Attenuation of turbulence in a periodic cube by finite-size spherical solid particles
为了研究由于添加球形固体颗粒而导致的周期性立方体中湍流的衰减，我们使用浸没边界方法进行直接数值模拟，并解决每个颗粒周围的流动。对固定体积分数的$Λ$系统地改变颗粒直径和Stokes数的数值结果表明，颗粒尾流中的附加能量耗散率决定了湍流动能的衰减程度。在此基础上，提出了描述湍流强度衰减条件和衰减程度的公式。结果表明，当$γ$和$Λ$一定时，颗粒尺寸与$λ/\sqrtγ$成正比（$λ$和$γ$分别为颗粒与流体的泰勒长度和质量密度比）的颗粒对湍流发展的影响最大.
2022-09-17 physics.flu-dyn
Multiscale anisotropic fluctuations in sheared turbulence with multiple states
我们使用高分辨率的直接数值模拟来研究湍流的各向异性内容，统计均匀流与多个含能状态之间的随机过渡。我们使用高精度的求积法将速度关联函数分解在三维旋转群SO（3）的不同扇区上。在不同的雷诺数下，精确地测量了纵向和横向速度波动各向异性分量的标度特性。我们表明，独立的各向异性内容的能量包含涡流，小尺度湍流波动恢复各向同性和普遍性比以前报道的实验和数值研究。的差异归因于存在高度各向异性的贡献，已被忽略或测量精度较低，在上述工作。此外，反常的各向异性标度指数没有任何饱和的迹象与增加的订单。我们的研究为系统地评估高雷诺数流动中各向异性的持久性铺平了道路。
2017-07-03 physics.flu-dyn
Realizable Eddy Damped Markovian Anisotropic Closure for Turbulence and Rossby Wave Interactions
本研究提出可实现的EDMAC模型用于二维湍流与Rossby波相互作用研究，兼具EDQNM的计算效率与瞬态波下的可实现性，同时回顾了Herring对湍流统计闭合理论的奠基性贡献并梳理了相关领域发展脉络。
2023-06-12 physics.flu-dyn
An explicit relaxation filtering framework based upon Perona-Malik anisotropic diffusion for shock capturing and subgrid scale modeling of Burgers turbulence
在本文中，我们介绍了松弛滤波封闭的方法来考虑亚网格尺度的显式过滤大涡模拟的各向异性扩散的概念。我们利用Perona-Malik扩散模型，并证明其激波捕获能力和频谱性能的解决Burgers湍流问题，这是一个简化的原型更现实的湍流表现出相同的二次非线性。我们的数值评估提出了各种扩散函数的行为，结合详细的灵敏度分析相对于自由建模参数。在比较直接数值模拟（DNS）和下解决DNS的结果，我们发现，建议的封闭模型是有效的，在网格截止时的能量积累的预防，也善于防止任何可能的虚假数值振荡，由于激波形成下的最佳参数选择。与其他松弛滤波方法相比，它也表明，可以获得更大的惯性范围内的各向异性扩散模型，使用紧凑的模板计划，在一个有效的方式。
2016-05-15 physics.flu-dyn
Nonlocal Phenomenology for anisotropic MHD turbulence
本文提出了一种各向异性磁流体湍流的非局域级联模型。该模型考虑到：（a）能量以各向异性的方式级联，因此，对平行于和垂直于引导场的方向上的级联率进行了不同的估计。(b)导致级联的相互作用是在不同尺度之间。具有波数$k_\|$和$k_\perp$的涡旋与具有波数$q_\|,q_\perp$的涡旋相互作用，使得波数$q_\|,q_\perp$和$k_\|,k_\perp$之间的共振条件成立。因此，来自具有波数$k_\|$和$k_\perp$的涡流的能量由于与位于共振流形中的涡流的相互作用而级联，所述共振流形的波数由以下确定：$q_\|\simeq ε^{{1}/{3}}k_\perp^{2/3}/B$、$q_\perp=k_\perp$和能量将沿着线$k_\|\sim C+k_\perp^{2/3} ε^{1/3}/B_0$级联。对于平行方向上的均匀能量注入速率，所得到的能谱是$E(k_\|,k_\perp)\simeq ε^{2/3}k_\|^{-1}k_\perp^{-5/3}$。然而，对于一般的强迫，该模型表明了一种非普遍的行为。讨论了与前人模型、数值模拟和弱湍流理论的联系。
2007-06-06 physics.flu-dyn
Anisotropic turbulent viscosity and large-scale motive force in thermally driven turbulence at low Prandtl number
众所周知，充分发展的湍流Boussinesq对流会形成大规模的卷，通常被称为“大规模环流”（LSC）。这是一个有趣的问题，如何创建这样一个大规模的流动，特别是在系统中，当能量输入发生在小尺度，当逆级联是必需的，以便将能量转移到大规模的模式。在这里，通过随机的、随机分布的热源（比如辐射）引入小尺度驱动。平均流方程是通过简化的重整化群技术导出的，由于在所研究的各向异性情况下完全重整化是不可能实现的，因此在每一步的递归过程中只考虑首阶项，可称为“弱非线性重整化过程”。得到的有效，各向异性的粘度，它示出，通过一个有效的“原动力”，它采取的形式的瞬态负，垂直扩散的逆能量级联发生。
2022-05-26 physics.flu-dyn
Turbulence modulation in dense liquid-solid channel flow
