Thermal Fluctuations in the Dissipation Range of Homogeneous Isotropic Turbulence
利用波动流体力学，我们调查的均匀，各向同性湍流的耗散范围内的热波动的效果。模拟证实了理论预测，这些波动的长度尺度相当于柯尔莫哥洛夫长度的能量谱占主导地位。我们还发现，在远耗散范围内的Kraichnan预测的极端不稳定性取代高斯热均分。
2021-09-17 physics.flu-dyn
Distributed chaos in the Hamiltonian dynamical systems and isotropic homogeneous turbulence
结果表明，简单Hamilton（保守）动力系统中的分布混沌，如Nose-Hoover振子和双振子，可以模拟均匀各向同性湍流中的分布混沌。本文还讨论了随机初始条件下经典Toda晶格和非线性薛定谔方程（孤子湍流）的直接数值模拟。分布混沌的这些性质与哈密顿系统的分析性质有关。平滑度的降低导致动力系统和湍流的幂律谱，而不是分布混沌的拉伸指数谱。
2019-02-25 physics.flu-dyn
Temporal decorrelations in compressible isotropic turbulence
利用时空相关理论和直接数值模拟方法研究了可压缩各向同性湍流的时间去相关性。对于非线性元件建立了扫频模型，而对于螺线管元件建立了经典的随机扫频模型。扫描波模型表明，时间去相关的湍流波动是由两个物理过程：随机扫描和波的传播。这些模型得到可压缩各向同性湍流直接数值模拟的支持，在这个意义上，不同波数的归一化时间相关的所有曲线崩溃成一个单一的使用归一化时间间隔。扫波模型进一步扩展到占恒定的平均速度。
2013-03-12 physics.flu-dyn
Helicity statistics in homogeneous and isotropic turbulence and turbulence models
本文研究了充分发展的均匀各向同性湍流和一类湍流壳模型的直接数值模拟中螺旋度的统计特性。我们认为关联函数的基础上的涡量和速度增量的组合是不不变的镜像对称。我们还研究了高阶结构函数的标度性质的基础上的时刻的速度增量投影在一个子集的模式，无论是积极的或消极的螺旋（手征）。我们表明，镜像对称恢复在小尺度，即，手征项是次引导的，并且它们很好地被维度变元加上反常校正捕获。这些发现也支持高雷诺数的螺旋壳模型与相同的手征对称性的纳维-斯托克斯方程的研究。
2017-02-02 physics.flu-dyn
Vortex tubes in velocity fields of laboratory isotropic turbulence
在雷诺数为100-300的网格湍流中同时测量了流向和横向速度。我们提取了典型的不透明度模式，这是一致的速度分布的Burgers和Lamb-Oseen涡。这些涡流管的半径估计是几个Kolmogorov长度。
2000-10-24 physics.flu-dyn
A Theory of Inertial Range Similarity in Isotropic Turbulence
我们考虑在最大尺度下定常强迫驱动的不可压缩流中高雷诺数各向同性湍流的平衡统计。出于壳模型观测，我们开发了一个相似理论的惯性范围从明确规定的假设。在合适的变量下，该理论是标度不变的，但在传统变量下，它表现出反常标度。我们得到的潜在的概率密度函数，标度指数，和系数的结构功能。惯性距离长度刻度也出现了。
2006-03-22 physics.flu-dyn
Remarks on Sedov-type Solution of Isotropic Turbulence
半个多世纪以来，相似和自保持假设在湍流理论的发展中起着重要的作用，它允许分析确定各向同性湍流中的能量衰减。Sedov（1944），他首先发现了一种巧妙的方法，可以从一个方程得到两个方程。尽管如此，似乎这个问题从来没有被重新深入调查后，这一早期的工作。在本文中，这样的分析进行，产生一个更完整的图片的自我保存各向同性湍流。基于这些精确解，本文给出了纳维-斯托克斯方程自保持齐次统计解理论的一些重要物理结果。对湍流的标度行为、谱和大尺度动力学等特征的分析，都有新的结果。研究了一般能谱及其在不同波数范围内的行为。
2009-04-14 physics.flu-dyn
Vortex polarization and circulation statistics in isotropic turbulence
本文通过直接数值模拟深入分析均匀各向同性湍流的涡旋气体模型，揭示经典与量子湍流在惯性区尺度上的结构差异源于涡旋团簇内极化与环量强度的相关性。
2023-12-02 physics.flu-dyn
Statistical theory of isotropic turbulence Part IV: multiscales and cascade
