Tidally Induced Turbulence in the Abyssal Ocean
本研究针对深海倾斜地形处潮汐流湍流转捩不符合经典失稳条件的问题，通过分析边界层湍流野外项目观测数据，揭示潮汐流的时间依赖性改变稳定特性的机制，阐明振荡剪切流混合对全球深海翻转环流的重要作用。
2025-09-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Approximate deconvolution large eddy simulation of a stratified two-layer quasigeostrophic ocean model
本文提出了一种适用于两层准地转方程的近似反卷积（AD）大涡模拟（LES）模式。我们应用AD-LES模式中纬度两层方形海洋盆地，这是更现实的层化海洋动力学模式的标准原型。在AD-LES模型中研究了两种空间滤波器：三对角滤波器和椭圆微分滤波器。进行了AD-LES结果对建模参数变化的敏感性分析。结果表明，AD-LES模型与三对角或差分滤波器结合使用，提供了额外的耗散系统，允许使用一个较小的涡粘滞性系数。改变空间滤波器在表征模型中的有效耗散方面产生显著差异。结果发现，三对角滤波器引入最少量的数值耗散到AD-LES模型。然而，差分滤波器，增加了大量的数值耗散的AD-LES模型的滤波器宽度的大值。所有的AD-LES模型复制DNS结果的一小部分的成本在一个合理的精度水平。
2012-12-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent ice-ocean boundary layers in the well-mixed regime: insights from direct numerical simulations
本研究通过直接数值模拟验证了冰-洋边界层MML模型中盐与温度有效扩散系数相等的假设，构建了基于热驱动的简化模型，其预测与完整模型吻合良好，可用于估算界面通量与融化速率。
2024-04-15 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Understanding mixing efficiency in the oceans: Do the nonlinearities of the equation of state matter?
湍流分层流体中的湍流混合有两种主要的测量方法，都是由分子扩散引起的：1）可用势能（APE）的耗散率D（APE）; 2）湍流变化率Wr，湍流背景势能GPEr。到目前为止，这两个量通常被认为是相同的能量转换，即APE到GPEr的不可逆转换，由于D（APE）=Wr，具有线性状态方程的Boussinesq流体的湍流保持。然而，最近有人指出，对于热分层的可压缩流体，这个等式不再成立，比值λ =Wr，湍流/D（APE）则低于1，有时甚至是水/海水的负值。本文研究了浮力频率N（z）相同，但浮力系数ρ = αP/（ρC_p）垂直分布不同的不同分层情况下，比值ρ的变化规律，其中α为热膨胀，P为静水压力，ρ为密度，C_p为等压比热容，所考虑的状态方程为不同特定盐度常数的海水状态方程。结果表明，湍流的振幅和Wr，turbulent主要取决于dz/dz的符号和大小，而D（APE）则基本不受dz/dz的影响。这些结果对于如何定义和测量混合效率具有重要意义。
2009-07-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Parameterizing Vertical Mixing Coefficients in the Ocean Surface Boundary Layer using Neural Networks
本文利用神经网络学习二阶矩闭合方案的涡动扩散率廓线，并稳定嵌入海洋环流模型，在保持守恒的同时减小混合层深度和上层海洋层结偏差。
2023-09-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Comparison of Ellison and Thorpe scales from Eulerian ocean temperature observations
海洋湍流耗散率的估计，无论是通过微观结构剪切测量，或通过重新排序的密度垂直剖面。后一种技术导致索普尺度的估计，这反过来又可以用来获得平均湍流耗散率通过比较索普尺度Ozmidov尺度。在这两种情况下，湍流耗散率可以使用船载仪器的单个垂直剖面来估计。我们在这里提出了一种替代方法来估计的长度规模的翻转使用埃里森长度尺度。埃里森尺度是由停泊的仪器测量的内部波段以外的温度变化估计的。我们应用该方法部署在约瑟芬海山（东北大西洋）周围的不同位置，在一个区域的底部强化湍流的两个系泊的高分辨率温度数据。温度时间序列的方差刚好在内波频带以上，与索普尺度有很好的相关性。该方法是基于方差的时频分解，称为“最大重叠离散小波变换”。结果表明，在时间分辨率足够高的情况下，Ellison长度尺度可以作为Thorpe尺度的一个可行替代方案，用于间接估算海洋中系泊仪器的湍流耗散率。我们认为，精细结构污染的温度测量可以提供可靠的信息湍流强度。
2014-09-19 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A quantitative scaling theory for meridional heat transport in planetary atmospheres and oceans