本文通过Euler-Lagrange模拟揭示稠密液固通道流中颗粒调制湍流的双重机制，量化表观黏度与颗粒反馈力对速度、摩擦系数及应力平衡的影响。
2024-06-11 physics.flu-dyn
Energy-flux vector in anisotropic turbulence: application to rotating turbulence
能量通量在能量级联湍流分析中起着关键作用。在各向同性湍流中，通量由作为波数大小的函数的标量给出。另一方面，各向异性湍流中的通量应该是一个既有方向又有大小的几何矢量，不仅取决于波数的大小，而且还取决于波数的方向。各向异性湍流中的能量通量矢量不能用各向同性通量的方法唯一地确定。在本文中，我们引入了两个假设，即非线性能量传递的净局部性和有效性，提出了一种利用Moore-Penrose逆来确定各向异性湍流中能量通量矢量的方法。根据直接数值模拟得到的能量传递率，给出了强旋转湍流中的能量通量矢量。结果表明，在惯性波占主导地位的波数范围内，能流矢量的方向与弱湍流理论的预测是一致的。然而，沿临界波数的能量通量预测的缓冲区之间的弱湍流范围和各向同性Kolmogorov湍流范围的临界平衡没有观察到在目前的模拟。临界平衡和目前的数值结果之间的差异进行了讨论，并发现耗散在缓冲区范围内的能量通量中起着重要的作用。
2020-10-02 nlin.CD physics.flu-dyn
Anisotropic energy transfers in quasi-static magnetohydrodynamic turbulence
我们进行直接的准静态磁流体动力学湍流的数值模拟，并计算各种能量转移，包括环到环和锥形能量转移，和能量通量的垂直和平行分量的速度场。我们表明，具有较高的极角的环转移能量的低极角。对于大的相互作用参数，主要的能量转移发生在赤道附近（极角$θ\approx \fracπ{2}$）。能量传递在波数和角度上都是局部的。垂直分量的能流主要是从高到低的波数（能量的逆级联），而平行分量的能流主要是从低到高的波数（能量的正级联）。我们的结果是一致的与早期的结果，这表明准二维准静态磁流体动力学（MHD）流在高相互作用参数。
2014-12-02 physics.flu-dyn
Turbulence and Rossby Wave Dynamics with Realizable Eddy Damped Markovian Anisotropic Closure
本研究针对含大尺度平均流平流、与罗斯贝波相互作用的二维各向异性湍流，构建了计算高效且瞬态波下可实现的EDMAC闭合模型，推导了其可实现性条件并完成数值验证，同时探讨了推广方向。
2024-07-14 physics.flu-dyn
On the turbulent energy cascade in anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
基于非线性相互作用的弱性和级联能量在波矢空间的各向异性，用唯象理论讨论了太阳风等离子体中Alfvénic湍流能量级联的发生问题.在这里，这个悖论是审查通过正式推导的Yaglom关系从各向异性磁流体动力学方程。Yaglom关系式涉及由速度和磁场计算的三阶矩，并涉及两个Elsässer矢量场，就湍流的航天器观测而言，特别有用。
2010-03-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Turbulence Modelling of Mixing Layers under Anisotropic Strain
University of Sydney（悉尼大学）；CSIRO Environment（澳大利亚联邦科学与工业研究组织环境部门）；Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）
研究探讨了各向异性应变对湍流混合层发展的影响，采用K-L湍流模型分析了不同闭合方法对湍流长度尺度压缩的影响，发现横向应变闭合方法能提升模型性能，而轴向应变闭合方法则有负面影响。
2025-02-19 physics.flu-dyn
A fractional PDE model for turbulent velocity fields near solid walls
本文提出了一类用分数阶偏微分方程（FPDE）描述的随机载荷作用下的湍流模型。这些FPDE模型的每一个解都是不可压缩的速度场，解的分布是高斯分布。湍流与固体壁的相互作用通过各种边界条件的实施而被纳入。各种边界条件提供了广泛的灵活性，在近壁统计，可以建模。再现充分发展的无剪切和均匀剪切边界层湍流突出作为两个简单的物理应用程序，其中第一个也直接验证与实验数据。非均匀合成湍流入口边界条件的渲染是一个附加的应用，其动机是当代数值风洞模拟。模型参数的校准和有效的数值方法也赋予。
2020-09-10 physics.flu-dyn
Effects of inertia and turbulence on rheological measurements of neutrally-buoyant suspensions
对于低雷诺数的中性浮力悬浮液的剪切流，剪切应力通常使用仅取决于固体分数的有效粘度来建模。随着雷诺数（$Re$）增加，惯性变得重要，有效粘度也取决于雷诺数本身。目前的实验测量的扭矩中性浮力颗粒在同轴圆筒流变仪的固体分数，$ϕ$，从10\%到50\%和雷诺数的基础上，从2到1000的颗粒直径。对于雷诺数为O（10）和固体分数小于$30\%$的实验，有效粘度随雷诺数增加，与文献中最近的数值模拟结果一致。在相同的$Re$范围内，在更高的固体分数下，结果显示扭矩随剪切速率降低。对于大于100的雷诺数和较低的固体浓度，有效粘度继续随雷诺数增加。然而，基于与纯流体测量的比较，所测量的有效粘度的增加是由向湍流的过渡引起的。颗粒通过增加测量扭矩的大小并导致流动在较低雷诺数下转变来增强湍流。对于最高的固体分数，测量结果表明，扭矩的大小显着增加，但有效粘度是独立的雷诺数。
