Small-scale magnetohydrodynamic dynamos: from deterministic chaos to turbulence
本研究借助数值模拟、地球物理及太阳观测，揭示小尺度MHD发电机磁场从确定性混沌到强湍流的随机化转变机制，用分布式混沌参数量化随机程度，发现磁流体不变量的调控作用，且模拟与观测定量吻合。
2024-06-25 physics.flu-dyn
Stochastic anomaly and large Reynolds number limit in hydrodynamic turbulence models
在这项工作中，我们解决了开放的问题，高雷诺数限制在流体动力学湍流，我们修改考虑消失的随机（而不是确定性）粘度。在这个公式中，一个小尺度的噪声传播到大尺度的逆级联，这可以描述使用定性参数的Kolmogorov-Obukhov理论。我们推测，由此产生的概率分布的极限存在$\mathrm{Re} \to \infty$，在有限时间的极限流仍然是随机的，即使强迫，初始和边界条件是确定的。这个猜想证实了数值的Sabra模型的湍流，其中的解决方案是确定性的前和随机后立即爆破。然后，我们推导出一个纯粹的无粘问题制定的随机边界条件施加在惯性区间。
2015-10-26 physics.flu-dyn
Stratification versus turbulence in complex convection
自然对流通常会因其他因素而变得复杂，例如旋转、剪切、辐射转移、压缩性和电磁场（在导电流体的情况下）。利用大气边界层和太阳光球的数值模拟和测量结果表明，强层结可以将湍流转化为动能谱指数衰减的确定性混沌。当层结变弱时，确定性混沌被分布混沌所取代，分布混沌的谱衰减受螺旋度分布的二阶矩或三阶矩控制。
2022-04-19 physics.flu-dyn
Sub-grid-scale model for studying Hall effects on macroscopic aspects of magnetohydrodynamic turbulence
本文提出了一个新的亚网格尺度模型，用于研究霍尔项对磁流体动力学湍流宏观方面的影响。虽然霍尔项使数值模拟非常昂贵的激发高波数系数，使磁流体动力学方程僵硬，磁流体动力学湍流的宏观方面与霍尔项一起研究是有意义的，因为这一项往往不仅影响子离子尺度，但也宏观尺度。为了克服这一困难，发展了一种新的亚离子尺度亚网格尺度霍尔磁流体动力学湍流大涡模拟模型。利用新模型进行的大涡模拟成功地再现了涡量和电流密度的能量和概率密度函数等统计性质，保持了Hall磁流体动力学湍流的一些固有性质。我们的新的亚网格尺度模型，使数值模拟均匀和各向同性霍尔磁流体动力学湍流与一个小的计算成本，提高了基本分辨率的LES进行与早期的模型，并保留离子-电子分离效应的霍尔项在网格尺度。
2020-12-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Fake turbulence
针对高维动力系统降阶投影的非确定性问题，提出“无物理”随机马尔可夫模型，在确定性分量占优时能模拟真实湍流统计特性，而确定性模型则收敛至稳态。
2024-03-14 nlin.CD physics.flu-dyn
Control of deterministic breakdown to turbulence of hypersonic boundary layer with spanwise non-uniform surface temperature
Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；University of Surrey（萨里大学）
通过DNS研究了Mach6边界层中横向非均匀表面温度对确定性强迫下破转为湍流的影响，发现弱控制湍流可减少高频剪切应力并延迟转捩。
2026-09-29 physics.flu-dyn
"Barber pole turbulence" in large aspect ratio Taylor-Couette flow
在一台大展弦比实验装置上对窄间隙极限内的反向旋转泰勒-库埃特流（TCF）进行了研究。的相图，并得到Andereck等人。螺旋湍流制度进行了研究，通过改变内部和外部雷诺数。螺旋湍流出现从完全湍流制度通过一个连续的过渡出现第一次作为调制的湍流状态，最终放松局部的层流。本文讨论了平面Couette流（pCf）与间歇状态的关系。
2000-09-15 cond-mat nlin.PS physics.flu-dyn
The Lagrangian picture of heat transfer in convective turbulence
我们提出了一个流体动力学的视频，说明了拉格朗日方面的局部热传递在湍流瑞利-贝纳德对流。数据是从直接数值模拟中获得的。
2009-09-03 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
Turbulence modulation in channel flow of finite-size spheroidal particles
