Three-dimensional sedimentation patterns of two interacting disks in a viscous fluid
本文通过直接数值模拟和物理实验研究粘性流体中两个圆盘的三维沉降行为，基于无量纲转动惯量 I* 和雷诺数 Re 建立相图，划分出十种沉降模式，并揭示了接触概率随 I* 和 Re 减小而增大的规律。
2023-01-16 physics.flu-dyn
Nonlinear Diffusion and Decay of an Expanding Turbulent Blob
本研究利用涡流发生器创建局部湍流斑并观测其衰减扩散，提出非线性扩散方程模型，揭示了湍流边界非扩散传播及标度律衰减特性，并发现湍流级联在衰减后期留有印记。
2025-06-27 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
On the physical origin of enhanced turbulent-dispersion of inertial particles in boundary layer flows
关于湍流边界层流的惯性颗粒输运的最神秘的科学问题之一是湍流施密特数的值，即颗粒扩散率与湍流涡动粘性的比值。通过对湍流颗粒通量剖面的直接声学测量和两相流湍流分辨数值模拟，证明了用现有文献模型预测时，颗粒的湍流弥散是减小而不是增强的。解释在于在静水中的沉降速度的误导性假设，以估计湍流颗粒扩散率，而直接测量和模拟的湍流颗粒通量支持发生的沉降延迟。
2021-12-11 physics.flu-dyn
Turbulent diffusivity and effective rise velocity of buoyant particles in a free-surface boundary layer
University of Washington（华盛顿大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
该研究针对海洋表面浮粒输运模型的偏差问题，通过实验测量浮粒扩散率与上升速度，验证了轨迹交叉理论，修正了湍流施密特数的取值，为浮粒输运模型提供了实验依据。
2026-08-28 physics.flu-dyn
Bubble shape oscillations in a turbulent environment
通过直接数值模拟研究均匀各向同性湍流中气泡变形，发现低Weber数下各球谐模式可由受迫随机线性振子建模，耗散因厚边界层增加15倍且界面变形与流动单向耦合。
2024-07-23 physics.flu-dyn
On the nature of laminar-turbulence intermittency in shear flows
在管道、槽道和边界层流动中，湍流首先在空间和时间上间歇地发生：在中等雷诺数下，无序湍流运动的区域被静止层流区域分隔开。基于管流的直接数值模拟，我们在这里认为，空间不稳定性有其起源于最近邻湍流区之间的相互作用。我们进一步表明，在这种制度下，湍流本质上是间歇性的一个定义良好的平衡湍流分数，但从来没有假设一个稳定的模式。这种过渡情况类似于在简单模型中发现的情况，例如耦合映射格子。所观察到的缩放意味着湍流的层流间歇将持续到任意大的雷诺数。
2013-06-25 physics.flu-dyn
Prolate spheroids settling in a quiescent fluid: clustering, microstructures and collisions
本文利用颗粒解析直接数值模拟揭示长椭球沉降速度随体积分数的非单调变化，并阐明聚集、尾流、微结构与碰撞率机制。
2024-11-08 physics.flu-dyn
Settling of chiral particles in a turbulent flow
University of Twente（特温特大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）
研究手性粒子在湍流中的沉降行为，揭示其取向动态和多种沉降模式，并通过理论模型解释其形成机制。
2026-01-05 physics.flu-dyn
Multiple states of turbulence at vanishing inertia
Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）
