Measures of mixing quality in open flows with chaotic advection
我们解决的混合效率的评价在开放的流动通道内的混沌混合实验。由于开放流连续地将新的流体带入有限的混合区域，因此难以定义相关的混合指数，因为流体颗粒通常经历非常不同的拉伸和混合历史。一点染料的反复拉伸和折叠导致了一个持久的图案。我们建议，该特征模式的归一化标准差是一个很好的措施的混合质量的流。我们讨论了这种措施和连续注入染料的混合之间的联系，并调查它使用一个理想化的地图。
2010-11-03 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Reacting particles in open chaotic flows
本文研究了具有混沌平流的开放流中粒子的碰撞概率$p$。我们发现，$p$尺度与颗粒大小$δ$作为幂律，其系数是由定义的平流动力学不变集的分形维数。我们还认为，这种相同的缩放也适用于活性粒子的反应速率在低密度制度。这些分析结果进行了比较，数值模拟，我们发现非常好的协议与理论预测。
2012-01-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Aggregation and fragmentation dynamics of inertial particles in chaotic flows
在混沌流中平流的惯性粒子常常聚集在奇异吸引子中。当在这些分形集合中移动时，它们通常彼此接近并碰撞。这里我们考虑惯性粒子在碰撞时的聚集。在这个过程中形成的新粒子更大，并遵循具有新参数的运动方程。当这些颗粒达到一定的尺寸或剪切力变得足够大时，它们又会破碎。由此产生的系统由大量的共存的动力系统与不同数量的粒子。我们发现，聚集和碎裂的组合导致一个渐近稳定的状态。渐近粒度分布取决于破碎机制。从这个模型得到的粒径分布是一致的，发现在雨滴统计和搅拌槽实验。
2008-11-14 nlin.CD physics.flu-dyn
Predicting the progress of diffusively limited chemical reactions in the presence of chaotic advection
利用实验测量的拉伸场和局部浓度的荧光监测，研究了二维流体流动中混沌平流和扩散对快速化学反应的影响。流动对称性、雷诺数和平均路径长度影响反应产物的空间分布和时间依赖性。对于具有不同动力学特征的流动，可以用单个参数λ*N（λ是平均李雅普诺夫指数，N是混合循环数）来预测与时间相关的总乘积。
2007-06-15 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Frontiers of chaotic advection
这项工作回顾了目前的立场和调查未来的观点在物理学的混沌平流：该领域出现在三十年前的流体力学和非线性动力学的交叉点上，它涵盖了一系列长度范围从微米到数百公里的应用，包括各种系统，如粘性流体的混合和热处理，微流体，生物流动，以及海洋和大气流动。
2017-06-14 cond-mat.soft math.DS nlin.CD
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
Chaotic advection in a steady three-dimensional MHD flow
本文研究了立方腔内由洛伦兹力驱动的弱导电流体三维稳态流动，通过叠加不同环流单元并结合Poincaré截面等方法分析，发现流动叠加能产生混沌流线从而实现高效混合。
2025-11-03 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Fractal rain distributions and chaotic advection
几十年来，局部降雨事件都遵循幂律分布，这表明降水和地震活动之间存在相似之处[O。Peters等人，PRL 88，018701（2002）]。把雨滴看作由二维点涡系统的速度场平流输送的被动示踪物，可以产生类似的幂律律[R。Dickman，PRL 90，108701（2003）]。在这里，我回顾分形雨分布和混沌平流的观测和理论方面，并提出新的结果示踪剂分布在涡模型。
2003-11-17 cond-mat.other physics.ao-ph physics.flu-dyn
Measures of Chaotic Advection in Simulations of Active Nematics
University of California, Merced（加州大学默塞德分校）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本研究通过对比两种连续介质模型，验证了增强向列相锁定（BENL）模型能更准确重现基于微管的活性向列相流体中由拓扑缺陷编织运动引起的混沌平流自混合度量。
2026-10-01 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
The distribution of "time of flight" in three dimensional stationary chaotic advection