2016-12-13 physics.flu-dyn
Large-scale intermittency and rare events boosted at dimensional crossover in anisotropic turbulence
了解湍流中的罕见事件为极端天气科学提供了基础，其中大气由纳维-斯托克斯方程（NSE）建模。在各向同性流体的NSE的解决方案中，各种量，如流体速度，大致遵循高斯分布，其中极端事件仅在与耗散主导长度尺度或异常标度制度相关的小规模量中突出。使用数值模拟，这项研究揭示了另一个普遍的促进机制，在更大的尺度上，如果三维流体伴随着强大的二维各向异性，是在大气中的情况。二维和三维之间的维度交叉产生了突出的厚尾非高斯分布，伴随着巨大的链状结构，具有密集的自组织涡旋（蛇形组织涡旋（SOV））。这种提升是由于在交叉长度尺度上可用相空间的突然增加而引起的。由于在小的空间尺度上，发现的非线性比常规的非线性涉及更大的能量，它支配着天气系统中的极端事件和混沌不可预测性。
2018-11-20 physics.flu-dyn
Experimental investigation of turbulence and turbulent thermal diffusion in strongly inhomogeneous and anisotropic forced convection
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
本研究通过实验探讨强不均匀和各向异性对流中湍流及湍流热扩散特性，发现温度梯度与粒子数密度分布存在反相关关系。
2025-10-13 physics.flu-dyn
Energy-based analysis and anisotropic spectral distribution of internal gravity waves in strongly stratified turbulence
分层湍流表现出尺度和方向相关的各向异性以及重力波的弱湍流和涡旋的强湍流并存。在各向同性湍流中发展起来的标准分析的直接应用有时掩盖了各向异性湍流的重要方面。为了捕获波数空间中能量分布的详细结构，必须通过固定余维波数分量或在由水平和垂直波数跨越的二维域中来检查具有非积分谱的能量分布。基于能量分解，提出了在波数空间中区分各向异性弱波湍流范围的指标。此外，该范围内的波的优势也被验证的线性色散关系的小的频率偏差。在波浪主导范围内，线性频散关系给出的线性波浪周期小于涡旋翻转时间的约三分之一。线性波周期反映了系统的各向异性，而各向同性的Brunt-Väisälä周期被用来评估Ozmidov波数，它必须是各向同性的。结果表明，为了获得分离弱波湍流的临界波数，必须考虑流场的各向异性，适当地选择时间尺度。
2019-09-19 nlin.CD physics.flu-dyn
A generalized k-epsilon model for turbulence modulation in fluid-particle flows
大量的文献资料表明，直径大于湍流积分长度尺度10%的颗粒（$D/l >0.1$）倾向于将载流流体的湍流动能增加到高于单相值，本文提出了一个修正的$k-ε$型唯象模型，该模型具有小颗粒无湍流调制的正确渐近极限，颗粒，并增加较大直径的固体。颗粒动力学理论用于推导由于阻力和附加质量力两者而在颗粒和流体之间交换的功，以适应任何颗粒/流体密度比，包括气泡、液滴和重固体。对于较大的颗粒，我们设计了一个新的模型，涡脱落引起的颗粒之间的滑移和湍流，由于颗粒的惯性。通过渐近分析，得到了湍流调制的简单近似公式。固体颗粒的总体效果是，大直径固体的增强是由于旋涡脱落，而小直径的湍流抑制主要是由于湍流阻力和额外的流体耗散。在$D/l = 0.1$周围从抑制到增强的转变对于大范围的粒子雷诺数和斯托克斯数是一个鲁棒的特征，但是我们不能证明这是一个理论基础上的一般关系。实际上，对于较大直径，气泡和液滴可能根本不显示湍流增强，这是由于防止破碎所需的中等湍流水平，并且颗粒和流体之间的速度差可能因此太低而不能发生涡旋脱落。在该模型的基础上，我们发现，在垂直气流中的固体的一些数据显示非常大的湍流增强，只能是由于重力沉降。
2022-11-08 physics.flu-dyn
Energy decay laws in strongly anisotropic MHD turbulence
研究了均匀磁场${\bf B_0}=B_0 e//$对不可压缩磁流体动力学（MHD）湍流能量衰减规律的影响。沿$B_0$的非线性传输减少包括在区分平行和垂直方向的模型中，遵循现象学{ \it à la} Kraichnan。我们预测由于各向异性在强$B_0$极限的能量衰减减慢，剪切波和伪阿尔文波的能量衰减具有不同的幂律。阿尔文波湍流动力学方程的数值结果恢复了这些预测，并且MHD数值结果在最低垂直平面内明显倾向于遵循这些预测。
2007-12-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Alignment of vorticity and rods with Lagrangian fluid stretching in turbulence
连续介质力学中的拉伸自然是用柯西-格林应变张量来描述的。这些张量量化了材料元素所经历的拉格朗日拉伸，并提供了一种强有力的方法来研究湍流流体流动中涉及拉伸的过程，如涡旋拉伸和各向异性颗粒的排列。从各向同性湍流的模拟分析数据，我们观察到各向异性粒子和涡量之间的优先对齐。我们表明，这种对齐的出现，因为这两个量独立地倾向于与最强的拉格朗日拉伸方向，定义的左柯西-格林应变张量的最大特征向量。特别是，各向异性颗粒接近几乎完美的排列与最强的拉伸方向。涡度与拉伸的对齐较弱，但仍然比以前观察到的涡度与欧拉应变率张量的本征向量的对齐强得多。强涡度的排列几乎与经历相同拉伸的杆的排列相同。
