Advectional enhancement of eddy diffusivity under parametric disorder
冻结参数紊乱可能会导致出现的局部对流在一个稳定的（静止）流体层从下面加热的集合。这些电流显著地影响混合物（或任何其他被动标量）沿层的传输。当混合物的分子扩散率与热扩散率（这在自然界中是非常典型的）相比很小时，无序可以使有效（涡流）扩散率与分子扩散率相比提高几个数量级。在本文中，我们研究了施加的纵向平流对流离域的影响，数值和分析，并报告随后大幅提升弱平流的有效扩散率。
2009-10-30 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A systematic approach for modeling a nonlocal eddy diffusivity
本研究针对空间变化的不可压缩流被动标量输运，开发了一种基于匹配矩逆算子的系统且更具成本效益的非局部涡扩散率建模方法，能捕获前导阶非局部效应并转化为易求解的偏微分方程。
2023-06-28 physics.flu-dyn
Techniques for improved statistical convergence in quantification of eddy diffusivity moments
Stanford University（斯坦福大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本研究针对宏观强迫法计算涡扩散率高阶矩时统计收敛慢的问题，提出对所有强迫MFM模拟使用同一DNS并结合半解析分解法，将二维Rayleigh-Taylor不稳定性案例的收敛所需模拟数从O(1000)降至O(100)，显著提升了涡扩散率量化效率。
2025-10-14 physics.flu-dyn
A model for drift velocity mediated scalar eddy diffusivity in homogeneous turbulent flows
本文针对含漂移速度的均匀湍流中被动标量输运问题，提出一个描述涡扩散率衰减的新模型，并结合欧拉场测量方法与直接数值模拟验证其准确性和理论一致性。
2023-10-25 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Local and Global Well-posedness of Strong Solutions to the 3D Primitive Equations with Vertical Eddy Diffusivity
本文考虑了三维海洋和大气动力学原始方程的初边值问题，其中温度方程中只有垂直扩散项。利用$H^2$初始数据建立了该系统强解的局部和整体适定性。
2013-12-20 math.AP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Global Well-posedness of Strong Solutions to the 3D Primitive Equations with Horizontal Eddy Diffusivity
本文考虑了三维海洋和大气动力学原始方程的初边值问题，其中温度方程中只有水平扩散。利用$H^2$初始数据建立了强解的整体适定性.
2014-01-06 math.AP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Eddy diffusivity of quasi-neutrally-buoyant inertial particles
本文研究了不可压缩零平均周期性或定常各态历经流中准中性浮力惯性粒子的大尺度输运性质。我们展示了如何计算大规模的指标，如惯性粒子的终极速度和涡流扩散系数的第一原理在周围的附加质量因子接近统一的限制微扰膨胀。在物理上，该极限对应于颗粒的质量密度恒定并且在值上接近于也恒定的流体的质量密度的情况。我们的方法不同于通常的过阻尼膨胀，因为我们不假设热化和小尺度对流效应之间的时间尺度的分离。对于一般的不可压缩流，我们推导出封闭形式的细胞方程的辅助量确定的终极速度和有效扩散。在平行流的特殊情况下，这些方程有明确的解析解.我们使用平行流表明，我们的方法能够阐明的行为的终极速度和有效扩散的斯托克斯数的顺序的团结。
2017-12-28 physics.flu-dyn
Eddy thermal diffusivity model and mean temperature profiles in turbulent vertical convection
Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学物理系）
本文提出了一种空间依赖的涡旋热扩散系数模型，用于描述流体在不同温度垂直壁间湍流自然对流的平均温度剖面，通过该模型推导出解析结果，揭示了不同雷诺数和普朗特数下的温度剖面由两个通用尺度函数描述，且与直接数值模拟数据一致。
2026-02-20 physics.flu-dyn
Large eddy simulations of turbulent thermal convection using renormalized viscosity and thermal diffusivity