研究了5种不同的3D稳态混沌混合器的“飞行时间”（单个流体粒子在庞加莱截面的两个交叉点之间所花费的时间）的分布。最重要的是，我们研究了这些分布的大尾巴，并表明，主要遇到两种类型的行为。在滑动壁的情况下，正如预期的那样，我们得到一个指数衰减，然而，不与李雅普诺夫指数的规模。使用一个简单的模型，我们建议，这种衰减是有关的流动的不动点的负特征值。当考虑无滑移墙时，正如模型所预测的那样，行为完全不同，具有非常大的尾部，遵循指数接近-3的幂律。
2015-07-29 physics.flu-dyn
Chaotic Advection at the Pore Scale: Mechanisms, Upscaling and Implications for Macroscopic Transport
饱和多孔介质中溶质羽流的宏观扩散和混合最终由孔隙尺度的过程控制。虽然孔尺度的机械分散和分子扩散导致持久的流体动力学分散的传统图片是公认的，这种范式本质上是二维（2D）的，忽略了重要的三维（3D）现象。我们讨论了如何在孔隙尺度稳定的三维流动的运动学产生混沌平流，涉及指数拉伸和折叠的流体元素，它的产生机制和影响的微观混沌宏观分散和混合。由于拓扑约束，这些现象在稳定的2D流动中被禁止，由于所有3D多孔介质固有的拓扑复杂性，这些现象是普遍存在的。因此，三维多孔介质流动产生了与二维流动完全不同的流体变形和混合过程。混沌平流和广泛的过境时间分布的相互作用，可以纳入一个连续时间随机游走（CTRW）框架来预测宏观溶质混合和扩散。我们展示了如何通过流体变形的CTRW模型将这些结果推广到真实的多孔结构，从而产生宏观分散和混合的随机模型，这些模型既尊重孔隙尺度运动学，又直接取决于孔隙尺度层析成像。
2016-02-17 physics.flu-dyn
Advection and diffusion in a three dimensional chaotic flow
通过整体拉格朗日坐标变换研究对流扩散方程。拉格朗日坐标的度量张量将动力系统理论严格耦合到这类偏微分方程的解中。如果流动具有混沌流线，则扩散将在临界时间处主导解，该临界时间与扩散率成比例。随后的快速扩散弛豫是在几个李雅普诺夫时间的顺序上完成的，并且扩散系数越小，它变得越各向异性。流的局部李雅普诺夫时间是有限时间李雅普诺夫指数的倒数。有限时间的李雅普诺夫指数可以用两个收敛函数来表示，这两个收敛函数是对流和扩散传输的时空复杂性的原因。这种复杂性在混沌区域中给出了一类新的扩散势垒，并且在空间和时间上都具有分形行为。在有剪切的可积流中，也存在快扩散和慢扩散。但与混沌流不同的是，由于可积流中的快速扩散被严格限制在KAM曲面内，因此KAM曲面上的标量场可以保持很大的梯度。
1998-03-18 chao-dyn math-ph math.MP
Emerging mesoscale flows and chaotic advection in dense active matter
本文通过研究二维过阻尼自推进圆盘模型，发现稠密活性流体中由拥挤效应与持续推进竞争所驱动的介尺度混沌平流，揭示了一种区别于其他活性系统集体流动的新型活性湍流。
2023-06-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Lagrangian transport and chaotic advection in three-dimensional laminar flows
流体流动中标量的输运和混合在工业和自然界中普遍存在。湍流通过其固有的随机性促进有效的输送和混合。层流缺乏这样的自然混合机制，有效的输送更具挑战性。然而，层流是必不可少的许多问题和洞察其传输特性的重要性。可以说，用拉格朗日流体运动（“平流”）和流体轨迹的几何、拓扑和连贯性来描述层流输送是最好的。有效的层流输送相当于“混沌平流”，这是这一方法的一个关键发现。拉格朗日框架能够系统地分析和设计层流。然而，拉格朗日输运的科学见解和技术应用之间的差距是巨大的，主要有两个原因。首先，许多研究关注二维（2D）流动，但现实世界是三维（3D）的。第二，拉格朗日运输通常是理想化的流量，但实际的相关性需要研究现实的三维流动。本审查的目的是刺激进一步开发和利用的专有技术的三维拉格朗日运输和传播实践。为此，3D实际流被归类为典型的问题。首先，揭示拉格朗日输运的多样性，并使人们认识到它的广泛相关性。第二，促进科学学科内部和学科之间的知识转移。第三，调和实际流动与拉格朗日输送和混沌平流的基本原理。这可能是在结构上将“拉格朗日思维”纳入三维实际流动的分析和设计的第一个动机。
2019-04-16 nlin.CD physics.app-ph physics.bio-ph
Numerical simulation and analysis of mixing enhancement due to chaotic advection using an adaptive approach for approximating the dilution index
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出了一种自适应方法用于近似稀释指数，以研究混沌对流引起的混合增强，通过分析源-汇偶极子和旋转势能混合系统，展示了混合增强与扩散的重要性。
2026-01-28 physics.flu-dyn
Emergent scar lines in chaotic advection of passive directors
