Spectrally Decomposed Diffusion Models for Generative Turbulence Recovery
本研究利用生成式机器学习恢复流体流动中缺失的湍流物理现象，提出一种基于谱滤波的两阶段超分辨率方法，在 8 倍上采样任务中有效将恢复的波数范围翻倍。
2025-06-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A new turbulence model based on scale decomposition
基于湍流的多尺度性和不同尺度下的相似性，提出了求解不可压缩牛顿流体湍流问题的尺度分解方法。将解域分解为两个尺度，大尺度分量代表平均流和大尺度涡，小尺度分量代表湍流脉动。用运动方程求解大尺度问题，用等效涡近似计算湍流脉动对平均流场的影响。将等效涡效应分解为对流效应和扩散效应，并将其表示为大尺度平均量的函数。建立了修正的Naiver-Stokes方程，保证了方程在大尺度下的封闭性。最后，通过数值模拟验证了修正的Naiver-Stokes方程的正确性。对圆柱绕流进行了数值研究，获得了从低雷诺数到高雷诺数的流动特性。本研究建立了一个具有工程应用价值的通用湍流模型。
2023-02-03 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
Long-time properties of MHD turbulence and the role of symmetries
我们调查的长期性能的三维MHD湍流在没有强迫和检查特别是二次不变量的系统和初始配置的对称性所发挥的作用。我们观察到，当使用足够的精度时，具有高度对称性的初始条件，如在没有螺旋性的情况下，不随时间穿过参数空间，而通过显式或隐式地使用例如长时间单精度来扰动这些解，流动偏离其原始行为，并且可以变得强螺旋，或者在速度和磁场之间具有强对准。当对称性被破坏时，流动朝着不同的最终状态发展，正如通过非耗散系统的统计参数以及能量最小化原理所预测的那样，正如在\cite{stribling_90}中已经分析的那样，对于随机初始条件，使用中等数量的傅立叶模式。此外，这些流量之间的对齐属性，速度，涡度，磁势，感应和电流，对应于两个主要制度的主导地位，一个螺旋为主，一个准均分的动能和磁能。我们还对比了作为波数的函数的磁能与动能的比率与作为波数的函数的涡流翻转时间与阿尔文时间的比率的标度。我们发现，前者的比例是恒定的近似均分尺度小于最大规模的流动，而时间尺度的比例随着波数的增加而增加。
2012-04-09 physics.flu-dyn
Interaction of large- and small-scale dynamos in isotropic turbulent flows from GPU-accelerated simulations
磁流体发电机出现在许多不同的天体物理情况下，湍流存在，但大尺度（LSD）和小尺度发电机（SSD）之间的相互作用还没有完全理解。我们进行了系统的研究各向同性强迫驱动的湍流发电机在等温磁流体与磁普朗特数的单位，专注于指数增长阶段。螺旋和非螺旋强迫被用来分离LSD和SSD的影响在一个周期域。检查了高达$\approx 250$的雷诺数（Rm），并使用多种分辨率进行收敛性检查。我们使用Astaroth代码运行了模拟，该代码旨在加速图形处理单元（GPU）上的3D模板计算，并采用多个GPU进行点对点通信。我们观察到的加速$\approx 35$在单节点性能相比，广泛使用的多CPU MHD求解器的MHD代码。我们从平均磁场及其功率谱估计了生长速率。在低Rm，LSD增长占主导地位，但在高Rm SSD似乎占主导地位，在螺旋和非螺旋强迫的情况下。纯SSD增长率遵循作为Rm的函数的对数标度。从生长阶段的磁场的概率密度函数表现出SSD行为在螺旋强迫的情况下，即使在中间Rm。我们估计平均场湍流输运系数使用封闭，如二阶相关近似（SOCA）。它们产生的生长速率与直接测量的相似，并提供了$α$淬灭的证据。我们的研究结果是一致的SSD抑制LSD的增长在中等的Rm，而发电机的增长是在更高的Rm增强。
2020-12-16 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Transient vortex events in the initial value problem for turbulence
一个涡量浪涌事件，可能是一个广泛的一类突发事件在湍流的范例进行了研究，以研究如何建立能量级联，以及如何将此事件可以作为一个新的测试LES湍流模型。在直接数值模拟中，通过湍流能量级联的传统特征（如接近-5/3的谱和强烈的贝尔特拉姆涡管），该涡量浪涌事件与能量级联的形成有关。一个连贯的机制，建议几乎同时发展的最大峰值涡度$\|ω\|_\infty$，增长的耗散，一个螺旋对齐的本地涡配置和强大的，瞬态振荡的螺旋波数谱的外观。这种一致性也检查两个LES模型，一个传统的纯耗散涡粘性模型和现代方法（LANS $-α$），尊重流体的非线性输运特性。这两个LES模式正确地代表了频谱能量和能量耗散与这个涡量激增事件。然而，只有保留非线性流体输运特性的模型才能再现螺旋特性，包括贝尔特拉米式涡流管。