本文利用重整化粘滞系数和热扩散系数建立了一个亚网格湍流热对流大涡模拟模型。对于大涡模拟，我们将$ν_\mathrm{ren} \propto Π_u^{1/3} (π/Δ)^{-1/3}$添加到运动粘度中;这里$Π_u$是湍流动能通量，$Δ$是网格间距。在我们的模型中，湍流普朗特数是1。我们在$128^3$网格上进行了湍流热对流的大涡模拟，并将结果与$512^3$网格上的直接数值模拟（DNS）进行了比较。在动能和熵的演化、速度场和温度场的谱和通量以及温度等值面等方面，LES和DNS的结果有很好的一致性。我们还显示了我们的LES模拟热对流在非常高的瑞利数的能力，并展示了一些结果$\mathrm{Ra=10^{18}}$。
2018-06-15 physics.flu-dyn
A mean field dynamo from negative eddy diffusivity
利用直接数值模拟，我们验证了Roberts（1972）的“流IV”表现出由水平平均大尺度磁场主导的发电机作用。用试验场方法计算了湍流磁扩散系数，发现它是负的，并克服了分子扩散系数，从而定量地解释了磁雷诺数大于$\approx8$时的大尺度发电机现象。正如对这种发电机所预期的那样，但与$α$效应发电机相反，两个水平场分量彼此独立地增长，并具有任意的幅度比和相位差。小长度尺度的平均磁场被证明是稳定的湍流磁扩散率成为积极的在较大的波数。振荡衰减或增长的解决方案也被发现在某些波数间隔和足够大的值的磁雷诺数。对于磁雷诺数低于$\approx0.5$的湍流磁扩散率被证实是积极的，预期所有不可压缩流。早期声称的发电机驱动的修改泰勒-格林流通过负涡扩散率不能得到证实。
2013-05-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The contribution of kinetic helicity to turbulent magnetic diffusivity
使用数值模拟的强制湍流，它表明，磁雷诺数大于单位，即，在准线性理论的范围之外，湍流磁扩散率获得在动力学螺旋度中为二次的附加负贡献。特别是，对于大的磁雷诺数，没有螺旋度的湍流磁扩散率约为螺旋度值的两倍。这样的贡献是以前没有预料到的，但是，正如我们所讨论的，它原来是重要的，当需要准确估计的湍流磁扩散率。
2017-08-24 astro-ph.SR physics.flu-dyn
A new eddy-viscosity model for large eddy simulation in helical turbulence
在各向同性螺旋湍流中，提出了一种新的单螺旋模型用于大涡模拟。在Kolmogrov假设的基础上，根据螺旋度耗散的平衡和螺旋度通量在惯性范围内的平均值，提出了螺旋模型，螺旋模型是一种涡粘性模型。螺旋模型的系数是恒定的，并且也可以动态地确定。数值模拟的强制和衰减的各向同性螺旋湍流表明，螺旋模型预测的能量和螺旋度的演变。螺旋模型的统计特性更接近DNS结果，在先验检验中，螺旋模型的能量耗散和螺旋度耗散也显示出良好的结果。螺旋模型与动态Smogorinsky模型和混合模型相比，具有一定的优越性.
2012-12-12 physics.flu-dyn
Phase Diagram for Turbulent Transport: Sampling Drift, Eddy Diffusivity and Variational Principles
研究了具有幂律谱的各向同性不可压缩三参数速度场族中的长时间大尺度输运问题。输运的标度律由标度指数$q$和Hurst指数$H$表征，作为参数的函数。参数空间被划分为不同的{ \em函数形式}的标度指数和赫斯特指数的标度律的制度。我们提出了完整的三维相图。极限过程有三种：布朗运动（$H=1/2$）、持续分数布朗运动（$1/2<H<1$）和规则（或光滑）运动（H=1）。我们发现，一个临界波数划分的红外截止分为三类，临界，亚临界和超临界，他们引起不同的标度律和相图。我们引入了采样漂移和涡动扩散率的概念，并制定了变分原理来估计涡动扩散率。我们发现，分数布朗运动的结果从一个占主导地位的采样漂移。
1999-06-08 math-ph math.MP physics.data-an
A sensor-restrained artificial shear diffusivity for large-eddy simulations of vortex-dominated compressible flows
提出一种传感器限制的LAD人工剪切粘性模型，仅在低压核心涡区添加扩散率，在抑制非物理振荡的同时避免过度扩散，实现可压缩涡主导流稳定准确的大涡模拟。
2025-04-30 physics.flu-dyn
Nonlocality of Mean Scalar Transport in Two-Dimensional Rayleigh-Taylor Instability Using the Macroscopic Forcing Method
本文利用宏观强迫方法测量二维瑞利-泰勒不稳定性中涡扩散率核的高阶矩，证明纯局域模型不足，并提出匹配矩的隐式算子构造以改进平均标量输运建模。
2024-05-02 physics.flu-dyn
Pointwise vanishing velocity helicity of a flow does not preclude magnetic field generation
逐点零速度螺旋度密度不妨碍稳定流作为运动发电机。我们提出的数值证据表明，这种流动可以产生小尺度的磁场，以及由磁$α$效应或负涡扩散机制，大尺度的。流动被构造为解析定义的空间周期性定常螺线管流动的卷曲，其涡度螺旋度（即，动力学螺旋度）密度处处为零。
2019-02-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Magnetic field generation by pointwise zero-helicity three-dimensional steady flow of incompressible electrically conducting fluid