我们研究了由二维流体流平流的细长纤维的取向的空间场。这些被动指向矢的定向场在广泛的工业和地球物理流中是重要的。在混沌流中，我们引入了作为被动指向矢取向场中主导相干结构的涌现痕线。以前的工作已经确定了疤痕线的存在，其中方向在短距离内旋转π，但随着时间的推移，被确定的线消失了。其结果是，早期的工作集中在拓扑奇点的方向领域，我们发现在很长一段时间内发挥的作用可以忽略不计。我们使用的标准映射作为一个简单的时间周期二维（2D）流，产生拉格朗日混沌。这类流动产生持久的模式，被动标量平流，我们发现，一种不同的持久模式的发展中的被动导演方向场。我们确定的机制，紧急疤痕线增长，以主导这些模式在很长一段时间内在复杂的流量。在流体元素最近的拉伸垂直于先前的拉伸的地方形成了浮现的疤痕线。因此，这些疤痕线可以用它们的年龄来标记，定义为它们的拉伸达到最大值的时间。
2017-12-04 physics.flu-dyn
Signatures of fractal clustering of aerosols advected under gravity
在混沌平流作用下的气溶胶常常接近一个奇异吸引子。它们在这个分形集上无序地运动，但在重力存在的情况下，它们有一个向下的净垂直运动。在实际情况中，可能只有在某一特定水平，例如在地面水平，才能获得观测数据。我们揭示了两个分形签名的混沌平流气溶胶重力作用下。每一个使计算的分形维数$D_{0}$的奇异吸引子管理的平流动力学仅在一个给定的水平获得的数据。我们用数值实验说明了我们的理论研究结果，并讨论了它们与气象学的可能相关性。
2007-06-15 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Clustering and chaotic motion of heavy inertial particles in an isolated non-axisymmetric vortex
本研究针对孤立非轴对称涡中重惯性粒子的动力学，以Kirchhoff涡和Kida涡为对象，发现非轴对称性引发粒子聚集，且粒子惯性超过临界值时可抑制外部应变导致的混沌输运。
2024-09-18 physics.flu-dyn
Chaotic Mixing in Three Dimensional Porous Media
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Spanish National Research Council (IDAEA-CSIC)（西班牙国家研究委员会（IDAEA-CSIC））
研究三维多孔介质中混沌对流与分子扩散的相互作用，揭示其对混合动力学的影响，并提出新的连续时间随机游走模型来量化微观混合过程。
2016-02-17 physics.flu-dyn
Nonlinear dynamics of a chemically-active drop: from steady to chaotic self-propulsion
单个化学活性液滴悬浮在表面活性剂溶液中，观察到自推进自发直线，螺旋形，或混乱的轨迹。为了阐明这些滴可以表现出如此惊人的不同的动力学和“决定”做什么，我们提出了一个最小的轴对称模型的球形主动滴，并表明，简单和线性的界面特性可以导致稳定的自推进液滴以及混沌行为。该模型包括两种不同的流动性机制，即，扩散电泳和马兰戈尼效应，将自生的表面活性剂浓度梯度转化为液滴表面的流动。反过来，表面驱动流启动表面活性剂平流，这是唯一的非线性机制，因此，在我们的模型中的动力学复杂性的唯一来源。对完全耦合的水动力和平流扩散问题的数值研究表明，强平流（例如，大的液滴尺寸）可以使稳定的自推进液滴不稳定;一旦不稳定，液滴自发地停止并且出现对称的可延伸流。如果平流与分子扩散相比甚至进一步加强，则液滴可以进行混沌振荡。我们的研究结果表明，这些不稳定性的阈值在很大程度上取决于扩散电泳和Marangoni效应之间的平衡。使用线性稳定性分析，我们表明，diffusiophoresis促进发病的高阶模式的单调不稳定的静止滴。我们认为，扩散电泳有一个移动的下降的不稳定性类似的效果。
2019-01-08 physics.flu-dyn
Chaotic Mixing in a Torus Map
研究了二维环面上被动标量的平流和扩散。该映射是混沌的，并考虑了几乎均匀拉伸的极限。这允许从恒定标量方差（短时间）到指数衰减（长时间）的过渡的分析理解。这种转变体现在一个短暂的超指数衰减阶段。指数阶段的渐近状态是对流扩散算子的本征函数，其中大部分标量方差集中在小尺度上，即使大尺度模式设置衰减速率。超指数阶段的持续时间与指数衰减率的对数成正比;如果衰减足够慢，那么根本就没有超指数阶段。
2003-02-25 math.DS nlin.CD physics.flu-dyn
Advection of nematic liquid crystals by chaotic flow
考虑了非均匀剪切流（包括规则和混沌）对平面几何结构中双折射液晶的影响。耦合到一个外部规定的流场的朗道-德Gennes方程是研究的基础：这是在一个周期性的空间域数值求解。重点是在一个有限的情况下，平流是被动的，这样的液晶特性的变化不反馈到方程的流体速度。用于分析结果（有和无流量）的主要工具是识别无流量的动力学方程的不动点，当引入流量时，这些不动点是相关的（在不同程度上）。固定点被分类为稳定/不稳定，并进一步分为单轴或双轴。因此，被动剪切流的各种模型进行了研究，主要集中在翻滚是从模型缺席的情况下。在这种情况下，不仅要考虑$Q$张量的平流，而且要考虑其相对于当地涡度场的共旋。因此，只有双轴固定点生存的$Q$-张量动力学的解决方案下施加的一般流场。对于某些沿轨迹的共旋效应可以有效地忽略的流动，两族固定点都存在。在这种情况下，该系统表现出粗化停滞，由此液晶域被"冻结"到流动结构中，因此其尺寸的生长受到限制。结果（双轴最终状态或两个家庭的固定点的混合物）可以理解的流动的时间和长度尺度，通过共同旋转的衍生物表现出来。一些考虑也给出了具体的情况下，翻滚是存在的，在这里，流动有很强的影响，液晶形态。