2002-01-27 nlin.CD physics.flu-dyn
A stability condition for turbulence model: From EMMS model to EMMS-based turbulence model
湍流的封闭问题一直是湍流模拟中的一个具有挑战性的问题。在这项工作中，稳定性条件被用来关闭湍流。具体地说，我们把单相流看作湍流和非湍流流体的混合物，分离湍流的结构。然后，根据湍流叶栅的图像，将湍流中所含的能量分解为不同的部分，并进行了量化。与气固系统的能量最小化多尺度模型（EMMS）原理相似，本文提出了一个湍流稳定性条件，用以封闭湍流的动力学约束方程，从而优化湍流的非均匀结构参数。我们称之为“EMMS湍流模型”，并使用它来构建相应的湍流粘性系数。为了验证EMMS湍流模型的有效性，本文采用EMMS模型模拟了两个经典的基准问题：盖驱动空腔流动和空房间内的强制对流湍流。数值结果表明，基于EMMS的湍流模型考虑了粘性和惯性竞争的折衷原则，提高了湍流模拟的精度。
2013-11-06 physics.flu-dyn
Modulation of near-wall turbulence in the transitionally rough regime
在过渡粗糙区对粗糙壁湍流通道进行了直接数值模拟。粗糙度上覆湍流产生的效果进行了研究，使用修改后的三重分解的流量。这种分解将粗糙度引起的贡献与背景湍流分离，后者基本上没有任何纹理足迹。对于小的粗糙度，背景湍流没有显著改变，而只是位移更接近粗糙度峰，阻力的变化与此位移成正比。随着粗糙度尺寸的增加，背景湍流开始被修改，特别是通过增加短，宽波长的能量，这是一致的外观的剪切流不稳定的平均流。提出了一个层流模型来估计粗糙相干的贡献，以及在粗糙峰的位移高度和速度。基于在背景湍流中观察到的影响，粗糙度函数被分解成不同的项，以分析对阻力变化的不同贡献，为预测模型奠定基础。
2018-08-31 physics.flu-dyn
The dynamical role of vortices in the two-dimensional inverse cascade of turbulence
INFN（意大利国家核物理研究所）
通过高分辨率数值模拟分解涡旋与背景分量，揭示二维湍流逆级联中涡旋分量对能谱及科尔莫戈罗夫标度的影响，推导并验证相关平衡关系。
2026-09-02 physics.flu-dyn
Geometric Mechanics of Real-Space Energy Transfer in Turbulence
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
该研究通过实空间能量级联的球几何分解湍流局地能量传递，结合直接数值模拟揭示其与流体微元变形动力学的纯力学联系，明确了应变自放大与涡旋拉伸的作用及级联边界。
2026-10-09 physics.flu-dyn
Vortex-density fluctuations, energy spectra and vortical regions in superfluid turbulence
在超流湍流中，能谱的测量和涡密度涨落谱的测量似乎是相互矛盾的。使用一个数值模型，我们表明，在每一个时刻的总涡线密度可以分解成两部分：一个形成的亚稳态束相干涡，和一个在其中的涡是随机取向。我们发现，前者是负责所观察到的Kolmogorov能谱，和后者的涡旋线密度波动的频谱。
2012-10-10 cond-mat.other physics.flu-dyn
Velocity gradient partitioning in turbulent flows
California Institute of Technology（加州理工学院）
研究通过分解速度梯度张量，揭示湍流中不同湍流结构的贡献，为湍流建模提供新的视角。
2024-12-04 physics.flu-dyn
Effect of the Reynolds number on turbulence kinetic energy exchanges in flows with highly variable fluid properties
本文研究了非等温低马赫数湍流槽道流中与单位质量湍流动能或速度协方差张量半迹有关的空间和谱能量交换。两个通道壁的温度分别为293 K和586 K。这在壁法线方向上产生强的温度梯度。在平均摩擦雷诺数为180和395时，采用两种直接数值模拟方法研究了温度梯度对能量交换的影响。由于局部流体性质的变化和低雷诺数效应，温度梯度在热侧和冷侧的能量交换之间产生不对称性。低雷诺数效应在较高雷诺数时较小，从而减少了热侧和冷侧之间的不对称性。我们还分解的能量交换，以分别研究的平均性能的条款，发现在恒定的性能等温的情况下，和热的条款，具体到流动与可变的流体性质。重要的热项对流动有类似的影响。此外，低雷诺数效应对热项的影响可以忽略不计，只影响平均性质项。
2020-06-08 physics.flu-dyn
Reduced Order Modeling of Turbulence-Chemistry Interactions using Dynamically Bi-Orthonormal Decomposition