本文介绍了六类三维空间周期定常螺线管流，它们的动力学螺旋度密度在任意点都为零。四个家庭是分析定义。四个族中的流动具有零螺旋度谱。从五个家庭的样本流被用来证明数字，无论是零动力学螺旋密度，也不是零螺旋谱禁止产生大规模的磁场由两个最突出的发电机机制：磁$α$效应和负涡扩散。我们的计算还证明，这种流动往往产生足够小的磁分子扩散率的小尺度场。这些发现表明，动力学螺旋度和螺旋度谱不是控制流的发电机特性的量，无论尺度分离是否存在。
2018-04-05 math.AP nlin.CD physics.flu-dyn
An improved helical subgrid-scale model and large-eddy simulation methods in helical turbulence
针对螺旋状各向同性湍流，提出了一种改进的两项螺旋亚网格尺度（SGS）模型，并给出了四种用于大涡模拟（LES）的动力学方法，包括标准动力学方法、最小二乘和动力学方法、单螺旋度耗散约束动力学方法和能量和螺旋度耗散双约束动力学方法。在稳态和衰减螺旋各向同性湍流中进行了先验和后验测试，将四种类型的动态螺旋模型和动态Smogorinsky模型与直接数值模拟（DNS）的结果进行了比较。数值结果表明，三种新的动力螺旋模型对能量和螺旋度演化的预测优于标准动力螺旋模型，两种约束螺旋模型对能量和螺旋度耗散率的预测优于其他模型.此外，约束螺旋模型与真实SGS应力具有更高的相关性，并且与DNS结果具有更相似的概率密度函数（PDF）。总的来说，这两个约束螺旋模型显示出一些更有吸引力的功能比其他模型。
2014-08-12 physics.flu-dyn
Eddy diffusivities of inertial particles under gravity
本文用形式多尺度微扰展开法研究了重力作用下任意质量密度的惯性粒子的大尺度/长时间输运。由此产生的大规模方程的颗粒浓度的确定，并被发现是扩散与正定涡扩散。后一张量的计算被简化为辅助微分问题的求解，该问题由（6+1）维坐标系（3个空间坐标加3个速度坐标加时间）中的两个微分方程的耦合组组成。虽然昂贵，可以利用数值方法来获得涡流扩散率，任何理想的非微扰限制（如任意斯托克斯和弗劳德数）。上述大规模方程，然后专门处理两个不同的相关扰动限制：i）消失的斯托克斯时间和沉降粒子速度; ii）消失的斯托克斯时间和有限的沉降粒子速度。这两个渐近导致一个大大简化的辅助微分问题，现在只涉及空间坐标，因此很容易处理的标准数值技术。明确的，准确的表达式的涡流扩散率已计算出，为两个渐近，为类的平行流，静态和时间依赖。这使我们能够调查分析的重力和惯性的作用，扩散过程中通过改变相关功能的载体流，例如，其时间的关联函数的形式。我们的研究结果排除了重力和惯性的扩散行为所发挥的普遍作用：制度的增强和减少扩散可能存在，这取决于详细的结构的载体流。
2011-03-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Identify the diapycnical eddy diffusivities by salt fingers and turbulence with vertical microstructure measurements
根据一个简单的事实，即对于同一参数，不同的公式是相同的，从物理关系式中推导出了双循环涡扩散系数的公式。发现色散比Γ是一个关键参数。当大于某个临界值（约0.2）时，流动为盐指型;否则，流动为湍流。所有的密度比$R_ρ=1/(1-Γ^2)$、涡动通量比$γ=1/(1+Γ)$和涡动扩散率比$R_k=1-Γ$都简单地取决于扩散率比γ r。我们将这些关系应用于热带大西洋西部的测量数据。有效扩散系数为$0.96*10^{-4} m^2/s$，与示踪剂从0.8到$0.9*10^{-4} m^2/s$的观测结果相当一致。
2014-06-23 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
On linear stability of steady space-periodic magnetohydrodynamic systems to perturbations involving large periods
我构建了一个完整的渐近展开的三维稳定的空间周期磁流体动力学状态的线性稳定性问题的解决方案，涉及大周期的扰动。涡扩散张量导出宇称不变的稳态。我提出的数值证据表明，如果允许扰动的流量，然后出现负涡扩散的影响在更大的磁分子扩散比在运动发电机的问题（假设没有扰动的流量）。
2005-12-30 nlin.CD physics.flu-dyn
A quasi-dynamic one-equation model with joint constraints of kinetic energy and helicity fluxes for large eddy simulation of rotating turbulence
本文提出一种由动能和螺旋度通量联合约束的准动态单方程SGS模型（QCM），通过动态获取系数并引入双通道螺旋度通量理论，显著提升了强螺旋度影响下的旋转流预测及转捩过程处理能力。
2024-01-04 physics.flu-dyn
Relative dispersion and eddy diffusivity in laboratory experiments of $β$-plane turbulence
