Convolutional autoencoder for the spatiotemporal latent representation of turbulence
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；The Alan Turing Institute（艾伦·图灵研究所）
本文提出三维多尺度卷积自编码器，用于高效获取具有极端事件的湍流降阶潜在表示，其自由度少于本征正交分解的10%，并能准确重建极端事件相关状态。
2023-06-20 cs.LG nlin.CD physics.flu-dyn
Statistical mechanics and large-scale velocity fluctuations of turbulence
湍流表现出显著的速度波动，即使规模比能量供应的规模大得多。由于任何空间相关性都可以忽略不计，这些大尺度波动具有许多自由度，因此类似于统计力学中研究的热波动。通过使用这个类比，我们描述了大尺度的湍流波动的形式主义，具有相同的数学结构，用于规范的合奏在统计力学。给出了脉动能量分布的普遍规律，并通过各种湍流的实验得到了证实。因此，通过大尺度涨落，湍流与统计力学有关。
2011-11-19 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Spatiotemporal linear stability of viscoelastic free shear flows: non-affine response regime
我们提供了一个详细的比较的二维，时间和时空的线性化分析的粘弹性自由剪切流动的限制在低到中等的雷诺数和弹性数服从四种不同类型的应力-应变本构方程：Oldrophil-B，上对流Maxwell，Johnson-Segalman（JS）和线性Tanner-Thien Tanner（PTT）。由此产生的四阶Orr-Sommerfeld方程转化为一组六个辅助方程，通过复合矩阵法进行数值积分。时间稳定性分析表明，（a）弹性稳定在较高的弹性数值，（b）非单调的不稳定模式，在低到中间值的弹性数的JS以及PTT模型。为了理解弹性、雷诺数和粘度对PTT模型的时间稳定性曲线的影响，我们考虑第四个参数，中心线剪切速率，$ζ_c$。“JS行为”在低于$ζ_c$的临界值时恢复，在高于该临界值时，PTT基底应力（相对于JS模型）减弱，从而解释了弹性的稳定影响。布里格斯的思想解析延续部署到分类区域的时间稳定性，绝对和对流不稳定性，以及倏逝模式，并与以前进行的实验结果进行比较，牛顿流体以及粘弹性流动通过一个圆柱体。相图揭示了两个熟悉的区域的惯性湍流修改弹性和弹性湍流以及（最近证实）区域的弹性惯性湍流和陌生的时间稳定区域的中间值的雷诺数和弹性数。
2021-03-05 physics.flu-dyn
Unveiling the Spatiotemporal Evolution of Liquid-Lens Coalescence: Self-Similarity, Vortex Quadrupoles, and Turbulence in a Three-Phase Fluid System
本文通过三相Cahn-Hilliard-Navier-Stokes系统模拟液透镜聚并，揭示粘性区与惯性区的自相似增长、涡旋四极子及湍流特征，并给出不对称透镜合并的幂律指数。
2023-10-17 physics.flu-dyn
Velocity and velocity-difference distributions in Burgers turbulence
本文研究了一维Burgers方程在高斯短时关联力作用下的大尺度随机扰动。利用耗散反常的方法，我们得到了速度和速度差概率密度函数，并用高分辨率数值模拟证实了结果。
2004-11-01 astro-ph cond-mat hep-th
Multiscale velocity correlations in turbulence and Burgers turbulence: Fusion rules, Markov processes in scale, and multifractal predictions
我们比较不同的方法对湍流中的多尺度速度场相关性的有效描述。预测所作的算子乘积展开，所谓的融合规则，被放置在并列的一种方法，解释湍流能量级联的马尔可夫过程中的速度增量的规模。我们明确地表明，融合规则是马尔可夫性质的直接后果，提供的结构功能表现出缩放的惯性范围内。此外，联合速度梯度和速度增量统计的极限情况进行了讨论，并把耗散异常的概念。我们概括了预测的多重分形（MF）的方法在[物理学评论快报。80，3244（1998）]到惯性距离速度增量和任何阶的速度梯度之间的相关性。我们表明，对于平方速度梯度的情况下，这样的关系可以从“第一原理”的情况下的Burgers方程。我们的研究结果的基准密集的直接数值模拟的Burgers湍流。