2013-11-04 physics.flu-dyn
Resolution-induced anisotropy in LES
复杂几何形状和区域湍流的大涡模拟（LES）通常采用不同形状和方向的高纵横比分辨率单元进行。这种各向异性分辨率的影响往往被简化或忽略的亚网格模型制定。在这里，我们研究分辨率引起的各向异性，并证明，即使是各向同性湍流，各向异性分辨率诱导轻度解决雷诺应力各向异性和显着的各向异性二阶分辨速度梯度统计。在大涡模拟的均匀各向同性湍流与各向异性的分辨率，它表明，常用的亚网格模型，包括那些在其制定考虑分辨率各向异性，表现不佳。一个例外是由Roxley等人提出的各向异性最小耗散模型（Phys. of Fluids 27，085107，2015）。这里提出了一个简单的新模型，制定了明确取决于各向异性的分辨率的各向异性涡扩散。它也表现良好，是显着的，因为不同于其他LES子网格模型，涡扩散率仅取决于湍流的统计特性（在这种情况下的耗散率），而不是波动量。在其他子网格建模公式中，例如动态过程，以这种方式将流量依赖性限制为统计量可能具有优势。
2019-04-14 physics.flu-dyn
Scale-space energy transport in anisotropic inhomogeneous buoyancy-driven turbulent flows
本文提出新数学框架描述物理与尺度空间中湍流动能和传热收支，推导非均匀各向异性浮力驱动湍流的两个精确输运方程，后处理Rayleigh-Bénard对流数据集并量化非均匀性贡献。
2024-11-26 physics.flu-dyn
Direct measurements of anisotropic energy transfers in a rotating turbulence experiment
我们在实验上研究了背景旋转对衰减网格湍流中能量传递的影响。的各向异性的能流密度，${\bf F} ({\bf r}) = < δ{\bf u}\,(δ{\bf u})^2 >$，其中$δ{\bf u}$是矢量速度增量超过分离${\bf r}$，是确定的第一次使用粒子图像测速仪。我们表明，旋转诱导的各向异性的能量通量$\nabla \cdot {\bf F}$，这导致各向异性的能量分布的增长$E({\bf r}) = < (δ{\bf u})^2 >$，在协议与卡门-豪沃思-莫宁方程。令人惊讶的是，我们的研究结果证明，这种各向异性的增长基本上是由一个近径向，但取向依赖，能通量密度${\bf F} ({\bf r})$。
2011-06-23 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Orientation Dynamics of Sedimenting Anisotropic Particles in Turbulence
我们研究了小的各向异性颗粒（球体）通过均匀的各向同性湍流沉降的动力学，使用直接的数值模拟和理论。重力引起的惯性力矩作用于亚柯尔莫哥洛夫球体导致发音非高斯取向分布局部化的宽边（重力）方向。取向分布和平均沉降速度在很宽的范围内的球体的长宽比，斯托克斯和佛劳德数。模拟的定向力矩与分析预测的惯性快速稳定极限比较好，两者都表现出非单调依赖于球体的纵横比。偏差出现在斯托克斯数的顺序统一由于空间不均匀的颗粒浓度场产生的优先清扫效果，因此，时间平均的颗粒沉降速度超过取向平均的估计。
2020-07-18 physics.ao-ph 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
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
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
A new subgrid characteristic length for turbulence simulations on anisotropic grids
不可压纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟对于大多数实际湍流尚不可行。因此，动态不太复杂的数学公式是必要的粗粒度模拟。在这方面，用于大涡模拟（LES）的涡粘性模型可能是最受欢迎的例子。这种类型的模型需要计算通常与局部网格尺寸相关联的子网格特征长度。对于各向同性网格，这等于网格步长。然而，对于各向异性或非结构化网格，如煎饼状网格，经常被用来解决近壁湍流或剪切层，定义亚网格特征长度尚未达成共识，尽管事实上，它可以强烈影响LES模型的性能。在这种情况下，一个新的定义的亚网格特征长度在这项工作中。这种与流动有关的长度尺度是基于湍流或亚网格应力张量及其在不同网格上的表示。简单性和数学性质表明，它可以是一个强大的定义，最大限度地减少网格各向异性对模拟结果的影响。建议的子网格特征长度的性能成功地测试衰减各向同性湍流和湍流槽道流使用人工细化网格。最后，提出了一个简单的非结构网格的方法的扩展和测试的湍流绕方柱。与现有的亚网格特征长度尺度的比较表明，所提出的定义是更强大的网格各向异性，并有很大的潜力，可用于复杂的几何形状高度歪斜（非结构化）网格。
2017-12-01 physics.flu-dyn
The effect of turbulent clustering on particle reactivity
采用直接数值模拟（DNS）方法，研究了湍流对固体颗粒非均相（固-流）反应的影响。使用简化的反应系统，其中固体-流体反应由单个等温反应步骤表示。结果表明，由于各向同性湍流对颗粒的聚集作用，当Damköhler数较大时，总的反应速率完全由湍流控制。颗粒聚集显着减慢反应速率增加Damköhler数达到一个渐近极限，可以解析推导。这意味着湍流对非均匀反应颗粒的影响应包括在燃烧室或气化器中的焦炭燃尽等CFD模拟中使用的模型中。这种模型，基于化学和湍流的时间尺度，在这里提出的非均相反应速率在湍流的存在下。