2017-07-19 physics.flu-dyn
Chaotic quasi-point vortices and inertial range in two-dimensional turbulence
利用分布混沌的概念研究了准点涡对均匀二维湍流（经典和量子）惯性尺度范围的影响。衰减湍流、具有小尺度强迫的湍流和球体上的湍流热对流的直接数值模拟结果，以及全球大气采样计划（GASP）在山区地形对流层和平流层湍流（小尺度强迫）中的测量结果已被用于此目的。本文利用HVBK和Gross-Pitaevskii模型的直接数值模拟结果和实验室实验结果讨论了超流和玻色-爱因斯坦二维湍流。对Ginsburg-Landau模型也作了简要的讨论。
2022-07-12 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Chaotic sedimentation of particle pairs in a vertical channel at low Reynolds number: multiple states and routes to chaos
本文研究了一对刚性圆形颗粒在含有牛顿流体的二维垂直槽道中的沉降问题，终端颗粒雷诺数为1 ~ 10，约束比为4。虽然它被广泛承认，足够的惯性对应该通过执行一个定期的DKT振荡（Drafting-Kissing-Tumbling）沉淀，本分析表明，相反，一个混乱的政权也可以存在这样的颗粒，导致一个慢得多的沉淀速度。它由一个近似水平的对组成，对应于最大有效阻塞比，并在增加粒子重量的情况下执行准周期到混沌的过渡。对于惯性较小的区域，经典的斜偶极子结构及其复杂的行为（多个稳定状态和滞后，倍周期级联和混沌吸引子）被恢复，与以前的工作[Aidun & Ding，Physics of Fluids 15（6），2003]一致。由于这些不同的行为，终端雷诺数和无量纲驱动力之间的联系是复杂的：它包含几个分支显示滞后以及各种分叉。在所考虑的雷诺数范围内，给出了一个全局分岔图。
2016-11-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Three dimensional chaotic advection by mixed layer baroclinic instabilities
通过数值模拟经历斜压不穩定的纬向通道中自由发展的混合层锋，计算了三维有限时间李雅普诺夫指数。三维FTLEs显示出复杂的结构，具有比二维（2D）FTLEs定义更少的特征，这表明搅拌不局限于涡流的边缘和沿细丝，并对混合产生显著影响。观察到的FTLEs的大小强烈地由垂直切变决定。假设热成风平衡，导出了与局部FTLE和用于初始化ML锋的非局部密度对比度相关的标度律。标度律只收敛到密度跃层内的模拟发现的值，而它显示ML内的差异，其中的不稳定性显示了大的非地转分量。二维和三维FTLE的概率分布函数被发现是非高斯在所有深度。在ML中，FTLEs波数谱显示-1斜率，而在密度跃层中，FTLEs波数谱显示-2斜率，对应于锋面动力学。近地表测地线拉格朗日相干结构（LCS）揭示了一个复杂的搅拌结构，与椭圆形结构分离的锋区。在密度跃层中，LCS能够检测到欧拉场未捕获的非线性结构。
2016-03-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Multistability of elasto-inertial two-dimensional channel flow
本研究通过二维直接数值模拟探究弹性惯性湍流与箭头形聚合物构象结构的动力学关联，发现最多四个共存吸引子，证实箭头形结构与EIT自维持机制无关。
2023-08-22 physics.flu-dyn
Interaction of a monopole vortex with an isolated topographic feature in a three-layer geophysical flow
在一个$f$平面地球物理流的三层准地转解析模式的框架内，讨论了由涡旋与孤立地形相互作用引起的拉格朗日平流。我们感兴趣的是两种不同的情况下，无论是在上层或中层的位置。在底层，有一个三角洲功能的地形特征，它产生了一个封闭的回流区，在其附近，由于背景流。这个回流区一直延伸到中层和上层，起着地形涡的作用。湍流和地形涡旋之间的相互作用导致复杂的，包括混乱的，流体粒子的平流。我们发现，模式的参数，即地形涡和地形涡的强度和初始位置，层的深度和密度是负责不同的平流模式。虽然模式相当复杂，但是，人们可以挑出两个主要过程，它们主要控制流体粒子平流。第一个是系统的相空间结构随时间的变化，使得在地形涡旋的封闭区域内，出现周期性的不封闭颗粒路径，颗粒通过该路径离开地形涡旋。第二种是混沌平流，这是由于对流层与地形相互作用的非平稳性引起的。
2012-09-27 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Settling velocity of quasi-neutrally-buoyant inertial particles
本文研究了不可压缩零平均流体流中准中性浮力惯性粒子的沉降特性。我们得到通用的终极速度在一般的空间和时间周期性（或稳定）流的通用公式，随着进一步的信息流赋予一定程度的空间对称性，如奇奇偶校验在垂直方向。这些表达式包括在时空积分的辅助量，满足对流-扩散-反应型的偏微分方程，可以解决至少在数值上，因为我们的计划意味着一个巨大的减少问题的维数从全相空间的经典物理空间。