研究揭示了临界惯性下粘弹性流体中两种不同湍流状态的竞争与共存，挑战了传统湍流分类体系。
2026-02-26 physics.flu-dyn
Assessment of the point-wise approach for the Turbulent Settling of finite-size particles
本文通过单向耦合直接数值模拟评估点式方法在有限尺寸颗粒湍流沉降中的有效性，结果表明该方法能准确捕捉沉降速度及高阶统计量，且与颗粒解析模拟结果吻合良好。
2025-03-09 physics.flu-dyn
Entrainment, diffusion and effective compressibility in a self-similar turbulent jet
利用粒子跟踪测速技术对不可压圆形射流自由扩展过程进行了实验研究。喷流只能通过喷嘴喷入示踪剂：不均匀的喷入称为喷嘴喷入。因此，这些示踪剂标记的拉格朗日流不包含从静止的周围流体夹带到射流中的颗粒的任何贡献。喷嘴种子流的平均速度场，$\langle \boldsymbol{U_φ} \rangle$，被发现是基本上无法区分的射流，$\langle \boldsymbol{U} \rangle$的全球平均速度场，轴向速度，而径向速度的显着偏差。这导致喷嘴引射气流的有效可压缩性，即使全局背景气流完全不可压缩，也是$\boldsymbol{\nabla \cdot} \langle \boldsymbol{U_φ} \rangle \neq 0$。通过使用质量守恒和自相似性，我们定量地解释了修改后的径向速度分布，并解析地表达了与夹带流体颗粒相关的缺失贡献。通过考虑一个经典的对流扩散描述，我们明确连接湍流扩散的质量（通过湍流扩散率$K_T$）和动量（通过湍流粘度$ν_T$）夹带。这导致新的实际关系，以实验确定的非均匀空间分布的$K_T$和$ν_T$（因此，湍流普朗特数$σ_T = ν_T/K_T$）从简单的测量平均示踪剂浓度和轴向速度分布。总的来说，所提出的方法的基础上喷嘴种子流提供了新的实验和理论元素，更好地理解湍流扩散和夹带在湍流射流。
2022-01-07 physics.flu-dyn
Reduced particle settling speed in turbulence
我们研究了有限大小的刚性球体在持续均匀各向同性湍流（HIT）中的沉降，采用浸没边界法来考虑分散的固相。我们研究了不同伽利略数，Ga。伽利略数是浮力和粘性力之间的比率，并且在这里通过固体与流体的密度比而变化。重点是比流体稍重的颗粒。我们发现在HIT中，平均沉降速度小于静止流体中的沉降速度，特别是当静止流体中孤立球的终极速度与湍流速度脉动之比减小时，平均沉降速度比静止流体中孤立球的终端速度减小6%~ 60%.通过对液固相对运动的分析，发现随着密度比的减小，由于颗粒横向流速引起的垂向阻力增大，平均沉降速度逐渐减小。非定常效应对平均总阻力的贡献约为6%-10%。颗粒速度和加速度的概率密度函数表明，它们与湍流的特性密切相关。如果时间按（2a）/u'（其中2a是颗粒直径，u'是湍流速度均方根）缩放，则发现对于所有Ga，在沉降方向上的颗粒均方位移是相似的。
2016-11-28 physics.flu-dyn
Revealing the state space of turbulence using machine learning
尽管湍流的表面复杂性，确定一个更简单的描述的基础动力系统仍然是一个根本的挑战。正如霍普夫在1948年所设想的那样，利用某种有效的表示法来捕捉湍流如何在相空间中的不稳定状态（简单不变解）之间蜿蜒流动，这是实现这一目标的最好希望，尽管识别这些状态存在固有的困难。在这里，我们通过证明深度卷积自动编码器可以识别与表征湍流吸引子的简单不变解密切相关的二维湍流的低维表示，向这一目标迈出了重要的一步。为了建立这一点，我们开发了潜傅立叶分析，将流嵌入分解成一组正交的潜傅立叶模式，这些模式解码成类似于简单不变解的物理上有意义的模式。通过分析$Re=40$的湍流Kolmogorov流（在大尺度下被迫在2D环面上流动），突出了这种方法的实用性，其中，在间歇性突发之间，流动驻留在不稳定状态的附近，并且是非常低维的。到个人的潜在傅立叶波数的投影揭示了简单的不变的解决方案，组织静态和爆裂的动态系统的方式无法访问以前的方法。
2020-09-17 physics.flu-dyn
Biologically generated turbulent energy cascade in shear flow depends on tensor geometry