我们研究了颗粒形状对悬浮液中体积分数为$ϕ= 10\%$的球形颗粒湍流的影响，并显示了近壁颗粒动力学如何随着颗粒纵横比的变化而变化，以及这如何影响全局悬浮行为。当雷诺切应力的显著减小大于固相引起的附加应力的补偿时，湍流随扁颗粒的纵横比减小，导致相对于具有纵横比$\mathcal{AR}\leq1/3$的颗粒的单相流的阻力减小。扁圆形颗粒被发现，以避免接近壁的区域，平行于它以小的角速度，同时优先采样的壁区域中的高速流体。扁长颗粒也倾向于平行于壁取向，并避免其附近。它们绕展向轴旋转的不稳定性降低了流动的壁面法向速度波动，因此降低了湍流雷诺应力，这与扁圆体相似;然而，它们在平行于壁面的平面内进行旋转，这增加了额外的固体应力，因为与扁圆体相比，它们具有相对较大的角速度。这些较大的附加应力补偿了湍流活动的减少，并导致类似于单相流的壁阻力。另一方面，与其他研究形状相比，球体在翼展方向上以大的角速度形成靠近壁的层，这除了在悬浮体上施加最大的固体应力之外还增加了湍流活动。因此，球形颗粒相对于单相流增加了壁阻力。
2018-09-05 physics.flu-dyn
Turbulence of generalised flows in two dimensions
本文讨论了Brenier（J. Am. Math.Soc，1989），从湍流建模的角度。从本质上讲，Brenier的最小作用量原理扩展到概率设置阿诺德的几何解释的理想流体力学，从而强解欧拉方程推导出最小化的行动在拉格朗日映射。Arnold的框架依赖于拉格朗日流的确定性概念，而Brenier的最小作用量原理描述了欧拉方程的非确定性“广义流”的解，即拉格朗日轨迹集上的概率测度。广义流动似乎自然适合描述湍流拉格朗日轨迹的随机过程，一种方法，起源于理查森的开创性工作的湍流分散。特别是，他们似乎适合解决的情况下，拉格朗日流的概念打破，由于拉格朗日轨迹成为自发随机。因此，本文件的目的是给一个物理的角度Brenier的原则，并提供一个定性的描述广义流动的流体动力学特征。使用蒙特卡罗技术，我们分析了三个类的二维广义流的统计特征，从固体旋转和细胞流到自由衰减的二维湍流。我们的研究结果表明，广义变分公式，如果小心使用，可能会提供新的工具，粗粒多尺度流体力学。
2019-06-26 physics.flu-dyn
Deterministic aspects of nonlinear modulation instability
不同于随机波场的统计考虑，本文旨在有助于理解（一些）潜在的物理现象，可能会引起极端，流氓，波的发生。为此，研究了一个特定的确定性波场，该波场从均匀背景中产生极端波。对于这种明确描述的Benjamin-Feir不稳定性的非线性扩展，研究了NLS方程有限背景下的孤子、全局下游演化畸变、极值波的时间信号以及极值位置附近的局部演化.作为搜索的条件，以获得极端波的一部分，我们表明，极端波具有特定的优化性能的物理能量，并评论可能的有效性更现实的情况。
2011-10-24 physics.flu-dyn
Non-equilibrium statistical mechanics of turbulence
讨论了D. Ruelle关于不确定性的层次理论的建议
2015-08-08 physics.flu-dyn
Conditional flow matching for generative modeling of near-wall turbulence with quantified uncertainty
针对近壁湍流重建的不适定问题，提出基于条件流匹配的生成模型，结合SWAG不确定性量化，实现零样本条件生成，优于LSE和CNN，适应稀疏测量并保持物理一致性。
2025-04-20 physics.flu-dyn
Stochastic Approach to Turbulence: A Comprehensive Review
自从柯尔莫哥洛夫的理论，湍流已经使用各种方法进行了研究，其中许多现在可以在概率框架中理解。本文综述了Kolmogorov以来湍流随机理论的研究进展。有人建议，随机理论将能够提供一个自然的基础，一个统一的理论湍流作为一个广泛的问题，有关湍流可以处理使用随机方法。首先，研究了随机流体力学的数学理论，讨论了随机Burgers方程和Naiver-Stokes方程的适定性和遍历性等结果。然后对湍流理论进行了评估，其中特别注意随机方法。对Burgers湍流、标量平流、不可压湍流、场论方法和随机变分原理等概念进行了研究，对湍流的随机理论进行了详细的讨论。此外，还介绍了一些随机数值方法。由于确定性理论的衍生或固有局限性，所涵盖的方法在确定性理论中没有对应的方法。
2022-11-23 math-ph math.MP physics.flu-dyn
A Flux-Balanced Fluid Model for Collisional Plasma Edge Turbulence: Numerical Simulations with Different Aspect Ratios
本文用新的通量平衡的Hasegawa-Wakatani模型研究了无剪切平板几何中的漂移波-带状流动动力学。在以前的长谷川若谷模型，我们观察到一个急剧的过渡，从湍流为主的制度，以带状射流为主的制度，因为我们降低等离子体电阻率。然而，与以前的模型，带状结构总是存在于通量平衡模型，即使是高电阻率，并强烈降低粒子和涡度通量的水平。更强大的纬向射流也有更高的可变性比以前的模型，这是进一步增强时，计算域被选择为在径向方向上被拉长。在这些情况下，我们观察到复杂的多尺度动力学，多个射流相互作用，间歇性爆发。我们提出了一个详细的统计分析，突出了计算域的纵横比的变化如何影响三阶统计矩，从而修改湍流动力学。
