Timescales of Turbulent Relative Dispersion
湍流中示踪剂的分离遵循著名的$t^{3/2}$ Richardson-Obukhov定律，该定律通常由尺度相关的有效扩散系数来解释。在这里，在最先进的数字支持下，我们重新审视这一论点。速度差的拉格朗日相关时间被发现增加太快，验证这种方法，但加速度的差异decorrelated耗散时标。这导致速度差的渐近扩散$\propto t^{1/2}$，因此距离的长时间行为是布朗运动的积分行为。收敛到这个制度的时间被证明是从巴彻勒的初始弹道制度的偏差，给出了一个规模依赖的能量耗散时间，而不是通常的周转时间。最后指出，流体流动的不稳定性不应影响这种相对的长期行为，
2012-06-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Tracer dispersion in the turbulent convective layer
本文介绍了在对流条件下湍流近地层中被动示踪剂弥散的实验结果。在这种情况下，示踪粒子的分散是由两种机制的相互作用决定的：浮力和平流。在稳定层结下的大气表层中，当离地面的距离大于莫宁-奥布霍夫长度时，浮力机制占主导地位，从而导致拉格朗日粒子相对分离的标度律中的不同指数（偏离著名的理查森定律）。这一结论得到了我们广泛的大气观测的支持。出口时间统计来自我们的实验数据集，这表明在对流和中性分层的表面层示踪剂分散之间的显着差异。
2012-07-09 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
On the Well-Mixed Quasi-One-Dimensional Formulation of Lagrangian Stochastic Models for Turbulent Relative Dispersion
这篇论文由于表述中的一个关键错误而被作者撤回。
2004-07-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
The $Re$-number dependence of the longitudinal dispersion in a turbulent channel flow
在泰勒理论中，在长时间尺度上，湍流管流中的纵向弥散接近于具有恒定扩散率$K_L$的扩散行为，其取决于雷诺数$Re$的\emph{empirically}。我们表明，依赖于$Re$可以确定从湍流能谱。利用壁面湍流中摩擦因子与纵向弥散之间的密切联系，我们预测了二维湍流中不同湍流级联下$K_L(Re)$的不同渐近标度律。我们还探讨了数值计算的$K_L(Re)$依赖于光滑和粗糙壁面的湍流槽道流动使用格子玻尔兹曼方法。
2016-02-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On local isotropy and scale dependence of pair dispersion in turbulent canopy flows
该研究通过风洞3D-PTV实验探究湍流冠层流中的被动标量对扩散，证实小尺度下存在局部各向同性的超扩散过程，拓展了相关基础认知，可为大气表层标量扩散建模提供参考。
2023-06-10 physics.flu-dyn
Generalization of Turbulent Pair Dispersion to Large Initial Separations
通过引入一个新的时间尺度$τ_{v_0}$，反映了初始条件在时间$τ=0$上的持续性，我们提出了一个将湍流对色散推广到大初始分离（$η< r_0 < L$）的方法。在中等雷诺数的三维拉格朗日跟踪实验的结果表明，对，新的时间尺度比涡周转时间尺度短，分离的理查森超扩散制度，$\langle Δr^2 \rangle \propto τ^3$。这些条件采样对的延迟时间（穿过$Δr = ρ\, r_0$的时间间隔）的分析表现出$ρ^{2/5}$缩放。
2018-03-29 physics.flu-dyn
Turbulent pair dispersion with Stochastic Generative Diffusion Models
Université Paris-Saclay, CNRS, INRIA, LISN, UMR 9015（巴黎萨克雷大学）；University of Rome “Tor Vergata”（罗马托尔维加塔大学）
本文利用随机生成扩散模型生成粒子对速度轨迹，实现了湍流粒子对分散的全数据驱动建模，准确再现了粒子间分离演化及Richardson定律偏差，同时保留单粒子统计特性。
2026-04-14 physics.flu-dyn
Experimental studies of liquid-liquid dispersion in a turbulent shear flow
本文研究了在两个反向旋转的同轴圆柱体之间产生的湍流泰勒-库埃特流中的液-液分散。在纯水和反向旋转中，雷诺数可达1.4 × 10^5。我们首先描述的单相流，在过渡到湍流的阈值，缩放的扭矩和测量的平均流量和雷诺应力的立体PIV。然后，我们研究了两相流中耗散的增加，发现单位质量的扭矩可以是单相流扭矩的两倍。长期行为也有报道。
2008-06-19 physics.flu-dyn
Experimental studies of turbulent Taylor-Couette flows: single phase and liquid-liquid dispersions
本文研究了在两个反向旋转的同轴圆柱体之间产生的湍流Taylor-Couette流中的液-液分散。在纯水和反向旋转中，雷诺数可达1.4 × 10^5。我们使用的液体是低粘度油和纯水或具有与油相匹配的折射率的碘化钠溶液，以获得透明的分散体。我们首先描述的单相流，在过渡到湍流的阈值，缩放的扭矩和测量的平均流量和雷诺应力的立体PIV。然后，我们研究了两相流中耗散的增加，发现单位质量的扭矩可以是单相流扭矩的两倍。长期行为也有报道。
2008-06-19 physics.flu-dyn