本文是我们系列工作的第四部分，致力于基于新的Sedov型解的各向同性湍流统计理论的多尺度和级联方面的分析。本文用显式映象方法分析了各向同性湍流中叶栅的非线性动力学行为。这种演绎尺度分析提供了著名的Richardson级联的第一个直观证据，并揭示了其多尺度特征。结果还表明，能量级联过程与逻辑斯蒂映射的确定性构造规则具有显著的相似性。在这个各向同性的湍流系统中可以看到级联的倍周期分岔，表现出混沌行为。“级联”表现为无限序列的倍周期分岔。
2010-12-23 physics.flu-dyn
Particle-Pair Relative Velocity Measurement in High-Reynolds-Number Homogeneous and Isotropic Turbulence Using 4-Frame Particle Tracking Velocimetry
湍流中悬浮颗粒间的径向相对速度对液滴的碰撞和长大起着关键作用。我们提出了一种简单而准确的方法，RV测量在各向同性湍流平面4帧粒子跟踪测速仪-使用常规PIV硬件。本研究证明了使用常规硬件精确测量RV的可行性，并首次通过实验验证了路径历史和惯性过滤对大颗粒分离时颗粒对RV的影响。
2017-12-20 physics.flu-dyn
On the behavior of homogeneous, isotropic and stationary turbulence
基于逆动力学理论（IKT，2004-2008）的不可压缩Navier-Stokes（NS）流体的统计模型的最新发展提出了寻找可能与\textit{the statistical description of turbulence}相关的理论的特定实现的问题，特别是所谓的\textit{homogeneous, isotropic}和\textit{stationary}湍流（HIST）。这里的问题是设置在$1-$点速度概率密度函数（PDF），确定了一个完整的IKT统计模型NS流体。这就提出了一个有趣的问题，即确定在这种情况下可以实现高斯PDF的统计假设。本文证明了对于IKT统计模型，HIST必然要求$f_{1}$必须是SIED（即\textit{stationary}、\textit{isotropic}和\textit{% everywhere-defined}）.反过来，这意味着PDF的函数形式在任何时候都是唯一规定的。特别是，它被发现，必然的PDF必须符合各向同性高斯分布。这一结论对研究所谓的均匀、各向同性和定常湍流是有意义的。
2010-03-07 physics.flu-dyn
Determination of the Decay Exponent in Mechanically Stirred Isotropic Turbulence
直接数值模拟被用来研究各向同性均匀湍流的衰减指数在一定范围内的雷诺数足以显示高和低雷诺数衰减行为。初始湍流是由流过许多随机放置的小立方体的流动的搅拌作用产生的。搅拌发生在模拟域尺寸的1/30处，使得湍流谱的低波数和大尺度行为由流体产生并且不被强加。结果表明，在高雷诺数和低雷诺数下，所得湍流的衰减指数与Saffman（1967）的理论预测非常吻合。从高雷诺数行为到低雷诺数行为的转变在湍流雷诺数约为250时相对突然地发生。
2010-07-28 physics.flu-dyn
Eddy diffusivity in homogeneous isotropic turbulence
我们使用最近开发的宏观强迫方法[Mani和Park，Physical Review Fluids，6：054607，2021]来计算尺度相关的涡流扩散率，其特征在于不可压缩均匀各向同性湍流中的整体平均标量和动量输运。对于尺度大于能量包含涡，涡扩散率被发现是恒定的，并与Boussinesq近似一致。然而，对于小尺度的涡扩散系数被发现消失成反比的波数。在所有尺度下的行为是合理的捕获的非局部涡流扩散系数的运营商建模为$D/\sqrt{\mathcal{I}-l^2\nabla^2}$，其中$D$是在Boussinesq限制的涡流扩散系数，和$l$是一个常数的顺序的大涡长度。这些结果提出了第一个直接测量湍流中的涡扩散率与湍流模拟的影响。
2022-01-17 physics.flu-dyn
A Schur decomposition reveals the richness of structure in homogeneous, isotropic turbulence as a consequence of localised shear
提高对湍流的认识对于有效地模拟和控制工业和地球物理过程至关重要。均匀各向同性湍流（HIT）是发展湍流物理理论的典型领域。基于Schur变换，我们引入了一个加法分解的速度梯度张量的正常部分（包含特征值）和非正常或剪切相关的张量。我们重新询问HIT的一些关键属性，并表明流动形成盘状结构的趋势不是正常张量的属性;它是从与非正常的相互作用中出现的。此外，涡度矢量和应变张量的第二特征向量之间的对齐是局部剪切过程的另一个结果。