2018-12-01 physics.flu-dyn physics.geo-ph physics.plasm-ph
Inertial spheroids in homogeneous, isotropic turbulence
本文研究了{ \it惯性}圆盘和杆在三维均匀各向同性湍流中的旋转动力学。特别是，我们展示了如何对齐和去相关的时间尺度，这样的球体依赖，关键是，在这两个水平的惯性和纵横比，这些粒子。这些结果说明了惯性的影响-这导致了局部流动几何形状的优先采样-对湍流中圆盘和杆的统计数据。我们的研究结果是重要的各种自然和工业环境中的不对称，球状惯性粒子的湍流运输是无处不在的。
2018-08-03 physics.flu-dyn
On the importance of stochasticity in closures of turbulence
University of Rome “Tor Vergata”, Italy（罗马托尔维加塔大学）；LTCI, Télécom Paris, IP Paris, France（巴黎理工学院电信学院）；Inria and École Polytechnique, IP Paris, France（法国国家信息与自动化研究所与巴黎综合理工学院）；Dept. of Applied Mathematics & Statistics, The Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA（约翰斯·霍普金斯大学）；Instituto de Matemática Pura e Aplicada – IMPA, Rio de Janeiro, Brazil（巴西纯粹与应用数学研究所）
本文研究了湍流闭合中随机性对可预测性的影响，发现数据驱动的随机闭合能恢复方差增长的正确时间和幅度，证明持续随机性对湍流预测至关重要。
2026-02-23 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Inverse cascades in turbulence and the case of rotating flows
我们首先简要总结了几个属性的二维（2D）湍流的动力学，重点是逆级联的能量系统的最大可访问的规模。为了研究经历强固体旋转的三维（3D）湍流中的类似现象，我们在网格上测试了之前开发的大涡模拟（LES）模型，并对旋转湍流进行了高分辨率直接数值模拟。$3072^3$点。然后，我们描述了新的数值结果的逆能量级联在旋转流中使用该LES模型和对比的情况下，二维与三维强迫，以及非螺旋强迫（即，速度和涡度之间的弱整体对齐）与完全螺旋贝尔特拉米情况下，无论是确定性和随机强迫。逆能量级联的不同标度可以归因于强迫的维度，一般来说，在大尺度下，慢模式的$k_{\perp}^{-3}$或$k_{\perp}^{-5/3}$能谱垂直于旋转方向。最后，我们调用的作用，剪切的情况下，一个强各向异性的确定性强迫，使用所谓的ABC流。
2012-03-01 nlin.AO physics.flu-dyn
The phase transition to turbulence in spatially extended shear flows
定向渗流（DP）最近出现作为一个可能的解决方案的世纪之谜周围的过渡到湍流。多个模型研究报告了DP指数，但是实验证据是有限的，因为最大可能的观测时间比流动的特征时间尺度短几个数量级。一个例外是圆柱Couette流的限制不是时间，而是可实现的系统大小。我们目前的实验库埃特设置前所未有的方位角和轴向纵横比。接近临界点，在小于0.1%，我们确定了五个临界指数，所有这些都是在良好的协议与2 + 1D DP-普适性类。因此，在湍流开始时遇到的复杂动力学可以在统计力学的框架内完全合理化。
2021-11-29 physics.flu-dyn
Self-sustaining turbulence in a restricted nonlinear model of plane Couette flow
本文证明了平面Couette流的限制非线性（RNL）模型中自持湍流的维持。RNL系统直接从纳维-斯托克斯方程导出，并且允许使用随机结构稳定性理论（S3 T）获得的动力系统的计算上易于处理的研究，该理论是流的统计状态动力学的二阶近似。RNL模型共享S3 T模型的动力学限制，但可以通过将DNS代码简化为控制RNL系统的方程来容易地实现。DNS和RNL模拟产生的湍流的比较表明，RNL系统支持自持湍流的平均流量以及结构和动力学特征，是一致的DNS。这些结果表明，简化的RNL/S3 T系统捕捉壁边界剪切流中充分发展的湍流的基本方面，并激励使用的RNL/S3 T系统的壁湍流的进一步研究。
2014-02-20 physics.flu-dyn
A novel subcritical transition to turbulence in Taylor-Couette flow with counter-rotating cylinders