2016-07-13 physics.flu-dyn
Evolution of similarity lengths in anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
在早期的一篇论文（Wan等人，2012）中，作者指出，如果平行与垂直（相对于$\vB_0$）相似性长度尺度的比率在时间上保持恒定，则在存在均匀平均磁场$\vB_0$的情况下，存在各向异性不可压缩3D磁流体动力学（MHD）湍流的相似性解。这个猜想似乎是一个相当严格的约束动力学的衰减的含能涡MHD湍流。然而，我们在这里表明，使用直接数值模拟，这一假设确实是满足不可压缩MHD湍流。经过一个初始的瞬态周期后，平行与垂直的长度尺度的比值在涡流衰减期间围绕一个稳定值波动。我们进一步表明，泰勒-卡门类似的相似性衰减持有的MHD湍流中存在的平均磁场。不同的参数，包括雷诺数，直流电场强度，和交叉螺旋度，相似性衰减的性质的影响进行了讨论。
2019-06-18 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent shear flow of solids
“固态湍流”这个术语听起来像是一种矛盾修饰法，但事实上并非如此。在这篇文章中，我们表明，固态湍流可能会出现由于定义属性的固体状态：固体保持其形状的能力。我们考虑剪切流层的固体具有不同的刚度，并表明，较硬的可以自发地分解成一组块。这种等距性的破坏是固体塑性的关键，也是固态湍流发生的基础。为了可视化的块状结构在湍流制度的分段等距变换，我们使用一个启发式模型的基础上离散的连续相互作用的“粒子”。进行的数值实验的结果支持发生的脉动的速度和压力在塑性变形的固体和经典湍流的特征的旋涡的出现。这种现象可能具有重要的实际意义，固态混合作为一种生态上有益的替代传统的冶金加工路线。
2021-11-09 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
On spectral scaling laws for incompressible anisotropic MHD turbulence
给出了均匀外磁场$B_0 {\bf {\hat e}_{\pa}}$作用下各向异性磁流体力学（MHD）湍流的一个启发式模型。该模型适用于中等和强$B_0$，并能够描述强和弱波湍流制度，以及它们之间的过渡。该模型的主要成分是假设在所有尺度上\add{the}线性波动周期和\add{the}非线性周转时间尺度之间的比值为常数。与Goldreich和Sridhar [P. Goldreich和S. Sridhar，ApJ { \bf 438}，763（1995）]中，没有另外假设该比率在所有尺度下等于1，这允许我们使用Iroshnikov-Kraichnan现象学。然后可以恢复广泛观察到的平行和垂直波数之间的各向异性标度律$\kpa \propto \kpe^{2/3}$（参考$B_0 {\bf {\hat e}_{\pa}}$），并获得总能谱$E(\kpe,\kpa) \sim \kpe^{-α} \kpa^{-β}$的通用预测$3α+ 2β= 7$。特别地，通过这样的预测，弱Alfvén波湍流常通量解被恢复，并且第一次，Galtier等人[S. Galtier等人，J. Plasma Phys.{ \bf 63}，447（2000）]。
2005-07-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Mean flow anisotropy without waves in rotating turbulence
我们解决的问题是如何在流动的各向异性受背景旋转有利于结构沿旋转轴拉长，特别是在湍流。一个新的，无波的机制，确定挑战目前的理解过程。在旋转轴附近传播的惯性波通常被认为是各向异性传输能量的最有效机制。它们已被证明可以将能量转移到大的各向异性柱状结构。然而，他们不能解释形成更简单的稳定各向异性现象，如泰勒柱。在这里，我们的实验表明，一个以上的机制，涉及科里奥利力可能会促进各向异性。特别是，在快速旋转的限制，即在低Rossby数，有利于旋转方向的平均湍流产生的各向异性，既不是因为惯性波，也不遵循相同的机制，在稳定的泰勒列，但从科里奥利力和平均平流之间的相互作用。
2020-02-27 physics.flu-dyn
Orientation of Finite Reynolds Number Anisotropic Particles Settling in Turbulence
我们提出了实验和计算结果的取向分布的细长纤维和分枝颗粒沉降在一个各向同性的湍流。颗粒的旋转动力学使用细长体理论建模，该细长体理论包括由于倾向于使颗粒朝向宽边取向旋转的沉降引起的惯性扭矩。颗粒被假定为旋转，由于粘性力与湍流速度梯度发生在颗粒的长度尺度。在模拟中，湍流从拉格朗日参考系中的速度梯度的随机模型获得。在实验中，湍流是由主动射流在垂直水洞中产生的。众所周知，如果采用适当的有效纵横比，轴对称粒子根据球形粒子旋转的Jeffery解旋转。我们表明，同样的结果适用于一个分枝粒子组成的三个共面纤维连接在一个中心点，旋转像一个薄扁球体的等角。取向统计可以用单个无量纲参数，沉降因子$S_F$来量化，沉降因子定义为由于沉降和湍流剪切引起的旋转的比率。对于低值的$S_F$，我们观察到几乎各向同性取向的颗粒，而颗粒变得强烈对齐附近的水平面的高值的$S_F$。对于$S_F \gg 1$，偏离水平方向的角度方差为$S_F^{-2}$，但由于在此极限下的湍流不稳定性，方向分布为非高斯分布。
