Dynamics of turbulent plugs in a superfluid $^4$He channel counterflow
狭窄通道中超流He-4中的量子湍流通常采取移动局部涡旋缠结的形式。这种缠结被称为湍流塞，也是更宽通道中量子湍流的基石。我们报告的各种方面的动力学和结构的湍流塞在很宽的范围内的管理参数的数值研究。长通道中缠结的不受限制的生长提供了一个独特的观点，包括超流运动在许多尺度上的自然缠结结构。我们认为，栓的边缘遵循平流-扩散-反应动力学，作为湍流锋传播。这种分析表明，缠结的两个边缘的动力学具有明显不同的性质。我们提供了一个解析解的运动方程的前锋，定义其形状，速度和有效扩散率，并分析这些参数的各种流动条件。
2020-02-13 cond-mat.other
Turbulent statistics and intermittency enhancement in coflowing superfluid $^4$He
实验表明，机械驱动超流$^4$ He的大尺度湍流统计遵循经典的统计规律。在本文中，我们使用直接的数值模拟来研究在温度范围$T \in[1.3,2.1]$ K的整个尺度范围。数值计算采用自洽和非线性耦合的正常和超流分量。主要结果是：（1）正常分量和超分量的速度涨落在惯性尺度范围内具有良好的相关性，而在小尺度范围内是去相关的。(ii)在1.8K和2K之间的温度范围内，通过组分之间的相互摩擦进行的能量转移特别有效，导致这些温度下的小尺度不稳定性的增强。(iii)在低$T$和接近$T_λ$时，两个分量的能谱和结构函数的标度性质接近经典流体动力学湍流的标度性质。
2017-11-22 cond-mat.other
Quasiparticle scattering measurements of laminar and turbulent vortex flow in the spin-down of superfluid 3He-B
本文研究了超流3 He-B中快速停止旋转后量子化涡旋的动力学。我们在两种不同的实验装置中使用热激发的Andreev反射来监测温度低于0.2Tc的石英音叉振荡器的涡旋运动。在流动环境中偏离理想的圆柱对称性会导致早期的衰变变成湍流。这是从涡旋密度在自旋下降之前的值之上的快速初始过冲及其随后的具有t^（-3/2）时间依赖性的衰减来识别的。沿旋转轴的涡流的高偏振显着抑制有效的湍流运动粘度低于更均匀的湍流的值，并导致层流的后期响应。从极化涡位形的进动频率可以确定T < 0.15Tc时的涡耗散。在消失的正常组件密度的限制，层流耗散被发现接近温度无关的值，其起源目前正在讨论中。
2012-06-18 cond-mat.other
Theory of energy spectra in superfluid He-4 counterflow turbulence
在热驱动的超流He-4湍流中，逆流速度$U_{\rm ns}$部分地取代了正常和超流湍流速度。最近，我们建议[J]低温。Phys. 187，497（2017）]认为，这种解耦应通过相互摩擦极大地增加湍流能量耗散，并显著抑制能谱。逆流湍流中二阶正常流体速度结构函数$S_2(r)\propto r^{n_{\rm exp}}$的表观标度指数nexp的综合测量[Phys.Rev.B 96，094511（2017）]证实了我们的湍流统计对流动参数的逐渐依赖性。我们发展了一个逆流湍流的分析理论，解释了这种现象的双重机制：i）由相互摩擦引起的湍流速度耦合与$U_{\rm ns}$引起的湍流速度解耦之间的尺度依赖性竞争; ii）由速度解耦增强的相互摩擦引起的湍流能量耗散。建议的理论预测的能量谱的流动参数范围很广。对于$T\gtrsim 1.85$ K，在没有拟合参数的情况下，得到的正常流体能谱$\langle m_n\rangle_{10}$的平均指数定性地与观测到的$n_{\rm exp} + 1$一致
2018-07-02 cond-mat.other
Decay of quantised vorticity by sound emission
人们认为，在绝对零度附近没有任何其他耗散机制的情况下，在量子流体中，声音的产生是湍流动能的最终汇。我们表明，一个适当的捕获玻色-爱因斯坦凝聚体提供了一个模型系统，以研究在一个受控的方式加速涡发出的声音。
2004-05-27 cond-mat.other