2017-12-04 physics.flu-dyn
Point-source dispersion of quasi-neutrally-buoyant inertial particles
我们分析的分布的演变，无论是在相空间和物理空间中，惯性粒子释放的空间本地化（点状）源和平流的不可压缩流。流体和粒子之间的质量密度差被假定为很小，并且代表了规则微扰膨胀的基本参数。通过分析技术，如Hermitianization，我们推导出一个链的方程的对流-扩散-反应型，很容易求解至少在数值上。我们的程序提供的结果也为有限的粒子惯性，远离过阻尼的准示踪剂动力学的限制。
2018-03-31 physics.flu-dyn
Thermally-Targeted Adsorption And Enrichment In Micro-scale Hydrothermal Pore Environments
微尺度约束下的混沌平流的独特能力，直接沿加速动力学途径的化学过程早已被认识到。但实际应用一直缓慢出现，因为最佳的结果往往是反直觉地实现的流动，似乎具有不希望的高度混乱。在这里，我们展示了如何在这些微环境中的热致混沌现象能够建立一个连续的输送机运输化合物从散装固体边界上的目标位置，在那里他们变得非常丰富。这些发现有趣地表明，微尺度混沌平流可能提供了一个新的机制来解释出现的生物分子复杂性从稀释的有机前体在生命起源的一个关键的未回答的问题，在益生菌环境。我们进一步展示了如何合理地设计和利用这些流来执行大量的生化过程，具有以前认为无法实现的鲁棒性水平。
2016-06-02 physics.flu-dyn
Lagrangian chaos and scalar advection in stochastic fluid mechanics
我们研究了拉格朗日流的速度场所产生的各种模型的流体力学受到白色的时间，$H^s$ -在空间随机强迫在一个周期性的盒子。我们证明了在许多情况下，这些流是混沌的，即最高李雅普诺夫指数是严格正的。我们的主要结果是关于$\mathbb T^2$上的斯托克斯方程和$\mathbb T^3$上的超粘性正则化斯托克斯方程（在任意雷诺数和超粘性参数下），在高频下受到非退化的强迫。作为应用，我们研究了在这些速度驱动下的被动标量平流-扩散方程在随机源作用下的统计平稳解。混沌拉格朗日动力学被用来证明一个版本的异常耗散的极限消失的扩散，这反过来又意味着标量满足Yaglom的标量湍流定律-模拟的Kolmogorov 4/5定律。我们的研究的主要特点是使用的工具，从遍历论和随机动力系统，即乘法遍历定理和一个版本的Furstenberg的标准，结合hypoellipticity通过Malliavin演算和近似控制参数。
2018-09-18 math.AP math.DS math.PR
Reduction of mean-square advection in turbulent passive scalar mixing
直接数值模拟结果表明，在无规速度场作用下，被动标量平流中耦合项的方差小于速度场和标量场统计独立时的方差。这种效应类似于流体动力学湍流中的“非线性抑制”。我们表明，在数值数据中观察到的趋势是定性一致的封闭理论相关的Kraichnan的直接相互作用近似的预测。这一现象在普朗特数的范围内得到了证实。在惯性对流范围内，损耗相对于波数近似恒定。在Batchelor范围内效果较弱。
2012-07-20 physics.class-ph physics.flu-dyn
Intermittent flow in yield-stress fluids slows down chaotic mixing
本文介绍了用旋转搅拌棒法对牛顿流体和屈服应力流体进行混沌混合的实验结果。我们展示了如何混合的屈服应力流体的混沌平流相比，牛顿流体的混合减少，并解释我们的结果带来光的相关机制：流体的存在，只流动间歇性，增强的屈服应力的现象，和外围区域的重要性。这一发现通过数值模拟得到证实。当不同搅拌元件的同步导致相同流体颗粒的缓慢拉伸重复时，观察到异常缓慢的混合。
2013-10-01 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
The role of advection in phase-separating binary liquids
以对流Cahn-Hilliard方程为模型，阐明了对流在二元液体相分离中的作用。平流速度要么是规定的，或者是由一个演变方程，占浓度梯度反馈到流中。在这里，我们专注于被动平流的混沌流，耦合Navier-Stokes卡恩-希利亚德流在薄的几何形状。我们的方法是基于功能分析技术和数值分析的组合。此外，我们比较和对比的Cahn-Hilliard方程与其他模型的聚集，这使我们调查的取向Holm-Putkaradze模型。我们证明了在这个系统中，我们解释为磁性粒子的形成奇异的解决方案的出现。使用基本动力系统参数，我们分类这些粒子的相互作用。
2008-05-08 physics.flu-dyn
Friction dynamics of elasto-inertial turbulence in Taylor-Couette flow of viscoelastic fluids