Pair dispersion in inhomogeneous turbulent thermal convection
由于大尺度流动的不均匀性和温度的影响，热对流中的湍流小尺度结构仍然是一个活跃的研究领域，特别是考虑到复杂的拉格朗日统计。在这里，我们实验研究拉格朗日对色散（拉格朗日湍流的典型问题之一）在瑞利-贝纳德对流单体。在水平流体层上施加足够高的温差以观察湍流。我们进行拉格朗日跟踪的亚毫米粒子上的一个大的测量体积，包括大尺度环流（LSC）揭示了一些大的不均匀性的一部分。我们的研究为我们对湍流热对流的理解带来了一些新的见解：（i）通过将粒子拉格朗日动力学分解为LSC贡献和湍流涨落，我们突出了这两种贡献对色散的相对影响;（ii）使用相同的分解，我们从对统计估计欧拉二阶速度结构函数，并表明在去除LSC贡献后，其余的统计数据恢复通常的均匀和各向同性的行为，这是由当地的能量耗散率，以区别于传统的全球耗散率，以消除湍流热对流;和（iii）我们重温超扩散的Richardson-Obukhov制度的粒子分散，并提出了一个完善的估计的Richardson常数。
2019-07-01 physics.flu-dyn
Extreme vertical drafts as drivers of Lagrangian dispersion in stably stratified turbulent flows
本研究利用数值模拟探讨了极端垂直气流对稳定分层湍流中拉格朗日粒子对相对扩散的加速作用，并量化了其与经典Richardson标度的偏差，对大气海洋混合及污染物输运具有重要意义。
2025-09-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Solute dispersion in pre-turbulent confined active nematics
Universidade de Lisboa（里斯本大学）；Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院）；Centro de Física Teórica e Computacional, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院理论与计算物理中心）；Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院物理系）
研究了活性凝胶在狭窄通道中溶质的分散机制，发现两种预湍流流态中溶质纵向分散由速度场的二阶矩决定，与活动性成正比，为不同流态提供了共同的分散机制。
2024-10-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Two-Particle Dispersion in Weakly Turbulent Thermal Convection
本文对Prandtl数在1附近的流体的Rayleigh-Bénard对流弱非线性区域中的粒子弥散进行了数值研究，其中存在理想的直对流卷和弱湍流之间的双稳定性，其形式为螺旋缺陷混沌.虽然拉格朗日对统计已成为一种常用的工具，研究充分发展的湍流在高雷诺数，我们表明，质量传输的关键特征也可以在对流系统中发现，没有或弱湍流。具体来说，在短时间内，我们发现理查森一样的$t^3$缩放对色散。我们解释我们的研究结果定量与模型，捕捉平流和扩散的相互作用。很长一段时间，我们观察到粒子的扩散式分散，它变得独立于单个粒子的随机运动。传播速率依赖于时空混沌的程度。
2015-11-20 nlin.PS physics.flu-dyn
An accurate and efficient Lagrangian sub-grid model
引入了一个计算效率高的模型来计算分布在统计均匀和各向同性湍流中的示踪粒子的亚网格尺度速度。该模型嵌入了多尺度性质的湍流的时间和空间的相关性，这是必不可少的再现多粒子分散。它能够描述时间和空间相关的粒子云的拉格朗日扩散和色散。虽然该模型忽略了间歇性的修正，我们表明，对和四分之一的色散结果很好地比较统计各向同性和均匀$3D$湍流的直接数值模拟。这与最近的观察结果一致，即偏离自相似对色散统计量是罕见的事件。
2014-02-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Experimental investigation of pair dispersion with small initial separation in convective turbulent flows
本文报道了湍流热对流中粒子对色散的实验研究，初始分离r0的范围从亚Kolmogorov尺度到惯性尺度。在耗散尺度范围内，我们首次在实验中观察到Batchelor预测的一对粒子之间的分离的指数增长，并获得Batchelor常数0.23 \pm 0.07。对于大的r0，它被发现，几乎所有的时间范围内，均方分离和距离邻居函数表现出巴彻勒预测的形式，而这两个数量同意理查森的预测小r0。此外，Richardson常数g的测量值= 0.10 \pm 0.07，这比在其他湍流系统中发现的那些小。我们还证明了从指数到Batchelor政权的均方分离在时间和空间尺度上的交叉。
2012-05-18 physics.flu-dyn
The Diffusion Approximation in Turbulent Two-Particle Dispersion
我们解决了流体粒子对统计的逆问题：我们表明，时间序列的概率密度函数（PDF）的分离可以精确地再现通过求解扩散方程与适当的时间依赖性扩散。扩散率张量由条件拉格朗日速度结构函数的时间积分给出，由PDF的比率加权。流体动力学湍流的物理假设（扫描，短记忆，平均场）产生更简单的积分公式，包括一个Kraichnan和Lundgren。我们评估后者使用时空数据库从数值Navier-Stokes解驱动湍流。这种扩散理论再现PDF的以及在均方根分离，但增长率的均方色散是高估由于忽略了记忆效应。更一般的应用，我们的方法勾勒。
2013-06-27 physics.flu-dyn
Relative dispersion of particle pairs in turbulent channel flow