2023-03-30 physics.flu-dyn
Phase Transitions in Anisotropic Turbulence
本文综述各向异性湍流（如薄层与快速旋转）中的相变现象，涵盖控制参数临界转变及湍流涨落诱导的随机反转和涡旋-射流转变，并展望未来研究方向。
2025-01-25 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Universal cascade and relaxation of strong anisotropic turbulence in fusion plasmas
推导三维约化磁流体湍流的能量与交叉螺旋度精确关系，预测各向异性能量谱并揭示其向动态对齐状态的弛豫，发现二维与约化MHD的精确关系及弛豫态相同。
2024-09-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Kolmogorov and Irosnikov-Kraichnan scaling in the anisotropic turbulent solar wind
太阳风湍流主要由Alfvénic波动控制，但功率谱指数有些令人惊讶地向流体动力学湍流的Kolmogorov值-5/3发展。我们发现，在1AU的湍流线性分解成两个共存的分量垂直和平行于当地的平均磁场。其中第一个与传播的阿尔文波包一致，并显示了阿尔文湍流的预期标度，即Irosnikov- Kraichnan。第二个显示柯尔莫哥洛夫标度，我们也发现在数量和磁能密度，坡印亭通量。
2006-06-13 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Buoyancy-driven flow through a bed of solid particles produces a new form of Rayleigh-Taylor turbulence
Rayleigh-Taylor流体湍流通过刚性，有限尺寸，球床的高分辨率直接数值模拟（DNS），完全耦合的流体和固相通过一个国家的最先进的浸没边界法（IBM）的装置进行了研究。介质的多孔性揭示了一个完全不同的物理混合过程相比，著名的经典RT混合的现象。对于足够小的孔隙度，混合层的增长率是线性的时间（而不是二次）和速度波动趋于饱和到一个恒定的值（而不是线性增长）。我们提出了一个有效的连续介质模型来充分解释这些结果，其中起源于有限大小的球体的孔隙度由摩擦系数参数化。
2019-02-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On analogy between transition to turbulence in fluids and plasticity in solids
本文的研究对象是简单剪切流（如Hagen-Poiffille管流）的不稳定性机制，这是流体力学[1，2]中一个长期存在的问题。探讨了与固体理想塑性唯象理论的可能类比。它允许纳维-斯托克斯方程的扩展，使简单剪切流不稳定。根据von Mises [4]，假设流体中存在最大允许剪切应力或“屈服应力”。在实际应力达到这个值之后，一个新的物理机制将被激活，试图减少它们。这种机制导致了一种类似压力的力，必须将其加入到纳维-斯托克斯方程中。屈服应力本身是一个材料常数，它不依赖于特定流动的雷诺数。它将显示如何估计其值从实验数据。为了说明考虑附加力后流动特性的变化，本文给出了二维喷管内的非定常流动。动量源是通过Fluent提供的用户自定义函数接口引入到纳维-斯托克斯方程中的。初始数据和模拟结果总结在附录中。
2006-09-07 physics.flu-dyn
The decay of Batchelor and Saffman rotating turbulence
已知各向同性和均匀湍流的衰减速率受初始扰动的大尺度谱的影响，与冯·卡门-豪沃思方程的至少两个典型的自保持解相关：所谓的巴彻勒谱和萨夫曼谱。长程相关在各向异性流衰减中的影响还不太清楚，最近有人提出旋转湍流的衰减率可能与初始扰动的大尺度谱无关。我们分析了具有初始能谱$\sim k^4$（巴彻勒湍流）和$\sim k^2$（萨夫曼湍流）的自由衰减旋转湍流的数值模拟，并表明，虽然无法识别总能量的自相似衰减，但衰减确实受到远程相关性的影响。在每种情况下，二维和三维模式的衰减遵循不同的幂律，这与各向异性冯卡门-豪沃思方程的预测一致，并与各向异性积分量守恒的流动演变。
2012-07-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Implicit large eddy simulations of anisotropic weakly compressible turbulence with application to core-collapse supernovae
在隐式大涡模拟（ILES）模式中，利用高分辨率激波捕捉格式的耗散性质提供湍流的隐式模型。最近的3D模拟表明，湍流可能在核心坍缩超新星爆炸中起着至关重要的作用，但这些研究中湍流模拟的保真度尚不清楚。特别是考虑到在CCSN感兴趣的制度，弱可压缩和强各向异性的ILES的准确性，还没有系统地评估之前。在本文中，我们评估的准确性ILES最常用的计算天体物理学的数值方法，通过一些本地模拟驱动，弱可压缩，各向异性湍流。我们报告的方式，其中湍流叶栅的影响的数值进行了详细的分析。结果表明，CCSN湍流的各向异性和可压缩性对湍流动能谱的影响很小，并且在惯性范围内得到了Kolmogorov $k^{-5/3}$标度。我们发现，一方面，在大尺度的动能耗散率被正确捕获，即使在相对较低的分辨率，这表明非常高的有效雷诺数可以实现在最大尺度的模拟。另一方面，在中间尺度的动力学似乎是完全由所谓的瓶颈效应，\ie堆积的动能接近的耗散范围，由于部分抑制的能量级联的数值粘性占主导地位。直到达到在全局模拟中难以实现的相对高分辨率$\sim 512^3$的点，才恢复惯性范围。我们讨论了CCSN模拟的后果。