2018-09-17 physics.flu-dyn
From temporal to spatiotemporal dynamics in transitional plane Couette flow
实验结果表明，当雷诺数R变化时，在平面Couette流中存在着由层流和湍流交替形成的斜带。许多以前的理论和数值工作的问题都认为小的纵横比系统受到周期性的边界条件，而实验对应于相反的限制大的纵横比。在这里，通过完全解决的直接数值模拟的纳维-斯托克斯方程在减少R，我们仔细检查过渡从时间到时空行为的系统中的中间尺寸。我们证明存在L_x~70- 80 h量级的流向交叉尺寸（其中2 h是驱动流动的板之间的间隙），超过该间隙，PCF中向/从湍流的转变无疑是一个时空过程，具有典型的场景“[湍流]->[筛状区]->[倾斜模式]->[层流区”，而低于该大小，则更像是一个时间过程，可以用具有"[混沌流]->[层流]“（通过混沌瞬变）场景的有限维动力系统来描述。在交叉区域，“[斜模式]”阶段被跳过，这使我们建议，在实验中观察到的模式的适当渲染需要一个忠实的帐户在尺度上的流向相关性至少该交叉大小的顺序。
2011-01-27 nlin.PS physics.flu-dyn
Hidden scale invariance of intermittent turbulence in a shell model
众所周知，尺度不变性在发展的流体动力学湍流中由于不稳定性而被打破，从而证实了湍流的复杂性。在这里，我们通过在间歇性湍流中建立隐藏的自相似性来挑战破缺尺度不变性的概念。使用一个简化的（壳）模型，我们推导出一个非线性时空尺度对称的无粘方程，这是重新制定的内在时间在不同尺度的运动。数值分析令人信服地证实，这种对称性恢复在统计意义上的惯性区间内。最后，我们讨论了这一结果对Navier-Stokes系统的影响。
2020-05-01 physics.flu-dyn
Effects of Reynolds Number and Stokes Number on Particle-pair Relative Velocity in Isotropic Turbulence: A Systematic Experimental Study
在一种新型的均质各向同性湍流室内，利用新近发展的平面四帧粒子跟踪技术，系统地研究了雷诺数和斯托克斯数对粒子对相对速度（RV）的影响。
2017-11-06 physics.flu-dyn
Lagrangian and Eulerian velocity structure functions in hydrodynamic turbulence
从纳维-斯托克斯方程出发，得到了充分发展流体湍流的拉格朗日和欧拉横向速度结构函数。结构函数服从惯性范围内的标度关系。标度指数的计算分析不使用尺寸的考虑。所得到的值是在一个非常好的协议与最近的数值和实验数据。
2009-11-19 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
Low-order moments of the velocity gradient in homogeneous compressible turbulence
我们从第一原理推导出可压缩湍流中速度梯度的二阶和三阶矩mij = dui/dxj的解析关系式，推广了不可压缩流中的已知关系式。这些关系式虽然是从均匀流导出的，但对混合层近似成立.我们还讨论了如何应用这些关系，以确定所有的二阶和三阶矩的速度梯度的实验。
2022-05-12 physics.flu-dyn
Vortex Tubes in Turbulence Velocity Fields at High Reynolds Numbers
湍流的基本结构，即，本文利用实验室获得的边界层和管道流动在微尺度雷诺数332-1934范围内的速度数据，对涡流管进行了研究。过去的实验研究主要集中在强涡流管上，而本研究则集中在所有不同强度的涡流管上。我们得到了平均速度分布。半径与柯尔莫哥洛夫长度成比例。循环速度与Kolmogorov速度成比例，与单独的强涡流管的情况相反，其中循环速度与均方根速度波动成比例。由于这些标度律与湍流产生的结构无关，因此在高雷诺数下它们似乎是通用的。
2008-01-15 physics.flu-dyn