粒子对的拉格朗日跟踪在处理污染物扩散和被动标量混合的大量环境应用中具有根本意义。本研究的目的是通过直接数值模拟（DNS）的湍流槽道流的粒子对跟踪，将现有文献中关于流体粒子对的相对分散的观察结果扩展到壁面有界的湍流。颗粒对之间的分离的均方变化遵循一个明确的弹道制度，在短时间内为所有的壁距离。欧拉结构函数的特点是这种短时间的分离的通道，并允许定义一个特征的时间尺度的弹道制度，以及一个合适的归一化的均方分离导致整体崩溃不同的壁距离。通过流体粒子对在时间上的前后跟踪，说明了相对弥散的时间不对称性。在短时间内，这种不对称性与湍流的不可逆性有关，如以前对均匀各向同性流的研究。初始分离（距离和方向）的影响，以及平均剪切的影响进行了处理。通过将均方分离分解成由脉动速度场和由平均速度引起的分散，表明平均剪切的影响在靠近壁但也靠近通道中心的分散的早期阶段变得重要。给出了相对色散张量$Δ_{ij}$，并讨论了交叉项$Δ_{xy}$的符号和时间演化。最后，弹道级联模型以前提出的均匀各向同性湍流在这里适应湍流槽道流。给出了初步结果，并与DNS进行了比较。
2018-04-12 physics.flu-dyn
Universal alignment in turbulent pair dispersion
本研究揭示了湍流粒子对扩散中相对速度与位置向量间存在普适且尺度不变的对齐关系，其平均角度为湍流普适常数，该几何范式超越了经典Richardson理论，为理解输运与混合过程提供了新框架。
2023-06-22 physics.flu-dyn
Dynamical dispersion in turbulent plumes
湍流浮力羽流的实验观测，由一个恒定的浮力源，已经描述了巨大的成功，使用水平平均模型的质量，动量和浮力通量守恒。然而，实验观测的羽流与时间相关的浮力通量已被证明更具挑战性的定量模型。在羽流的每一个层次，速度的水平变化导致沿轴剪切，因此分散运输相对于平均值。对于随时间变化的源，羽流的动力学特性的轴向分散在流动的演变中具有关键作用。利用混合长度理论的思想，我们引入了一个模型，这种轴向分散，并测试模型与实验观测的羽流中的浮力通量突然减少或突然增加。在这两种情况下，我们发现从一个浮力通量到另一个浮力通量的转变是自相似的，并且利用这些数据，我们发现轴向弥散可以表示为βUb，其中β在0.70-0.88的范围内，U和b分别是高度z和时间t处羽流的水平平均垂直速度和半径。当浮力通量稳定时，我们的模型也退化为经典的羽流模型。
2018-12-14 physics.flu-dyn
Turbulent pair dispersion of inertial particles
本文通过直接数值模拟的方法，研究了不可压、均匀、各向同性湍流中惯性粒子对的相对弥散，雷诺数分别为$Re_λ \sim 200$和400。在不同的粒子斯托克斯数和流体与粒子的密度比的重和轻粒子对的演变进行了分析。对于重粒子，它被发现，湍流色散示意性地由两个时间制度。第一个是占主导地位的存在下，在大斯托克斯数，小规模的焦散在粒子速度统计，它持续到重粒子的速度已经放松对底层的流速。在如此大的尺度上，第二种状态开始于重粒子像示踪粒子一样分离的地方。因此，在增加惯性，观察到一个更大的瞬态阶段，和简单示踪剂的理查森扩散恢复只有在大的时间和大尺度。这些特征也源于所提出的重粒子分离运动运动方程的统计封闭性，并得到了数值结果的支持。在具有高密度比的轻粒子的情况下，强烈的小尺度聚集导致相当大比例的粒子对根本不分离，尽管平均分离随着时间的推移而增加。这种效应强烈地改变了轻粒子分离的概率密度函数的形状。
2009-04-15 nlin.CD physics.flu-dyn physics.geo-ph
Asymptotic results for backwards two-particle dispersion in a turbulent flow
我们推导出一个精确的方程两个粒子向后均方弥散的确定性和随机示踪剂颗粒在湍流。对于确定性的轨迹，我们探测的后果，我们的公式短的时间，并达到近似表达式的均方色散，其中涉及二阶结构函数的速度和加速度场。对于随机轨迹，我们分析计算一个确切的$t^3$贡献随机路径的平方分离。我们认为，这种贡献也出现在确定性的路径在很长一段时间，目前直接的数值模拟结果不可压缩的Navier-Stokes流来支持这一说法。我们还数值计算了确定性路径和随机路径的粒子分离的概率分布，并显示出它们的强自相似性。
2014-04-17 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Are Lagrangian stochastic models at odds with statistical theories of relative dispersion?
在一篇关于湍流相对弥散的统计建模的文章中，Franzese & Cassiani（2007，第402页）对拉格朗日随机模型进行了评论，并报告了对湍流弥散的统计和随机建模之间一致性的一些担忧。在这篇简短的文章中，对这两种方法进行了比较。就模型对湍流常数的依赖性而言，这两种理论方法是完全一致的，排除了一切可能的顾虑。
2013-07-06 physics.flu-dyn
Particle Pair Dispersion and Eddy Diffusivity in a High-Speed Premixed Flame
湍流混合是高速预混火焰中一个重要的物理过程。这种混合导致温度和化学标量的增强传输，导致火焰结构和动力学的潜在大的变化。为了理解非反应流中的湍流混合，已经提出了许多经典理论来描述分散流体颗粒对的缩放和统计，包括有效的或湍流的涡流扩散率的预测。在这里，我们研究这些经典理论的有效性，通过研究流体颗粒对分散和涡流扩散在高度湍流的预混甲烷-空气火焰中的Karlovitz数约为140。使用直接数值模拟和高阶拉格朗日跟踪算法的数据，粒子对质心在不同的初始温度和分离，然后集成向前的时间。我们发现，在非反应流对分散的标度关系和结果仍然在这个高强度的预混火焰相关，我们确定了热释放的影响分散和涡流扩散。
2020-06-23 physics.flu-dyn
Turbulent dispersion of breath by the wind