本研究揭示生物生成扰动与背景剪切流的几何关系决定湍能级联的强度与方向，补充了生物湍流研究中被忽视的关键影响因素。
2023-10-05 physics.flu-dyn
Importance of fluid inertia for the orientation of spheroids settling in turbulent flow
非球形颗粒在流动中如何定向在许多科学和工程问题中具有重要的实际意义。在静止的流体中，缓慢沉降的颗粒会定向，使其宽边先沉降。这是由于沉降颗粒引起的流体的对流惯性引起的扭矩的影响，其使颗粒所经历的阻力最大化。湍流倾向于使颗粒取向随机化。最近，非球形颗粒在湍流中的沉降被分析，忽略对流流体惯性的影响，但考虑到湍流流体速度梯度对颗粒取向的影响。这些研究得出了相反的结论，即杆优先以其尖端先沉降，而盘优先以其边缘先沉降，因此使颗粒上的阻力最小化。在这里，我们考虑这两种效果，对流惯性扭矩以及扭矩由于波动的速度梯度，并询问在何种情况下，一个或另一个占主导地位。为此，我们估计两个转矩的大小之比。我们的估计表明，流体惯性扭矩在高雷诺数流动中占主导地位。在这种情况下，预期非球形颗粒以最大阻力沉降。但当雷诺数较小时，则流体速度梯度引起的扭矩可能占主导地位，导致颗粒首先以其宽侧沉降。
2019-08-27 physics.flu-dyn
Energy spectra in turbulent bubbly flows
我们在湍流泡状流中进行实验，以研究单相湍流的经典$-$ 5/3能谱标度与静止液体中气泡群上升和气泡主导湍流的$-$ 3标度之间的过渡性质。气泡参数是气泡注入前气泡诱导的动能与湍流液体波动诱导的动能之比，常用于描述气泡流。我们将气泡参数从$b = \infty$（伪湍流）改变到$b = 0$（单相流），改变2-3个数量级（$0.01 - 5$），研究其对湍流能谱和液体速度脉动的影响。液体速度波动的概率密度函数（PDF）显示出与$b > 0$的高斯分布的偏差，即当系统中存在气泡时。PDF是不对称的，在正尾的概率更高。的能谱被发现遵循$-$ 3标度在长度尺度小于气泡的大小泡状流。这种$-$ 3光谱标度不仅适用于伪湍流的公认情况，而且令人惊讶地适用于系统中存在气泡的所有情况（$b > 0$）。因此，它是湍流泡状流的一个普遍特征，而泡状参数可能不是描述泡状湍流能谱的合适参数。物理原因是气泡输入的能量只传递到更高的波数，并且气泡产生的能量可以直接由气泡尾流中的粘性耗散来平衡，如Lance $\&$ Bataille（1991）所建议的。此外，我们提供了另一种解释，通过平衡的能量产生的气泡与粘性耗散在傅立叶空间。
2016-01-26 physics.flu-dyn
Numerical simulations of a sphere settling in simple shear flows of yield stress fluids
我们进行了$3$ D数值模拟，研究了在具有弱惯性的屈服应力流体中存在和不存在简单的交叉剪切流的情况下单个球体的沉降。在我们的模拟中，沉降流被认为是主流，而线性交叉剪切流是具有主流的振幅$10\%$的二次流。为了研究载流流体的弹塑性对球体阻力及流体动力学的影响，采用\cite{saramito2009new}提出的弹粘塑性（EVP）本构关系对载流流体进行了建模。额外的非牛顿应力张量是完全耦合的流动方程和固体颗粒表示的浸没边界（IB）方法。我们的结果表明，前后不对称的速度是不太明显，负尾流消失时，施加线性横向剪切流。我们发现，在剪切屈服应力流体中的球沉降的阻力显着减少相比，否则静止的流体。更重要的是，由于简单剪切流和均匀流之间的非线性耦合，在存在二次剪切流时，球阻力不能由纯沉降阻力定律导出。最后，我们表明，在较高的材料弹性，主要是由于形式和粘性阻力的减少，在剪切屈服应力流体中的球体上的阻力减少。
2020-05-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Active gyrotactic stability of microswimmers using hydromechanical signals