行星大气上层的纬向温度分布是通过附近恒星的差异辐射加热（或来自内部深处的固有热通量）与湍流在纬度上重新分布的热量之间的平衡来确定的。这些流动是通过强迫维持的纬向温度梯度的斜压不穩定而自发产生的。当忽略行星曲率时，这种湍流以相干涡旋的形式出现，混合了纬向温度分布。然而，行星的曲率有利于罗斯贝波和纬向喷流的出现，限制了流体柱的纬向漂移，从而降低了跨纬度的混合效率。在海洋中也出现类似的情况，其中纬向流的斜压不穩定导致由涡旋和纬向喷流组成的湍流增强纬向热输送。在两层准地转β平面模型的框架下，扩展了最近的涡旋湍流热输送标度理论，以包括行星曲率的影响。这导致了一个定量的参数化提供的纬向温度分布在外部施加的热通量在一个理想化的模型的行星大气和海洋。此外，它还提供了一个紧急临界的定量预测，即，在行星大气或海洋的正则模型中的不稳定程度。
2021-09-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Eddy-mixing entropy as a measure of turbulent disorder in barotropic ocean jets
了解海洋地转湍流的统计数据对于了解它与全球海洋环流和整个气候系统的相互作用至关重要。本文研究了强迫耗散正压海洋模式中的涡旋混合熵。熵是统计物理学和信息论中一个非常重要的概念;基于理想地球物理流体的平衡统计力学理论，我们考虑了强迫和耗散对涡旋混合熵的影响，包括分析和数值计算。通过诊断的时间演化的涡混合熵，它表明，熵提供了一个描述性的工具，了解三个阶段的湍流生命周期：增长的不稳定性，形成大尺度结构和稳态波动。进一步，通过确定熵的时间演化与最大熵原理之间的关系，找到了该原理在强迫耗散流中作用的证据。最大熵位涡统计计算的流动，并与数值模拟进行了比较。在能量的平均场近似下讨论了最大熵统计量的定义。本文的研究突出了熵和统计力学在地转湍流研究中的重要性。
2017-02-26 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Induced Diffusion of Internal Gravity Waves: Directionality and Role in Ocean Mixing
本研究重新审视了内重力波诱导扩散（ID）机制，发现其包含扩散和尺度分离传递，且尽管作用量扩散方向可变，合并的ID传递始终导致正向能量级联，支持ID作为海洋湍流耗散机制的观点。
2025-04-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Surface reflection of bottom generated oceanic lee waves
由海洋中粗糙海底地形上的分层流产生的背风波从地转流中提取动量和能量，当它们破裂时，在内部海洋中引起阻力并增强湍流和混合。无粘线性理论通常用于预测背风波的产生率，但导致最终能量耗散和不可逆混合的波破碎的位置和机制约束不足。在这项研究中，一个线性模型的粘性，扩散率，和上边界被用来证明潜在的重要性，表面在反射背风波能量回到内部，使情况下作为一个完整的水柱过程治疗背风波。在临界水平的情况下，它表明，背风波可以预期与上层海洋相互作用，导致在表面附近的增强的垂直速度和耗散和混合。增加背景速度和分层与底部以上的高度的典型海洋条件的影响进行了研究，并显示有助于提高上层海洋垂直速度和混合。
2021-03-05 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Formulation and calibration of CATKE, a one-equation parameterization for microscale ocean mixing
本研究提出了基于降梯度公式、含动态对流调整分量的海洋微尺度混合单方程参数化方案CATKE，通过集合卡尔曼反演结合21个大涡模拟校准，其预测精度优于气候模型常用方案。
2024-06-22 physics.ao-ph physics.flu-dyn
The vortex gas scaling regime of baroclinic turbulence
大气和海洋的平均状态是通过外部强迫（风、辐射、热量和淡水通量）与紧急湍流之间的平衡来确定的，紧急湍流将能量转移到耗散结构。强迫引起大气中的喷流和海洋中的海流，它们通过斜压不稳定性自发地发展湍流涡旋。发展气候理论的一个关键步骤是适当地包括由此产生的热、水分和碳等特性的涡致湍流输送。斜压不稳定在Rossby形变半径处产生流动结构，其长度尺度在大气中为1000 km，在海洋中为100 km，分别小于行星尺度和海洋盆地的典型范围。因此，在大尺度温度梯度和随机平流的较小涡流之间存在尺度分离，从而引起有效扩散。数值解的两层准地转模式，标准模型的研究在大气和海洋中的涡旋运动，表明这种尺度分离保持在强非线性湍流制度，提供了足够的底部阻力。我们计算了与斜压湍流有关的涡驱动输运的标度律。首先，我们提供了一个理论基础的经验标度法在以前的研究中报道，不同配方的底部阻力法。其次，这些标度律提供了一个重要的第一步，准确的本地关闭，以预测斜压湍流的影响，在设置大尺度的温度分布在大气和海洋。
2020-10-21 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Numerical assessments of ocean energy extraction from western boundary currents using a quasi-geostrophic ocean circulation model