在Taylor-Couette几何中研究了弹性惯性湍流的动力学特性。EIT是在不可忽略的惯性和粘弹性的基础上发展的混沌流动状态。直接流动可视化和扭矩测量的组合允许验证与纯惯性不稳定性（和惯性湍流）相比EIT的早期发生。本文首次讨论了具有惯性和弹性的伪Nusselt数的标度。摩擦系数，时间频谱和空间功率密度谱的变化突出了EIT在过渡到其完全发展的混沌状态之前经历了中间行为，该混沌状态需要高惯性和弹性。在此过渡期间，二次流对整体摩擦动力学的贡献是有限的。这对于在低阻力和低但有限的雷诺数下实现有效混合的目标是非常有意义的。
2023-01-05 physics.flu-dyn
Transition route to elastic and elasto-inertial turbulence in polymer channel flows
通过二维FENE-P流体直接数值模拟，发现弹性湍流和弹惯性湍流共享Ruelle-Takens过渡路径，由聚合物扩散不稳定性触发，经大尺度次级不稳定性最终分岔至两种混沌状态。
2024-08-21 physics.flu-dyn
Inertial Migration in Micro-Centrifuge Devices
在微量离心装置内，微流体涡旋使用惯性迁移将较大颗粒从异质悬浮液中分离，惯性迁移是一种导致颗粒跨越流线迁移的现象。基于几微米的尺寸差异选择性捕获颗粒的能力使得微量离心机成为捕获血液样品中稀有细胞的有用诊断工具。然而，由于缺乏颗粒捕获力学的定量模型，微型离心机的合理设计一直无法充分发挥其潜力。在这里，我们使用的渐近方法，其中颗粒被准确地建模为奇点在一个线性化的流场，快速计算颗粒轨迹内的微型离心机。我们的捕获阈值和轨迹的预测与已发表的实验数据吻合得很好。我们的研究结果阐明了捕获如何反映背景流中粒子的平流和惯性聚焦之间的平衡，并显示了为什么捕获和未捕获的传入流线的紧密接近使得设计具有尖锐捕获阈值的微型离心机具有挑战性。
2023-03-12 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
Point-source inertial particle dispersion
在小惯性极限下，解析地研究了点源连续发射的惯性粒子的弥散问题。我们的重点是粒子联合概率密度函数p（x，v，t）的演化方程，x和v分别是粒子的位置和速度。对于有限的惯性，位置和速度变量是耦合的，结果是p（x，v，t）可以通过求解2d空间中的偏微分方程来确定，d是物理空间维度。对于小惯量，（x，v）变量解耦，p（x，v，t）的确定归结为求解空间变量x上的两个标准强迫对流扩散方程组。后一个方程在这里从第一原理导出，即从众所周知的位置和粒子速度的拉格朗日演化方程导出。
2009-05-29 cond-mat.other nlin.CD nlin.SI
Inertial Particle Dynamics in Traveling Wave Flow
本文研究行波流中惯性粒子的拉格朗日动力学，通过计算FTLE和iFTLE揭示重粒子被吸引至FTLE脊线而轻粒子被排斥，为污染物输运和混合优化提供理论依据。
2024-08-31 nlin.CD physics.flu-dyn
Inertial drag on a sphere settling in a stratified fluid
本研究利用微扰理论分析线性分层流体中缓慢沉降球体的惯性阻力，揭示扩散、分层与流体惯性对 Oseen 阻力的修正，并与直接数值模拟结果吻合。
2018-02-28 physics.flu-dyn
Dispersion of inertial particles in cellular flows in the small-Stokes, large-Péclet regime
本文研究了当平流作用超过惯性和扩散作用时，即Stokes数和Péclet数满足$\mathrm{St} \ll 1$和$\mathrm{Pe} \gg 1$时，惯性粒子通过胞状流的输运。本文从Maxey-Riley模型出发，考虑特殊的标度$\mathrm{St} \, \mathrm{Pe} = O(1)$，导出了一个有效的布朗动力学，它近似于完全的Langevin动力学.然后，我们应用均匀化和匹配的渐近技术，以获得一个明确的表达式的有效扩散率$\overline{D}$表征长时间分散。该表达式量化了当忽略惯性时，$\overline{D}$如何与$\mathrm{Pe}^{-1/2}$成比例地对于比流体重的颗粒增加以及对于较轻的颗粒减少。特别地，当$\mathrm{St} \gg \mathrm{Pe}^{-1}$时，我们发现对于重粒子，$\overline{D}$与$\mathrm{St}^{1/2}/(\log ( \mathrm{St} \, \mathrm{Pe}))^{1/2}$成正比，对于轻粒子，$\overline{D}$与$\mathrm{St} \, \mathrm{Pe}$成指数小。我们验证我们的渐近预测对粒子动力学的数值模拟。
2020-05-25 physics.flu-dyn
Effective rates in dilute reaction-advection systems for the annihilation process $A + A \to \varnothing$
考虑了由流体流动输送的反应颗粒的稀体系。当粒子在有限的相互作用半径内时，它们以给定的速率作为$A + A \to \varnothing$反应。该系统中描述的联合n点的数量的空间密度，它是服从一个层次的传输方程。通过使用拉格朗日方法，其中沿非反应轨迹执行统计平均，在稀或长时间限制中获得解析解。在这个限制，它表明，粒子数的时刻有一个指数衰减，而不是代数预测的标准平均场方法。有效的反应速率，然后相关的拉格朗日对统计的大偏差原则。引入一个唯象模型来研究有效速率作为相互作用长度、动力学的混沌程度和载流子流的可压缩性的函数的定性行为。精确的计算，通过费曼-卡茨的方法，在一个光滑的，可压缩的，随机增量相关的时间高斯速度场支持所提出的启发式方法。