许多浮游生物物种每天都在湍流海洋中垂直迁移到很深的地方。为了有效地做到这一点，浮游生物可以使用一种回转运动机制，使它们与重力保持一致，向下游，或逆着重力向上游。许多物种显示出旋合稳定性的被动机制。例如，底部重的浮游生物倾向于向上排列。这对于静止流中的向上迁移是有效的，但它通常对扰乱对齐的湍流敏感。在这里，我们提出了一个简单的，强大的主动机制的回旋稳定性，这是只有轻微的湍流的影响，并允许沿和逆重力对齐。我们使用的浮游生物，以恒定的速度游泳，并能积极引导响应水动力信号中遇到的模拟湍流的模型。使用强化学习，我们确定最佳转向策略。通过使用刚毛来感知与其游泳方向垂直的沉降速度，游泳者可以推断出有关重力方向的信息，从而使其能够主动向上对齐。该机制导致湍流中向上迁移的速率与静止流中相同，除非湍流非常剧烈。相反，具有桡足类典型参数的被动游泳者在湍流中的上升速度要小得多。沉降甚至可能导致它们在剧烈的湍流中向下迁移。
2021-12-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Universality at the onset of turbulence in shear flows
剪切流中从静止层流到强烈波动湍流动力学的不稳定转变尽管有其实际的重要性和一个多世纪的深入研究，但仍然知之甚少。由于缺乏线性不稳定机制，以及在极长的寿命后可能发生的湍流灾难性崩溃，对转变过程的理论理解变得复杂。在三种不同的几何形状：管道，管道和槽道流动中，实验研究了接近发病的湍流。从湍流到层流的反向转变被观察到是剪切流的一般特征。在稍高的流速下发现一个临界点，其中流动的性质突然改变为扩展湍流的一般情况。与此相变的临界指数被发现是普遍的。这证实了20多年前基于流体湍流和统计物理学中离散模型之间的类比而提出的一个猜想。
2010-01-14 physics.flu-dyn
Dynamics of freely rising spheres: the effect of moment of inertia
本研究通过实验改变密度比和转动惯量，探究自由上升球体动力学，发现转动惯量不影响螺旋-混沌转变临界值，但在混沌模式中降低阻力系数和振荡幅度，且旋转动力学主要由尾流驱动。
2021-06-03 physics.flu-dyn
Convective stability of turbulent Boussinesq flow in the dissipative range and flow around small particles
我们考虑任意的，可能是湍流，Boussinesq流是光滑的耗散尺度下$l_d$。它表明，相对于规模小于$l_d$的波动增长的流动的稳定性导致一个非平凡的约束。这涉及无量纲强度的波动梯度的标量在重力方向和瑞利尺度$L$取决于瑞利数$Ra$，努塞尔数$Nu$和$l_d$的$Fl$。该约束意味着静止的分层流体，这是线性稳定的，发展不稳定的大$Ra$的限制。这限制了在静止分层流体中具有闭合流线的小型游泳者周围流动的解的可观测性，该流动在尺度$L$ [A. M. Ardekani和R. Stocker，Phys. Rev. Lett. 105，084502（2010）]。相应地，为了研究$L$尺度的流动，必须考虑湍流。我们证明了小颗粒或游泳者周围的湍流可以用标量积分微分对流扩散方程来描述。描述的解决方案，我们表明，封闭的流线坚持有限的概率。我们的结果似乎是必要的基础，在理解周围的小游泳者的流动。
2014-10-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Effects of particle size and background rotation on the settling of particle clouds
我们的实验研究的行为的瞬时局部释放的重粒子下降的湍流云在静止的水，有和没有背景旋转。我们提出了514个系统的实验结果，没有旋转和三个旋转速率$Ω= 5,10,20$ rpm，并在$5μm$到$1mm$范围内的颗粒大小，探索四十年的劳斯数$\mathcal{R} \in [6\times 10^{-4},4]$，它量化了颗粒的惯性。在Morton \textit{et al.}所描述的湍流热气流的正则框架中，[Proc.R.数学、物理、科学\textbf{234}，1（1956）]，我们比较粒子云与盐水热气流，突出的特殊性，由于颗粒的湍流强迫的性质。在没有旋转的情况下，粒子云最初表现为咸热气流与调制的夹带能力，这是最佳的增强有限的惯性$\mathcal{R}\simeq 0.3$由于颗粒的影响。然而，由于湍流涡流和颗粒之间的惯性解耦，这种湍流状态在时间上是有限的。对于这里探讨的三个值的$Ω$，颗粒增强夹带被抑制。此外，当科里奥利力克服其惯性时，云的膨胀被中断，迫使云转变为旋涡柱状流，这大大增加了颗粒的停留时间。
2023-01-17 physics.flu-dyn