本文建立了一个单层准地转大尺度海洋环流模式，用于研究海流涡轮机利用海流能的潜力。功率提取是通过在正压涡度方程中加入参数化的瑞利摩擦项来模拟的。数值评估是通过模拟一组中纬度海洋盆地的β平面，这是更现实的海洋动力学考虑湍流平衡的年代际变化的标准原型。针对各种物理条件，进行了涡轮机参数的灵敏度分析。结果表明，该模式能较好地反映准平稳的海洋动力学特征，并能提供时间平均的四涡环流型。在初始自旋过程之后，所提出的模型在1.5 m/s和2.5 m/s之间的平均最大速度达到统计稳定状态，这接近于在西部边界流中观察到的最大纬向速度。在很长一段时间内的可用功率的概率密度函数计算的参数范围很广。数值计算结果表明，沿西部边界分布在100 km长度尺度上的涡轮机可以提取10 GW的平均功率。然而，它表明，更大的涡轮机面积会改变流动模式和能量，由于过度耗散。涡轮机面积的增加导致可用功率的增加，范围从8 GW到22 GW，这取决于涡轮机建模参数的值。建议QG模型的数值评估的第一步表明，本框架可以代表一个可行的工具，用于评估在高度湍流制度的能量潜力。
2016-04-28 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulence and energy dissipation from wave breaking
本研究通过多层数值求解器模拟波浪破碎，发现其主导近表面层湍流生成，提出耗散率通用形状函数，并从全局、谱和湍流三个角度统一分析耗散。
2025-03-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Direct Simulations of Wind-Driven Breaking Ocean Waves with Data Assimilation
一个配方是开发同化海浪数据到数值流分析（NFA）代码。NFA是一种基于笛卡尔的隐式大涡模拟（LES）程序，具有VOF界面捕捉功能。连续同化的数据到NFA允许更高的带宽比可能使用其他配方，如高阶谱（HOS）的方法，或现场测量的海浪物理学的详细分析。提供了一个框架，用于吸收流动的波浪和旋涡部分。轻推用于同化低波数的波浪数据，而高波数的波浪数据通过非线性相互作用、波浪破碎和风强迫自然形成。同样地，风中的平均涡流和风吹流的垂直廓线被轻推，并且湍流波动被允许自然形成。作为示范，一个JONSWAP波谱的HOS的结果同化研究短峰海风平衡。对数剖面同化为平均风和平均风吹流。资料同化的结果是：（1）碎波作用下形成的风列和旋转急流，（2）风和横向漂移的弯曲，（3）海洋边界层上部的旋转急流被组织成朗缪尔池，（4）大气边界层下部的旋转急流被组织成风条，（5）海洋边界层上部的旋转急流被组织成风条，（6）海洋边界层下部的旋转急流被组织成风条，（7）海洋边界层下部的旋转急流被组织成风条，（8）海洋边界层下部的旋转急流被组织成风条，（9）海洋边界层下部的旋转急流被组织成风条，（10）海洋边界层下部的旋转急流被组织成风条，（10）海洋边界层下部的旋转急流被组织成风条，（10）海洋边界层下部的旋转急流被组织成风条，（10）海洋边界层下部的旋转急流被组织成风条。（5）朗缪尔胞和风纹的长度和时间尺度随着远离自由表面而增大…
2014-10-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Observation of turbulence in wave-induced oscillatory flows
气候的动力和热力状况受大气和海洋之间的能量和动量交换的调节。表面波在这种相互作用中所起的作用是特别神秘的。波浪通过打破和穿过朗缪尔环流在上层海洋中引起湍流。然而，波可以直接将能量注入地下层。这与波不是真正无旋的有关，因此诱导的轨道运动是湍流。这种湍流振荡流的存在、范围和性质仍不确定。在这里，我们提出了测量的速度场的振荡流，这是由机械产生的随机波场在一个大规模的实验设施。在距离水面足够远的深度处记录速度，以排除波浪破碎的影响。我们证明了速度场的谱尾遵循接近$ω^{-5/3}$的幂律标度。通过严格的统计分析的结构功能，突出的振荡流中出现的不稳定性的湍流行为进行了研究。结果表明，波动是湍流运动，并有助于海洋混合。通过加深混合层，波致运动影响气旋生成和沉积物再悬浮。
2017-01-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent metal-silicate mixing, fragmentation, and equilibration in magma oceans
地球的大部分是由星子和胚胎的高能撞击形成的，其中许多撞击物已经分化，具有自己的金属核心。地球化学数据提供了有关增生时间和主要物理条件的关键信息，但它们的解释严重依赖于核-幔分异过程中金属-硅酸盐化学平衡的程度，而这种平衡的限制很差。有效的平衡要求来自撞击器核心的大量铁与熔融硅酸盐混合到足够小的尺度，以允许快速的金属硅酸盐传质。在这里，我们使用流体动力学的实验表明，大的金属滴下降在岩浆海洋混合熔融硅酸盐通过湍流夹带，与碎片成液滴最终导致夹带过程。在我们的实验中，致密流体的破碎发生在下落等于其初始直径的3-4倍的距离之后，此时相当大体积的环境流体已经被夹带并与致密下落流体混合。与通常所假设的相反，我们证明了金属相破碎成液滴可能不需要有效的平衡：湍流混合，通过大幅增加金属-硅酸盐的界面面积，可能导致快速平衡，甚至在破碎之前。有效的再平衡预测的大小小的岩浆海洋深度相比的冲击。相比之下，一个小得多的再平衡程度的情况下，预计大的影响，撞击物的核心直径接近岩浆海洋的厚度。
2014-02-07 physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the missing link between pressure drop, viscous dissipation and the turbulent energy spectrum