University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, IRPHE（艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、中央马赛学院、IRPHE）；Department of Geosciences, University of Oslo（奥斯陆大学地球科学系）
该研究给出纬向地转流态下快速旋转湍流中相对扩散和湍流扩散的首次实验测量，通过合成拉格朗日轨迹计算相关统计量，揭示了不同区域转变，还能据此测量湍能耗散率和湍流扩散率，测量结果与相关理论大致相符。
2026-07-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
Atwood effects on nonlocality of the scalar transport closure in three-dimensional Rayleigh-Taylor mixing
Stanford University（斯坦福大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文将 MFM 扩展至三维变密度问题，测量不同 Atwood 数下 RT 混合的涡扩散核矩，发现随 A 增大非局域性增强，为有限 Atwood 数 RT 闭合建模提供了依据。
2025-10-31 physics.flu-dyn
Helicity effect on turbulent passive and active scalar diffusivities
本文通过数值模拟发现螺旋度会降低有效磁扩散率但增强被动标量扩散率，并证明速度场关联时间随动能螺旋度增加是解释该结果的关键。
2025-05-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Mean Temperature Profiles in Turbulent Thermal Convection
为了预测湍流热对流中的平均温度分布，必须求解包含涨落影响的热边界层（BL）方程。在Shishkina等人的研究中，物理修订信函114（2015）中，对于大普朗特数流体，已经求解了将波动考虑为涡流热扩散率的热BL方程，对于大普朗特数流体，涡流热扩散率和速度场可以分别近似为与板的距离的三次函数和线性函数。在目前的工作中，我们利用普朗特的混合长度模型的想法，并与涡热扩散率的流函数。与此建议的关系，我们可以解决的热BL方程，并获得一个封闭的形式表示的无量纲平均温度分布的两个独立的参数的流体与一般的普朗特数。通过适当选择参数，我们对温度分布的预测与我们直接数值模拟的结果非常一致，普朗特数从0.01到2547.9，瑞利数从10^7到10^9。
2017-11-13 physics.flu-dyn
Effects of helicity on dissipation in homogeneous box turbulence
无量纲耗散系数$β=\varepsilon L/U^3$是统计定常均匀湍流的一个重要特征。在$β$的研究中，外力通常是各向同性和大尺度的，并且其螺旋度$H_f$为零或未测量。在这里，我们研究了$β$对$H_f$的依赖性，并发现对于各向同性力和剪切流，它使$β$减少多达10 $\%$。数值结果得到了静态和动态上限理论的支持。两者都显示出类似于数值结果的相对减少。也就是说，$β$对力的螺旋度的定性和定量依赖性被上限理论很好地捕获。的Kolmogorov常数和湍流控制和建模的理论方面的值的后果进行了讨论与外力的属性。特别是，在大涡模拟均匀湍流的涡粘性应减少约10 $\%$的情况下，强螺旋强迫。
2018-10-04 physics.flu-dyn
Helicity subgrid-scale models and their numerical validation
University of Tokyo（东京大学）；Nordic Institute for Theoretical Physics (NORDITA), Stockholm University and Royal Institute of Technology (KTH)（北欧理论物理研究所（NORDITA）、斯德哥尔摩大学和皇家理工学院（KTH））；Universidad de Buenos Aires (UBA)（布宜诺斯艾利斯大学）；CONICET-UBA, 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））；CNRS-CONICET-UBA, Institut Franco-Argentin de Dynamique des Fluides pour l’Environnement (IFADyFE)（法国国家科学研究中心-阿根廷国家科学研究委员会-布宜诺斯艾利斯大学法国-阿根廷环境流体动力学研究所（IFADyFE））；National Center for Atmospheric Research (NCAR)（美国国家大气研究中心）；Cooperative Institute for Research in the Atmosphere/NOAA（大气研究合作研究所/美国国家海洋和大气管理局）；École Centrale de Lyon（里昂中央理工学院）
本文通过直接数值模拟验证了旋度子网格模型的有效性，表明在标准Smagorinsky框架中引入旋度效应可改善子网格湍流建模。
2026-03-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Spectral Modeling of Turbulent Flows and the Role of Helicity