Coexistence of active and hydrodynamic turbulence in two dimensional active nematics
在主动液晶中，活动能够驱动混沌时空流，称为主动湍流。通过理论和实验工作，主动湍流被表征为低雷诺数现象。我们表明，在二维，单独的主动强迫是能够触发流体动力学湍流导致的共存的主动和惯性湍流。这种类型的流动发展为足够活跃和可延伸的流动对齐向列相。我们观察到，一个extensile的小的和大的值的流动对齐参数的组合效果导致的弹性能谱，促进能够触发逆能量级联的动能的增长扩大。
2022-10-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lack of self-similarity in transverse velocity increments and circulation statistics in two-dimensional turbulence
本文通过直接数值模拟研究二维湍流逆能量级联，发现横向结构函数呈反常标度而纵向呈自相似，并推导出横向结构函数与速度环量标度指数之间的解析关系。
2024-11-26 physics.flu-dyn
Mathematical model for logarithmic scaling of velocity fluctuations in wall turbulence
对于壁湍流，已知速度脉动矩是离壁高度的对数函数。这种对数标度是由于特征速度的存在和标度范围内不存在任何特征高度。利用随机变量数学，得到了其充分必要条件。它们与附在壁上的涡的唯象模型的特性进行了比较，并且与平均速度的对数标度的特性进行了比较。
2015-11-11 physics.flu-dyn
Relative velocity between a particle and turbulence
Graduate School of Engineering Science, the University of Osaka（大阪大学工学研究科）
本文推导了湍流中粒子与流体相对速度的简化解析表达式，并利用直接数值模拟验证其适用于球形、非球形粒子及液滴。
2026-09-21 physics.flu-dyn
Model-based multi-sensor fusion for reconstructing wall-bounded turbulence
由于这种流动固有的空间和时间尺度的宽度，在实验中测量壁边界湍流可能具有挑战性。能够获得时间分辨数据的仪器（例如，热线风速计）往往限于空间定位点测量;同样，能够实现空间分辨场测量的仪器（例如，粒子图像测速法（Particle Image Velocimetry）往往缺乏在许多这样的流中获得时间分辨率所需的采样率。在这项研究中，我们建议融合多速率和多保真度传感器的测量与基于物理的模型的预测，以重建有壁湍流的时空演变。一个“快速”过滤器制定同化高速率点测量与估计从线性模型推导出的纳维-斯托克斯方程。此外，“慢”滤波器用于在每次新的现场测量变得可用时更新重建。通过在时间上向前和向后行进通过数据，我们能够以比单独的感测模态更大的时空分辨率来重建湍流。我们证明了这种方法使用直接的数值模拟的湍流通道流从约翰霍普金斯湍流数据库。基于模型的多传感器融合方法的统计分析也进行了。
2021-01-13 physics.flu-dyn
Laboratory experiments for intense vortical structures in turbulence velocity fields
湍流的旋涡结构，即，本文利用实验室在微尺度雷诺数为332 ~ 1934的条件下获得的管道流动和边界层的一维速度数据，对涡管和涡片进行了研究。我们研究了强涡结构的平均速度分布。涡流管的贡献占主导地位。半径与柯尔莫哥洛夫长度成比例。环流速度与均方根速度波动成比例。我们还研究了强涡结构的空间分布。该分布在小尺度上是自相似的，在大尺度上是随机的。由于这些功能是独立的微尺度雷诺数和湍流生产的配置，他们似乎是普遍的。
2007-03-06 physics.flu-dyn
Velocity alignment explains Lagrangian irreversibility in turbulence
本文通过运动学分析证明，湍流中拉格朗日粒子的时间不可逆性源于时间反演方向上粒子相对速度对齐更好，从而解释了粒子在反向时间中分离更快的现象。
2025-03-15 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
Velocity statistics inside coherent vortices generated by the inverse cascade of $2d$ turbulence