2017-01-10 physics.flu-dyn
Cancellation exponents in isotropic turbulence and magnetohydrodynamic turbulence
湍流的小尺度特征，如速度梯度和涡度，在大小上迅速波动，在符号上振荡。许多工作存在于星等变化的特性，但远远不够的符号振荡。虽然在大尺度上进行的平均由于振荡特性而趋于零，但在越来越小的尺度上进行的平均将以某种特征方式随平均尺度而变化。在高雷诺数下的这种特征变化被所谓的抵消指数所捕获，该指数测量了随着平均尺度在空间或时间上的增加，局部平均值如何趋于抵消。过去的实验工作表明，湍流中的指数取决于人们是否考虑全三维空间中的量，或者使用它们的一维或二维切割。在$8192^3$网格上计算了雷诺数为1300的泰勒尺度下各向同性湍流中涡量和纵向及横向速度梯度的抵消指数。2D切割产生与全3D相同的指数，而1D切割产生较小的数字，这表明更高维度的结果更可靠。我们的情况下，各向同性湍流中的涡丝的存在导致这一结论。这种效应在磁流体动力学湍流中特别明显，其中沿着施加的磁场发展空间相干性的程度增加。
2018-11-07 physics.flu-dyn
Two-dimensional, homogeneous, isotropic fluid turbulence with polymer additives
我们提出了最广泛的直接数值模拟，尝试到目前为止，统计稳定，均匀，各向同性湍流的二维流体膜与空气阻力引起的摩擦和聚合物添加剂。我们的研究表明，聚合物（a）减少总的流体能量，拟能，和palinstrophy，（b）修改流体能谱在反向和正向级联制度，（c）减少小规模的不稳定性，（d）抑制区域的大涡度和应变率，和（e）拉伸应变为主的地区。我们比较我们的结果与早期的实验研究，我们提出了新的实验。
2016-11-14 physics.flu-dyn
Short-time evolution of Lagrangian velocity gradient correlations in isotropic turbulence
通过直接数值模拟（DNS），我们发现均匀各向同性湍流中速度梯度的拉格朗日互相关在短时间内增加，而其自相关性降低。运动学的考虑允许表明，两个不变量的湍流速度场确定的短时间的速度梯度的相关性。为了更直观地了解更长时间的动力学，提出了涉及局部剪切和旋转的组合作用的启发式模型。这些模型定量地再现了影响，并解开了导致DNS观测结果的不同物理机制。
2015-11-20 physics.flu-dyn
Entropy and fluctuation relations in isotropic turbulence
该研究基于广义局部Kolmogorov-Hill方程，提出湍流熵及熵产生定义，并通过各向同性湍流直接数值模拟验证了惯性区间内涨落关系的有效性，发现正逆级联概率密度比呈指数行为，与含湍流温度的熵产生率相关。
2023-09-25 physics.flu-dyn
Conditional vorticity budget of coherent and incoherent flow contributions in fully developed homogeneous isotropic turbulence
本文研究了充分发展的三维均匀各向同性湍流在相干和非相干流作用下的条件涡量收支。基于正交小波的相干涡量提取可以将涡量场分解为相干和非相干贡献，其中非相干贡献是类噪声的。充分发展的湍流中观察到的涡结构的统计平衡方程的影响进行量化考虑的条件涡预算。从而评估了流动中存在的基本结构与其统计含义之间的联系。的结果进行比较，获得的大规模和小规模的贡献，使用傅立叶分解，这揭示了显着的差异。
2012-03-20 physics.flu-dyn
Lagrangian time scale of rotation for inertial fibers in isotropic turbulence
使用时间分辨测量的刚性惯性纤维的取向在一个惯性坦克，我们调查的自相关性，他们的翻滚率。在忽略光纤惯性的情况下，基于光纤长度L的Kolmogorov惯性距离定标法可以很好地预测相关时间（$τ_d$）。对于惯性纤维，我们提出了一个简单的模型，考虑纤维的惯性（由翻滚斯托克斯数测量）和粘性扭矩，准确地预测相关时间和翻滚速率的方差。
2019-10-05 physics.flu-dyn
On the velocity distribution in homogeneous isotropic turbulence: correlations and deviations from Gaussianity