动态双正交（DBO）分解的性能进行了评估的毒性化学相互作用的降阶建模。DBO是一种动态的低秩近似技术，其中反应流场的瞬时组成矩阵被分解成一组正交空间模式，一组正交向量在组成空间中，和低秩相关矩阵的因式分解。区分DBO和基于主成分分析（PCA）的降阶模型（ROM）的两个因素是：（i）DBO不需要任何离线数据生成;以及（ii）与PCA中的静态子空间相比，DBO中的低秩组成子空间是时间相关的。由于这些功能，DBO可以适应在飞行中的内部和外部激发的瞬态变化的状态的运输变量。为了演示，模拟进行的非预混CO/H2火焰在时间上不断演变的射流。使用具有53种物质的GRI-Mech 3.0模型进行化学动力学建模。通过对同一火焰的满秩直接数值模拟（DNS）生成的数据进行后验比较，并对DNS数据进行PCA还原，对结果进行评估。DBO也产生了很好的预测的各种统计的热化学变量。
2022-01-06 physics.flu-dyn
On the locality of MHD turbulence scale fluxes
对定常湍流状态下磁流体动力学（MHD）能流的尺度局部性进行了数值研究。两种类型的力用于驱动湍流，一种是仅作用于速度场的动力学力，另一种是作用于速度场和磁场的动力学感应强迫机制。分析是在谱空间中进行的，该空间遵循边界的幂律分解为一系列壳。这些壳之间发生的三元传输计算和通量和局部函数恢复部分求和有关的壳。采用Kraichnan定域函数，得到四种MHD能流的标度指数分别为1/3和2/3，比流体动力学湍流的标度指数4/3小。为了更好地理解这些结果，对总能量通量进行了深入分析。
2011-08-19 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Discovering explicit Reynolds-averaged turbulence closures for turbulent separated flows through deep learning-based symbolic regression with non-linear corrections
这项工作引入了一种新的数据驱动的框架，制定明确的代数平均Navier-Stokes（RANS）湍流封闭。近年来，应用机器学习（ML）方法彻底改变湍流建模范式的研究取得了丰硕成果。然而，由于大多数ML方法的黑箱本质，目前很难从数据驱动的模型中提取可解释的信息和知识。为了解决这一关键限制，这项工作利用深度学习和符号回归方法来发现雷诺应力模型的隐藏控制方程。具体来说，雷诺应力张量被分解成线性和非线性部分。线性部分作为规则的线性涡粘性模型，用长短期记忆神经网络产生符号项，在此基础上建立非线性部分的数学表达式。采用一种新的强化学习算法来训练神经网络，以产生最佳拟合的符号表达式。在建议的框架内，雷诺应力封闭显式地表示在代数形式，从而允许直接的功能推断。另一方面，通过构造具有独立不变量和张量基函数的训练特征空间，充分尊重了伽利略和旋转不变量。本方法的性能进行了验证，通过数值模拟的三个不同的正则流偏离几何配置。结果表明，与传统的RANS模型相比，该方法具有良好的精度改进，显示了该方法的泛化能力。此外，使用给定的显式模型方程，可以更容易地解释输入特征对生成的模型的影响。
2023-01-22 physics.flu-dyn
A length scale for non-local multi-scale gradient interactions in isotropic turbulence
本文通过局部Betchov关系定义了一个约为湍流结构三倍的长度尺度，并表明各向同性级串模型可将涡拉伸与应变自放大统一为同一传递机制，无需区分二者。
2024-01-23 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
Momentum deficit and wake-added turbulence kinetic energy budgets in the stratified atmospheric boundary layer
本研究利用大涡模拟和动量亏损、尾流附加TKE收支分析，揭示中性与稳定ABL中尾流物理机制随稳定性的变化及其经验模型缺失。
2024-05-09 physics.flu-dyn
Expressing turbulent kinetic energy as coarse-grained enstrophy or strain deformations
该研究推导了不可压缩湍流的精确恒等式，实现湍动能按应变变形或解析尺度拟涡能的分解，结合DNS数据验证了各变形的动能占比，并给出仅基于实空间量的动能谱表达式，可复现Kolmogorov谱标度的幂律行为。
2025-02-20 physics.flu-dyn
Error estimates for the Smagorinsky turbulence model: enhanced stability through scale separation and numerical stabilization