本研究依托本科生教学风洞实验探究呼吸气溶胶的湍流扩散规律，发现短程类弹道、长程类Taylor扩散的特征，相关模型可用于评估病原体空气传播风险，兼具科研与教学价值。
2021-12-13 physics.flu-dyn
What a single snapshot reveals about the future and the past of turbulent flow
我们开发了一个分析的形式主义，并推导出新的精确的关系，表示通过单时间的速度关联函数在均匀各向同性和不可压缩湍流的流体粒子的短时色散。该方法建立了湍流单时间欧拉图和长时间拉格朗日图之间的桥梁。特别是，我们推导出一个精确的公式短期模拟的长期理查森定律，我们确定了一个守恒定律湍流色散这是真实的，即使在非平稳湍流。
2013-03-06 cond-mat.stat-mech hep-th nlin.CD
Dispersion of swimming algae in laminar and turbulent channel flows: consequences for photobioreactors
剪切流对浮游藻类的输运有重要影响。例如，粘性和重力扭矩使底部重的细胞偏向于向下沉流体的区域游泳（回转）。有必要了解这些偏见如何影响藻类在自然和工业流中的分散，特别是鉴于对藻类光生物反应器的兴趣越来越大。受此启发，我们在这里使用直接数值模拟（DNS）和Bees和Croze（2010）的分析游泳分散理论研究螺旋藻在层流和湍流通道流中的分散。时间分辨的分散措施进行评估的Peclet和雷诺数在上升流和下降流的功能。对于层流，DNS的结果进行了比较与理论使用竞争描述的偏置游泳细胞在剪切流。发现采用广义泰勒色散的预测非常一致。结果突出的特点回旋运动员分散相对于被动示踪剂。在层流下降流的细胞分布漂移超过平均流量，增加与佩克莱数的幅度。细胞的有效轴向扩散率增加和减少与佩克莱数（示踪剂，它只是增加）。在湍流中，回旋效应较弱，但可辨别，并表现为非零漂移。这些结果将显著影响光生物反应器的设计。
2013-01-17 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.CB
Nonequilibrium statistical mechanics for stationary turbulent dispersion
本文提出了一个从非平衡统计力学的角度研究湍流输运问题的统一框架。结合Krarichnan的湍流热化假设和Ruelle最近关于流体非平衡统计力学设置的工作，我们证明了粘性流体方程可以看作是受不同恒温器扰动的非正则Hamilton系统.这允许粘性流体和非平衡热传导模型之间的类比，其中傅立叶模式可以被视为“粒子”。在这个框架下，我们重新制定的拉格朗日粒子在湍流中的分散作为一个非平衡传输问题。我们还分别利用路径积分技术和Mori-Zwanzig方程导出了拉格朗日粒子的第一和第二广义涨落耗散关系。所得的理论结果可以用来预测一般非平衡状态下拉格朗日粒子的色散。
2021-06-14 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Characteristics of scalar dispersion in turbulent-channel flow
利用冻结速度场分析了壁湍流对被动标量的色散，在Peclet数为无穷大的情况下。在这些领域中的流体粒子的拉格朗日轨迹集成和用于计算的流体粒子位移分布的一阶和二阶矩。结果表明，在流动中的最大尺度占主导地位的湍流扩散，和计算的色散是在大气边界层的测量结果吻合得很好。这种一致性可以理解为，注意到大型结构的寿命比在横流平面中从线性到高斯粒子传播的过渡的时间尺度长得多。在不同速度下移动的参考系中计算拉格朗日轨迹的数值实验表明，这种转变是由平均流向速度和横流速度的大尺度结构的相速度之间的差异控制的。在流向方向上，平均剪切的影响占主导地位，并产生细长的标量补丁，与分散指数是不同的横向。
2013-09-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Geometry and violent events in turbulent pair dispersion
本文用直接数值模拟的方法研究了均匀各向同性流中拉格朗日对色散的统计特性。重点是偏离理查森涡扩散模型，特别是在强烈的波动所经历的示踪剂。得到的证据表明，距离的分布达到一个几乎自相似的制度，其特征在于一个非常弱的不连续性。收敛到这种行为的时间尺度被发现是由在初始分离的尺度上测量的动能耗散时间给出的。相反，示踪剂之间的速度差异显示出强烈的异常行为，其标度性质非常接近拉格朗日结构函数。这些剧烈的波动被解释几何，并被证明是负责的初始分离的长期记忆。尽管这种强烈的不稳定性，它被发现，混合力矩定义的纵向速度差的立方和距离之间的比率达到统计上的稳定制度在很短的时间尺度。这些结果被汇集在一起，以解决暴力事件的距离分布的问题。据发现，距离远大于平均达到的对，总是分开更快，因为初始时间。它们在示踪剂间距离概率分布的尾部贡献了拉伸指数行为。尾部在大的时候接近纯指数，与Richardson扩散方法相矛盾。同时，距离分布在很小的值时表现出与时间相关的幂律行为，这可以用分形几何来解释。据认为，并证明数值的指数收敛到一个在大的时间，再次与理查森的分布冲突。
2012-09-11 nlin.CD physics.flu-dyn
Some issues concerning Large-Eddy Simulation of inertial particle dispersion in turbulent bounded flows
研究了壁面湍流大涡模拟（LES）中惯性颗粒弥散的精确欧拉-拉格朗日模型问题。我们运行直接数值模拟（DNS）的湍流槽道流在剪切雷诺数等于150和300和相应的先验和后验LES在不同的粗网格。然后，我们跟踪不同的惯性粒子群，我们研究了过滤和亚网格尺度（SGS）建模的流体相粒子速度和浓度统计的影响。我们还重点讨论了如何通过LES预测颗粒的优先偏析。结果表明，即使是“良好的解析”LES是无法再现的物理表现为DNS，无论是在壁的颗粒积累和颗粒的优先偏析。在这项研究中考虑的颗粒的整个范围内观察到不准确的预测，即使当颗粒的响应时间是远远大于流的时间尺度没有解决LES。先验和后验测试都表明，恢复流体和颗粒速度波动的水平不足以准确预测近壁积聚和局部偏析。这可能表明，重新引入正确数量的高阶矩的速度波动也是一个关键点SGS封闭模型的粒子方程。另一个重要的问题是可能存在的流动雷诺数对颗粒分散的影响。我们的研究结果表明，在小雷诺数湍流和重颗粒的情况下，剪切流体速度是一个合适的尺度参数来量化这些影响。