本文分析了有限箱中二维（$2d$）湍流中由于逆叶栅而产生的相干涡内的速度脉动。正如我们在\cite{16KL}中所证明的，在\cite{14LBFKL}中建立的通用速度剖面对应于流动波动的被动状态。利用该性质可以计算普适区域中速度涨落的关联函数。我们目前的计算结果表明，一个非平凡的缩放的结构功能。此外，计算还揭示了结构函数的强各向异性。
2016-09-04 physics.flu-dyn
Simplifying the complexity of pipe flow
过渡管流被模拟为一维可激发和可压缩介质。模型中提出了两个变量，湍流强度和平均剪切，演变根据过渡湍流的既定属性。一个连续的模型捕捉的本质，从兴奋性的变化，双稳态的喷气段塞过渡。一个离散的模型，另外将湍流局部作为一个混乱的排斥，再现几乎所有的大规模的过渡管流的功能。特别是，它捕获亚稳态局部泡芙，泡芙分裂，段塞，通过时空不连续性（定向渗透）持续湍流的连续过渡，以及随后的湍流分数增加到均匀，无特征的湍流。
2011-05-19 nlin.CD 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
Two-point velocity average of turbulence: statistics and their implications
对于湍流，虽然在每一尺度r上两点速度差u（x+r）-u（x）已被详细研究，但速度平均值[u（x+r）+u（x）]/2至今还没有被研究。理论上或实验上，我们发现有趣的功能的速度平均。它满足一个精确的逐尺度能量收支方程。平坦度因子以普遍的方式随比例尺r而变化。这些特征与现有的假设不一致，即速度平均值与r无关，仅代表含能量的大尺度运动。因此，我们提出，只要速度差代表尺度r上的运动，它就代表尺度>= r上的运动。
2010-10-03 physics.flu-dyn
Irreversiblity in Bacterial Turbulence: Insights from the Mean-Bacterial-Velocity Model
我们使用平均细菌速度模型来研究二维（2D）\textit{bacterial turbulence}的\textit{irreversibility}，并将其与二维流体湍流模型进行比较。我们进行了广泛的直接数值模拟拉格朗日示踪粒子平流的速度场在这个模型中。我们的工作揭示了一个重要的，定性的方式，其中细菌湍流的不可逆性不同于其流体湍流对应物：\textit{friction}的（或大但为负的）值（或\textit{activity}）参数，能量增量的概率分布函数、沿着示踪剂轨迹或功率是偏斜的（skewed）\textit{positively};因此，细菌湍流中的不可逆性平均而言可导致\textit{particles gaining energy faster than they lose it}，这与2D流体湍流中示踪剂所观察到的情况完全相反。
2022-01-30 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
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
Capturing Velocity Gradients and Particle Rotation Rates in Turbulence
湍流流体流动表现出复杂的小尺度结构，经常出现极端的速度梯度。粒子探测这种漩涡和应变区域的响应与一个复杂的形状依赖的取向动力学，这敏感地依赖于粒子的历史。在这里，我们系统地开发了一个降阶模型的小尺度动力学的湍流，它捕获沿粒子路径的速度梯度统计。由此产生的随机动力系统的分析，可以精确定位的出现非高斯统计和非平凡的时间相关性的涡度和应变，如先前报道的实验和模拟。基于这些见解，我们使用我们的模型来预测湍流中各向异性颗粒的取向统计，从而实现复杂颗粒流的大量建模应用。
2020-11-27 physics.flu-dyn
Large negative velocity gradients in Burgers turbulence
考虑大尺度时变白随机力驱动下的一维Burgers方程。在描述速度统计的路径积分中，采用鞍点近似分析了速度梯度概率分布函数（PDF）的尾部。对实现概率最大化的速度场结构即鞍点（瞬子）结构进行了详细的数值研究。数值结果使我们能够找到解析解的瞬子的长时间的一部分。它的仔细分析证实了[物理学评论Lett. 78（8）1452（1997）[chao-dyn/9609005]]基于短时间估计，PDF的左尾具有形式ln P（u_x）\propto - |u_x| ^（3/2）。