在泰勒-库埃特流中，向湍流的转变通常通过一系列的超临界分叉发生，逐渐变得更加复杂，但仍然稳定。我们描述了一个亚临界层流湍流过渡的轴向纵横比为$Γ=5.26$和半径比为$η=0.905$的系统中的不稳定的中间状态介导的反旋转制度。在这种情况下，流动可视化实验和数值模拟表明，中间状态对应于具有互穿螺旋的非周期性流动。此外，在返回到方位角对称的层流之前，从湍流的反向过渡首先导致相同的中间状态，该中间状态现在是稳定的。时间分辨层析粒子图像测速技术被用来表征实验流，这些测量比较有利的直接数值模拟与轴向边界条件相匹配的实验。
2019-09-03 physics.flu-dyn
Non-premixed Flame-Turbulence Interaction in Compressible Turbulent Flow
非预混湍流反应流动由于湍流运动与反应之间的强耦合而难以建模。典型的碳氢化合物火焰释放的大量热量导致热力学变量和分子输运系数的显著修改，从而改变了流体动力学。此外，在非预混燃烧中，火焰具有复杂的空间结构。局部的膨胀和收缩发生，增强了平行运动。因此，流动的可压缩性和热释放密切相关。然而，关于可压缩性对标量混合和反应的作用的基础研究却很少。在本文中，我们提出的结果有关的非预混火焰和可压缩湍流之间的相互作用的基本方面。
2002-03-13 physics.flu-dyn
Long time correlations in Lagrangian dynamics: a key to intermittency in turbulence
如果人们从流体质点的角度（称为拉格朗日方法）而不是从速度场的角度（欧拉观点）考虑流动运动，就会发现湍流的新方面。使用一种新的实验技术，基于超声波的散射，我们已经获得了直接测量的颗粒速度，解决了在所有尺度上，在一个完全湍流。它使我们能够从动力学的角度来接近湍流中的不稳定性，并在随机游走的框架内分析拉格朗日速度波动。我们发现实验中的基本步骤的“行走”有随机不相关的方向，但幅度是非常长的范围内的时间相关。从理论上讲，我们研究了朗之万方程，结合这些功能，我们表明，所产生的动态占所观察到的一个和两个点的统计特性的拉格朗日速度波动。我们的方法将湍流的间歇性统计性质与流动的动力学联系起来。
2002-06-05 physics.flu-dyn
Sub critical transition to turbulence in three-dimensional Kolmogorov flow
我们研究了三维周期域上的Kolmogorov流，其纵横比固定为1。本文用能量法给出了层流剖面线性稳定性的简明证明。由于在足够高的雷诺数下观察到湍流运动，因此我们期望层流的吸引域以简单不变解的稳定流形为界。我们展示了一个这样的边缘状态是一个平衡的空间结构，让人想起在平面Couette流中发现的，最大的空间尺度上的流向辊。当跟踪边缘状态时，我们发现在有限雷诺数下，存在一个上分支解和一个下分支解，它们在鞍结分岔中汇合。
2015-12-08 physics.flu-dyn
Coherent Solutions and Transition to Turbulence in Two-Dimensional Rayleigh-Bénard Convection
对于二维Rayleigh-Bénard对流，之前使用数值延拓计算了不稳定的稳态解（Waleffe，2015; Sondak，2015）。“初级”稳定解从$Ra \approx 1708$处的传导状态分叉，并且具有大约$2$的特征纵横比（长度/高度）。主要的解决方案对应于一对逆时针-顺时针对流辊与温度上升气流之间和相邻的下降气流的两侧。通过调整域的水平长度，（Waleffe，2015; Sondak，2015）还发现了稳定的最大热传输解，其特征纵横比小于$2$，并随着$Ra$的增加而减小。与原始解相比，最优热输运解对边界层厚度、羽流水平长度尺度和下降气流结构进行了修正。目前的研究建立了这些（不稳定的）稳定的解决方案和过渡到湍流的$Pr = 7$和$Pr = 100$之间的直接联系。对于过渡值的$Ra$，主要的和最佳的热传输解决方案都出现显着的时间演变的温度场的适当大小的子字段。对于$Ra$超越过渡，我们的数据分析表明持久性的$Pr = 7$的主要解决方案，而最佳的热传输解决方案是更容易检测到的$Pr = 100$。在$Pr = 7$和$Pr = 100$这两种情况下，原始解和最优解的相对普遍性与数值数据和稳态解的$Nu$与$Ra$标度一致。
2020-06-25 physics.flu-dyn
Stretching vortices as a basis for the theory of turbulence
湍流在自然界和工业生产的许多方面都起着重要的作用，从海洋风暴到颗粒或化学物质的输送。能量从大尺度到小尺度的输运是三维湍流的基本特征。什么机制负责这种传输，小波动是如何出现的？传统的概念意味着一个破碎的旋涡级联。但它在解释断裂机制方面面临着关键问题，并且无法解释在湍流中观察到的长寿命结构。本文在对随机纳维-斯托克斯方程分析的基础上，提出了一个新的概念：涡的拉伸而不是破裂可能是湍流的主要机制。这个概念没有叶栅范例的缺点;它也不需要有限时间奇点来解释观测到的湍流的统计特性。此外，新概念的引入允许立即获得与实验数据一致的速度标度参数。