2015-08-20 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Reynolds stress decay modeling informed by anisotropically forced homogeneous turbulence
本文利用各向异性强迫均匀湍流产生覆盖广泛各向异性状态的数据，据此评估并选择含三次项的雷诺应力衰减模型，验证其优于常用模型。
2024-09-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A rational length scale for large-eddy simulation of turbulence on anisotropic grids
Technical University of Catalonia（加泰罗尼亚理工大学）；Keldysh Institute of Applied Mathematics（凯尔迪什应用数学研究所）
本文提出了一种适用于各向异性网格的大涡模拟子网格长度尺度，通过分析数值离散化与过滤的纠缠，提高了模拟精度并减少了网格各向异性影响。
2025-12-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Theory of anisotropic superfluid He-4 counterflow turbulence
本文发展了超流He-4热驱动湍流逆流能谱的强各向异性解析理论。该理论的关键组成部分是三维差分闭合的能流矢量和各向异性的相互摩擦力。我们提出了一个近似的解析解的能量速率方程，这是完全支持的数值解。的二维能谱强烈限制在逆流速度的方向。与实验一致，在垂直于逆流方向的能谱表现出两个标度范围：一个近经典的非普遍的级联占主导地位的范围和一个普遍的临界制度，在大波数。该理论预测的光谱和过渡到普遍的临界制度的流动参数的各种细节的依赖。本文是《攀登湍流大厦》专题的一部分。
2021-06-13 cond-mat.other physics.flu-dyn
Exact law for compressible pressure-anisotropic magnetohydrodynamic turbulence: toward linking energy cascade and instabilities
本文导出了可压缩压力各向异性磁流体动力学湍流的第一精确定律。对于一个gyrotropic压力张量，我们研究了双绝热的情况下，并显示存在新的通量和源项的确切法律，让人想起的等离子体不稳定条件，由于压力各向异性。霍尔长期示出，使离子尺度修正的确切法律，而不明确影响的压力项。在压力各向同性的限制，我们恢复所有已知的等温和多方封闭的结果。不可压缩极限的回旋系统导致的推广的Politano和Pouquet的法律，其中一个新的{ \it不可压缩}源项被发现，并反映了交流的磁场和动能与不再保守的内能。我们强调了新的法律提供的可能性，以调查湍流级联和不稳定性之间的潜在联系广泛观察到的实验室和天体物理等离子体。
2022-03-24 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Anisotropic particles in two-dimensional convective turbulence
二维对流湍流中各向异性无惯性颗粒的取向动力学表现出规则与混沌共存的特征。我们用数值方法证明了非常细长的颗粒（杆）优先与流体流动的方向对齐，即，水平地靠近等温壁，并且在本体中主要垂直地。这种行为是由于存在一个持续的大规模环流结构，这导致强烈的剪切壁边界和上/下涌区域。近壁水平排列的杆坚持在增加瑞利数，而在散装的垂直方向逐渐减弱相应的湍流强度的增加。此外，我们发现，非常细长的颗粒几乎正交的温度梯度的方向，一个独立的系统维数的对齐，并成为精确的只有在无限普朗特数的限制。在靠近壁面的地方，粒子的翻滚速率非常剧烈，在那里粒子大致执行杰弗里轨道。这意味着球体的均方根近壁翻滚速率比杆强得多，高达$Ra\simeq 10^9$的$\mathcal{O}(10)$倍。在湍流中，情况相反，杆比各向同性颗粒的翻滚速度略快，这与早期在二维湍流中的观察结果一致。
2020-03-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Zonal flow generation and its feedback on turbulence production in drift wave turbulence
对不同模型和绝热性参数C值的长谷川-若谷方程描述的等离子体湍流进行数值模拟。结果发现，对于低的C值湍流仍然是各向同性的，纬向流不会产生，也没有抑制的纬向漂移波和粒子输运。对于高值的C，湍流发展到高度各向异性的状态，主要贡献的纬向部门的动能。这种各向异性的流动导致减少的湍流产生的双曲扇区，并限制了粒子输送的平均等密度面。这种行为允许考虑Hasegawa-Wakatani方程的最小PDE模型，其中包含的漂移波/带状流反馈回路原型的LH过渡等离子体设备。
2012-12-21 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energy transfer and conversion in Strongly Anisotropic Magnetohydrodynamic Turbulence
The University of Edinburgh（爱丁堡大学）；University of Waikato（怀卡托大学）