2001-05-08 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Asymmetry of velocity increments in turbulence
我们使用高雷诺数湍流的高分辨率直接数值模拟来研究湍流的基本统计特性-速度增量的不对称性-可能对重要动力学产生影响。这一特性被现有的小尺度唯象模型所忽略，最突出地表现在速度增量矩（或结构函数）随矩阶的非单调趋势，以及对于给定的分离距离，普通结构函数和绝对结构函数之间的差异。我们发现，高阶结构函数几乎完全从速度增量的概率密度的负侧产生，基本上消除了普通和绝对矩之间的模糊性，并提供了一个合理的动力学解释这一结果。
2022-10-09 nlin.CD physics.flu-dyn
Large-scale lognormal fluctuations in turbulence velocity fields
对于几种实验室湍流，我们获得了长时间的速度数据记录。这些记录分为许多部分。在每一段中，我们计算能量耗散的平均速率、每个尺度下的平均能量和平均总能量。它们的价值在各部分之间波动很大。波动是对数正态的，如果段的长度位于大尺度的速度相关性弱，但还没有缺席的范围内。由于无论雷诺数和湍流产生的配置如何，都观察到对数正态性，因此预计它具有普遍性。可能的起源是一些乘法随机过程有关的相互作用的尺度之间通过能量转移。
2009-05-14 physics.flu-dyn
Theory for the single-point velocity statistics of fully developed turbulence
我们研究了三维充分发展的均匀各向同性湍流中的单点速度概率密度函数（PDF），PDF方程的框架内侧重于偏离高斯性。一个联合的分析和数值分析表明，这些偏差可以量化的动力学量，如压力梯度，外部强迫和能量耗散与速度的相关性研究。一个固定的解决方案的PDF方程在这些数量，并验证了理论的帮助下，直接数值模拟表明次高斯尾部的PDF。
2011-02-17 physics.flu-dyn
Velocity, Velocity Gradient and Vorticity Statistics of Grid Turbulence Obtained Using Digital Cross-correlation PIV
采用互相关数字粒子图像测速技术（PIV）对泰勒雷诺数（Reλ）为5 ~ 44的网格湍流进行了研究。直接测量瞬时速度，间接获得涡量和速度梯度。在发电电网的各个下游位置进行测量。概率分布函数（PDF）计算的脉动分量的速度，空间速度梯度和涡度。速度脉动的PDF具有高斯分布，而速度梯度和涡量被发现具有非高斯PDF分布。流的结构进行了研究，通过计算空间自相关的所有测量和导出的数据。空间速度自相关不同于以前的实验测量网格湍流，其中大部分已确定从单点测量。这种差异被认为是由于进行测量的方式的差异，特别是实验域的空间大小的差异。
2021-03-15 physics.flu-dyn
Fluid flow and spatiotemporal chaos in chemically active emulsions
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Department of Mechanical Engineering, Keio University（庆应义塾大学机械工程系）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）；Cluster of Excellence Physics of Life, TU Dresden（德累斯顿工业大学生命物理学卓越集群）
研究化学活性乳液在化学反应作用下相分离时的流体流动与时空混沌现象，揭示其非线性动力学特性。
2025-09-19 physics.bio-ph 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
The turbulence velocity gradient tensor formed additively by normal and non-normal tensors
我们将湍流的速度梯度张量分解为正常和非正常部分，并将我们的分析条件限制在这些张量之间的应变本征向量对齐上。我们确定的状态，总是增强，总是抵消轴对称膨胀状态，并给出了分解成其成分的生产平衡项的理由：复杂的行为时，出现主导应变对齐涉及非正常张量。最后，我们开发了一个拓扑分析框架，其中两个三个变量的数学界限导致在两个平面上的分析。