2013-07-29 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
A unified view of elastic and elasto-inertial turbulence in channel flows at low and moderate Reynolds numbers
本文通过跨越四个数量级雷诺数的全分辨三维数值模拟，揭示平行流中弹性湍流与弹惯性湍流在低惯性条件下具有相似动力学特性，从而提出统一视角。
2024-12-09 physics.flu-dyn
Bridging the gap between particle-scale forces and continuum modelling of size segregation: application to bedload transport
重力驱动的粒度分离在山区河流中是很重要的，在那里，各种粒度的泥沙作为推移质输送。更具体地说，垂直尺寸偏析是一个多尺度的过程，起源于相互作用的颗粒尺度上的到达尺度上的重要形态后果。为了解决这个问题，基于颗粒间分离力（Guillard等人，2016年）和颗粒斯托克斯拖曳力（Tripathi和Khakhar，2013年），开发了浸没双分散颗粒流的体积平均多相流模型。一个对流扩散模型，来自该模型产生的对流和扩散系数的基础上粒子间的相互作用的parametrisations。这种方法使得弥合颗粒尺度物理学和连续介质模型之间的差距成为可能。这两个模型都成功地与现有的离散元模型（DEM）模拟推移质输运中的粒度分离进行了测试（Chassagne等人，2020年）。通过对颗粒力的详细研究，证明了所观察到的对流和扩散系数随惯性数的缩放可以由颗粒阻力对粘度的依赖性来解释。阻力系数与小颗粒浓度呈线性关系。分离力与摩擦系数的标度关系被确认和其他非平凡的依赖关系，包括惯性数和小颗粒浓度被确定。最后，在分离力中添加尺寸比依赖性完美地再现了大范围的小颗粒浓度和尺寸比的DEM结果。
2020-05-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hamiltonian fractals and chaotic scattering of passive particles by a topographical vortex and an alternating current
本文研究了二维不可压缩开放流中被动粒子的动力学行为。开放流由一个固定的地形点涡和一个具有周期性分量的背景流组成。示踪剂动力学被发现是典型的混沌在混合区和规则的上游和下游地区的流动。证明了示踪剂的混沌平流具有同宿性质，其鞍点的稳定流形和不稳定流形具有横截相交。尽管流动很简单，但混沌轨迹是非常复杂的，交替地粘附在涡核和规则运动的岛屿的边界附近，并在混合区中徘徊。边界作为动力学陷阱的平流粒子具有广泛的分布的捕获时间。这意味着分形散射函数的出现：捕获时间依赖于示踪剂的初始位置。通过计算捕获图和捕获时间分布，发现捕获时间分布最初是泊松分布，在PDF尾部交叉到幂律分布，数值上证实了这一点。产生分形的机制类似于Cantor集的散射函数的Hausdorff分形维数等于d ~= 1.84。
2002-09-26 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
The role of advective inertia in active nematic turbulence
活性剂的悬浮液与湍流相互作用表现出复杂的时空动力学，如中尺度湍流。由于微观流动的雷诺数在单个介质的尺度上非常小，惯性效应通常被排除在主动湍流的连续介质理论之外。主动应力是否能够共同激发惯性流目前尚不清楚。为了解决这个问题，我们研究了一个二维连续理论的主动湍流。特别是，我们比较中尺度湍流和没有平流惯性的影响。我们发现，惯性效应可以影响流动已经接近发病的湍流状态，而且，引起大规模的流体运动的强主动驱动。详细分析的动能预算揭示了能量转移到大尺度介导的惯性平流。虽然这种转移与能量注入和耗散相比很小，但其影响会随着时间的推移而积累。在实验中通常存在的摩擦力可以补偿这种影响。研究结果表明，列入惯性和摩擦可能是必要的动态一致的理论，积极的湍流。
2021-07-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Small-Scale Kinematic Dynamo and Non-Dynamo in Inertial-Range Turbulence
本文研究了小磁普朗特数下湍流等离子体流中运动学“涨落”磁发电机的拉格朗日机制。湍流平流和等离子体电阻率的组合效应是将无限多的场线携带到每个空间点，在该点处的合成磁场由所有单独的线矢量的平均值给出。由于平流速度的粗糙度，即使在零电阻率的极限下，这仍然是正确的。我们表明，发电机效应的存在需要足够的角度相关的被动线向量，同时到达的duplex空间点。我们证明了这一点，详细的Kazantsev-Kraichnan模型的运动发电机与高斯平流速度是空间粗糙和白噪声的时间。在发电机作用失效的情况下，我们还得到了磁能衰减的精确速率。模型的这些精确结果是通过将Bernard、Gawedzki和Kupiainen的"慢模展开“推广到非厄米演化而得到的。我们的许多分析也适用于磁流体动力学湍流。