本文提出了一种基于涡阻尼拟正态马尔可夫近似\cite{sao,chollet_lesieur}的大涡模拟动力学谱模式。三个不同的修改实施和测试。一方面，而在目前的方法中，一个Kolmogorov样的能量谱通常是假设，以评估非本地传输，在我们的方法中的子网格尺度的能量谱动态地适应自己的大规模解决频谱，这第一个修改允许特别是一个更好的治疗瞬态阶段和不稳定性，如一个具体的例子。此外，该模型考虑了小尺度的相位关系，例如体现在强局部结构，如涡丝。为此，在封闭模型中的所谓涡流噪声的处理中实施相位信息。最后，我们还考虑了螺旋小尺度可能发挥的作用，在评估的能量和螺旋度，两个不变量的原始方程在无粘的情况下，这也导致内在的变化，螺旋度谱的发展。因此，我们的模型允许模拟各种情况下的流动，并在任何给定的雷诺数先验。本文用三维纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟方法对一种典型的全螺旋流--ABC（Beltrami）流驱动的流体进行了模拟。得到了很好的协议的物理和光谱行为的大尺度。
2007-07-04 physics.class-ph physics.flu-dyn
Helicity of mean and turbulent flow with coherent structures in Rayleigh-Benard convective cell
本文研究了具有加热底壁和冷却顶壁的Rayleigh-Benard矩形对流单体中具有大尺度环流的湍流空气流动。在大部分流动中，主卷的平均水平速度和涡环的平均涡量几乎是一致的。平均气流的螺旋度很高，是湍流螺旋度的来源。由于平均流动和湍流的螺旋度都很大，Rayleigh-Benard对流单体中的流动非常适合于研究螺旋湍流的性质。
2013-12-04 physics.flu-dyn
The cross helicity at the solar surface by simulations and observations
驱动MHD湍流的准线性平均场论表明，观测到的交叉螺旋度<u \cdot b>可以直接得到宁静太阳的磁涡扩散率η_{T}。为了模拟太阳表面的交叉螺旋度，用非线性MHD程序NIRVANA模拟了垂直大尺度磁场作用下的磁对流。计算的非常稳健的结果是< u_z b_z >\simeq 2< u \cdot b>与施加的磁场幅度无关。交叉螺旋度的相关系数约为10%。类似的鲁棒性是发现磁扰动的均方根值超过平均场幅度（仅）的五倍。当等温声速为6.6 km/s时，特征螺旋度速度u η为1 km/s。这一数值与从HINODE卫星和瑞典1米太阳望远镜（SST）提供的交叉螺旋度分量的数据中获得的经验结果吻合得很好< u_z b_z >。因此，模拟和观测结果都得出一个数值η_{T} \simeq 10 ^12 cm ^2/s，这是宁静太阳表面的特征。
2012-06-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Large-scale dynamo action of magnetized Taylor-Couette flows
具有准开普勒旋转定律的含有环形磁场的导电Taylor-Couette流作为Tayler-Spruit型的平均场发电机模型。流动对非轴对称扰动是不稳定的，这些扰动形成定义$α$效应和涡流扩散率的电动势。如果用相同的功率激发具有$m=\pm 1$的两个简并模式，则全局$α$效应消失，发电机不能工作。然而，它示出，泰勒不稳定性产生有限的$α$效果，如果只考虑一个孤立的模式，但这种固有的螺旋度的单模是太低的$α^2$发电机。此外，具有准开普勒旋转的$α\Om$发电机模型需要${\rm Rm}\simeq 2.000$的最小磁旋转雷诺数才能工作。它是否真的起作用取决于对湍流能量的假设。然而，对于磁场上的湍流强度的陡于二次依赖性，发电机仅在所得到的磁涡流扩散率接近其微观值$η_{\rm T}\simeq η$时才被激发。通过基本上较低或较大的涡流扩散系数，发电机不稳定性被抑制。
2020-02-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The effect of hyperdiffusivity on turbulent dynamos with helicity
在湍流的数值研究中，高粘流常被用作扩展惯性子区和减小耗散子区的工具。通过类比，超扩散率（或高电阻率）有时用于磁流体力学。基本的假设是，只有小尺度受到这种操纵的影响。本文研究了大尺度磁场演化过程中可能的副作用。结果发现，对于具有螺旋度的湍流，高扩散率导致发电机产生的磁场在比正常扩散率更高的水平上饱和。这一结果是成功地解释在磁螺旋度守恒，这也预示着完全饱和后，才达到大规模的磁（超）扩散时间相当的时间。
2001-10-08 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Mean field dynamo action in shearing flows. II: fluctuating kinetic helicity with zero mean