2008-01-15 physics.flu-dyn
Anomalous dispersion of Lagrangian particles in local regions of turbulent flows revealed by convex hull analysis
在湍流中出现的局部区域的异常粒子弥散和间歇性事件可以极大地影响流的全局统计描述。这些局部行为可以通过比较拉格朗日示踪粒子的相邻凸包的生长来识别和分析。虽然在我们对均匀湍流的模拟中，凸壳的大小通常会增加，但在定义凸壳的拉格朗日粒子开始分散之后，我们的分析揭示了拉格朗日粒子的凸壳收缩的短时间段，这表明粒子不是简单地分散的。收缩可能与各向异性流动有关，因为它最常发生在平均磁场或热对流存在的情况下。我们比较了广泛的统计均匀和固定的湍流，从均匀各向同性的Navier-Stokes湍流在不同配置的磁流体动力学湍流和Boussinesq对流之间的分散。
2014-08-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Quantum-assisted tracer dispersion in turbulent shear flow
本文提出一种量子辅助生成算法，利用参数化量子电路生成湍流速度联合概率密度函数，并通过经典方法与真实量子设备验证，为量子计算机在复杂湍流输运参数化中的应用奠定基础。
2025-06-17 physics.flu-dyn quant-ph
Multi-Particle Dispersion in Rotating-Stratified Turbulent Flows
本研究通过直接数值模拟稳定分层Boussinsesq方程，探讨了旋转-分层湍流中Lagrangian粒子对和四面体粒子群的相对运动，发现分层和旋转增强会削弱扩散不可逆性但加剧波动并促进剪切层形成。
2024-10-16 physics.flu-dyn
Quantum-enhanced Markov chain Monte Carlo sampling to model Lagrangian tracer dispersion in turbulent boundary layer
Technische Universität Ilmenau（埃尔朗根-纽伦堡工业大学）
提出量子增强MCMC方法，从联合目标分布中采样湍流加速度向量，模拟无质量拉格朗日示踪粒子在均匀剪切流和湍流边界层中的输运与扩散，结果与经典MCMC和随机输运模型一致。
2026-06-18 physics.flu-dyn quant-ph
Turbulent Relative Particle Dispersion
本文利用唯象学的发展来探讨不同物理充分发展湍流（FDT）情况下的相对颗粒弥散（RPD）的几个方面。FDT级联物理基础这个过程中所扮演的角色进行了研究。许多这些方面的动机，以前的实验室实验和数值模拟结果。这些都是，* 空间不透明度的影响，* [（a）]减少RPD在3D FDT，证实了数值模拟结果（Boffetta和Sokolov [11]）;*[（b）] 2D FDT涡度拟能级联中RPD的幂律标度的普遍性（无论空间不透明效应有多弱），证实了在实验室实验中观察Lin [12]指数标度律的困难（Jullien [13]）; * 准地转FDT方面，在能量级联的斜压区表现出增强的RPD和负涡动粘度发展，以揭示这方面的一些见解;* 准地转FDT方面，在涡度拟能级联的斜压区域中表现出粒子聚集; * 由于FDT中的可压缩性效应，RPD减小，弹道区域和粒子聚集的发展，证实了实验室实验和数值模拟结果（Cressman等人[14]）。这些结果是根据各种物理FDT情况的已建立比例关系得出的，并通过与Batchelor和Townsend [15]给出的3D FDT相似的各种物理FDT情况的替代尺寸/比例发展进一步验证。
2015-08-05 physics.flu-dyn
Anomalous dispersion in correlated porous media: A coupled continuous time random walk approach
本文研究了达西尺度多孔介质在空间上非均匀水力特性下的反常色散现象。水力传导系数的空间变异性通过达西定律导致流动特性的空间变异性，从而影响溶质和颗粒的运移。我们认为纯粹的平流输送的异质性方案的特点是广泛分布的异质性长度尺度和点值。粒子输运的特点是等距采样拉格朗日速度，这是由流量和电导率统计的随机特性。流速和输运速度的持续长度尺度在空间无序中留下印记，反映了非均匀性长度尺度的分布。粒子在速度长度尺度上的转变与通过速度的转变时间在运动学上相耦合。我们发现，平均粒子运动遵循耦合连续时间随机游走（CTRW），这是完全参数化的流速分布和介质的几何形状的异质性长度尺度。耦合CTRW提供了一个系统的框架，调查的起源异常色散的非均匀性相关性和分布的非均匀性点值。异质点值和长度尺度的广泛分布可能导致在空间方差方面非常相似的分散行为。然而，它们的机制是非常不同的，这体现在颗粒位置和到达时间的分布中，这对于预测非均质天然和工程多孔材料中溶解物质的命运起着核心作用。
2017-10-16 physics.flu-dyn
Turbulent pair dispersion as a ballistic cascade phenomenology
本文提出尺度依赖弹道级联现象学解释湍流粒子对弥散，统一再现 Batchelor 与 Richardson 区，并联系 Richardson 常数、Kolmogorov 常数及前后向弥散不对称性。
2015-01-22 physics.flu-dyn
Turbulent Cascade Direction and Lagrangian Time-Asymmetry