2016-08-03 physics.flu-dyn
Velocity-Gradient Probability Distribution Functions in a Lagrangian Model of Turbulence
本文在Martin-Siggia-Rose泛函理论框架内，用路径积分语言对拉格朗日湍流的新近流体变形闭合（RFDC）模型进行了改造。为了推导出速度梯度概率分布函数（vgPDF）的解析表达式，我们在低频区域进行噪声重整化，并找到Martin-Siggia-Rose有效作用的近似极值。我们验证，借助蒙特卡罗模拟，这样得到的vgPDF产生一个密切的描述的单点的统计特征所隐含的原始RFDC随机微分方程。
2014-01-03 physics.flu-dyn
Vortex Tubes in Turbulence Velocity Fields at Reynolds Numbers 300-1300
湍流的最基本结构，即，本文利用实验室实验中获得的雷诺数为295-1258的微尺度边界层的速度数据，对涡流管进行了研究。我们进行条件平均的增强小尺度的速度增量，并获得典型的速度分布的涡流管。它们的半径是柯尔莫哥洛夫长度的数量级。它们的循环速度是均方根速度波动的数量级。我们还得到了速度增量连续增强之间的时间间隔的分布，作为涡流管空间分布的度量。它们倾向于聚集在一起低于约积分长度，更显着低于约泰勒微尺度。这些性质与雷诺数无关，因此预期具有普遍性。
2004-09-13 physics.flu-dyn
The presence of interstellar turbulence could explain the velocity flattening in galaxies
扩展我们以前关于湍流涡旋的工作[1]，我们发现了强涡旋所共有的相似性中的相似性。使用新的信息，我们压缩成一个不同的涡流的切向速度分布，从而确定那些属于同一属。本文通过对几个热带气旋的激光多普勒测风仪（LDA）测得的机械涡和雷达资料的分析，发现切向速度的抬升和压扁效应是湍流的结果。通过类比推理，我们得出结论，星际介质中的湍流确实可以在银河系旋转曲线中引入平坦效应。
2010-12-07 astro-ph.GA physics.ao-ph physics.flu-dyn
Vortex-to-velocity reconstruction for wall-bounded turbulence via a data-driven model
对涡结构进行建模并将其转化为相应的速度场是壁面湍流中基于涡的建模工作的两个基本方面。本文发展了一种数据驱动的方法，它可以根据给定的旋涡场有效地重建速度场。通过结合涡流强度和速度梯度张量的实特征向量，将旋涡场定义为一个矢量场。研究了旋涡场的特殊性质，用微分几何方法揭示了涡旋大小与方向的关系。涡-速度重构方法综合了涡-涡和涡-速度的相关信息，在线性随机估计的框架下导出诱导模型函数。在实现过程中采用了快速傅里叶变换来提高计算效率。并与目前广泛应用的毕奥-萨伐尔定律进行了比较。结果表明，该方法能在大标度范围内有效地恢复湍流运动，在湍流模拟中具有很好的应用前景。本文还利用该方法研究了不同高度处涡的诱导效应，并结合壁面湍流的研究热点，对一些有启发性的结果进行了讨论。
2020-04-08 physics.flu-dyn
Synthesis of Convection Velocity and Turbulence Measurements in Three-Stream Jets
通过对高速三流喷嘴内对流速度和湍流度测量结果的比较，研究了与射流噪声源有关的关键流动区域。在美国宇航局航空声学推进实验室的喷管声学试验台（NATR）上，采用时间分辨多普勒全局测速仪（DGV）测量了高速气流中32个点处的250 kHz重复激光散射信号。粒子图像测速仪（PIV）测量先前报告的美国宇航局提供了平均速度和湍流强度。颗粒浓度场的对流速度的结果是从三个流喷嘴配置的DGV数据使用互相关方法获得的。三股流情况包括轴对称和非对称偏置喷管构型。对于轴对称的情况下，高对流速度和湍流强度的区域被发现发生在喷嘴出口下游的4至6个面积当量喷嘴直径处。轴对称和偏移情况之间的对流速度的比较表明，由于偏移，该相同区域具有最大的对流速度降低，与轴对称情况相比，偏移情况降低高达20%。这些研究结果表明，该区域沿中心线附近的潜在的核心的端部是一个重要的区域与射流产生的噪声，并有助于从三流偏移喷嘴的噪音降低。
2018-11-16 physics.flu-dyn
Rough-conduit flows and the existence of fully developed turbulence