在这里，我们探讨了动力学螺旋度的时间波动在背景线性剪切流的存在下产生大规模磁场的作用。这里涉及的关键技术与我们早期的工作\citep [][以下为论文~I]{JS 20}相同，其中我们使用了基于剪切波的更新流模型。速度场和螺旋度场都被视为具有有限相关时间的随机变量，分别为$τ$和$τ_h$。当$τ_h > τ$，甚至当这个时间尺度的分离，其特征在于$m=τ_h/τ$，保持低于阈值，使湍流扩散变成负的，获得增长的解决方案。在湍流扩散保持为正值且$τ$与涡流周转时间$T$相当的情况下，轴对称模式显示出具有剪切速率$S$的非单调行为：增长率$γ$和对应于最快增长模式的波数$k_\ast$两者首先增加，达到最大值，然后随着$|S|$而减小，其中$k_\ast$总是小于涡流波数，从而促进大长度尺度上的磁场增长。在小切变时，增长发电机波的周期$P_{\rm cyc}$与$|S|$成反比，与文献[1]中固定动力学螺旋度的情况完全相同。这种依赖性在较大的剪切力下变得较浅。有趣的是，在$m P_{\rm cyc}$与$|S|$的图中，对应于不同$m$选择的各种曲线彼此重叠。
2021-03-23 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Correlation times of velocity and kinetic helicity fluctuations in nonhelical hydrodynamic turbulence
本文通过弱可压缩非螺旋湍流的直接数值模拟，比较旋转、剪切、开普勒流动及剪切burgulence中速度与螺旋度涨落的相关时间，评估非相干α效应驱动发电机的可行性。
2024-09-09 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Mixing effectiveness depends on the source-sink structure: Simulation results
混合效率，即，流动的分子扩散的增强可以根据由稳定源和汇维持的被动标量的浓度变化的抑制来量化。以这种方式定义的混合增强是单独通过分子扩散混合的标量的RMS波动与在搅拌存在下标量密度的（统计稳态）RMS波动的比率。搅拌的有效性的这种测量自然地与相对于分子扩散的等效涡流扩散率的增强因子有关，并且取决于Peclet数。最近有人指出，在给定的佩克莱数的最大可能的混合增强取决于以及源和汇的结构。也就是说，混合效率、有效扩散率或涡流扩散通常取决于被搅拌的物质的源和汇。在这里，我们提出了基于粒子的模拟结果定量确认源-汇的依赖性的混合增强作为一个模型流的Peclet数的函数。
2008-04-17 physics.flu-dyn
Dynamo effect in parity-invariant flow with large and moderate separation of scales
结果表明，非螺旋（更准确地说，宇称不变）流能够维持一个大型发电机的负磁涡流扩散率效应是很常见的。这一结论是基于对大量随机选择的流动的数值检验。也发现了一些具有强负涡流扩散率的异常值，并且它们被解释为控制参数与产生小尺度磁场的临界值的接近程度。此外，它示出，奇偶不变的流量，适度分离的尺度之间的基本流和磁场往往显着降低临界磁雷诺数的发电机动作的发病。
2001-04-05 cond-mat.stat-mech nlin.CD 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
Cross-helicity effects and turbulent transport in magnetohydrodynamic flow
在大尺度涡运动和/或磁场应变的存在下，湍流交叉螺旋度（波动中的速度-磁场相关性）可能有助于湍流电动势和雷诺应力。交叉螺旋度的这些影响被认为是平衡的主要影响的湍流，如湍流的磁扩散率在磁场的演变和涡流粘度的动量输运。交叉螺旋度效应可能抑制湍流引起的输运增强。物理解释的影响，特别强调交叉螺旋效应和通常的$α$或螺旋效应的发电机行动之间的差异。交叉螺旋度效应在发电机行动的相对重要性进行了验证的援助下的直接数值模拟（DNS）的Kolmogorov流与强加的磁场。还讨论了几种机制，提供湍流的交叉螺旋度。
2011-07-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Large-eddy simulation of the flow in a lid-driven cubical cavity
本文采用谱元法对雷诺数为12000时的带盖驱动方腔内的湍流进行了大涡模拟。两个不同的亚网格尺度模型，即动态Smagorinsky模型和动态混合模型，已被实施和使用的相关的时间尺度的流所需的持久的模拟。所有过滤级别都使用了应用于物理空间（逐元素方法）和谱（模态）空间的显式过滤器。两个亚网格尺度模型进行了验证，并与现有的实验和数值参考结果进行了比较，显示出非常好的协议。在大涡模拟框架下，研究和讨论了在湍流区域内的盖驱动空腔流动的一些特性，如湍流的不均匀性、下游拐角涡附近的湍流产生、小尺度局部化和螺旋特性等。总能量、总湍流动能或螺旋度等量的时间历程表现出不同的演化，但只是在相对较长的瞬态周期之后。然而，平均值仍然非常接近。
2007-09-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The impact of locally-enhanced vertical diffusivity on the cross-shelf transport of tracers induced by a submarine canyon