How turbulence increases the bubble-particle collision rate
本研究通过界面分辨模拟探究湍流对有限尺寸气泡与小惯性颗粒碰撞的影响，揭示流场相互作用主导、非线性效应及滑移速度波动提升碰撞速率的机制，提出冻结湍流模型提供物理自洽的碰撞模拟框架。
2025-01-13 physics.flu-dyn
Efficient survival strategy for zooplankton in turbulence
针对湍流应变掩盖浮游动物流体动力感知信号的问题，研究提出基于应变平方梯度符号的避扰策略，揭示其可促成空间聚集、逆流排列并兼顾逃逸、觅食与繁殖需求。
2024-04-08 physics.flu-dyn
Self-sustained patchy turbulence in shear-thinning active fluids
本文通过数值模拟研究了剪切变稀非牛顿流变条件下活性流体的湍流行为，发现系统可自发形成湍流区与静止区共存的自持非均匀状态，该状态通过滞后转变出现并表现出有向逾渗转变特征。
2025-07-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Settling of inertial particles in turbulent Rayleigh-Benard convection
小惯性颗粒在湍流对流中的沉降行为是从物理学到冶金学等多个学科的基本问题。在地球物理背景下，致密晶体的沉降控制着岩浆房和行星规模岩浆海洋的凝固模式，而挥发物的轻气泡的上升则驱动着火山放气和原始大气的形成。受这些地球物理系统的启发，我们对Rayleigh数为10^12，Prandtl数为10 ~ 50的矩形二维Rayleigh-Benard系统中的颗粒沉降速率进行了系统的数值研究。在小雷诺数球形颗粒的理想条件下，沉降速度存在两种极限行为。一方面，斯托克斯定律适用于响应时间小但有限的颗粒，导致恒定的沉降速率。另一方面，具有消失的响应时间的颗粒预期以指数速率沉降。基于我们的模拟，我们提出了一个新的物理模型，通过将惯性粒子的沉降描述为具有两个关键组成部分的随机过程来弥合上述限制行为之间的差距：i）将颗粒从强对流区域输送到在系统的水平边界处自然形成的缓慢、低速“堆”中，以及ii）颗粒逃离这种低速区域而不沉降在其底部的概率。此外，我们确定了四个不同的沉降制度，并分析了沉积颗粒的水平分布。对于这些制度的两个沉降是特别缓慢的，分布是强烈的不均匀，与致密的颗粒被沉积优先低于主要集群的upprone。
2020-05-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Simulations of Particle-Laden Flows with Large Dispersed-Phase Size Disparities Using Scalable Parallel Adaptive Methods
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Université de Lille（里尔大学）；University of Twente（特温特大学）
本文提出了一种高度可扩展的并行自适应方法，用于模拟具有大分散相尺寸差异的多相流，通过耦合格子玻尔兹曼方法与浸没边界方法，在动态自适应八叉树网格上实现高效并行计算，验证了该方法在气泡-颗粒碰撞等多尺度问题中的准确性和鲁棒性。
2026-10-14 physics.flu-dyn
Particle settling in turbidity currents: concentration-gradient-driven biased sampling
Imperial College London（帝国理工学院）；Toulouse INP–ENSEEIHT（图卢兹国立理工大学-ENSEEIHT）
通过双向耦合欧拉-拉格朗日直接数值模拟，发现颗粒位置处采样流体速度的向上偏差主导了有效沉降速度的降低，并建立了跨全水深的简单模型。
2026-10-20 physics.flu-dyn
A sufficient condition for Gaussian departure in turbulence