Coarse-grained Hydrodynamics of turbulent superfluids: HVBK approach and the bundle structure of the vortex tangle
在评论中，我开发了一个临界分析的HVBK方法的使用研究三维超流体湍流。涡束形成量子湍流结构的概念是有争议的，不能证明HVBK方法的使用。此外，这个概念是适得其反的，因为它给出了关于涡旋缠结的结构是一组包含平行线的束的错误想法。在这些束内的涡丝动力学的唯一类型是可能的，即，开尔文波沿着丝运行。与此同时，正如在许多数值模拟中所示，涡旋缠结由一组不同尺寸的纠缠涡旋环组成，并具有随机行走结构。这些环受到大的变形（由于高度非线性动力学），它们彼此重新连接，并与墙壁，分裂和合并，创造了很多子环。它们也承受开尔文波，但后者几乎没有影响。我还提出并讨论了另一种变体的研究三维湍流，其中涡线密度$ \mathcal{L}(r,t)$是不相关的$\nabla \times \mathbf{v}_{s}$，但它是一个独立的变量描述的一个单独的方程。
2019-08-08 cond-mat.other
Turbulent Steady States in Two-Dimensional Sonic Black Holes: Superfluid Vortices and Emission of Sound
对（2+1）维玻色-爱因斯坦凝聚体中的声波黑洞/白洞对的模拟表明，初始量子噪声导致的动力学不稳定性导致了超流涡旋的形成.不稳定性在超音速区域内的超流体湍流的准稳态中饱和，从该准稳态中发射出与霍金辐射在性质上相似的声波。然而，从缓慢衰减的二维声波黑洞辐射的功率谱是强非热的。
2017-05-11 cond-mat.other gr-qc
The motion of tracer particles in turbulent superfluid $^4$He down to the zero-temperature limit
The University of Manchester（曼彻斯特大学）；The University of Nottingham（诺丁汉大学）；Florida State University（佛罗里达州立大学）；National High Magnetic Field Laboratory（国家高磁场实验室）
研究开发了用于可视化超流$^4$He中流体的聚合物粒子注入系统，通过观察粒子在零下14K温度下的运动轨迹，揭示了热激发与量子涡线相互作用的统计行为及速度分布特性。
2026-04-01 cond-mat.other
Coupled normal fluid and superfluid profiles of turbulent helium II in channels
我们进行完全耦合的二维数值模拟的平面通道氦II逆流与涡线密度典型的实验。我们的方法的主要特点是包括反反应的超流涡的正常流体和固体边界的存在。尽管降低了维数，我们的模型是现实的，足以重现最近计算的三维通道的涡流密度分布。我们专注于粗粒超流和正常流体的速度分布，恢复正常的流体配置文件最近观察到采用基于激光诱导荧光的亚稳态氦分子的技术。
2015-11-09 cond-mat.other physics.flu-dyn
Coexistence and interplay of quantum and classical turbulence in superfluid He-4: Decay, velocity decoupling and counterflow energy spectra
我们报告补充的实验，数值和理论研究的湍流同向流，逆流和纯超流的超流He-4在一个通道中，导致在物理上透明的和相对简单的模型的衰减量子湍流，占共存的量子和经典组件的相互作用的湍流超流He-。我们进一步提供了一个分析理论的稳态量子湍流的能量谱的逆流和纯超流，基于代数近似的能量通量的尺度。由此产生的频谱是不是经典的Kolmogorov形式，但强烈抑制的相互摩擦，导致在所有尺度的能量耗散，增强了由逆流引起的正常和超流速度波动的解耦。
2016-06-17 cond-mat.other
Vortex spectrum in superfluid turbulence: interpretation of a recent experiment