2009-08-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Stochastic particle advection velocimetry (SPAV): theory, simulations, and proof-of-concept experiments
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Minnesota（明尼苏达大学）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）
本文提出随机粒子输运测速法（SPAV）以提高粒子追踪测速的准确性，通过统计数据损失函数结合纳维-斯托克斯方程和壁面边界损失，有效减少误差，实验结果显示误差平均降低近50%。
2023-11-06 physics.data-an physics.flu-dyn
Critical Stokes number for the capture of inertial particles by recirculation cells in 2D quasi-steady flows
惯性颗粒经常被观察到被捕获，暂时或永久，由再循环单元，这是无处不在的自然或工业流。在小颗粒惯性的极限下，确定捕获的条件是一项具有挑战性的任务，因为它需要大量的数值模拟或实验来测试各种颗粒尺寸或密度。在这里，我们调查这种现象的情况下，重粒子（如气溶胶）在低雷诺数的分析和数值，推导出一个捕获标准，可以用于分析和数值速度场。由此产生的标准允许预测被困颗粒的特性，只要单相模拟的流量进行。我们的分析是有效的二维颗粒负载流在垂直平面内，在颗粒的惯性，自由落体终极速度，和流动的不稳定性可以被视为扰动的限制。弱的不稳定性的流动一般会导致一个混乱的缠结附近的异宿或同宿周期，如果有的话，导致明显的扩散的流体元素通过边界的细胞。的临界粒子斯托克斯数Stc低于气溶胶也进入和退出的细胞在一个复杂的方式已经推导出解析，在流动特性。它涉及到无量纲曲率加权积分的平方速度的稳定的流体流沿分割流线的再循环单元。当流动不稳定且St > Stc时，由于重力和离心效应，与稳定情况一样，发生规则运动。被驱向细胞内部的粒子被永久地捕获。相反，当流动是不稳定的并且St < Stc时，颗粒以混沌的方式在单元的边界附近徘徊，并且可以逃离单元。
2016-05-19 physics.flu-dyn
Finding Efficient Swimming Strategies in a Three Dimensional Chaotic Flow by Reinforcement Learning
University of Gothenburg（哥德堡大学）；University of Rome Tor Vergata（罗马第二大学）；The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics（阿卜杜勒·萨拉姆国际理论物理中心）
我们应用强化学习算法来展示智能粒子如何学习近似最优的策略来在复杂的流中导航。在本文中，我们认为microswimmer在一个典型的三维情况下，由两个Arnold-Beltrami-Childress流沿流线的混沌平流的平稳叠加。在这样的流动中，我们研究了点状粒子的演化，这些粒子可以决定向哪个方向游泳，同时保持速度振幅恒定。我们表明，这是足够的赋予游泳者一组非常有限的行动（在我们的情况下，六个固定的游泳方向）有足够的自由，找到有效的策略，向上移动和逃避当地的流体陷阱。算法的关键要素是从经验中学习的结构，它根据所采取的行动在长期范围内对预定目标是否有利可图来分配积极或消极的奖励。这是另一个支持强化学习方法的效率的例子，以学习如何在复杂的流体环境中完成困难的任务。
2017-12-31 cond-mat.stat-mech cs.LG nlin.CD
Irregular dependence on Stokes number and non-ergodic transport of heavy inertial particles in steady laminar flows
本文研究稳态层流Taylor-Green流中重惯性颗粒的输运，发现其动力学和有效扩散率随Stokes数呈非规则、非单调甚至不连续变化，并揭示非遍历行为及混沌、被困和弹道弥散等多样运动模式。
2023-04-19 physics.flu-dyn
Homogeneous turbophoresis of heavy inertial particles in turbulent flow
本文揭示了统计均匀湍流中重惯性粒子的湍泳效应，通过直接数值模拟构建粗粒化动力学，引入尺度依赖的Péclet数表征粒子分布与空隙的幂律统计特征。
2024-04-24 physics.flu-dyn
Wave-Like Statistics from Classical Active Particles with Internal Degrees Of Freedom
University of Oxford（牛津大学）
研究通过分析具有内部自由度的经典活性粒子的低维非线性动力学，揭示了行走液滴量子类比中波状空间统计的形成机制，并扩展了流体动力学量子类比的应用范围。
2026-07-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