我们提出了令人信服的证据之间的直接联系的压力降，粘性耗散，和湍流能量谱。我们用这一发现来解释Nikuradse的实验结果的压力降的湍流在粗糙的管道，在一个修改后的Kolmogorov长度尺度，随表面粗糙度。此外，我们使用劳弗的测量湍流能谱在管流计算-一个很好的近似-湍流分量的压降直接从平均湍流能谱。我们还表明，不可压缩性假设，导致的结论是，在充分发展的（层流和湍流）管流的粘性耗散，不能通过粘性加热增加流体的温度。
2021-04-25 physics.flu-dyn
A new hybrid mass-flux/ high-order turbulence closure for ocean vertical mixing
虽然已经提出了不同复杂程度的垂直湍流通量的各种参数化，但每种参数化都有其自身的局限性。例如，简单的一阶封闭方案，如K剖面参数化（KPP）缺乏能量约束;两方程模型，如$k-ε$直接求解湍流动能方程，但不考虑非局部通量，高阶封闭，包括非局部传输项是计算昂贵的。为了解决这些问题，在这里，我们扩展了假定分布高阶闭包（ADC）框架最初提出的大气边界层，并将其应用到海洋表面边界层（OSBL）。通过假设垂向速度与示踪物之间的概率分布函数关系，ADC格式精确地构造了所有的二阶和高阶矩，实现了湍流闭合。此外，ADC参数化方案具有完全能量约束。我们已经测试了ADC计划对组合的大涡模拟（LES），KPP，和$k-ε$的表面浮力驱动的对流混合，发现ADC计划是强大的不同的垂直分辨率和比较LES的结果。
2022-12-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent kinetic energy dissipation from colliding ice floes
增加有关海冰中波浪衰减过程的知识，从而提高用于气候建模和近海应用的海冰动力学模型，是必要的。本研究的目的是产生这样的急需的数据，通过调查碰撞浮冰的动力学在一个大规模的实验，直接测量和量化的湍流动能（TKE）。现场工作是在斯瓦尔巴特群岛的Van Mijen峡湾进行的，在那里的固定冰中锯出了一块3x 4米的浮冰。波动通过使用两个电动绞盘在4x 6米的水池中以振荡方式来回拉动浮冰来模拟。用测距仪和加速度计测量浮冰运动，用声学多普勒海流剖面仪声学测量水流湍流，用遥控潜水器和气泡作为示踪剂光学测量水流湍流。发现TKE频谱包含惯性子范围，其中能量以与-5/3幂律成比例的速率级联。TKE耗散率被发现随深度呈指数下降。通过假设在对应于絮凝物表面的区域上诱导湍流来估计总TKE耗散率。结果表明，约37%和8%的输入功率从绞车被消耗在湍流和吸收的碰撞，分别，实验证实，能量耗散诱导湍流水运动是碰撞浮冰场的一个重要机制。
2021-07-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent spectrum of 2D internal gravity waves
利用完整非静力色散关系求得弱相互作用二维内重力波的湍流能谱，通过剔除零频剪切模得到正则化动力学方程的精确解，该解与海洋Garrett--Munk谱吻合，为各向异性系统的湍流能量级联提供了新见解。
2024-12-21 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Interacting internal waves explain global patterns of interior ocean mixing
本文利用波-波相互作用理论并结合局地与全球观测，首次从第一性原理解释了全球海洋内部内波破碎驱动的湍流混合模式，为海洋环流模式提供了完全基于物理的波驱动混合参数化基础。
2024-08-12 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Fish-inspired tracking of underwater turbulent plumes
Graduate Aerospace Laboratories, California Institute of Technology（加州理工学院研究生航空实验室）；Mechanical and Civil Engineering, California Institute of Technology（加州理工学院机械与土木工程系）
本研究受鱼类流动感知启发，利用强化学习训练小型机器人通过压力传感器追踪横向速度梯度，在13,000升水箱中成功定位湍流羽流，效率为随机搜索两倍以上，并揭示传感器间距对导航性能的影响。
2024-03-15 cs.RO physics.flu-dyn
On the missing link between pressure drop, viscous dissipation, and the turbulent energy spectrum
在流体动力学经过几十年的实验、理论和数值研究之后，湍流的许多方面仍然知之甚少。其主要原因通常归因于湍流的多尺度性质，这构成了一个艰巨的挑战。然而，这些流动的某些性质的作用和相互联系从未得到充分澄清。在这篇文章中，我们提出了一个新的压降，粘性耗散，和湍流能谱之间的连接，据我们所知，从来没有建立之前，我们的工作。我们使用这一发现，分析表明，粘性耗散在层流管流不能增加流体的温度，也重现定性Nikuradse的实验结果，涉及在粗糙的管道中的湍流的压力降。
2017-03-11 physics.flu-dyn
Scaling and spatial intermittency of thermal dissipation in turbulent convection