我们讨论了最近的一个实验中，涡线密度波动的频谱已被测量的超流湍流。观察到的频率依赖性的频谱，$f^{-5/3}$，不同意与经典的涡度谱，如果按照文献，涡线密度被解释为涡度或拟能的措施。我们认为，如果涡线密度场被分解成一个极化的领域（其中携带的大部分能量）和各向同性的领域（这是负责的频谱）的分歧得到解决。
2007-09-04 cond-mat.other physics.class-ph physics.flu-dyn
Observation of bistable turbulence in quasi-two-dimensional superflow
受限于二维的湍流可以自发地在大尺度上发展出秩序，这与熵的预期相悖，并且与三维湍流形成鲜明对比，在三维湍流中，非线性湍流过程破坏大尺度秩序。在这项工作中，我们报告的观察不寻常的湍流行为的稳态流动的超流\4 He-液体与消失的粘度和离散涡-在一个近二维通道。令人惊讶的是，对于一系列的实验参数，湍流被观察到存在于两个双稳态状态。这种双稳定性可以很好地解释的外观的大尺度区域的流动相反的涡度。
2020-07-03 cond-mat.other
Superfluid vortex front at T -> 0: Decoupling from the reference frame
在低温条件下，超流~ 3 He-B中产生了稳态湍流运动，其形式为湍流涡阵面，沿~ 3 He-B旋转圆柱形容器轴向运动，用等密度涡线代替无涡流动。我们提出了第一次测量的热信号从耗散作为时间的函数，记录在0.2 Tc的前运动期间，这是使用NMR技术监测。涡流动力学的测量和数值计算都表明，在低温下，传播的涡流的密度远低于平衡值，即超流体以比容器小的角速度旋转。这是超流体在零温极限下与容器参考系解耦的第一个证据。
2011-06-20 cond-mat.other
Turbulent diffusion and dispersion in a superfluid
本研究数值模拟了0 K极限下超流体在超量子与准经典湍流中的扩散与色散，发现两者在超流体微团短时超扩散及双体色散标度上存在显著差异，揭示了短时超扩散起源并填补了超流体湍流输运研究的空白。
2025-04-01 cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Velocity spectra of quantum turbulence: experiments, numerics and models
超流湍流是不寻常的，并提出了一个挑战，流体动力学，因为它由两个耦合，相互渗透的湍流流体：第一个是无粘的量子涡，第二个是粘性的连续涡。尽管有这种双重性质，在足够大的长度尺度上观察到的超流湍流速度谱与普通湍流相似。我们目前的实验，数值和理论结果，解释这些相似之处，并说明我们目前的理解在较小尺度的超流湍流的局限性。
2013-06-26 cond-mat.other physics.flu-dyn quant-ph
Detection of vortex coherent structures in superfluid turbulence
在经典流体的湍流中，高涡度的丝状区域不规则地形成和消失。我们报告的实验比较研究，这些所谓的“相干结构”在经典与量子流体，使用液氦的超流分数从0%到83%不等。涡丝的低压核心由位于直径为78 cm的Von Kármán室侧壁上的压力探头探测，该室被向上驱动以记录湍流强度（R $λ$ $\sim$ $\sqrt$ Re 10000）。在经典流体中的细丝的发生，大小和相对分布的统计发现与它们的超流对应物，即量子化涡线束没有区别。这表明，涡丝的内部结构，以及它们的耗散特性有一个可以忽略不计的影响，其宏观动力学，如寿命和间歇性。
2017-05-29 cond-mat.other physics.class-ph physics.flu-dyn
Turbulent dynamics in rotating helium superfluids
新技术，无论是在氦超流体3 He-B和4 He的湍流产生和检测，最近给出了洞察湍流是如何开始的，耗散机制是什么，以及如何湍流衰减时，它出现作为一个瞬态或当外部施加的湍流泵关闭。重要的简化是通过使用3 He-B作为工作流体获得的，其中高粘性法向分量实际上总是处于层流状态，或者通过将4 He冷却到低温，其中法向分数变得非常小。我们描述了最近的研究从低温制度，相互摩擦变得很小或几乎消失。这使我们能够阐明量子湍流接近零温度极限时的工作机制。