研究强各向异性磁流体动力学湍流中的能量转移与转换，通过扩展分析，证实电流片变薄是能量向小尺度级联的主要过程，发现子通量尺度不变性，还揭示背景磁场在不同尺度对动能和磁能转换的不同影响。
2026-07-09 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Anisotropic characteristics of the Kraichnan direct cascade in two-dimensional hydrodynamic turbulence
本文用数值方法研究了在抽运和类粘滞阻尼作用下二维流体湍流Kraichnan直叶栅的统计特性（空间分辨率为$8192\times 8192$）。结果表明，准冲击的涡和他们的傅立叶伙伴关系的形式，射流引入一个重要的影响，湍流导致强相关函数的角度依赖性。在惯性区间中，作为每个角度的模量$k$的函数的能量分布具有Kraichnan行为$\sim k^{-4}$，并且同时具有对角度的强依赖性。然而，角度平均提供了高精度的Kraichnan湍流谱$E_k=C_Kη^{2/3} k^{-3}$，其中$η$是拟能通量和Kraichnan常数$C_K\simeq 1.3$，与以前的模拟一致。对于三阶速度结构函数$S_3^L$，发生了常见的情况，对于各向同性湍流，它给出了关于分离长度$R$和$η$，$S_3^L=C_3ηR^3$的相同标度，但是角度和时间的平均值$\bar {C_3}$不同于它的各向同性值。
2015-10-30 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.comp-ph
A multi-shock model for the density variance of anisotropic, highly-magnetised, supersonic turbulence
激波是我们理解超音速湍流密度和速度统计的基础，例如在冷星际介质（ISM）中发现的那些。密度场的变化，$σ^2_{ρ/ρ_0}$，对于分子云（MC），宇宙中恒星的诞生地特别感兴趣。密度变化可以用来推断MC中的潜在物理过程，并将云的恒星形成（SF）速率参数化。然而，$σ^2_{ρ/ρ_0}$的模型都具有一个共同的特征--方差被假设为各向同性。这种假设不成立时，一个跨/亚阿尔夫文平均磁场，$\vec{B}_0$，是目前在云中，这一观测表明是相关的一些MC。我们开发了一个各向异性模型$σ_{ρ/ρ_0}^2$，使用流体动力学和快速磁声冲击，传播相互正交的贡献。我们的模型预测了在高马赫数$(\mathcal{M})$极限下$σ_{ρ/ρ_0}^2$的上限，因为小尺度密度波动被强$\vec{B}_0$抑制。在流体动力学极限下，该模型简化为各向同性的$σ_{ρ/ρ_0}^2-\mathcal{M}$关系。为了验证我们的模型，我们计算了$σ_{ρ/ρ_0}^2$从12~高分辨率，三维，超声速，亚Alfvénic磁流体动力学（MHD）湍流模拟，并找到与我们的理论很好的协议。我们讨论了如何两个MHD冲击可能是双峰取向的过密度在某些MC和SF理论的影响，在存在一个sub-Alfvénic $\vec{B}_0$。通过建立一个各向异性的，超音速密度波动模型，这项研究铺平了道路，SF理论在星际湍流的高度各向…
2021-04-09 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Reynolds number dependence of Lagrangian dispersion in direct numerical simulations of anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
大尺度磁场穿过行星际和星际介质、恒星内部和其他天体物理等离子体的导电物质，产生具有高雷诺数湍流区域的各向异性流。通常遇到由强度近似等于均方根磁波动的磁场构成的湍流。在这项工作中，直接数值模拟的各向异性磁流体动力学（MHD）湍流的影响，这样的磁场进行了一系列的情况下，具有相同的分辨率，并增加网格尺寸高达$2048^3$。结果是一系列雷诺数从1，400到21，000的非常相似的模拟。我们从拉格朗日的观点，通过跟踪流体粒子和计算单粒子和双粒子统计来研究雷诺数的影响。讨论了这些统计量中Alfvénic涨落和基本各向异性对MHD湍流的影响。单粒子扩散曲线表现出温和的superdiffusive行为，不同的方向对齐的磁场和方向垂直于它。竞争对齐过程影响的分散的粒子对，特别是在开始的惯性子范围的时间尺度。可以观察到，雷诺数越大，惯性子区中的相对弥散越明显，其比例比Richardson预测的要陡。
2022-05-13 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.comp-ph
A multiple time scale approach for anisotropic inertial wave turbulence
针对快速旋转流体这一各向异性问题，提出在分析初期引入各向异性并结合多时间尺度方法推导波湍流动力学方程的新路径，证明了渐近闭合与各向异性的可交换性，且无需对波振幅概率分布和相位施加限制。
2023-10-23 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Three-dimensional direct numerical simulation of free-surface magnetohydrodynamic wave turbulence
通过三维直接数值模拟研究外水平磁场下磁性流体自由表面波湍流，揭示其从毛细波湍流向各向异性磁毛细波湍流的转变，并与 Alfvén 波湍流建立强类比。
2022-05-23 astro-ph.SR nlin.CD physics.class-ph