两个积分尺度相等但动能不同的各向同性湍流场的相互作用产生了最简单的非均匀湍流场。在本文中，我们提出了一个数值实验，其中两个时间衰减的各向同性场的动能$E_1$和$E_2$最初匹配在一个狭窄的区域。在这个区域内，动能按双曲正切变化。随后的时间演化产生无剪切混合。观察到速度和速度导数统计的各向异性和不连续性。特别是在时间上的渐近行为，并作为能量比$E_1/E_2 \to \infty$的函数进行了讨论。该极限对应于给定$E_1$的最大可观测湍流能量梯度，并通过极限$E_2 \to 0$获得。具有$E_1/E_2 \to \infty$的场表示在表面附近可以观察到的混合，该表面受到非常小的速度梯度，分离两个湍流场，其中一个几乎是静止的。在这种情况下，湍流穿透是最大的，并且达到等于标称混合层宽度的1.2倍的值。实验表明，湍流能量梯度的存在下是足够的外观的不稳定性，并在混合过程中的压力传输是不可忽略的湍流速度传输。这些发现可能为湍流能量梯度的存在是湍流中高斯偏离的最低要求这一假设开辟了道路。
2007-10-17 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Chaotic and time-periodic edge states in square duct flow
本研究通过边缘追踪算法分析方管流动，发现非对称约束下边缘态为混沌吸引子，表现为条带-涡旋相互作用引发的爆发与壁面切换；施加镜像对称后则形成周期轨道，这些边缘态在低雷诺数湍流中扮演重要角色。
2025-03-28 physics.flu-dyn
A combined Lattice Boltzmann and Immersed Boundary approach for predicting the vascular transport of differently shaped particles
人造颗粒的血管运输和粘附建模对于优化其在疾病检测和治疗中的功效至关重要。本文将格子玻尔兹曼方法和浸没边界方法结合起来，对层流中不同形状颗粒的近壁动力学进行了预测。对于格子Boltzmann模型，高斯-厄米投影用于推导格子方程，壁边界条件通过邹-何框架施加，和移动最小二乘算法精确地重建占浸没边界的强迫项。首先，计算代码验证对两个著名的测试情况下：在静止的流体中的圆形和椭圆形的圆柱体的沉降。一个非常好的协议之间观察到目前的结果和文献中提供的。然后，圆形，椭圆形，矩形，正方形和三角形的颗粒的运输进行了分析，在库埃特流，在Re=20。所有的颗粒横向漂移通过流线到达平衡位置，与初始条件无关。对于这个大的雷诺数，颗粒形状对最终平衡位置没有显著影响，但它确实影响角速度的绝对值和周期性。具体而言，细长颗粒显示出更长的振荡周期，最有趣的是，角速度的变化更大。最长的粒子在几乎整个旋转周期内呈现零角速度。总的来说，这些数据表明，所提出的方法可以有效地用于预测复杂的粒子动力学在生物相关的流。这种计算策略可能在计算纳米医学领域产生重大影响，用于优化治疗和成像剂的特异性递送。
2016-06-06 physics.flu-dyn
Towards an Exact Mechanical Analogy of Particles and Fields
电磁场和粒子的精确类比可以在具有空隙的湍流理想流体的连续介质力学中找到。湍流偏离均匀各向同性状态对应于电磁场：平均压力为静电势，平均流体速度为磁矢量势，平均湍流能量密度为电动势。扰动波模拟了电磁波。流体的空腔用作壁以支持湍流的静止扰动。在存在空隙的情况下，湍流非粒子流体的空化导致形成空的空间和静止流体的湍流夹杂物。这些模型分别模拟了带正电和带负电的粒子。由于膨胀，夹杂物与湍流扰动场相互作用。这看起来就像电荷与电磁场的相互作用。随机环境模型中夹杂的分裂与色散量子粒子的离域。
1999-04-27 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Chiral Particles in Taylor-Couette Turbulence
University of Twente（特温特大学）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）
本研究通过实验探讨手性粒子在泰勒-库埃特湍流中的行为，发现其运动受流体涡旋主导，且手性不影响旋转和取向动态。
2025-11-28 physics.flu-dyn
Effect of particle inertia on the alignment of small ice crystals in turbulent clouds
本文研究颗粒惯性对湍流空气中沉降冰晶取向的影响，通过含惯性理论揭示 St 即使很小也会增大倾角方差，并给出不同 Sv 渐近区间及云况参数预测。
2021-02-04 cond-mat.soft physics.ao-ph physics.flu-dyn