2014-11-06 physics.flu-dyn
Experimental evidence of a phase transition to fully developed turbulence in a wake flow
本文研究了圆柱尾流向充分发展湍流转变的统计特性。特别是，我们评估了不同长度尺度上的速度增量的概率密度函数$r$。证据表明，$r$依赖的速度增量可以被视为马尔可夫过程中的远场，以及，在近场的圆柱尾流。随着这些马尔可夫过程的确定性部分的估计，作为一个函数的距离，从圆柱体，我们能够设置过渡到充分发展的湍流类比的相变。我们认为，出现的序参量对应于大尺度相干结构的存在接近圆柱。
1999-02-04 physics.data-an physics.flu-dyn
Small scale structures in three-dimensional magnetohydrodynamic turbulence
我们使用网格高达1536^3点的直接数值模拟，研究了在确定性和随机初始条件下，三维衰减MHD流中小尺度发展的速率。平行的流面和涡面在相同的空间位置形成，并在初始指数阶段后进一步不稳定和折叠或卷起。在高雷诺数下，发现电流和涡度最大值的自相似演化，其中它们作为时间的三次方增长;然后流量达到独立于雷诺数的有限耗散率。
2006-07-28 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Direct path from turbulence to time-periodic solutions
该研究利用转捩槽道流的几何特性，将湍流追溯到更低雷诺数，确定了连接完全湍流与不变解的完整路径，揭示了湍流前兆失稳及吸引子维数增长标志着动力学转变。
2023-06-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Accelerated Bayesian calibration and uncertainty quantification of RANS turbulence model parameters for stratified atmospheric boundary layer flows
本研究采用机器学习加速的贝叶斯反演校准RANS湍流模型参数，基于大涡模拟数据量化不确定性，发现采样至ABL高度风速可降低关键参数不确定性达84%，并提升预测精度。
2025-05-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
The Onset of Metastable Turbulence in Pipe Flow
本研究结合模拟、理论与实验验证，用含噪鞍结分岔统一解释圆管puff在临界雷诺数两侧的确定性与随机衰减机制及寿命标度。
2025-06-09 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Similarities between characteristics of convective turbulence in confined and extended domains
要了解湍流对流在非常高的瑞利数典型的自然现象，计算研究在细长细胞是一种选择，如果所需的资源必须在可用的限制范围内进行优化。然而，伴随的水平约束影响流动的某些性质。在这里，我们探索的湍流脉动的速度和温度场在一个圆柱形对流单体的纵横比为0.1，通过改变普朗特数$Pr$在0.1和200之间在一个固定的瑞利数$Ra = 3 \times 10^{10}$，并发现波动减弱与增加$Pr$，定量为纵横比25。细长单元体区域中温度波动的概率密度函数（PDF）大部分保持高斯分布，但随着$Pr$增大而偏离。我们通过计算速度导数和动能耗散率的PDF来评估速度场的不稳定性，并发现不稳定性随着$Pr$的减小而增加。在对流的整体区域中，适用于细长单元、大纵横比单元以及二维对流的共同结果是湍流普朗特数随着$Pr^{-1/3}$减小。
2022-08-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulence model of the cosmic structure
将湍流的Kolmogorov方法应用于大尺度结构形成的随机粘附模型中的Burgers湍流。由于该模型的微扰方法是不可靠的，这里提出了一种新的，非微扰的方法，基于一个合适的制定Kolmogorov的标度律。这种方法表明，物质密度两点关联函数的幂律指数在1- 1.33范围内，但它也表明，粘附模型忽略了引力动力学的重要方面。
2012-02-14 astro-ph.CO nlin.CD physics.flu-dyn
Rotation of anisotropic particles in Rayleigh-Bénard turbulence
瑞利-贝纳德湍流中的无惯性各向异性颗粒表现出最大的翻滚率为弱扁圆形状，在发达的湍流中观察到的普遍行为，其中平均翻滚率单调下降的颗粒的纵横比。这是由于湍流波动和平均剪切流的强度，我们表明，是由动力学边界层的并发效应。在Rayleigh-Bénard湍流中，扁长粒子优先与流体速度对准，而扁扁长粒子则与温度梯度对准。这一分析阐明了粒子角动力学和对流湍流的小尺度性质之间的联系，并对更广泛的剪切湍流流类具有影响。