我们推导出的比例关系的热耗散率在散装和边界层中，大普朗特数（Pr）对流。利用直接数值模拟的瑞利-贝纳德对流，我们表明，在散装的热耗散被抑制相比，被动标量耗散。我们进一步表明，在边界层中的耗散占主导地位，在散装为中等和大Pr。热耗散率的概率分布函数，无论是在散装和边界层，拉伸指数，类似于被动标量耗散。
2019-07-17 physics.flu-dyn
Direct observational evidence of an oceanic dual kinetic energy cascade and its seasonality
海洋的湍流能量循环有一个悖论;地球自转控制下的大尺度涡旋主要通过逆级联将动能（KE）转移到更大尺度，而需要转移到更小尺度才能完成耗散。有人认为，使用数值模拟，锋，波和其他湍流结构，可以产生一个向前级联的KE向耗散尺度。然而，这种正向级联及其与已知的逆级联共存的现象在观测中没有得到证实。在这里，我们提出了双KE级联在海洋中的第一个证据，通过分析速度测量从表面漂流物释放在墨西哥湾。结果表明，动能在两个主导尺度上注入，并向大尺度和小尺度输送，在小于1- 10 km的尺度上，下尺度通量占主导地位。级联率季节性调制，与较强的KE注入和前向传输在冬季。
2022-02-17 nlin.CD physics.ao-ph physics.data-an
Turbulent mixing driven by mean-flow shear and internal gravity waves in oceans and atmospheres
本研究从Baumert和Peters（2004，2005）根据Itsweire（1984）和Rohr和Van Atta（1987）在通道和风洞中进行的分层剪切实验结果以及Dickey和Mellor（1980）在静止分层容器中进行的自由衰变实验结果推导出的平衡开始。通过修改Canuto（2002）关于湍流和波浪的观点，这些平衡与Gregg（1989）提出的无平均流切变的公海（内部）重力波能量平衡相结合。后者增加了线性（粘性）摩擦项。格雷格的波能源解释其长波频谱端的内部潮汐，地形，大尺度风，和大气低压的行动。此外，内部本征波，产生的平均流剪切，和老化的波场从一个virginal（线性）到饱和状态被考虑在内。波包和湍流被视为粒子（涡，包）的系综动力学，使损失项在所有三个平衡有二次型。根据Peters（2008）的提议，纯波浪产生的湍流的混合效率被视为普适常数，中性条件下的湍流普朗特数也是如此。结果表明：（i）在风洞中，本征波被关闭;（ii）由于远距离产生的长波或其它非局部能量源，湍流和波的共存平衡即使在高达$10^3$的Richardson数下也是稳定的;（iii）三方程系统与屏蔽设置（如某些分层实验室流）兼容。与大量观察结果的一致性令人惊讶。Gregg（1989）的波动模型分量和a.m.普适常数分开，方程只包含一个额外的无量纲参数，估计为$Y\approx 1.35.$
2012-07-05 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Sudden viscous dissipation of compressing turbulence
如果压缩比湍流涡旋的粘性耗散时间快，则湍流等离子体的压缩可以放大湍流动能。一个突然的粘性耗散机制被证明，从而这种放大的湍流动能迅速转换为热能，提出了一个新的范例快速点火惯性聚变。
2016-02-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Tidally dominated flows past a three-dimensional topography: Wake vortices, turbulence, and mixing
本文利用LES研究越过理想化陡峭海山的潮汐主导流动，揭示尾流涡旋、剪切层和回流区导致的强耗散与混合，并量化其相对内波通量及混合效率。
2025-08-29 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Submesoscale and boundary layer turbulence under mesoscale forcing in the upper ocean
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）
研究中尺度涡、次中尺度锋和边界层湍流的相互作用，揭示不同中尺度强迫下次中尺度和边界层湍流的结构和强度异质性。
2026-04-18 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Complexity of viscous dissipation in turbulent thermal convection
利用直接数值模拟的瑞利数（$\mathrm{Ra}$）之间的$10^6$和$10^8$和单位普朗特数的湍流热对流，我们推导出的体积和边界层中的粘性耗散的标度关系。我们表明，相反的一般信念，总的粘性耗散在散装是更大的，虽然边际，比在边界层。体积耗散率与对数正态分布的流体动力学湍流相似，但与$(U^3/d)$相差$\mathrm{Ra}^{-0.18}$倍。边界层中的粘性耗散较少，但更强烈，呈拉伸指数分布。
2018-04-06 physics.flu-dyn
Damping effects of viscous dissipation on growth of symmetric instability
本研究针对真实海洋中对称不稳定结构观测较少的问题，通过理想化地转射流的数值不稳定分析，揭示了既有湍流的粘性扩散效应对对称不稳定增长的阻尼作用，为区域模式中对称不稳定参数化提供了依据。