人们普遍认为，在高雷诺数（Re）下，所有的湍流都接近由速度波动的独特的、与Re无关的统计数据定义的“充分发展的湍流”状态。然而，对速度波动的直接测量未能得出充分发展的湍流存在的明确的经验证据。在这里，我们将粗糙管道流的摩擦系数（$f$）与速度波动的统计数据联系起来。根据$f$的实验测量，我们的结果产生明确的证据充分发展的湍流的存在。
2005-08-14 physics.flu-dyn
Fluctuations of statistics among subregions of a turbulence velocity field
为了研究湍流速度场的子区域，将长时间的网格湍流速度数据记录划分为较小的段。对于每个部分，我们计算统计数据，如能量耗散的平均速率和每个尺度的平均能量。它们的值波动很大，在对数正态分布中至少是一个很好的近似值。每一段在平均能量耗散速率和决定平均能量的平均能量转移速率之间不处于平衡状态。当它们的长度超过相关长度时，这两个速率仍然在段之间相关。此外，平均能量耗散率和平均总能量之间，有一个相关性，其特征是雷诺数为整个记录，这意味着大规模的流动影响的每一个部分。
2008-03-06 physics.flu-dyn
Disentangle plume-induced anisotropy in the velocity field in buoyancy-driven turbulence
本文提出了一种消除湍流速度场中悬崖结构所产生的各向异性的方法，并在湍流Rayleigh-Bénard（RB）对流系统中进行了检验。研究发现，在RB系统中，速度场中的悬崖结构是由热羽流产生的。这些悬崖结构引起的不对称的速度增量，这导致我们考虑的正和负的速度结构函数（VSF）。正速度增量不包括悬崖结构，而负速度增量包括悬崖结构。我们的研究结果表明，正VSFs的标度指数与均匀和各向同性湍流（HIT）的预测非常一致，而负VSFs的标度指数在热羽流丰富的地方与HIT的预期存在显着偏差。这些结果表明，正负VSF可以用来定量研究悬崖结构在速度场中的作用，并有效地解开由这些结构引起的相关各向异性。
2011-02-01 physics.flu-dyn
Velocity statistics for point vortices in the local α-models of turbulence
本文研究了α湍流方程中点涡模型的速度脉动，该方程的特征是活动标量与流函数之间的分数拉普拉斯关系。特别是，我们专注于本地动态政权。局部动力学不同于研究充分的二维湍流情况，因为它允许考虑真正的热力学极限。未为2D湍流定义此限制。我们显示了不同程度的本地化的速度波动的概率密度分布的分析形式。与2D湍流的情况相反，分布的中心区域不是高斯的，但是在小的速度限制下可以用高斯函数近似。分布的尾部表现出幂律行为和密度变量的自相似性。由于热力学的限制，核心的高斯近似和尾部的陡度都与点涡的数目无关，而依赖于α模型。在经典湍流α模型的背景下，我们还证明了均匀分布点涡的速度统计与非均匀分布点涡的速度统计之间的联系。由于幂律的指数仅取决于α，我们通过模拟不同α值的全湍流场来检验用点涡近似得到的幂律近似，并计算速度场绝对值的相应概率密度分布。这些结果表明，在海洋或大气中的湍流波动的局部性质可能会推导出的概率密度函数的尾部的形状。
2018-10-16 physics.flu-dyn
Sign cancellation and scaling in the vertical component of velocity and vorticity in rotating turbulence
我们研究了旋转湍流的速度和涡度的笛卡尔分量、螺旋度和垂直平均场分量的符号变化和标度律。分析所需的数据是通过旋转湍流的高分辨率直接数值模拟提供的，这些湍流具有不同的强迫函数，网格点多达1536^3个，雷诺数在~1100和~5100之间，适度的Rossby数在~0.06和~8之间。当旋转可以忽略不计时，速度的所有笛卡尔分量都显示出类似的缩放，与预期的各向同性流一致。然而，在旋转的存在下，只有场的垂直分量显示出清晰的标度律，在无限雷诺数的极限下可能存在符号奇异性的证据。速度的水平分量是平滑的，并且对于任意小的尺度不显示快速波动。垂直速度和涡度，以及垂直平均的垂直速度和涡度，在误差条内显示出相同的比例，与预测这些量具有相同的动力学方程非常强的旋转的理论一致。
2013-06-04 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