2020-06-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Data-based approach for time-correlated closures of turbulence models
针对湍流数值模拟的小尺度闭合问题，本研究基于Sabra shell模型，通过变量重标度揭示隐藏对称性与普适分布，并利用高斯混合模型近似概率密度函数，构建了具有理论基础且本质概率化的时间相关闭合方法，同时提供了可扩展的机器学习框架以降低黑箱特性。
2023-08-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Beyond chaos: fluctuations, anomalies and spontaneous stochasticity in fluid turbulence
本文探讨湍流中波动、异常和自发随机性，分析湍流现象的统计流体动力学发展及渐近极限的细致考虑。
2025-12-30 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Anomalous dissipation and spontaneous stochasticity in deterministic surface quasi-geostrophic flow
地面准地转（SQG）描述了强层结和旋转环境中温度场的二维主动输送。除了它与物理学的相关性，SQG与湍流研究中感兴趣的各种流动形式相似，从被动标量和Burgers到二维和三维的不可压缩流体。这种类比在这里得到证实，考虑湍流SQG制度出现的确定性和光滑的初始数据规定的几个傅立叶模式的叠加。虽然在无粘性情况下仍然不稳定，但已知初值问题在由小粘度正则化时在数学上是适定性的。在实践中，数值计算表明，在粘性的存在下，湍流状态出现在有限的时间内，其特征是通常在三维发展的湍流中观察到的三种独特的异常：（i）耗散异常，（ii）多重分形标度，以及（iii）流体颗粒的超扩散分离，无论是向后还是向前。这三个异常指向消失的粘性极限中的三个自发破缺的对称性：尺度不变性，时间反演和拉格朗日流的唯一性，这是一个迷人的现象，Krzysztof Gawedzki称之为自发随机性。在光Gawedzki的被动标量问题的工作，我们认为，自发的随机性和不可逆性交织在SQG，并提供这种连接的数值证据。然而，我们的数值表明，确定性SQG设置仅具有自发随机性的缓和版本，其特征尤其是非普适统计。
2022-10-22 nlin.CD physics.flu-dyn
Regime Transition in the Energy Cascade of Rotating Turbulence
在旋转湍流的背景下，利用与速度场无关的三维各向同性随机力，采用直接数值模拟，探索了从分裂到前向动能叶栅系统的过渡。我们的参数研究涵盖了大纵横比域和广泛的旋转速率的约束效应。结果表明，对于固定的几何尺寸的Rossby数作为一个控制参数，而对于一个固定的Rossby数的产品的域大小沿旋转轴和强迫波数的管辖量的能量级联成反比。因此，状态转换标准取决于两个控制参数。
2019-04-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Three-dimensional turbulence generated homogeneously by magnetic particles
三维湍流的实验研究通常采用大尺度的空间局部化强迫（例如通过旋转叶片或振荡网格），通常采用确定性的方式。在这里，我们报告了一种原始技术，其中流体被迫在体积，随机的空间和时间，使用远程驱动的小磁性粒子。这种强迫几乎不产生平均流，并且更接近于各向同性均匀湍流的直接数值模拟。我们计算的能量谱和结构函数使用本地和时空流速测量。能量耗散率也以五种不同的方式进行了一致的评估。我们的实验结果证实了这种湍流的稳定性，均匀性和各向同性的功能，特别是Tennekes'模型的Tennekes'常数的实验估计。
2021-10-25 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Turbulence enhancement of coagulation: the role of eddy diffusion in velocity
给出了一个Smoluchowski型的湍流流体中的凝聚模型，首先表示通过一个随机模型，然后在一个合适的比例限制作为一个确定性模型，在速度分量中的增强扩散。通过数值模拟得到了平均湍流速度场强度与混凝强化之间的精确联系，并通过一种新的方法证明了与气体动力学模型一致的平均速度差公式。
2023-03-14 math-ph math.MP math.PR
Estimating von-Karman's constant from Homogeneous Turbulence