2024-06-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Scaling bounds on dissipation in turbulent flows
本研究提出一种直接从运动方程估算流体动力学统计量（如平均能量耗散率）的严格新方法，并在多种对流及流动场景中完成测试验证。
2015-01-05 math.AP physics.flu-dyn
Measurement of local dissipation scales in turbulent pipe flow
局部耗散尺度是湍流间歇性小尺度性质的一种表现。本文首次对雷诺数为2.4x10^4<=Re_D<=7.0x10^4的圆管湍流中的局部耗散尺度分布进行了实验研究。我们的测量在近各向同性管中心线和各向异性对数层内显示出良好的协议与分布，以前计算的均匀各向同性盒湍流的数值模拟和理论预测。报道的结果表明，最小尺度波动的经典Kolmogorov耗散长度周围的普遍性。
2009-06-29 physics.flu-dyn
Changes in turbulent dissipation in a channel flow with oscillating walls
为了加深对壁面摩擦减阻物理机制的理解，本文采用直接数值模拟的方法研究了平板槽道湍流壁面的谐振现象。在恒定压力梯度下进行模拟，以定义明确的内部缩放：在这种情况下，减阻表现为质量流率的增加。为了强调展向剪切层振荡的作用而进行的能量和涡度拟能平衡表明，平均流和湍流脉动的粘性耗散随质量流率的增加而增加，而后者的相对重要性则降低。然后，我们专注于湍流拟能：通过分析的时间演变从开始的壁面运动，占主导地位的，振荡相关的术语在湍流拟能显示，导致湍流耗散增强的绝对条件下，缓慢漂移到新的准平衡条件之前。发现这种机制是质量流率增加的原因。我们最后表明，时间平均体积积分的主导项线性相关的阻力减少。
2012-02-16 physics.flu-dyn
On the interaction between velocity increment and energy dissipation in the turbulent cascade
本文讨论了充分发展湍流中纵向速度增量与能量耗散率之间的相互作用问题。这两个量之间的耦合的随机马尔可夫过程的理论进行了实验研究。所谓的马尔可夫分析可以精确描述速度增量和能量耗散的联合统计特性。特别是，有可能确定控制这两个量的联合概率密度沿尺度演化的微分方程。该方程的性质为理解小尺度不稳定性的能量耗散和速度增量之间的耦合提供了有趣的新见解。
2002-12-06 physics.flu-dyn
Statistics of the Energy Dissipation Rate and Local Enstrophy in Turbulent Channel Flow
采用高分辨率直接数值模拟方法，研究了不可压缩、充分发展的湍流槽道流动中能量耗散率和局部拟能高阶统计量对高度和雷诺数的依赖性。统计研究了一系列的壁面距离，跨越粘性子层的通道流中心线，摩擦雷诺数$Re_τ= 180$和$Re_τ= 381$。高分辨率的模拟允许耗散和拟能矩高达四阶计算。这些时刻显示出对壁距的依赖性，并在对数层的边缘观察到雷诺数效应。条件分析的基础上激烈的旋转的位置也进行了，以确定涡结构的耗散和涡度拟能矩的贡献。我们的分析表明，在较大的雷诺数的模拟，小尺度波动的耗散和涡拟能成为相对恒定的$z^+ \gtrsim 100$。
2011-06-27 physics.flu-dyn
Minimum-dissipation model and symmetry-preserving discretization for scalar transport in a turbulent flow
本研究将最小耗散模型扩展至标量输运，结合保对称离散化，在OpenFOAM差分加热腔中验证，显著提升高度拉伸网格上流动与传热预测。
2025-02-28 physics.flu-dyn
Extreme dissipation event due to plume collision in a turbulent convection cell
一个极端的耗散事件在一个封闭的三维湍流对流单体的大部分被发现是与一个强大的减少系统中的大规模环流，发生在同一时间作为羽流排放事件从底板。大规模环流的减少为向下和向上流羽流的近正面碰撞以及在大体积中产生高振幅热耗散层提供了可能性。这种碰撞局部地连接到随后的高振幅能量耗散事件中的一个强剪切层的形式。我们的分析说明了过渡的影响，在大尺度结构的极端事件在最小尺度的湍流，一个直接的链接，观察到的流与边界层。我们还表明，极端耗散事件的检测，确定在散装的耗散场的长尾统计需要长时间的运动方程的积分超过至少一百个对流时间单位。
2016-09-16 physics.flu-dyn
Spatiotemporal statistics of the dissipation rate at the boundary of a turbulent flow using Diffusing-Wave Spectroscopy
本文首次利用扩散波光谱对湍流边界耗散率进行时空分辨测量，验证了 ε∝Re³ 标度律并发现其涨落呈对数正态分布，但功率密度谱与均匀各向同性湍流预期不符。
2025-11-05 physics.flu-dyn
Data-driven reduced modelling of turbulent Rayleigh-Benard convection using DMD-enhanced Fluctuation-Dissipation Theorem