本文研究了三维稳态和衰减均匀各向同性湍流中速度的单点概率密度函数。为此，我们应用的统计框架的Lundal-Monin-Novikov层次结构与条件平均相结合，确定的数量，确定的概率密度函数的形状。在这个框架中，能量耗散率、速度扩散和相对于速度的压力梯度的条件平均值起关键作用。纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟用于补充理论结果和评估偏离高斯性。
2011-07-01 physics.flu-dyn
Energy spectrum of two-dimensional isotropic rapidly rotating turbulence
本研究针对快速旋转条件下二维各向同性旋转湍流，通过渐近推导惯性波非线性振幅方程并结合强湍流论证与数值模拟，从理论和数值上验证了 $K^{-2}$ 能谱。
2024-08-27 physics.flu-dyn
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
The effect of the Basset history force on particle clustering in Homogeneous and Isotropic Turbulence
我们研究了均匀和各向同性湍流中的小颗粒动力学的Basset历史力的影响，并表明，这一项，在以前的数值研究中往往被忽视，减少了小规模的集群典型的惯性粒子。这个力对总粒子加速度的贡献平均约占总加速度的10%，在罕见的强事件中尤其重要。在中等密度比下，即水中的沙子或金属粉末，其存在改变了决定颗粒加速度的力的平衡。
2014-05-20 physics.flu-dyn
Spinodal decomposition in homogeneous and isotropic turbulence
研究了对称二元混合物在临界温度以下的畴粗化与湍流涨落之间的竞争。我们发现，粗化过程中存在的湍流被逮捕。该过程的物理共享显着的相似性与稀释的湍流乳液的行为和逮捕长度尺度可以估计的参数类似于Kolmogorov和Hinze提出的液滴在湍流中的最大稳定直径。虽然在没有流动的情况下，微观扩散常数是负的，但湍流确实有效地阻止了浓度波动的逆级联，因为湍流使低波长扩散常数在Hinze长度以上的尺度上为正。
2013-06-28 physics.flu-dyn
Oscillations Modulating Power Law Exponents in Isotropic Turbulence: Comparison of Experiments with Simulations
利用网格湍流的实验测量数据和周期性箱中各向同性湍流的直接数值模拟数据，研究了湍流的惯性范围特征，两者都在泰勒尺度雷诺数$R_λ\sim 1000$下。特别是，振荡调制的幂律标度在惯性范围内的结构功能检查到六阶矩。指数比的振荡随着模拟中样本量的增加而减小，但在实验中，即使在大规模平均后，它们仍在$1000$中的$4$部分的低值下存活。这两个数据集在其间歇性特征上是一致的，但在小而可观察的方面有所不同。无论是标度指数本身，也不是所有的粘性效应是一致的再现现有的模型的不稳定性。
2021-06-26 physics.flu-dyn
Generalized Batchelor functions of isotropic turbulence
我们推广了Batchelor的参数化的自相关函数的各向同性湍流的形式，涉及产品的扩展与多个小尺度。与通常的Batchelor函数相比，这种方法获得的更丰富的小尺度结构是必要的，从而使相关的能谱在普适平衡范围内更好地逼近实际谱。我们建议，广义函数提供了一个近似的任意精度的各向同性湍流的实际频谱在普遍的平衡范围。精确度取决于可确定的高阶矩的数量，并反映在所涉及的小尺度的数量上。的广义函数的能量谱推导，并为两个小尺度的情况下进行了比较，从高分辨率的直接数值模拟的数据。我们表明，补偿谱（说明瓶颈效应）和耗散谱封装良好，按照我们的建议。
2015-01-11 physics.flu-dyn
Exact scaling laws in isotropic binary fluid turbulence
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
本文推导了各向同性二元流体湍流的精确标度律，揭示了其与流体动力学湍流的异同，并通过数值模拟验证了标度律的准确性。
2026-03-12 physics.flu-dyn
An exact expression for the Reynolds number dependence of the energy dissipation rate in homogeneous, isotropic turbulence
的雷诺数的无量纲耗散率的依赖性直接从Karman-Howarth方程的积分尺度雷诺数的倒数和一个系数，取决于第二和第三阶结构函数。将该形式拟合到直接数值模拟的结果表明，该系数实际上是恒定的。
2010-02-10 physics.flu-dyn
Emergence of universal scaling in isotropic turbulence