在目前的工作中，我们展示了一些结果的影响Smagorinsky模型上的相关扰动方程的稳定性。我们表明，在存在一个谱间隙，使流可以分解在一个大规模的中等梯度和一个小振幅的精细尺度与任意梯度，Smagorinsky模型承认稳定性估计扰动，指数增长性只取决于大尺度梯度。然后，我们表明，在稳定的有限元法的背景下，相同的结果结转的近似，并在这种情况下，适当选择的有限元空间的Smagorinsky模型作为一个稳定器产生接近最佳的误差估计的$L^2$ -规范在前渐近高雷诺数制度的光滑流动。
2021-01-29 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Perfect energy transfer and mean-eddy interaction in incompressible fluid flows
本文从平均过程和涡动过程之间的能量传递的角度研究了流动中的平均-涡动相互作用。在Reynolds分解框架下，能量传递可以从分解的能量方程定义，但经典的能量形式主义的定义是主观的。本文表明，一个忠实的形式主义可以严格建立在同一框架内。由此产生的转移和零到处分解的子空间，代表一个纯粹的平均和涡流过程之间的能量重新分配，而不产生或破坏能量作为一个整体。由于这个原因，它被称为完美转移，以区别于人们可能遇到的其他能量转移。完美的传输有一个简单的表达形式，与涡流耦合场的平均和涡流过程中关注的介绍。涡流或湍流的产生则完全取决于该流动的发散。这种形式主义已被验证与一个著名的正压不稳定模式，和尾流控制问题。预计这将是有用的利用湍流，因为它可能有助于确定最佳位置放置被动控制，或设计的性能功能的主动控制。
2007-02-03 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Scale locality of information flow in shell models of turbulence
针对湍流普适标度律的形成机制，本文结合信息热力学，通过解析分解信息流并基于柯尔莫哥洛夫假设证明其尺度局域性，揭示大尺度到小尺度的信息传递主要依赖局域相互作用，为理解普适性起源提供基础。
2025-08-21 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A Mixed-Metric Two-Field Framework for Turbulence: Emergent Stress Anisotropy and Wall Asymptotics from a Single Scalar
KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；University of Michigan（密歇根大学）
本文提出混合度量双场框架，通过单一标量场描述湍流中的应力各向异性与壁面渐进行为。
2026-01-06 physics.flu-dyn
Energy spectra of vortex distributions in two-dimensional quantum turbulence
我们从理论上探讨了耗散二维Gross-Pitaeveskii方程描述的均匀可压缩超流体中二维湍流的关键概念。这样的流体支持具有由愈合长度$ξ$表征的尺寸的量化涡旋。我们表明，对于无发散部分的超流速度场，波数$k$的动能谱可以分解成紫外区（$k\gg ξ^{-1}$）具有普遍的$k^{-3}$缩放所产生的涡核结构，和红外区（$k\llξ^{-1}$）的频谱，纯粹是从配置的旋涡。对于相同环流符号的涡旋，涡旋间距离的诺维科夫幂律分布具有指数-1/3，这导致红外动能谱具有柯尔莫哥洛夫$k^{-5/3}$幂律，与惯性范围的存在一致。这些$k^{-3}$和$k^{-5/3}$幂律的存在下，连同约束的连续性在最小的配置规模$k\approxξ^{-1}$，使我们能够推导出一个新的解析表达式的Kolmogorov常数，我们测试对一个强制均匀的可压缩二维超流体的数值模拟。一旦我们引入{ \em聚集分数}的概念，数值模拟就证实了我们对动能分布谱特征的分析，该分数由与最近邻近涡旋具有相同环流符号的涡旋分数组成。我们的分析提出了一种新的方法来理解二维量子湍流和解释与经典二维湍流的相似性和差异，并提出了新的方法来表征涡旋湍流在二维量子流体通过涡旋位置和循环测量。
2012-08-30 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Spectral analysis of the budget equation in turbulent channel flows at high Re
本文用$Re_τ$至5200 ℃的不可压缩槽道流DNS数据研究了速度变化的输运方程。在传输方程中的每个项已被频谱分解，暴露在不同的长度尺度的湍流的贡献的过程中，在壁法线方向上的能量流动，在规模和组件之间。外层湍流主要是由非常大规模的流向细长模式。远离壁，生产主要发生在这些大规模的流向细长的模式中的流向速度，但耗散几乎各向同性地发生在两个速度分量和规模。为此，能量通过非线性相互作用从流向伸长模式转移到具有一定范围取向的模式，然后转移到其他速度分量。这使得能量或多或少地各向同性地从这些大尺度转移到发生耗散的小尺度。VLSM还将能量转移到壁区域，导致自主近壁动力学的调制。近壁能量流与著名的自主近壁动力学是一致的。通过内外层湍流的重叠区，能量流呈现自相似结构。VLSM的产生发生在与$y$一起生长的展向尺度上。在随着$y$生长的一系列尺度上，存在远离壁的能量输送。而且，能量转移到像$y^{1/4}$一样增长的小耗散尺度。最后，小规模的近壁过程的特点是波长小于1000壁单位在很大程度上是雷诺数独立的，而较大规模的外层过程是强烈的雷诺数依赖。它们之间的相互作用似乎相对简单。