我们建立拉格朗日公式的能量守恒异常，涉及的差异之间的短期两个粒子的色散向前和向后的时间。这些结果是由一个严格的版本的E-Mann-Gawendzki关系，有时被描述为“拉格朗日模拟的4/5定律”。特别地，我们证明了对于任意时空的欧拉方程的$L^3$弱解，拉格朗日前向/后向色散测度在分布意义上与能量亏损相匹配.对于强极限的$d\geq3$维Navier-Stokes解的缺陷分布与粘性耗散异常相吻合。拉格朗日公式表明，颗粒释放到一个$3d$湍流将最初分散快向后的时间比向前，在最近的理论预测Jucha等人。al（2014）.在两个维度，我们认为强限制的强迫欧拉方程的解决方案，越来越高的波数强迫作为一个理想的逆叶栅制度的模型。我们发现，相同的拉格朗日色散测量匹配到异常输入的无限频率的力量。由于强迫通常作为能量源，这导致预测$2d$中的粒子通常在时间上向前扩散得比向后扩散得快，这与$3d$中发生的情况相反。因此，拉格朗日色散的时间不对称性与湍流级联的方向密切相关，在$d\geq 3$中为下尺度，在$d=2$中为上尺度。这些结论支持了Eyink & Drivas（2015）的猜想，即Richardson双粒子色散和级联方向的时间不对称性存在类似的联系，尽管时间较长。
2018-05-29 math.AP physics.flu-dyn
Extreme-value statistics from Lagrangian convex hull analysis for homogeneous turbulent Boussinesq convection and MHD convection
本文研究了拉格朗日示踪剂的凸壳在分析不同各向异性湍流输运特性中的应用。在统计均匀和稳态Navier-Stokes湍流，中性流体Boussinesq对流，MHD Boussinesq对流的直接数值模拟与拉格朗日对色散的比较表明，凸包统计捕获的渐近色散行为的一大群被动示踪粒子。此外，凸包分析提供了关于示踪剂子系综的附加信息，这些示踪剂平均以极值统计和流动各向异性的形式经由凸包的几何性质最有效地分散。我们使用凸壳表面的几何形状来研究湍流对流中发生的各向异性。应用极值理论，我们证明了凸壳顶点的最大平方扩张是由一个经典的极值分布，Gumbel分布很好地描述。在湍流对流期间，间歇性对流羽流增长并加速拉格朗日示踪剂的分散。凸壳分析产生的信息，补充标准拉格朗日分析的相干湍流结构及其影响的全球统计的流动。
2017-05-07 physics.flu-dyn
The impact of microscale physics in continuous time random walks for hydrodynamic dispersion in disordered media
本研究针对无序介质中非菲克输运的CTRW模型微观机制不明确的问题，构建对应随机吸附、随机流动及二者耦合的CTRW模型，发现两类微尺度无序机制的大尺度输运相似但对非通量加权初始分布响应不同，明确了微尺度物理对反常弥散研究的重要性。
2024-03-09 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn physics.geo-ph
Resolved and subgrid-scale crossing trajectory effects in Eulerian large eddy simulations of polydisperse droplet transport
采用大涡模拟（LES）方法研究了微浮力液滴在湍流射流中的弥散特性。液滴数密度场使用欧拉方法表示，其中分散相使用包括液滴上升速度的快速欧拉方法（Ferry & Balachandar 2001）建模。通过对不同粒径液滴的径向浓度分布和湍流浓度通量的分析，定量研究了颗粒与湍流涡之间的相对运动对湍流扩散的影响。对于更精细的LES网格分辨率，该模型捕获的差分，基于尺寸的分散特性的液滴的横向分散的较大的液滴尺寸被抑制，因为轨迹交叉效应明确解决LES。本文根据Csanady（1963）提出的大气颗粒湍流扩散理论，在修正Schmidt数的基础上，研究了一个适用于颗粒尺度径向浓度分布的相似解模型。结果与高分辨率LES数据进行了验证，并显示出良好的一致性。然后，大小相关的施密特数模型被重新制定为一个未解决的亚网格尺度的轨迹交叉效应的模型，并用于计算亚网格浓度通量在一个粗糙的LES的湍流射流，略有浮力的液滴在射流的自相似区域的中心线处注入。将结果与具有较高网格分辨率的模拟和具有恒定施密特数SGS模型的粗略模拟进行比较。我们发现，亚网格模型提高了粗糙LES的浓度廓线和湍流浓度通量的预测精度。
2022-01-21 physics.flu-dyn
Inertial effects on two-particle relative dispersion in turbulent flows
本文报道了在水中充分发展湍流的惯性范围内，具有初始分离的固体球形颗粒对的相对运动的实验结果。颗粒密度在$1 \lessapprox ρ_{p}/ρ_{f} \lessapprox 8$、\textit{i.e.}的范围内，从中性浮力到高度惯性;它们的大小为柯尔莫哥洛夫尺度。对于所有的颗粒，我们观察到一个巴彻勒一样的制度，其中颗粒分离弹道。与示踪剂的Batchelor制度类似，在相对分离的早期阶段观察到该制度，时间为$t \lessapprox 0.1 t_0$与$t_0$，由湍流能量耗散率和粒子对之间的初始分离确定。在这个时间间隔内，较重的粒子比流体示踪剂分离得更快。二阶欧拉速度结构函数随密度的增加而增加。换句话说，这两个观测结果都表明，惯性粒子之间的相对速度大于示踪剂之间的相对速度。基于广泛应用的简化惯性质点运动方程，导出了惯性质点间相对速度增加的模型。然而，在其尺度依赖性，它不同意定量与实验结果。这归因于惯性粒子对流场的优先采样，而惯性粒子没有被模型捕获。
2010-06-03 physics.flu-dyn
CFD simulations of turbulent dust dispersion in the 20 L vessel using OpenFOAM