本文通过高分辨率直接数值模拟表明，各向同性湍流导数统计中的普适幂律在微尺度雷诺数约10时即涌现，并确认横向速度梯度比纵向更具间歇性。
2023-03-30 physics.flu-dyn
Clustering of Rapidly Settling, Low-Inertia Particle Pairs in Isotropic Turbulence. I. Drift and Diffusion Flux Closures
在这两个部分的研究中，我们提出了一个随机理论的发展和分析表征的相对位置的单分散，低惯性粒子对，迅速解决均匀各向同性湍流。在小Stokes数和Froude数使得$Fr \ll St_η\ll 1$的限制下，给出了对相对位置的概率密度函数（PDF）方程中漂移通量和扩散通量的封闭式.该理论着重于湍流耗散区中颗粒对的相对运动，即，对于小于柯尔莫哥洛夫长度尺度的对分离。在这种情况下，理论近似的流体速度场在参考系以下的主要粒子作为局部线性。
2018-08-15 physics.flu-dyn
A nested polyhedra model of isotropic MHD turbulence
本文发展了一种适用于磁流体动力学（MHD）湍流的嵌套多面体模型。在大尺度上仅驱动速度场，随机，发散自由强迫导致动能和磁能的清晰，稳定的$k^{-5/3}$谱。由于该模型自然地消除了不同尺度的相互作用，没有引导场，并且避免了通过随机强迫注入任何螺旋性的迹象，因此所得的三维k谱是统计各向同性的。该模型的优点和缺点表明，通过考虑大或小的磁普朗特数。还观察到，均分偏移的时间尺度与最小尺度的时间尺度显示出$k^{-1/2}$缩放。
2017-12-22 physics.flu-dyn
From Weakly to Strongly Magnetized Isotropic MHD Turbulence
研究了大尺度磁场作用下高雷诺数各向同性磁流体动力学湍流随磁场强度的变化规律。对于各种流动构型，即使大尺度磁场能量比动能大20倍，能量耗散率ε仍遵循柯尔莫哥洛夫标度ε~ U^3/L。磁能的进一步增加显示出向ε~ U^2 B / L标度的转变，这意味着磁剪切在这一点上比速度波动更有效地级联能量。强螺旋构型形成偏离这些标度的螺旋度凝聚。弱湍流标度是缺席的调查。最后，磁能谱显示出对柯尔莫哥洛夫谱k^{-5/3}的支持，而动能谱更接近于Iroshnikov-Kraichnan谱k^{-3/2}。
2012-09-19 physics.flu-dyn
Clustering of vector nulls in homogeneous isotropic turbulence
我们分析了矢量零的速度，拉格朗日加速度，涡量，来自强迫均匀各向同性湍流在$Re_λ\in [40-610]$的直接数值模拟。我们发现，速度零的聚类比加速度零和涡度零的聚类强得多。然而，这些加速度和涡度零值比速度零值更密集。我们研究了这些零点与$Re_λ$和特征湍流lengthscales集群的标度。我们还分析了点惯性粒子的数据集与斯托克斯数$St = 0.5$，3和6，在$Re_λ= 240$。惯性粒子显示优先浓度的聚类程度，类似于一些性质的聚类的拉格朗日加速零点，在协议与建议的扫杆机制的聚类形成。
2021-03-07 physics.flu-dyn
Length Scales of Acceleration for Locally Isotropic Turbulence
长度尺度的确定，管理的行为在小的分离的流体颗粒加速度，粘性力，和压力梯度的相关性。长度尺度和相关的普遍常数是量化的基础上公布的数据。本文讨论了高波数下压力谱的长度尺度。流体-颗粒加速度相关性由两个长度尺度决定;一个来自压力梯度，另一个来自粘性力。
2002-09-06 physics.flu-dyn
Nearly homogeneous and isotropic turbulence generated by the interaction of supersonic jets
本文研制了36股超声速射流相互作用的风洞，发现其可生成近均匀各向同性衰减湍流，湍动能幂律衰减指数约为2，能谱与无量纲耗散率均与不可压缩网格湍流一致，验证了该装置用于可压缩湍流研究的有效性。
2024-01-14 physics.flu-dyn
TURB-Hel: an open-access database of helically forced homogeneous and isotropic turbulence
本研究提出开放获取的TURB-Hel螺旋湍流数据库，含两个完全螺旋强迫维持的均匀各向同性湍流数据集，可展现螺旋度级联现象，支持多种湍流分析，已开放下载。
2024-04-11 physics.flu-dyn
Multi-Scale Turbulence Injector: a new tool to generate intense homogeneous and isotropic turbulence for premixed combustion