Self-organization in a stably stratified, valley-shaped enclosure heated from below
本研究发现底部加热的V型封闭腔内稳定分层流体从静止状态自发产生三维运动，并最终在无外力干预下自组织为二维稳态，揭示了通过高维中间态过渡至低维终态的流动演化机制。
2024-12-19 nlin.AO physics.flu-dyn
A Hybrid Generative Reduced-Order Model for the Minimal Flow Unit
PPRIME Institute, CNRS, Université de Poitiers, ISAE-ENSMA（普雷姆研究所，法国国家科学研究中心，普瓦捷大学，国立高等航空航天机械学院）；FLOW, Engineering Mechanics, KTH Royal Institute of Technology（流动工程力学，瑞典皇家理工学院）；Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels（地球物理和工业流动实验室）
提出一种数据驱动降阶模型，结合β-VAE-GAN压缩高维湍流场和传感器条件Transformer预测潜变量演化，在最小流动单元中准确预测近壁间歇动力学，恢复87%湍动能。
2026-06-08 physics.flu-dyn
High Schmidt-Number Turbulent Advection and Giant Concentration Fluctuations
我们考虑了热噪声对湍流粘性耗散区高施密特数混合的Batchelor-Kraichnan理论的影响。利用低马赫数下二元流体混合物的波动流体动力学，我们证明了在耗散范围内确定性Navier-Stokes解的线性化。对于后者的解决方案，我们采用标准的Kraichnan模型，并推导出渐近高施密特极限方程的浓度场，其中的热速度波动准确地表示为高斯随机速度，这是白色的时间。我们得到的浓度谱在这个高施密特限制模型的精确解，表明在粘性对流范围内的巴彻勒预测是不变的。热噪声显着重整裸扩散率在这个范围内，但效果是相同的层流，因此隐藏的现象。然而，在低于巴彻勒长度的尺度（通常为微米尺度）的粘性扩散范围内，基于确定性纳维-斯托克斯方程的预测被热噪声急剧改变。而经典理论预测迅速衰减的光谱在粘性扩散范围内，我们得到一个$k^{-2}$幂律谱开始低于巴彻勒长度。该光谱对应于非平衡巨浓度波动，这是由于实验上观察到的静态流体中的热速度波动平流强加的浓度变化。在较高的波数下，由于平衡分子波动，浓度谱变为$k^2$均分谱。我们对水-甘油和水-荧光素混合物进行了详细的预测。最后，我们讨论了广泛的影响，湍流和新的应用程序，我们的方法实验访问层流。
2022-06-02 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
A combined immersed boundary and discrete unified gas kinetic scheme for particle-fluid flows
采用离散统一气体动力学格式（DUGKS）和浸没边界（IB）方法，对含颗粒流动进行了界面分辨模拟。本方法（IB-DUGKS）保留了IB和DUGKS各自的优点，即，处理复杂流动的灵活性和效率，以及鲁棒性和低数值耗散。在IB-DUGKS中，IB方法用于处理流固界面，DUGKS用于模拟流体流动，分别利用拉格朗日和欧拉网格。这两个网格是完全独立的，这有助于避免网格再生时，一个固体粒子的移动。具体而言，在本实施的IB-DUGKS，在颗粒表面的无滑移边界条件是准确地执行通过引入一个有效的迭代强迫算法，和IB力引起的颗粒边界方便地纳入DUGKS与奇异分裂计划。的准确性的IB-DUGKS第一次验证中的流动通过一个静止的气缸和一个振荡的气缸在一个静止的流体。在此之后，几个成熟的二维和三维颗粒流问题进行了模拟，包括一个颗粒的沉降和DKT动力学的两个颗粒在一个通道中，和一组颗粒沉降在一个封闭的。在所有的测试情况下，结果是在良好的协议与文献中的数据，表明拟议的IB-DUGKS是一个很有前途的工具，用于模拟颗粒流。
2018-01-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Free surfaces in turbulence - A unified framework from water surfaces to elastic solids
