。获得这些知识可以大大有利于QT的高级统计模型的开发。在这里，我们报告了一个实验，在超流$^4$他的旋涡纠缠装饰与固化氘示踪粒子。在实验条件下，这些示踪剂遵循的运动的旋涡，我们观察到一个明显的超扩散的旋涡。我们的分析表明，这种超扩散不是由于莱维飞行，即，长距离跳，已知是负责随机步行者的超扩散。相反，一个以前未知的幂律缩放的涡速度的时间相关性被发现的原因。这一发现可能会激发未来对QT中隐藏标度律的研究。
2021-01-06 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Slow Transient Processes in the Second Sound Resonator
超流湍流的流体动力学（HST）描述了HeII在一组混乱的涡丝存在下的流动（或逆流）。HST方程支配的流体动力学变量的缓慢变化，由于耗散相关的涡缠结和快速的过程中的第一和第二声传播。这种情况阻碍了对HeII中的非稳态传热问题进行有效的数值模拟。凭借一个相关的多尺度扰动分析，我们展示了如何可以消除快速的过程，推导出的演化方程的缓慢过程。然后，我们证明了中等强度的瞬态热负荷的长期演化服从非线性导热方程。所开发的方法的第二个例子是在第二声谐振器的非定常过程的调查。后者常用于研究涡旋缠结的非定常行为，只是通过监测品质因数行为。然而，当过程的特征时间与谐振器的时间常数相当（或更小）时，这个过程是错误的。我们展示了如何提取正确的信息的涡线密度（VLD）动态与使用我们开发的程序。PACS编号：47.32.Cc，47.37.+ q，67.40，Vs.，05.10.Gg.
2004-12-17 cond-mat.other
Quantum Turbulence Coupled with Externally Driven Normal-Fluid Turbulence in Superfluid $^4$He
量子湍流（QT）和正常流体湍流（NFT）的耦合动力学一直是量子流体力学的核心挑战，因为它被认为会导致QT的未解T2态。数值研究了热逆流中两种湍流的耦合动力学。NFT由外力驱动以控制其湍流强度，快速多极子方法加速了QT的计算。我们发现，NFT通过相互摩擦增强QT。QT的涡线密度$L$满足统计规律$L^{1/2} \approx γV_{ns}$，逆流速度为$V_{ns}$。所得到的$γ$与T2态的实验结果一致，验证了T2态是由NFT引起的观点。我们提出了一个理论上的洞察力之间的关系，这两个连续性。
2021-05-20 cond-mat.other cond-mat.supr-con physics.flu-dyn