实验研究了多尺度引射器产生的近均质、各向同性、高度湍流流。这种多尺度喷射器由三块空间移动的多孔板组成，其孔径和阻塞比随下游距离的增加而增加。将多尺度湍流注入器（以下简称MuSTI）与单尺度湍流注入器（MoSTI）进行比较，后者仅由MuSTI的最后一块板构成。该比较是针对冷流和反应流进行的。对于冷流，它表明，与经典的单尺度注入器相比，对于MuSTI注入器：（i）湍流动能大约是两倍大，并且动能供应分布在整个尺度范围内。这是强调二阶和三阶结构功能。(ii)增强了动量和能量的横向通量，（iii）较早地达到均匀性和各向同性（$\approx 50$ %），（iv）射流合并距离是湍流的相关缩放长度尺度，（v）在均匀和各向同性区域中实现了高湍流强度（$\approx 15$ %），尽管基于泰勒微尺度的雷诺数保持中等（$Re_λ\approx 80$）。第二部分采用激光层析成像技术研究了多尺度生成的湍流与预混火焰前锋之间的相互作用。在湍流的均匀和各向同性区域中，在加热棒上稳定了贫V形甲烷/空气火焰。主要的观察结果是，火焰刷的厚度的增加证明了，火焰刷是大大放大与多尺度产生的注射器。
2010-04-01 physics.flu-dyn
Experimental investigation into Lagrangian statistics of droplets in homogeneous isotropic turbulence
New Cornerstone Science Laboratory, Center for Combustion Energy, Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of MoE, Department of Energy and Power Engineering, Tsinghua University（清华大学能源与动力工程系，燃烧能中心，新Cornerstone科学实验室）；Department of Applied Physics and Science Education, Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学应用物理与科学教育学系）；Department of Engineering Mechanics, School of Aerospace Engineering, Tsinghua University（清华大学航天航空学院工程力学系）
本研究通过实验探讨了均匀各向同性湍流中液滴的拉格朗日统计特性，发现液滴尺寸影响其动力学行为，为理解液滴-湍流相互作用提供了新视角。
2026-02-27 physics.flu-dyn
Network Structure of Two-Dimensional Decaying Isotropic Turbulence
本文报道了我们的努力，通过使用网络分析来表征复杂流体流动中的涡相互作用。特别地，我们研究了二维衰减各向同性湍流中的涡旋相互作用，发现涡旋相互作用网络可以用加权无标度网络来表征。研究发现，在环流特征值达到某一临界值之前，湍流网络保持无标度特性。此外，我们表明，二维湍流网络是弹性的随机扰动，但可以很大的影响时，迫使集中在被归类为网络枢纽的旋涡结构。这些发现可以作为网络分析的基础，以检查复杂的地球物理和薄膜流，并利用网络理论的快速发展领域，补充正在进行的湍流研究的基础上涡动力学，流体动力学稳定性和统计。虽然额外的工作是必不可少的，从网络分析的数学工具，以提取更深层次的湍流物理见解，湍流的理解的基础上的相互作用为基础的网络理论框架提出了一个有前途的替代湍流建模和控制的努力。
2017-05-22 physics.flu-dyn
Scaling of locally averaged energy dissipation and enstrophy density in isotropic turbulence
使用直接数值模拟的各向同性湍流的周期性立方体的几种尺寸，最大的是$8192^3$产生的微尺度雷诺数$1300$，我们研究的压力拉普拉斯算子的性质，了解的惯性范围标度的涡度拟能密度和能量耗散的差异。尽管压力拉普拉斯算子是两个高度间歇的量之间的差，但它是非间歇的，并且基本上遵循柯尔莫哥洛夫标度，至少对于低阶矩。利用这一特性，我们表明，当地的平均耗散和涡度拟能的标度指数保持不平等，在所有有限的雷诺数，虽然似乎有一个\textit{very}弱的趋势，这种不平等，随着雷诺数的增加而减少。
2018-11-16 physics.flu-dyn
Reynolds number effect on the velocity increment skewness in isotropic turbulence