粉尘爆炸是影响处理颗粒固体的工业设施的最危险的事故之一。描述粉尘云的严重性参数是粉尘爆炸安全管理和风险评估的关键。根据ASTM E1226或UNE 14034标准，在20 L球形容器中通过实验确定这些参数。由于它们的再现性取决于与尘埃云相关的湍流水平，因此使用多相（气-固）流的计算模型来模拟具有开源CFD代码OpenFOAM的分散过程。该模型成功地验证了从文献和商业CFD代码的数值结果的实验测量。此外，本研究考虑了颗粒尺寸对载相湍流的影响，表明颗粒衰减了其湍流强度。此外，该模型很好地预测了双涡流型的形成，这对d<=100 μ m的含颗粒流的分布有负面影响，因为大多数颗粒集中在近壁区域。相反，对于供给较大颗粒（d=200 μ m）的情况，观察到改善的尘埃云均匀性，因为这些颗粒的增加的惯性允许它们进入再循环区域。
2021-12-08 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Vertical dispersion of Lagrangian tracers in fully developed stably stratified turbulence
本文研究了Boussinesq近似下不同强迫函数和局部梯度Richardson数Rig对稳定层结湍流中Lagrange示踪剂垂直混合的影响，提出了一个单粒子和双粒子垂直弥散的波动和连续时间随机游走模型。该模型包括一个随机叠加的线性波与其振幅的基础上观察到的拉格朗日谱的垂直速度，和一个随机行走过程，以捕捉倾覆，这取决于在其他欧拉量的钻机的统计。该模型是在良好的协议与分层湍流的直接数值模拟，其中单粒子和两个粒子的分散不同的均匀和各向同性的情况下。此外，该模型提供了洞察混合的线性和非线性物理的问题，以及负责垂直湍流扩散的不同过程。
2019-01-31 physics.flu-dyn
Role of pulsatility on particle dispersion in expiratory flows
呼气事件，如咳嗽，通常在本质上是脉动的，并导致输送呼吸颗粒的涡流结构。在这项工作中，直接数值模拟（DNS）的湍流脉动射流，再加上拉格朗日粒子跟踪的微米级液滴，进行调查的作用，第二次和第三次驱逐粒子的分散和渗透。从湍流管流的DNS获得的充分发展的湍流在喷射孔处提供。根据阻尼正弦波及时调制孔口处的体积流速;从而允许控制脉冲数量、持续时间和峰值振幅。由此产生的涡结构进行了分析，单，两个和三个脉冲射流。粒子云的演变，然后比较现有的单脉冲模型。粒子的分散和渗透的整个云被认为是阻碍增加脉动。然而，由于涡流结构的下游加速，来自二次或三次排出的颗粒的穿透增强。
2021-02-28 physics.flu-dyn
Fractional Brownian motion, the Matern process, and stochastic modeling of turbulent dispersion
在频域中表现出幂律斜率的随机过程通常可以用分数布朗运动（fBM）很好地建模。特别是，在高频率的光谱斜率与小尺度粗糙度或分形维数的程度。然而，现实世界中的许多信号都具有高频斜率，如fBm，但在零频率附近会出现平稳状态。这个低频平台，它示出，意味着该过程的时间积分表现出扩散行为，从其初始位置以恒定的速率分散。这样的过程不能很好地用fBm来模拟，fBm在零频率处具有对应于无界色散率的奇异性。一个更合适的随机模型是一个鲜为人知的随机过程，称为马特恩过程，这是在这里显示的分数布朗运动的阻尼版本。本文首先对分数布朗运动进行了全面的介绍，然后研究了Matern过程的细节及其与fBm的关系。本文给出了一个模拟Matern过程的O（NlogN）运算的算法。与fBM不同，发现Matern过程提供了一个很好的匹配，从粒子轨迹的应用程序中的二维流体湍流的建模速度。
2017-09-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn stat.ME
Joint PDF modelling of turbulent flow and dispersion in an urban street canyon
采用新发展的粒子蒙特卡罗方法计算了城市街道峡谷中被动标量的湍流速度和浓度的联合概率密度函数。与矩闭包相比，PDF方法提供了包含所有高阶矩和相关性的基础场的完整的一点一次PDF。小规模混合的标量从一个集中的源释放在街道一级的模拟通过交换与条件均值（IECM）模型的相互作用，与微观混合时间尺度设计的几何复杂的设置。边界层沿无滑壁（建筑物侧面和顶部）是完全解决使用椭圆松弛技术，它捕获的高各向异性和不均匀性的雷諾应力张量在这些地区。本文还探讨了一种基于壁面函数的计算量较小的技术来表示边界层及其对解的影响。计算的统计数据与实验数据和大涡模拟进行了比较。目前的工作可以被认为是第一个例子的计算的完整的联合PDF的速度和运输被动标量在城市环境中。该方法被证明是成功的，在复杂的城市场景中的湍流和污染物浓度场提供高层次的统计信息。
2010-03-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Relative dispersion and eddy diffusivity in laboratory experiments of $β$-plane turbulence
University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, IRPHE（艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、中央马赛学院、IRPHE）；Department of Geosciences, University of Oslo（奥斯陆大学地球科学系）
该研究给出纬向地转流态下快速旋转湍流中相对扩散和湍流扩散的首次实验测量，通过合成拉格朗日轨迹计算相关统计量，揭示了不同区域转变，还能据此测量湍能耗散率和湍流扩散率，测量结果与相关理论大致相符。
2026-07-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Pair Dispersion in Turbulence