介绍了一种数据驱动的无模型框架，用于计算降阶模型（ROM），该模型能够准确预测对外部强迫或指定响应所需的强迫的时间平均响应，例如，在完全湍流中进行控制。该框架是基于使用波动耗散定理（FDT）的空间中的有限数量的模式从动态模式分解（DMD）。使用DMD模式作为基函数，而不是常用的适当的正交分解（POD）模式，解决了以前确定的问题，在应用FDT高维，非正常的湍流。采用DMD增强的FDT方法（FDT $_\mathrm{DMD}$），以水平平均温度为状态向量，计算了Rayleigh-Bénard对流系统的一维线性ROM，Rayleigh-Bénard对流系统的Rayleigh-Bénard数为$10^6$.计算的ROM在各种测试中表现良好，这种湍流，建议FDT $_\mathrm{DMD}$作为一个有前途的方法，开发ROM的高维，湍流系统。
2018-09-06 math.DS nlin.CD physics.ao-ph
An alternative view on dissipation in turbulent flows
为了更好地了解冯卡门几何中的湍流，我们精心设计了一个原始实验装置。一个非常快的相机的可用性允许及时跟踪流动的演变。一个令人惊讶的发现是，较小的涡的发展比预期的更早停止，并且在雷诺数为几千的情况下，流动的方面保持不变。这一事实提供了一个解释的恒定性的减少耗散在相同的范围内，而不需要奇异性。其原因可能与在旋转框架中观察到的相同类型的行为有关。
2017-04-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Geometry of stratified turbulent mixing: local alignment of the density gradient with rotation, shear and viscous dissipation
本文提出基于速度梯度张量构造两个正交基的几何分析方法，研究分层湍流中密度梯度与旋转、剪切及黏性耗散的局部对齐，并利用分层倾斜管道实验揭示高剪切区密度梯度优先沿最小耗散方向且垂直于rotex-剪切平面的规律。
2023-09-19 physics.flu-dyn
Dissipation Scaling and Structural Order in Turbulent Channel Flows
从一个新的角度考虑槽道湍流的尺度和结构演化。总积分湍流动能保持不变时，归一化的摩擦速度的平方，而总耗散相对于雷诺数线性增加。这用作湍流结构的全局约束。根湍流变量的通量平衡的启发下，我们还发现耗散标度为u2和v2，分别通过其第一和第二梯度。这种自相似性允许在任何雷诺数的基础上，通过一个简单的乘法运算，一个共同的模板轮廓重建。在拉格朗日输运方程中使用这些比例变量导出雷诺剪应力，进而计算平均速度分布。自相似性与输运方程一起，使通道流中湍流动力学和完整结构的可计算性的简洁视图成为可能。
2021-01-05 physics.flu-dyn
A natural decomposition of viscous dissipation in DG methods for turbulent incompressible flows
Institute for Numerical and Applied Mathematics, Georg-August-Universität Göttingen（哥廷根大学应用数学与数值计算研究所）
本文研究了DG方法中湍流不可压缩流体黏性耗散的分解问题，旨在区分物理耗散与数值耗散。
2019-04-11 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Low-wavenumber forcing and turbulent energy dissipation
在湍流的直接数值模拟中迫使流体的一种流行方法是采用与流体速度在其最低傅立叶模式上的投影成比例的体积力，同时保持注入的外部功率恒定。在本文中，我们进行了一个简单但严格的分析，建立这种类型的强迫的能量耗散率和所得雷诺数之间的关系的界限。虽然这种分析不能给出能谱的详细信息，但它确实提供了一些指示，说明了较低的、直接受迫的模式与由级联激发的模式之间的能量平衡。
2004-04-09 physics.flu-dyn
Shot noise multifractal model for turbulent pseudo-dissipation
乘法级联已用于湍流中，以产生具有多重分形统计和长程相关性的场。在文献中已经仔细讨论了产生这种随机场的连续随机过程和因果随机过程的例子。在这里，因果对数正态随机过程被建立来表示在拉格朗日轨迹的伪耗散的动力学。它被引入作为随机微分方程的解决方案，驱动的噪声源，在周期性的间隔突然跳跃，其周期是耗散的时间尺度的流量。这个随机场具有连续尺度的尺度不变性，并显示时间上的不连续跳跃，在柯尔莫哥洛夫尺度下具有平滑的时间演化。它的多重分形和相关性的数值证明。
2020-05-29 physics.flu-dyn
Rain Calms the Sea - The Impact of Entrained Air
我们提出了一个机制，在暴雨期间与空气气泡的雨滴注入短海洋重力波阻尼。该机制被认为是一种可能的解释，归因于雨对海洋表面波的平静作用。一个模型的开发，显示了如何波衰减增加气泡的存在下，在上游的海洋。该模型预测的有效波耗散系数，作为空气与水的体积比的函数，以及降雨率。该模型预测的耗散率与实验估计的有效波阻尼率是一致的。
2018-12-21 physics.flu-dyn
The Excess Dissipation of Energy in a Turbulent Boundary-Layer and its Departure from Log-Normality
SPEC, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay（SPEC, CEA, CNRS, 巴黎萨克雷大学）