利用EDQNM模型计算了各向同性湍流的二阶和三阶纵向结构函数和波数谱，并与多重分形模型的结果进行了比较。在风洞实验中可获得的最高雷诺数$R_λ=2500$下，多重分形模型和EDQNM都对速度增量偏度的惯性范围标度给出幂律修正。对于EDQNM，这种校正是有限雷诺数效应，而对于多重分形形式主义，它是在任何高雷诺数下持续存在的不稳定性校正。此外，这两种方法产生的耗散和近耗散范围内的速度波动的二阶和三阶统计的现实行为。相似性和差异突出，特别是雷诺数的依赖性。
2011-01-25 physics.flu-dyn
Fluctuation-induced forces in homogeneous isotropic turbulence
理解非平衡系统中的力产生是统计物理学中的一个重大挑战。我们发现了一个令人惊讶的波动诱导力的两个板沉浸在均匀的各向同性湍流使用直接数值模拟。力是板分离的非单调函数。力产生的机制揭示了一个有趣的类比与波动引起的力量：在流体中的能量是本地化的高涡度区域，或“蠕虫”，其中有一个特征的长度尺度。力的大小取决于板内的蜗杆的包装，当板分离与特征蜗杆长度相当时达到最大力。我们的研究的一个关键含义是，在一个积极的或非平衡系统的长度尺度相关的能量分配决定力的产生。
2018-11-18 physics.flu-dyn
Scalings of scale-by-scale turbulence energy in non-homogeneous turbulence
发展了一种非均匀湍流理论，并将其应用于无边界剪切流。该理论对两点统计量的非齐次性引入了内外相似性假设，并预言了二阶结构函数的幂律标度，它与Kolmogorov标度既有相似之处，又有不同之处。这些缩放出现作为这些假设的结果，一般的尺度间和空间间的能量平衡和湍流耗散的内外等效假设。他们减少到通常的柯尔莫哥洛夫标度在平稳均匀湍流。与结构函数数据的比较，从三个定性不同的湍流尾流理论的预测提供了支持，但也提出了新的问题，为今后的研究。
2022-02-15 physics.flu-dyn
Scaling of Lyapunov Exponents in Homogeneous Isotropic Turbulence
李雅普诺夫指数测量混沌系统中典型线性扰动的平均指数增长率，最大指数的倒数是可以预测系统演化的时间范围的度量。在这里，李雅普诺夫指数确定强制均匀各向同性湍流的雷诺数范围。结果表明，最大指数随雷诺数的增加比逆Kolmogorov时间尺度的增加更快，表明不稳定过程可能作用于小于Kolmogorov尺度的长度和时间尺度上.对用于计算李雅普诺夫指数的线性扰动及其瞬时增长的分析表明，正如所预期的那样，不稳定性确实作用于最小的涡流，并且在任何时候，都有许多局部不稳定性的位置。
2017-08-01 physics.flu-dyn
Sudden relaminarisation and lifetimes in forced isotropic turbulence
我们展示了各向同性湍流和壁面剪切流之间的意想不到的连接。我们进行直接数值模拟的各向同性湍流被迫在大尺度在中等雷诺数和观察突然过渡从混沌动力学的空间简单的流，类似于在壁有界剪切流的层流状态。我们发现，湍流的生存概率是指数和典型的寿命增加的雷诺数的超指数。我们的研究结果表明，各向同性湍流和壁边界剪切流定性共享相同的相空间动力学。
2015-09-24 nlin.AO physics.flu-dyn
Spinning and tumbling of long fibers in isotropic turbulence
我们同时测量旋转和翻滚组件的长近中性浮力纤维在均匀和各向同性湍流。测量的纤维的长度和直径延伸到周围湍流的Kolmogorov长度的几个数量级。我们的测量结果表明，纺丝速率的方差与纤维直径（$d$）遵循-4/3幂律标度，并且总是大于翻滚速率的方差。这种行为令人惊讶地类似于以前观察到的亚柯尔莫哥洛夫纤维。从这项研究中出现的一般情况是，长纤维优先与涡丝，可以作为湍流的积分长度一样长。我们计算拉格朗日时间尺度和分布的翻滚和旋转，支持这一前景。我们的测量也使我们能够量化的重要性，科里奥利长期的旋转动力学的纤维在湍流。
2020-11-19 physics.flu-dyn
Triple decomposition of velocity gradient tensor in homogeneous isotropic turbulence
通过对均匀各向同性湍流的直接数值模拟，研究了速度梯度张量的三重分解，其中速度梯度张量被分解为代表无旋应变运动的三个分量。这些运动的强度可以用分解的分量来量化。本文提出了一种三维流动的三重分解方法，它是在一个基本参考系中进行分解的，这个基本参考系是通过检查由笛卡尔坐标的三次连续旋转变换得到的有限个参考系而确定的。即使有一个以上的基本参考系可用于三重分解，分解的结果几乎不依赖于基本参考系的选择。在均匀各向同性湍流中，具有强刚体旋转或应变运动的区域在空间上是高度间歇性的，而大多数流动区域在没有应变运动和刚体旋转的情况下表现出中等强度的剪切运动。剪切张量也用于检测强烈的剪切层。
2019-11-21 physics.flu-dyn