沿海和公海之间的水、营养物和氧气交换是大陆架营养收支和生物地球化学循环的关键组成部分。在区域尺度上，海底峡谷增强了陆棚-陆坡物质交换和混合等物理过程。有很好的理解周围涌升海底峡谷的流量，但是，生物相关的示踪剂的流量是了解较少。这项工作调查的影响，海底峡谷的示踪剂和水的跨大陆架交换，考虑到本地增强混合的影响，在峡谷内，并开发一个缩放估计峡谷引起的示踪剂上涌，当地浓度成正比，垂直扩散率，和以前缩放的上涌通量。为此，我们进行了数值实验模拟一个理想化的峡谷附近的上升流事件，添加一个被动示踪剂与初始线性配置文件。我们改变了垂直涡动扩散率的地理分布及其大小，初始分层，科里奥利参数，和强度的传入流。我们发现，一个峡谷，宽度的货架长度的5%，上升到货架上的示踪剂质量比沿海上升流之间的25%至89%。局部增强的垂直扩散率有一个积极的影响，是平流上升流的示踪剂，可以增加峡谷上升流示踪剂通量高达27%。
2019-02-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Theory of the kinetic helicity effect on turbulent diffusion of magnetic and scalar fields
本文采用路径积分方法研究有限相关时间、大雷诺数随机螺旋速度场，证明动力学螺旋度会减弱湍流磁扩散却增强被动标量扩散，并指出其源于速度相关时间的螺旋度依赖。
2025-05-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Large Eddy Simulations of Flow over Additively Manufactured Surfaces: Impact of Roughness and Skewness on Turbulent Heat Transfer
本文通过大涡模拟研究增材制造表面粗糙度高度与偏度对湍流传热的影响，发现温度与动量壁面粗糙度函数不同，且正偏度表面在超过一定粗糙度阈值后传热性能优于负偏度表面。
2024-06-08 physics.flu-dyn
Turbulent Schmidt Number Measurements Over Three-Dimensional Cubic Arrays
本文给出了三维城市冠层上方湍流Schmidt数Sc_t的估计，其中Sc_t是流动的一个性质，定义为动量的涡动扩散率（K_M）与质量的涡动扩散率（D_t）之比。尽管Sc_t模型特别对于通过计算流体动力学进行的污染物扩散模拟具有很大的意义，但没有已知的通用值。同时测量的流体速度和质量浓度进行了三个交错阵列的立方体障碍物对应的孤立流，尾流干扰，和撇流制度的水通道。被动示踪剂从位于高度z=1.67H的连续点源释放，其中H是障碍物高度。结果表明，三个阵的Sc_t随冠层以上高度的增加而增加，z=2H（Sc_t = 0.6）时的值约为z=H时的两倍。观测到的Sc_t与根据前人发表的K_M和D_t的表达式用一个简单的Sc_t公式模拟的结果吻合得很好。与文献中发现的其他Sc_t模型的比较也被提出和讨论。
2020-01-29 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
New methodology based on energy flux similarity for large-eddy simulation of transitional and turbulent flows
本文提出了一种基于能流相似的转捩和湍流大涡模拟新方法。现有的知识表明，能量级联一般存在于不同分布的过渡流和湍流中，能量级联过程中尺度相互作用的特征量是能通量。因此，选择能流相似作为基本准则，以保证LES得到的流场与真实流场高度相似。通过先验检验，我们发现张量扩散率（TD）模型的能流与真实的能流有很高的相似性。然后，我们从TD模型修改的模拟能通量，得到了统一的公式对应于不同的过滤器的宽度和位置的有壁湍流的能通量相似。为了确保模拟的鲁棒性和LES结果类似于真实的流动，我们应用能量通量相似方法（EFSM）的Smagorinsky模型在LES的可压缩湍流通道流，可压缩平板流，和流动的可压缩斜坡。后验检验表明，总体而言，EFSM可以更好地预测这些流量比其他子网格尺度模型。在槽道湍流的模拟中，EFSM可以准确地预测平均流向速度、雷诺应力和丰富的拟序结构。在可压缩平板流动的大涡模拟中，EFSM在三种不同网格尺度下均能准确地模拟转捩起始点和转捩峰值、表面摩擦力和流向平均速度。同时，对于可压缩斜坡绕流，EFSM能正确描述绕流转捩过程、角区分离和再附位置以及丰富的拟序涡结构等。
2019-10-28 physics.flu-dyn
The decay of turbulence in rotating flows
本文结合直接数值模拟、大涡模拟和唯象理论对旋转流中湍流的衰减进行了参数空间研究。考虑了几种情况：（1）当与盒子的尺寸相比时，改变初始条件的特征尺度以模拟“有界”和“无界”流动的影响;（2）螺旋度的影响（速度和涡度之间的相关性）;（3）Rossby数和雷诺数的影响;（4）初始条件中各向异性的影响。初始条件包括Taylor-Green涡、Arn'old-Beltrami-Childress流和具有与$k^4$成比例的大尺度能谱的随机流。在每种情况下的能量，螺旋度和拟能的模拟中获得的衰减规律可以解释与现象学的论点，分离的二维衰减从三维模式，并考虑到螺旋度和旋转的作用，在减缓能量衰减。文中还讨论了能谱随时间的演化和各向异性的发展。最后，考虑了旋转和螺旋度对流动的偏度和峰度的影响。
2011-01-24 physics.flu-dyn
High Reynolds number magnetohydrodynamic turbulence using a Lagrangian model