2018-11-12 physics.flu-dyn
Conditional neural field for spatial dimension reduction of turbulence data: a comparison study
Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, Cornell University（科尼尔大学机械与航空航天工程学院）；Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Notre Dame（诺特难大学航空航天与机械工程系）
本研究针对湍流数据空间降维问题，对比了三种条件机制的条件神经场与传统方法，提出域分解CNF，明确了不同场景下的最优方案，为湍流压缩重建的方法选择提供了物理感知的严谨依据。
2025-10-29 cs.LG physics.flu-dyn
Upstream history quantification and scale-decomposed energy analysis for weak-to-strong adverse-pressure-gradient turbulent boundary layers
本文利用四个高保真数据库和累积压力梯度参数，量化上游历史与局部失平衡对弱至强逆压梯度湍流边界层大小尺度能量的不同影响。
2025-08-15 physics.flu-dyn
Dynamical large deviations and long-range correlations for local weak wave turbulence
ENS de Lyon, Laboratoire de Physique（里昂高等师范学校，物理实验室）；Laboratoire de Météorologie Dynamique, École Normale Supérieure（气象动力学实验室，巴黎高等师范学校）
针对局部波相互作用，推导了波谱的大偏差原理，刻画典型与稀有涨落，并分析了非平衡谱周围高斯涨落方程的结构，首次计算了边界条件仅固定通量时的长程关联。
2026-09-04 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
On uniqueness of transfer rates in magnetohydrodynamic turbulence
在流体动力学和磁流体动力学湍流中，传递速率的表达式依赖于满足$\textbf{k+p+q=0}$的波数三元组$(\textbf{k,p,q})$上的积分。作为示例，$S_E^{uu}(\textbf{k|p,q})$表示从三元组中的两个其他模式$\textbf{p}$和$\textbf{q}$到模式$\textbf{k}$的动能传递速率。正如Kraichnan（1958）所指出的，在$S_E^{uu}(\textbf{k|p,q})$中，转移到模式$\textbf{k}$的能量中有多少部分来自$\textbf{p}$，多少部分来自$\textbf{q}$是未知的。因此，这样的表达式与通常用双尺度能量交换来描述湍流是不一致的。尽管有这个问题，Dar et al.（2001）进一步将这些转移分解为$\textbf{p}$ -到- $\textbf{k}$和$\textbf{q}$ -到- $\textbf{k}$的单独贡献，从而引入了他们应用于MHD湍流的模式到模式转移的概念。这样做，他们不得不留出额外的转移在每个三合会内流通，但没有计算出来。在本文中，我们解释了如何推导出完整的表达式的方式到方式的转移，包括循环转移。我们对流体动力学湍流中的动能和动能螺旋度，以及MHD湍流中的动能、磁能和磁螺旋度进行了计算。将磁平流的贡献与磁拉伸分开，涉及磁场的能量模式到模式转移率变得唯一定义，与流体…
2020-04-21 physics.flu-dyn physics.geo-ph physics.plasm-ph
Magnetized compressible turbulence with a fluctuation dynamo and Reynolds numbers over a million
本研究开展了雷诺数超百万的超音速MHD湍流高分辨率模拟，发现动能谱在动能主导与强磁化尺度间存在突变，并揭示了局部弛豫区域的形成机制及其对级联过程和涨落发电机饱和的深刻影响。
2024-05-29 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.comp-ph