附壁湍流的一个著名的普遍方面是冯卡门对数壁定律，描述了流向方向的平均速度如何取决于离壁的距离。虽然对数定律已经被人们知道了75年，但决定对数定律斜率的冯·卡门常数并没有在理论上得到确定。在这封信中，我们表明，冯-卡门常数可以估计均匀湍流数据，即没有信息的壁有界流动。
2005-06-21 nlin.CD physics.flu-dyn
Generation of turbulence through frontogenesis in sheared stratified flows
海洋和大气中的大尺度结构处于地转平衡状态，必须找到一个管道，将能量引导到小尺度上，使之得以消散。在湍流中，这采取能量级联的形式，而在大尺度的平衡流中，一种可能的机制是通过形成锋面，这是地球物理动力学中常见的现象。我们在本文中表明，一个标志性的配置在实验室和数值实验研究的湍流，泰勒-格林或冯卡门旋流，可以适当地适应的情况下，具有大的纵横比的流体，导致创建一个强加的大规模的垂直剪切。为此，我们使用直接数值模拟的Boussinesq方程没有净旋转，没有小规模的建模，并与这个理想化的泰勒-格林设置。使用各种网格间距，最多可达$2048^2\times 256$空间点。网格始终是各向同性的，框纵横比为$1:4$或$1:8$。我们发现，当剪切和分层是可比的，施加的剪切层所造成的强迫导致形成多个锋和细丝，不稳定，并进一步演变成一个湍流的散装，与相当数量的耗散和混合，并与一个周期的前创建，不稳定，和发展的湍流。结果取决于剪切和分层的垂直长度尺度，当两个长度尺度相当时，会产生更强的大尺度梯度。
2018-02-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Critical behavior and multistability in quasi-two-dimensional turbulence
该研究利用超流体氦在周期性驱动高纵横比纳米流体通道中开展实验，发现准二维湍流存在由大尺度涡旋级联分岔导致的多稳态转变及符合多体系统相变特征的临界行为，验证了控制参数微变可引发湍流突变的预测。
2025-03-20 cond-mat.other physics.flu-dyn
Dynamics of homogeneous shear turbulence: A key role of the nonlinear transverse cascade in the bypass concept
为了理解谱稳定剪切流中亚临界湍流的自维持性，我们对不同流域纵横比的均匀剪切湍流进行了直接数值模拟，并在傅立叶空间中分析了动力学过程。在这种流动中没有指数增长的模式，并且由于剪切流的非正态性，湍流仅由扰动谐波的线性增长有力地支持。这种非常态诱导的或非模态的增长在谱空间中是各向异性的，这反过来又导致了该空间中非线性过程的各向异性。其结果是，傅立叶空间中的谐波的横向（角）重新分布似乎是在这些流中的主要非线性过程，而不是直接或逆级联。我们把这种非线性再分布称为非线性横向级联。它表明，湍流是持续的线性非模态增长和非线性的横向级联之间的微妙的相互作用，这证明了一个众所周知的旁路方案的亚临界湍流。这两个基本过程主要在大的长度尺度上操作，与域的大小相当。因此，傅立叶空间的这个中心的小波数区域在自我维持中是至关重要的;我们定义了它的大小，并将其标记为湍流的重要区域。在重要区域之外，非模态增长和横向叶栅是次要的。虽然叶栅和湍流的自持过程在不同的长宽比下在性质上是相同的，但积极参与这一过程的谐波的数量不同，但总是保持相当大。这意味着亚临界湍流的自我维持不能用低阶模型来描述。
2017-05-08 astro-ph.SR nlin.AO physics.flu-dyn
Abrupt transition between three and two-dimensional quantum turbulence
我们提出了一个临界的量子系统的平衡外的平均场描述的过渡的数值证据。通过数值求解Gross-Pitaevskii方程，我们发现量子湍流在三维（3D）和二维（2D）行为之间表现出突变。在准二维流动中观察到的过渡立方域（控制的3D扰动的流量的幅度），以及在薄域（控制域的纵横比）在一个配置，模仿系统实现在实验室实验中。在一个制度的系统显示的能量转移向较小的尺度，而在另一个系统显示的能量转移向较大的尺度和相干的自组织的量子化的漩涡。
2020-03-10 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
CoNFiLD-inlet: Synthetic Turbulence Inflow Using Generative Latent Diffusion Models with Neural Fields
University of Notre Dame（圣母大学）；Google Research（谷歌研究院）；Cornell University（康奈尔大学）
本文提出CoNFiLD-inlet，将扩散模型与条件神经场潜在空间结合生成随机湍流入口条件，在宽雷诺数范围内无需重训练即可泛化，并通过DNS和WMLES验证了其高保真度与鲁棒性。
2024-11-21 cs.LG physics.flu-dyn
Generative AI for subgrid turbulence in large-eddy simulations