借助先前测试的磁流体动力学（MHD）湍流模型，我们在没有强迫和没有施加均匀磁场的情况下，探索了高达6000^3网格点的等效分辨率的高雷诺数区域。对于这里选择的给定初始条件，具有相等的动能和磁能，流动最终由磁场主导，并且动力学导致各向同性的Iroshnikov-Kraichnan能谱。然而，垂直于局部平均场的局部各向异性磁场波动遵循柯尔莫哥洛夫定律。我们发现，与所谓的临界平衡假设相反，涡流周转时间的阿尔芬时间的比值随波数的增加。剩余能量和螺旋度谱也被认为是由磁螺旋度的保守所发挥的作用进行了研究，并发现磁螺旋度和剩余螺旋度谱的标度律。我们把这些结果的上下文中的动力学的全局各向同性MHD流是局部各向异性的，因为强大的大尺度磁场的影响，导致部分平衡之间的动能和磁模式的能量和螺旋度。
2011-05-18 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A new simple dynamo model for stellar activity cycle
提出了一个新的恒星活动周期发电机模型。通过考虑非均匀平均流对湍流的影响，表明湍流横螺旋度（速度-磁场相关性）应作为平均绝对涡度的耦合系数进入湍流电动势的表达式。交叉螺旋度效应的引入使得本模式与现有的$α$ -- $Ω$ --型模式主要有两点不同。首先，除了通常的$α$（螺旋度效应）和$β$（湍流磁扩散率），我们认为$γ$系数（交叉螺旋度效应）作为发电机过程的关键成分。第二，不同于$α$和$β$系数，这往往是作为一个可调参数在目前的研究，时空演变的$γ$系数是同时解决的平均磁场方程。基本情况如下：在存在湍流交叉螺旋度的情况下，由湍流交叉螺旋度介导的环向旋转引起环向场。$α$效应从环形场产生极向场。这个极向场产生了一个湍流的十字螺旋度，其符号与原来的相反。然后，一个循环的逆转完成。最简单的本征值分析给出了一个蝴蝶图，它证实了上述情况，以及向赤道迁移，交叉螺旋度和磁场之间的相位关系等这些结果表明，湍流交叉螺旋度的振荡是一个关键的活动周期。湍流交叉螺旋度的反转不是磁场反转的结果，而是磁场反转的原因。这个新的模型有望开辟平均场或湍流闭合发电机方法的可能性。
2016-04-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Renormalized transport of inertial particles in surface flows
惯性颗粒的表面输运是通过Maxey（J.Fluid Mech.174，441（1987））介绍的微扰方法研究的，该方法在由流体流在颗粒轨迹上引起的偏转可以被认为很小的情况下是有效的。我们考虑一类可压缩的随机速度场，其中的再循环的效果是由振荡的组成部分在欧拉时间相关轮廓建模。我们在这里解决的主要问题是流体速度波动，特别是再循环的影响，可能会产生非平凡的修正流粒子的速度。我们的结果是，一个小（大）程度的再循环与减少（增加）流相对于静止的流体。这种效果的存在被证实数值，远离微扰极限。我们的方法还允许我们计算的涡扩散率的显式表达式，并比较扩散和弹道输运的效率。
2008-10-27 nlin.CD physics.flu-dyn
On physical optics approximation of viscous stratified shear flows
针对含湍流粘性涡系数的分层剪切平均流扰动问题，推导了仅考虑水平粘性的修正四阶Taylor-Goldstein方程，用WKB方法给出其缓变条件下的几何与物理光学近似，分析了渐近解在奇异值附近的行为。
2021-03-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Role of helicities for the dynamics of turbulent magnetic fields
利用伪谱方法对不可压磁流体动力学湍流进行了三维直接数值模拟，研究了磁螺旋度的逆级联效应。高分辨率的模拟，允许必要的尺度分离表明，所观察到的自相似标度行为的磁螺旋度和相关的量只能通过考虑速度和磁波动的完全非线性相互作用来理解。借助于涡阻尼准正态马尔可夫近似，导出了动力学螺旋度和磁螺旋度之间的一个可能的普适关系，它与著名发电机赝标$α$的扩展定义非常相似。这种意想不到的相似性表明了电流螺旋度对$α$贡献的额外非线性猝灭机制。
2013-09-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Diffusion of a passive scalar by convective flows under parametric disorder
我们研究运输弱扩散污染物（被动标量）的热对流在流体饱和的水平多孔层加热从下面冻结参数紊乱。在无序（随机冻结的加热或宏观性质的多孔基质的不均匀性）的存在下，空间局部化的流动模式出现在没有无序的系统的对流不稳定阈值以下。热对流对污染物沿层的输运有着重要的影响，特别是当其分子扩散较弱时。有效（或涡流）扩散率还允许观察从一组局部电流到几乎无处不在的强烈“全球”流动的过渡。我们提出的有效扩散系数的数值计算结果，并讨论它们的背景下，本地化的流体流和过渡到一个“全球”的流量。我们的数值结果是在一个很好的协议与分析理论，我们开发的限制一个小的分子扩散率和稀疏域的本地化电流。虽然结果是针对特定的物理系统获得的，但它们与各种各样的流体动力学系统相关。
2008-07-23 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Mean temperature profiles in turbulent internal flows
本文基于内层热涡扩散率和核心流被动标量亏损的普适性，推导出受迫湍流对流中平均温度剖面的显式公式，并在管道和通道流的直接数值模拟中验证了其广泛适用性。
2024-08-30 physics.flu-dyn