Third-order structure functions for isotropic turbulence with bidirectional energy transfer
我们推导并检验了一种新的三阶结构函数的启发式理论，该理论可以解决同时向小尺度和大尺度谱能量转移的情况下的强迫尺度，例如，这可以自然地发生在旋转分层湍流或磁流体动力学湍流中。该理论有三个参数，即上/下尺度能量传输率和强迫尺度，它包括经典的惯性范围理论作为局部限制。当应用于测量数据时，我们的整体尺度理论可以利用全范围的数据来推导能量转移率，因此与局部理论相比，它具有更广泛的应用，特别是在数据不完美的情况下。此外，由于强迫尺度的分辨率，新理论可以检测能量输入的尺度，这是以前不可能的。我们测试我们的新理论与MHD湍流的二维模拟。
2019-06-27 physics.flu-dyn
Self-Similar Solutions in the Homogeneous Isotropic Turbulence
本文利用作者在以前的工作中提出的各向同性均匀湍流理论，计算了自相似纵向速度关联函数、能谱及相应的其它性质。关联函数对应于由von Kármán引入的自相似假设下的演化方程的稳态解。数值计算结果充分地描述了各向同性湍流的一些性质。
2009-06-20 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Scaling of acceleration in locally isotropic turbulence
给出了流体质点加速度、压力梯度和粘性力的方差。这些变化的比例参数是可以用单线风速计测量的速度统计。对于高和低雷诺数，渐近标度公式给出，这些同意定量与DNS数据。因此，可以假定对于所有雷诺数，标度都是已知的。流体颗粒加速度方差不服从K41标度在任何雷诺数，这是与最近的实验数据。无因次压力梯度方差命名为Δ t_sub {T} /Δ t_sub {P}被证明是过时的。
2001-11-24 physics.flu-dyn
Isotropic turbulence in compact space
各向同性湍流通常通过直接数值模拟（DNS）进行数值研究。DNS流由“盒子”中的纳维-斯托克斯方程描述，通过周期性边界条件定义。DNS流生活在一个紧凑的空间，他们不是各向同性的大规模。通过DNS研究各向同性湍流的重要现象，如反常标度，受到大尺度效应的影响。在这项工作中，我们把各向同性湍流-或更好地说，相关的正式理论-在一个“盒子”，通过施加周期性的相关函数的水平。我们提供了一个框架，其中一个可以通过DNS的数据在形式上一致的方式调查各向同性的理论/模型。我们在卡曼-豪沃思方程的水平上工作。与纳维-斯托克斯方程不同的是，在这个理论中，无限光滑的周期性被阻碍了，这一事实由卡门-豪沃思方程的正常模式所服从的一系列关系表示。在能谱和能量传递函数可实现的条件下，两点函数也具有类似的关系。自然构造的卡门-豪沃思方程的闭包方案不符合这种关系，从而破坏了可实现性。一个闭包可以通过添加修正项来使其符合有限个闭包，其过程与量子场论的重整化具有某些相似之处。对于无限大的波数，频谱变得非物理的（通过改变符号的振荡），但是我们可以可控地扩展频谱在耗散范围内保持足够物理深度的状态，以便实际上足够。我们表明，一个或两个这样的“规律性关系”是需要在最多的理论预测与当前的分辨率水平的DNS结果的比较。
2017-03-10 physics.flu-dyn
Are there higher-order Betchov homogeneity constraints for incompressible isotropic turbulence?
不可压缩和统计均匀流服从精确的运动学关系。Betchov同质性约束（Betchov，J. Fluid Mech.，第1卷，1956年，第100页。497-504）的平均速度梯度的主要不变量是最知名的和广泛使用的同质性关系。这些均匀性关系对应变和涡度的耦合动力学以及湍流能量级联具有深远的影响。Betchov同质性约束是否是唯一可能的约束，或者是否存在额外的同质性关系尚未得到证明。在这里，我们表明，Betchov均匀性约束是唯一的均匀性约束不可压缩和统计各向同性的速度梯度场。我们还扩展了我们的结果，推导出均匀性关系，涉及速度梯度和其他动态相关的数量，如压力海森。
2021-12-23 physics.flu-dyn
The temperature spectrum generated by frictional heating in isotropic turbulence
在每一个具有非零粘度的湍流中，热由粘性摩擦产生。然后，这些热量被速度场混合。我们考虑如何产生这种方式的热波动注入和分布在各向同性湍流的长度尺度。一个三元封闭推导和数值积分。它示出了如何的热波动谱依赖于雷诺数和普朗特数。
2014-02-13 physics.class-ph physics.flu-dyn