2008-08-28 cond-mat.other cond-mat.supr-con
Vortex line density in counterflowing He II with laminar and turbulent normal fluid velocity profiles
超流氦是一种粘性正常流体和非粘性超流的紧密混合物，粘性正常流体具有连续的涡度，而非粘性超流的涡度被限制在薄的、稳定的拓扑缺陷中。在该系统中产生湍流的一种机制是通过施加热通量，即所谓的热逆流。特别令人感兴趣的是如何在超流湍流响应层流和湍流的正常流体在存在的墙壁。我们模型超流涡线重新连接的空间曲线与固定的循环，并考虑层流（Poietille）和湍流的正常流体流动的通道配置。使用高分辨率的数值模拟，我们表明，在正常的流体湍流维持一个显着较高的涡线密度比层流具有相同的平均流量。我们检验了定常涡线密度$L$和逆流速度$v_{ns}$之间的Vinen关系式$\sqrt{L}=γv_{ns}$。我们的研究结果支持的假设，过渡到湍流在正常的流体是负责TI TII过渡。我们还考虑了超流涡旋涨落的谱特性，这与以前的实验结果吻合得很好。
2013-10-22 cond-mat.other physics.flu-dyn
On the determination of vortex ring vorticity using Lagrangian particles
本文通过数值模拟验证了利用拉格朗日粒子计算伪涡量场来估计静止流体中孤立涡环传播速度与增长的可行性，并指出低惯性粒子适用而高惯性粒子会产生偏差。
2021-07-16 cond-mat.other physics.flu-dyn
Shedding of Vortex Rings from an Oscillating Sphere in Superfluid He-4 below 0.5 K - The Origin of the Turbulent Drag Force
围绕振荡球体的湍流的开始已知发生在临界速度vc ~ sqrt（kappa ω）处，其中kappa是循环量，ω是振荡频率。然而，在驱动力幅值F的小区间内（或高于vc几个百分比的相应速度幅值），发现湍流是不稳定的。流型在势流和湍流之间间歇地切换。湍流相的寿命呈指数分布，其平均寿命τ随驱动力的增加而迅速增长，即τ（F）~ exp [（F/F1）^2]。在这项工作中，比以前更详细地分析了这个实验结果，特别是确定了力F1。结果表明，湍流阻力F（v）~（v^2 - vc^2）可以定量地归因于具有球体大小的涡环脱落。此外，我们可以推断出在任何给定的速度v下，每半周期在湍流阻力上脱落的涡环的平均数量。
2013-09-08 cond-mat.other physics.flu-dyn
Turbulent Vortex Flow Responses at the AB Interface in Rotating Superfluid 3He-B
在旋转两相样品的3 He-B和磁场稳定的3 He-A在0.20 Tc的相互摩擦耗散的巨大差异引起不寻常的涡流响应。我们使用非侵入性的核磁共振技术来监测自旋下降和自旋上升的B相超流组件的旋转速度的突然变化。在低场测量相比，没有A相，这些响应是层流在圆柱对称流，自旋下降与涡流延伸穿过AB接口被发现是更快的，表明增强耗散湍流。由于在旋转增加之前，反旋涡旋迅速湮灭，因此旋转增加的速度较慢。正如我们的NMR信号分析和涡丝计算所证实的那样，这些观察结果是由作用在AB界面处的B相涡端上的附加力来解释的。
2011-08-22 cond-mat.other quant-ph
Super Stability of Laminar Vortex Flow in Superfluid 3He-B
在大雷诺数（Re~1000）范围内，圆柱体内的旋涡流动保持层流状态。这是推断从NMR测量和数值涡丝计算，我们研究的自旋和自旋的超流组件的响应，在旋转速度的突然变化后。在正常流体和超流体4 He中，这些响应是湍流的。在3 He-B中，涡核半径大得多，这减少了表面钉扎和涡重联，这种现象增强了涡弯曲和湍流缠结的产生。因此，3 He-B中涡旋流动的更大稳定性的起源是量子现象。只有大的流动扰动被发现，使响应湍流，如一个立方体容器的壁或容器内的侵入性测量探头的存在。