液体和气体的湍流混合在自然界中普遍存在。它是所有工业流体混合过程的基础，并决定了污染物或生物制剂在大气和海洋中的传播。生物有机体甚至利用它在海洋生态系统中生存。湍流混合的一个基本组成部分是两个邻近流体元素的分离，即，对色散尽管近80年来进行了激烈的科学探索，但对湍流的这一基本方面还没有明确的认识。一个尚未解决的关键问题是流体粒子的初始分离对其后续运动的影响程度。令人惊讶的是，我们在实验室水流在非常高的湍流水平（泰勒微尺度雷诺数高达R_lambda = 815）的测量表明，初始分离仍然是重要的，但地球上最激烈的流动。这一观察结果对诸如污染控制、燃烧模型、危险化学品控制，甚至对动物如何定位食物、捕食者和配偶的理解等各种问题都有重要的影响。
2005-06-27 physics.flu-dyn
A Generalized Brownian Motion Model for Turbulent Relative Particle Dispersion
本文采用广义布朗运动模型来描述更接近实际的湍流中颗粒的相对弥散问题。作用在流体颗粒上的脉动压力被认为是一种有色噪声，并遵循一个平稳的过程，并由Uhlenbeck-Ornstein模型描述，而它似乎似乎合理的采取他们的相关时间有一个幂律依赖于流动雷诺数$R_e$，从而引入了拉格朗日量和欧拉参数之间的桥梁，这个问题。这一分析与Corrsin [26]早先推测的脉动压力的白噪声表示与Kolmogorov [4]理论中三维充分发展湍流（FDT）的大$R_e$假设之间存在联系的可能性以及Monin和Yaglom [23]的论证和Sawford [13]以及Borgas和Sawford [24]的结果定性一致。拉格朗日加速度在无限$R_e$极限下是δ函数自相关的。它还提供了一个洞察的结果，Richardson-Obukhov标度仅在无限的$R_e$限制，否则消失。这一分析进一步证实了Lin-Reid [18]关于脉动压力参数与湍流能量耗散率之间关系的猜想，并得出了Lin和Reid [18]推测的两者之间依赖于$R_e$的显式关系。更具体地说，该分析提供了作为$R_e$的函数的Richardson-Obukhov常数$g$的确定，其具有无限$R_e$极限中的渐近常数值。结果表明，在小- $R_e$极限下，它与Batchelor-Townsend [27]标度在3D FDT中均方颗粒间分离的变化率…
2015-08-06 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Dispersion of air bubbles in isotropic turbulence
气泡在许多自然和工业流动中的化学物质和营养物质的运输中起着重要作用。它们的分散对于理解这些流动中的混合过程至关重要。在这里，我们报告的分散毫米气泡在均匀和各向同性湍流雷诺数$\text{Re}_λ$从$110$到$310$。我们发现，在湍流中的气泡的均方位移（MSD）远远超过流体示踪剂。MSD显示了两种制度。在短时间内，它以弹道方式生长（$\propto τ^2$），而在更长时间内，它接近MSD $\propto τ$的扩散状态。引人注目的是，气泡从弹道向扩散的转变比流体早十年。我们发现，增强的分散和早期过渡到扩散制度可以追溯到非定常唤醒诱导运动的气泡。此外，气泡的扩散转变不是由湍流的积分时间尺度设定的（如对于流体示踪剂和微气泡那样），而是由上升气泡的涡流交叉的时间尺度设定的。目前的研究结果提供了一个拉格朗日的角度来理解混合湍流泡状流。
2018-06-30 physics.flu-dyn
Coarse-grained strain dynamics and backwards/forwards dispersion
在中等雷诺数的湍流中进行了粒子跟踪测速实验。我们目前实验获得的拉伸率的粒子对在惯性范围内。当补偿的特征时间尺度为粗粒度的应变，我们观察到不断的拉伸。这表明，在粘性子区中发生的材料线拉伸过程在惯性子区中具有对应的过程。我们调查向前和向后分散。我们发现了一个更快的向后拉伸，并将其与相对色散及其时间不对称性的问题。
2006-10-19 physics.flu-dyn
Clustering and relative velocities of heavy particles under gravitational settling in isotropic turbulent flows
重力会强烈地影响在湍流中沉降的相同尺寸的重颗粒的相对速度的空间聚集和不稳定性。我们提出了一个模型的时间尺度的流体速度梯度所看到的粒子对，并提出了一个有效的Kubo数的基础上，这个时间尺度来解释重力增强集群的机制。我们探讨了重力引起的粒子径向相对速度（RRV）在不同的斯托克斯数的基础上，在时间上向后的相对色散和流体场的优先采样的不稳定性的减少或增强的机制。这些影响的重力集群和RRV必须参数化的几何碰撞内核。
2015-07-27 physics.flu-dyn
Large Eddy Simulation of Flow Interactions Between a Turbulent Free-Stream and a Permeable Bed
包括覆盖可渗透床的湍流通道流的系统可以在各种工业和自然应用（例如，城市规划、水力压裂、水下植被）中找到。这一系统的一个重要实现是在河流底部，河流的地表水渗透沉积的沉积物，并与地下水交换其内容。获得这一过程的完整图像，称为潜流交换，对于理解和维护水质和河流生态非常重要。考虑到广泛的长度尺度（毫米到公里）和相应的时间尺度的兴趣，降阶的数值模型（如随机粒子跟踪，对流扩散方程）经常被用来研究在这个系统中的质量和动量的传输。然而，与表面/次表面混合相关联的许多尺度使得湍流标量输运的高保真度模型的发展成为一个艰巨的挑战。在努力捕捉在孔隙尺度上的传输行为，这项工作的重点是发展一个详细的，三维流动模型的大涡模拟（LES）的湍流在可渗透床。对计算网格、区域尺寸和湍流模型进行了严格的评估。同时，双平均方法被用来研究大规模的，持续的流动行为存在的时空异质性。据发现，最大的湍流尺度的准确分辨率是必要的，以开发一个完整的界面传输的图片，这些大的结构，感觉更深的床内。此外，还详细介绍了粒子跟踪软件模块的开发。该模块为从LES中提取拉格朗日色散信息提供了基础，这些信息最终将用于物理通知降阶模型。
2017-07-29 physics.flu-dyn