针对大涡模拟中亚网格应力参数化的随机性捕捉难题，提出用去噪扩散概率模型从粗粒度速度场重建亚网格应力，性能优于传统模型和已有深度网络，为高雷诺数湍流建模开辟新方向。
2025-10-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
P-Bifurcations in Stochastic Flutter Model Under Turbulence
Michigan State University（密歇根州立大学）
本文提出了一种基于拓扑的方法，用于检测具有结构非线性的两自由度气动弹性系统中的随机（P-）分支现象，通过比较三种激励模型（正弦扰动、Dryden湍流和von Karman湍流）的分支行为，展示了该方法在复杂动态系统中自动且可扩展分析随机分支的能力。
2026-05-19 math.DS physics.flu-dyn
A LES-Langevin model for turbulence
提出了一种新的湍流模型用于大涡模拟。湍流力在这里由湍流兰姆矢量表示，分为两部分。只包括子过滤字段的贡献是确定性建模通过一个经典的涡粘性。另一个贡献，包括过滤和子过滤尺度动态计算的广义（随机）朗之万方程的解决方案。该方程是使用应用于子滤波器尺度的快速失真理论（RDT）导出的。因此，一般的摩擦算子包括平流和拉伸的解决尺度。随机噪声是由能量级联的贡献和压力的贡献之和。因此，LES模型是由一个方程的解决规模，包括湍流力，和广义朗之万方程集成在一个两倍细网格。该模型通过比较DNS进行验证，并对各向同性均匀湍流的经典LES模型进行测试，涡粘性的基础上。我们表明，即使在这种情况下，没有墙壁存在，我们通过Langevin方程的结果包括后向散射在一个更好的描述的流动。
2006-02-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Extreme events in transitional turbulence
已知剪切流中的过渡局部湍流要么衰减到吸收层流状态，要么通过分裂增殖。从一个状态到另一个状态的平均通过时间超指数地依赖于雷诺数，并导致交叉雷诺数，高于该交叉雷诺数，增殖比衰减更可能。在本文中，我们应用一种罕见的事件算法，自适应多级分裂（AMS），确定性纳维-斯托克斯方程研究过渡路径和估计大通道时间比直接模拟更有效。我们建立了一个极端值分布的连接，并表明，状态之间的过渡是由一个政权，是自相似的雷诺数介导的。通过时间的超指数变化与极值分布的参数的对数依赖性有关。最后，从大偏差理论的瞬子的动机，我们表明，衰变或分裂事件接近一个最可能的途径。
2022-05-10 nlin.CD physics.flu-dyn
Energy cascades in rotating and stratified turbulence in anisotropic domains
ENS（巴黎高等师范学院）
研究显示，在旋转和层化湍流中，逆向能量级联可在特定条件下由干燥流体动力学产生，可能影响中间尺度大气自组织过程。
2025-08-01 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Recent Developments in Theories of Inhomogeneous and Anisotropic Turbulence
理解非均匀和各向异性流体流动需要数学和计算工具，这些工具是针对此类流动定制的，并且不同于用于理解均匀和各向同性湍流的典型问题的方法。本文综述了非均匀和各向异性湍流理论的一些最新进展，特别强调了几种拟线性近似及其相应的统计公式。方面的准线性理论，在文献中没有得到足够的重视进行了讨论，并提出了开放的问题。
2022-05-31 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
On the Flow Past an Array of Two-Dimensional Street Canyons Between Slender Buildings
以上理想化的，二维系列的平行六面体建筑物的流动进行了检查，调查的目的是如何影响建筑物的宽度与高度的纵横比的湍流粗糙子层和底层街道峡谷的通风。我们比较的情况下，建筑物的方形截面与细长的建筑物的配置，无论是在单位峡谷宽高比的情况下，在AR = 2。前者对应于掠流，后者对应于尾流干扰区。测量是在水槽中进行的，使用粒子图像测速技术测量垂直中平面上的速度。的平均流量，其二阶湍流统计，交换通量，和积分的时间尺度的调查，结果表明，细长的建筑物增强湍流的生产，并产生较长的积分时间尺度在该地区的建筑物屋顶。在扫描和喷射事件的湍流生产领域和流的快照的综合分析表明，峡谷和外部流之间的剪切层是显着更不稳定与细长的建筑物，主要是因为阻尼效应的垂直速度波动的平屋顶的逆风建筑物基本上是失踪。因此，界面的较大（下游）部分易于与外部流动结构直接相互作用。较高的湍流强度促进了峡谷界面处的通风。综上所述，本实验表明，当城市天篷由狭窄的峡谷组成时，减小建筑物长宽比的效果特别显著。这一结果很有趣，因为在旧欧洲城市中心的城市肌理中，狭窄的街道峡谷通常被细长的建筑物所包围。
2020-01-25 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