2010-05-04 cond-mat.other nlin.CD
Visualization study of counterflow in superfluid helium-4 using metastable helium molecules
超流体He-4中的热量通过正常流体$^{1}$的运动来携带，正常流体是一种逆流超流体成分，用于消除任何净质量流。多年来人们已经知道，在临界热流以上，这种逆流中的超流体成分变成湍流。这种湍流的形式是量子化涡线的无序缠结，并由两种流体$^{2-3}$的相对运动维持。人们怀疑正常的流体也可能变成湍流$^{4}$，但如果没有可视化流动的技术，实验验证是困难的。在这里，我们报告了一系列的可视化研究的正常流体成分的热逆流进行成像的种子亚稳态氦分子的运动，使用激光诱导荧光技术$^{5-8}$。我们提出的证据表明，正常流体的流动确实是湍流，至少在相对较大的速度。热逆流中的两个组件是湍流给我们提出了一个新的和理论上具有挑战性的类型的湍流行为。
2010-04-15 cond-mat.other physics.atm-clus physics.flu-dyn
Helicity and topology of a small region of quantum vorticity
我们数值研究了一个小的湍流区域的量子化涡在超流氦，一个政权，可以在实验室中实现的演变。我们表明，湍流实现了波动稳定状态的动力学（能量），几何形状（长度，扭动）和拓扑结构（链接）。在定义的结谱，我们表明，在任何时刻，湍流由许多unknots和几个大的几何和拓扑复杂性的循环。
2017-03-28 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Turbulence in Boundary Flow of Superfluid $^4$He Triggered by Free Vortex Rings
用无涡振弦研究了超流$^4$ He边界流向湍流的转变。在高的金属丝振动速度，我们发现，稳定的交替流动的金属丝周围进入一个自由涡环触发的湍流相。涡动力学的数值模拟表明，涡环可以附着在振荡障碍物的表面，并由于超流的边界流动而不稳定地扩展，形成湍流。实验研究表明，即使在停止涡环注入后，湍流相仍在继续，这一点也得到了模拟的证实。
2007-11-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.other
Visualization of the normal-fluid turbulence in counterflowing superfluid 4He
我们描述了一种新的技术，利用飞秒激光场电离氦原子产生的三线态氦分子示踪剂的细线，用于可视化超流4He中正常流体的流动，以及它在通道中的热逆流的应用。我们表明，在相对较小的速度，超流体已经湍流，正常流体的流动仍然是层流，但与扭曲的速度分布，而在较高的速度有一个过渡到湍流。在这种湍流状态下的结构函数的形式显着不同于在传统的湍流类型中发现的。这种可视化技术也有望适用于其他涉及低温氦的流体动力学问题。
2014-12-05 cond-mat.other physics.flu-dyn
Three-dimensional droplets of swirling superfluids
本文提出了一种新的方法来产生三维孤立波拓扑模，对应于两组分稀超流体的涡旋液滴。我们使用最近推出的系统的非线性耦合Gross-Pitaevskii方程，其中包括组件之间的接触吸引力，和四次排斥源于李黄杨修正的平均场能量。本文用数值方法和近似解析方法构造了分量中带有拓扑荷m1=m2=1或m1=m2=2的自陷涡环。该分析揭示了涡旋液滴的稳定区域（分别在宽的和相对窄的参数区域中，对于m1=m2=1和m1=m2=2）。结果提供了第一个例子，稳定的三维自陷态的双涡，在任何物理设置。稳定模态的形状为平顶模态，内孔与外边界之间的空间由涡量引起，且外边界由几乎恒定的密度填充。另一方面，所有具有隐藏涡度的模态，即，两个分量m1=-m2=1的拓扑荷是不稳定的。液滴的稳定性与m1=m2=1对分裂（这是可能的不稳定性的主要情况）的解释，通过分析估计分裂和未分裂状态的能量。利用玻色-爱因斯坦凝聚体混合物中的稀释量子液滴，可以实现预测的结果。
2018-06-22 cond-mat.other cond-mat.quant-gas math-ph