Intermittency and universality in a Lagrangian model of velocity gradients in three-dimensional turbulence
基于最近提出的一个速度梯度张量演化模型，讨论了水动力湍流中不稳定性的普遍性。三种可能的版本的模型进行了研究不同的假设相关的时间尺度和强迫强度。数值试验表明，三个模型变体得到了相同的（普遍的）反常相对标度指数。横向速度梯度比纵向速度梯度更具有间歇性，而耗散和涡度拟能尺度具有相同的指数。结果是一致的普遍性的不稳定性和相对标度指数，并建议这些都是由自拉伸条款，是相同的，在每个变体的模型。
2007-05-12 physics.flu-dyn
On the decay of turbulence in plane Couette flow
本文用直接数值模拟方法研究了平面Couette流动下转捩区湍流和层流斜带的衰减。我们认为，系统扩展到足以存在几个波段，由于温和的壁正常下分辨率被认为是一个一致的和经过充分验证的建模策略。我们指出了一个两阶段的过程，涉及一个乐队的破裂，然后由一个缓慢的回归的碎片离开。以前的方法湍流衰减壁有界的流动，利用混沌瞬态范式重新解释在时空的角度来看，在一个潜在的随机过程的大偏差。
2011-07-27 nlin.PS physics.flu-dyn
On the decay of turbulence in plane Couette flow (long version)
当雷诺数降低时，在某一上阈值Rt以下，平面Couette流动首先由无特征的湍流形成交替的湍流和层流斜带。这些带存在到全局稳定性阈值R_g，在该阈值以下层流最终占优势。我们研究的碎片和衰减的系统中，这些频带扩展到足够的几个频带存在。我们使用直接的数值模拟适当地定制，以处理这样的大系统在足够长的时间。我们指出了一个两阶段的过程，涉及到一个带的破裂，其次是它的缓慢收缩。以前的解释湍流衰减在壁有界的流动内的混沌瞬态或时空不稳定性的范例进行了讨论。
2011-09-05 nlin.PS physics.flu-dyn
Wavelet Analysis of Vortex Tubes in Experimental Turbulence
本文提出了一种用一维湍流实验数据研究涡流管的新方法。涡管被检测为局部最大值的小波变换的速度数据的尺度空间图。然后，可以提取典型的速度模式。在风洞中获得的数据的结果与三维直接数值模拟的结果是一致的。
2001-11-13 physics.flu-dyn
Wall-wake laws for the mean velocity and the turbulence
本文提出一种新的壁面尾流律，将流向湍流剖面的对数部分与外层线性部分配对，并发现其唯一自由参数与平均速度尾流因子成正比，揭示湍流与平均流动之间的新联系。
2024-02-03 physics.flu-dyn
On the transition to turbulence of wall-bounded flows in general, and plane Couette flow in particular
这一贡献的主要部分EJM-B/流体专刊致力于帕特里克·韦尔雷概述了问题的亚临界过渡到湍流的壁有界流动在其历史的角度，重点是平面库埃特流，流动之间产生的反平移平行平面。亚临界在这里意味着不连续和直接的，具有强滞后。这是由于在全局稳定性阈值Re_g（无条件返回基流的上限）和线性不稳定性阈值Re_c（无条件偏离基流）之间存在非平凡流态。首先从经验的角度讨论Re_g附近的过渡范围（§1）。回顾了Avila等人（2011）最近确定的管流Re_g。接下来研究平面库埃特流。在实验室条件下，转捩区呈现出由层流和湍流交替组成的斜向模式，直到第三个阈值Re_t，超过该阈值，湍流是均匀的。我们目前对这个问题的理论理解是接下来回顾（§2）：线性理论和非正常放大的扰动;非线性方法和动力系统，盆地边界和混沌瞬态在最小流量单位;时空混沌扩展系统和使用的概念，从统计物理，时空不稳定性和定向渗流，大偏差和极值。两个附录提出了一些最近的个人结果，在平面库埃特流图案从数值模拟和建模尝试。
2014-03-25 nlin.PS physics.flu-dyn
Scaling of Wall Turbulence at Finite Reynolds Number
将匹配渐近展开法应用于平均动量平衡，提出了粘性底层中平均速度和雷诺剪应力的新的标度关系。结果表明，除了摩擦速度之外，新参数$Λ_+$也与壁湍流相关。根据所提出的粘性子层的新标度，导出了重叠区平均速度的幂律。结果表明，参数$Λ_+$的完全相似性或不完全相似性是决定叠加层中平均速度服从幂律或对数律的关键因素。
2014-03-24 physics.flu-dyn