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST)（冲绳科学技术大学院大学）；University of Genova（热那亚大学）；National Institute for Nuclear Physics (INFN), Section of Genova（意大利国家核物理研究所热那亚分部）
提出一个理论框架描述可变形表面对湍流压力波动的响应，并通过数值模拟验证，发现线性理论预测与仿真及海洋观测数据高度一致，表明波湍流可能被湍流诱导波所掩盖。
2026-09-30 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Investigating prominence turbulence with Hinode SOT Dopplergrams
静止湍流有各种各样的流动，包括瑞利-泰勒不稳定性驱动的上升流和脉冲下降流，因此湍流运动也存在也就不足为奇了。由于磁流体湍流被认为具有平均水平引导场，因此研究它们所承载的任何湍流都可以揭示在广泛的天体物理系统中MHD湍流的性质。本文利用Hinode SOT观测资料构造的H $α$多普勒图，用结构函数分析方法研究了湍流日珥运动的性质。速度增量的pdf显示，当我们看到越来越小的空间间隔时，分布显示出与参考高斯分布的更大偏离，暗示了速度场的不稳定性。水平和垂直分离的偶数阶结构函数的分析表明，存在两个不同的区域，显示不同的幂律指数，在幂律中的突破约2000公里。我们假设这是一个结果的内部湍流激发的日珥的动态流动的系统在这个空间尺度。我们发现这两个区域的p阶结构函数的标度指数一般遵循p/2（小尺度）和p/4（大尺度）定律，这与弱MHD湍流和Kraichnan-Iroshnikov湍流的标度指数分别相同。然而，在比p/2标度更大的尺度上，p/4标度的存在与MHD湍流中预期的非线性增加不一致。从湍流能量耗散估算加热表明，这种湍流加热将是非常低效的，但是通过湍流驱动的重联的质量扩散是$10^{10}$ cm $^2$/s的量级。
2016-10-26 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
Transition to superfluid turbulence governed by an intrinsic parameter
经典流体和量子流体中的流体动力学流动可以是层流或湍流。为了描述后者，在湍流中的涡用稳定的涡丝来模拟。虽然这是经典流体中的理想化，但涡旋是超流体中真正拓扑稳定的量子化对象。因此，超流湍流被认为是重新理解湍流的关键。由于费米子超流3 He的流体动力学特性在实验可及的温度范围内存在很大变化，因此它提供了进一步的可能性。在研究超流3 He的B相流体动力学时，我们发现在0.60Tc处两个区域之间存在急剧的转变，高温时具有规则的行为，低温时具有湍流。与经典流体不同，这种转变对速度不敏感，并且发生在耗散涡阻尼下降到临界极限以下的温度下。这一发现解决了3 He-B中现有的高温和低温测量之间的冲突：在旋转流中的高温下，观察到注入到超流中的涡环单调地扩展为单一的直线涡线，而在非常低的温度下，可以在具有振动线的静止浴中产生量子化涡线的缠结网络。这一矛盾的解决揭示了超流湍流存在的一个新的内在判据。
2003-04-25 cond-mat nlin.CD physics.flu-dyn
Observations of the Kelvin-Helmholtz instability driven by dynamic motions in a solar prominence
日珥在其可观测的整个空间尺度范围内具有令人难以置信的动态性，观测揭示了重力驱动的流体不稳定性，波动和湍流。在所有这些复杂运动的情况下，可以预期内部流体运动中的剪切驱动的不稳定性将发展。然而，一直缺乏这方面的证据。在这里，我们提出了一个突出的发现，从界面区域成像光谱仪（IRIS）的观测，剪切流不稳定性，开尔文-亥姆霍兹正弦模式的流体通道，在突出体的流动驱动。这一发现提出了一种新的机制，通过这种机制，我们可以从静止湍流中观察到的流动中产生湍流运动。在日珥中观察到这种不稳定性突出了它们作为理解磁场和流体流动之间复杂相互作用的实验室的巨大价值，这些磁场和流体流动在大量的天体物理系统中起着至关重要的作用。
2018-08-07 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