利用PIV和扩散波谱测量研究冯·卡门流中的湍流耗散，比较整体和壁面动力学。发现壁面耗散有额外增长，与速度梯度主导标度有关，还推断了皮肤摩擦系数等，揭示对数正态行为不同起源。
2026-07-07 physics.flu-dyn
Finite-time localized singularities as a mechanism for turbulent dissipation
基于自聚焦非线性薛定谔方程，我们给出了一个奇异性介导湍流的情形，充分光滑的初始状态导致有限时间内的爆破。在这里，通过增加耗散，这些奇异性是正规化的，并列入一个外部强迫的结果在一个混乱的波动状态。强事件在空间和时间上随机出现，使得耗散率具有很大的波动性。该模型表明：i）耗散只发生在奇点附近，ii）这种强烈的事件在空间和时间上是随机的，iii）平均耗散率随着粘度的变化几乎是恒定的，以及iv）观察到具有幂律依赖性的Obukhov-Kolmogorov谱以及使用结构函数相关性的间歇性行为，与流体湍流密切对应。
2019-10-12 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Dynamical hysteresis in the dissipation in turbulent flows
Univ. Lille, CNRS, ONERA, Arts et Metiers Institute of Technology, Centrale Lille（里尔大学、法国国家科学研究中心、ONERA、巴黎国立高等工艺学院、里尔中央理工学院）；Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales（布宜诺斯艾利斯大学理学院）；CONICET - Universidad de Buenos Aires, Instituto de Física Interdisciplinaria y Aplicada (INFINA)（阿根廷国家科学研究委员会-布宜诺斯艾利斯大学交叉与应用物理研究所（INFINA））；Institut universitaire de France (IUF)（法兰西学院）；Ann and H.J. Smead Department of Aerospace Engineering Sciences, University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校安恩和H.J.斯米德航空航天工程科学系）
通过风洞实验和直接数值模拟，发现非稳态湍流中耗散常数在减速流中更大，导致周期性流动产生滞后循环，其面积与斯特劳哈尔数和相对振幅的组合参数成比例，并通过Karman-Howarth方程中的非稳态项解释。
2026-06-11 physics.flu-dyn
On dissipation time scales of the basic second-order moments: the effect on the Energy and Flux-Budget (EFB) turbulence closure for stably stratified turbulence
本文利用直接数值模拟（DNS）评估基本二阶矩耗散率，修订稳定分层湍流的EFB湍流闭合理论，揭示TKE、浮力通量与TPE间的关键反馈机制，维持任意Richardson数下的剪切稳定分层湍流。
2025-01-29 physics.flu-dyn
The spatio-temporal statistical structure of the turbulent dissipation field and its stochastic representation as a Gaussian Multiplicative Chaos
Univ Lyon, Ens de Lyon, Univ Claude Bernard, CNRS, Laboratoire de Physique（里昂大学，巴黎高等师范学院里昂分校，克洛德·贝尔纳大学，法国国家科学研究中心，物理实验室）；CNRS, ICJ UMR5208, Ecole Centrale de Lyon, INSA Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, Université Jean Monnet（法国国家科学研究中心，里昂中央理工学院，里昂国立应用科学学院，里昂克洛德·贝尔纳大学，让·莫内大学）
本文研究湍流耗散场的时空统计结构，提出基于高斯乘积混沌的随机模型，并通过Navier-Stokes方程的直接数值模拟验证其时空演化特性。
2026-07-02 physics.flu-dyn
Are extreme dissipation events predictable in turbulent fluid flows?
我们推导出在湍流槽道流极端耗散事件的前兆。使用最近开发的方法，结合动力学和统计的基础吸引子，我们提取的特征状态，随后导致极端耗散事件的层化事件之前。我们的方法利用粗糙的统计信息的湍流吸引子，在二阶统计的形式，以确定在状态空间中的高似然区域。然后，我们在这个高概率流形中搜索导致流动动能在有限时间内增长最多的状态。这种状态既有很高的发生概率，又会导致耗散的极端值。我们使用一个给定的湍流状态和这个临界状态之间的对齐作为极端事件的前兆，并证明其有利的性质，极端耗散事件的预测。最后，我们分析的物理相关性的衍生的前兆，并显示其强大的字符为不同的雷诺数。总的来说，我们发现，我们的选择的前体工程以及在雷诺数，它是在计算和更高的雷诺数流类似的极端事件。
2018-07-26 math.DS math.OC nlin.CD