On local and non-local energy transfers in Hall magnetohydrodynamic turbulence
Indian Institute of Technology, Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Universidad de Buenos Aires（布宜诺斯艾利斯大学）；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）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
研究三维不可压缩霍尔磁流体动力学湍流中能量转移，基于三元组守恒分解能量转移通道，通过直接数值模拟计算转移率，发现各通道含局部和非局部转移，可解释结果，能用于开发模型及扩展框架分离局部和非局部加热。
2026-07-27 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dual constant-flux energy cascades to both large scales and small scales
在本文中，我们提出了一个概述的概念和数据有关的逆级联的激励规模大于强迫规模在各种情况下，从二维流体和波湍流，地球物理流动中存在的旋转和分层。我们简要地讨论了各向异性的发生和性能的作用，这样的级联。然后，我们表明，级联的一些不变的，例如总能量，可以通过非线性相互作用转移到小尺度和大尺度，在每种情况下，一个恒定的流量。这是在对比的经典图片，我们说明了这样一个双重级联的背景下，大气和海洋观测，直接数值模拟和建模。我们还表明，这双级联的总能量实际上可以在某些情况下分解成单独的级联的动能和势能，弗劳德和Rossby数是足够小的。在所有情况下，势能通量保持较小，相对于动能通量为10%或更小的量级。最后，我们证明，在小尺度惯性范围内，潜在的和动力学模式之间的近似均分，导致接近1的能量比，在大尺度上由于占主导地位的动能逆级联和堆积在最低的空间频率，并在小尺度上由于不平衡的耗散过程，即使普朗特数等于一个强大的离开。
2017-08-15 physics.flu-dyn
Generalised quasilinear approximations of turbulent channel flow: Part 1. Streamwise nonlinear energy transfer
将广义准线性（GQL）近似（Marston \emph{et al.}，\emph{Phys. Rev. Lett.}，第116卷，104502，2016）应用于$Re_τ\simeq 1700$（$Re_τ$是摩擦雷诺数）的湍流通道流，重点是流向波数空间中的能量传递。流动被分解成低和高流向波数组，其中前者是通过考虑完整的非线性方程求解，而后者是从线性方程周围的前者。随后将GQL近似的性能与QL模型的性能进行比较（Thomas \emph{et al.}，\emph{Phys. Fluids.}，第26卷，第10期，105112，2014），其中低波数组仅包含零流向波数。结果发现，QL模型表现出显着减少多尺度行为在给定的适度高雷诺数。这是显着改善的GQL近似，它只纳入了几个流向傅立叶模式到低波数组，它合理地恢复了湍流统计和频谱中的距离从壁缩放。最后，它提出的能量转移从低到高波数组的GQL近似，被称为“散射”机制，取决于中性稳定的领先的李雅普诺夫谱的线性方程组的高波数组。特别是，它示出，如果区分这两个组的阈值波数是足够高的，散射机制可以完全不存在由于高波数组的方程的线性性质。
2021-08-27 physics.flu-dyn
Equivalence of Non-Equilibrium Ensembles and Representation of Friction in Turbulent Flows: The Lorenz 96 Model
我们构造了不同的等效非平衡统计系综在一个简单而有指导意义的$N$ -度的自由度大气湍流模型，介绍了洛伦兹在1996年。向量场可以分解成一个能量守恒的时间可逆部分，加上一个非时间可逆部分，包括强迫和耗散。我们构建了一个修改后的版本的模型，粘度随时间变化，在这样一种方式，能量守恒，所产生的动态是完全时间可逆的。对于每一个强迫值，统计特性的不可逆和可逆的模型是非常一致的，如果在后者的能量保持恒定的值等于时间平均实现的不可逆模型。特别地，时间可逆模型的相空间的平均收缩率与不可逆模型的相空间的平均收缩率一致，而不可逆模型的相空间的平均收缩率是常数。我们还证明了相空间收缩率服从涨落关系，并将其有限时间修正与系统的特征时间尺度联系起来。的波动关系的本地版本进行了探索，并成功地检查。两个非平衡系综之间的等价性延伸到动力学性质，如李雅普诺夫指数，这是服从一个很好的近似程度的配对规则。这些结果与混沌假说的重要性有关。在解释我们可以自由地使用不同但等效的方法来模拟非平衡系统时，特别是使用粘度保持恒定的流体模型只是一种选择，而不一定是唯一的选择，以准确描述其统计和动力学特性。
2014-06-06 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.comp-ph
