Chaotic magnetic field reversals in turbulent dynamos
我们提出了直接的数值模拟的逆转所产生的磁场的旋转流在一个球形域。与最近的模型一致，我们观察到，耦合偶极和四极磁模式的不对称迫使流产生场反转。此外，我们表明，这种机制强烈依赖于磁普朗特数的值。
2009-04-21 physics.flu-dyn
Multiplicity of chaotic and turbulent regimes in Rayleigh-Bénard convection
利用分布混沌方法，对Rayleigh-Bénard对流中的多个混沌和湍流区域进行了研究，并将其从确定性混沌的开始到充分发展的湍流进行了分类，得到了实验室实验和数值模拟结果的支持。结果表明，制度可以取代对方取决于瑞利数的值和位置的对流单体（在大部分的流动或在边界层）。基于惯性浮力和螺旋度的不变量在这些区域的形成中起着至关重要的作用。从经典到极限状态的过渡也在这方面进行了讨论。
2019-12-23 physics.flu-dyn
Chaotic Lagrangian models for turbulent relative dispersion
引入并讨论了确定性多尺度动力系统作为稳态、均匀和各向同性湍流中相对弥散的原型模型。与随机扩散模型不同，这里的轨迹传输和混合特性完全由拉格朗日混沌控制。异常的“清扫效果”，一个已知的缺点常见的运动学模拟，被删除由于使用准拉格朗日坐标。通过计算离散度标度特性的最佳度量--拉格朗日尺度李雅普诺夫指数（FSLE），精确地分析了模型的拉格朗日离散统计量。FSLE标度指数提供了一个严格的测试，以确定模型模拟是否与理论预期和/或观察一致。我们的数值实验的结果涵盖了广泛的“雷诺数”，并表明混沌确定性流可以是非常有效的，数值低成本，模型的湍流轨迹在静止，均匀和各向同性条件。该模型的数学计算相对简单，在地球物理方面，潜在的应用可能涉及大气环流模型、混合层和/或边界层湍流模型以及拉格朗日可预测性研究中的小尺度参数化问题。
2017-04-18 nlin.CD physics.flu-dyn
The chaotic dynamics of large-scale structures in a turbulent wake
在风洞中通过高频壁面压力探头和二维水平速度场对方背Ahmed体下游三维双峰湍流尾迹的动力学特性进行了实验研究。模式后部的气压分布重心与回流强度重心高度相关。两者都描述了最具能量的大尺度结构动力学，证实了大尺度再循环气泡与其壁面压力足迹之间的关系。在压力场上，其重心轨迹具有随机性，但其低频动力学表现出与弱奇异混沌吸引子系统相同的特征，具有两个明确的吸引子。然后分析与大尺度结构相关的低频动力学。首先对最大李雅普诺夫指数进行了估计，得到了奇异吸引子和弱混沌系统的低正值特征。然后，分析时间序列的自相关函数，计算大于2的关联维数。信号最终被转换和分析为电报信号，表明其动态对应于准随机电报信号。这是第一次证明，低频动力学的湍流三维尾流不是一个纯粹的随机过程，而是一个弱混沌过程，表现出奇异吸引子。从流动控制的角度来看，它也开辟了更简单的闭环流动控制策略，旨在稳定的尾流和尾流重心的动态控制的路径。
2017-02-14 nlin.CD physics.flu-dyn
Passive scalar tracers in chaotic and turbulent atmosphere
螺旋分布混沌的概念已被用来描述从大气表层到中间层的被动标量示踪剂的时空动力学（在不同的稳定条件和不同的纬度）。具有不同类型人工和天然微量气体（臭氧、二氧化碳等）的点源、线状源和分布式源和汇，和气溶胶进行了研究。还简要讨论了多云大气中太阳辐射透射率的有关性质以及木星大气中示踪剂的类似性质。
2021-05-25 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Critical transition to a non-chaotic regime in isotropic turbulence
本研究通过数值模拟和EDQNM闭合近似，发现高维各向同性湍流在临界维度约5.88以上发生向非混沌态的转变，并与能量级联及柯尔莫哥洛夫理论精确性相关联。
2021-12-02 cond-mat.stat-mech hep-th physics.flu-dyn
Chaotic and turbulent temperature fluctuations in atmospheric free convection
利用直接数值模拟、实验室实验、大气边界层测量、卫星红外辐射资料、行星尺度的地面-大气和对流层资料，证明了基于Bolgiano-Obukhov现象学的时空分布混沌方法可以很好地描述大气自由对流中的温度起伏。利用凤凰号着陆器和红外观测获得的数据，简要讨论了对其他行星（火星、木星和土星）上的大气动力学进行类似考虑的可能性。
2020-11-18 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Chaotic and turbulent mixing of passive scalar
利用对均匀不可压流动（有和无被动标量平均梯度）的$8 \leq Re_λ < 700$和反应湍流混合层的直接数值模拟结果，研究了被动标量动力学中小Taylor-Reynolds数$Re_λ \lesssim 40$的时空确定性混沌和湍流$Re_λ \gtrsim 40$的分布混沌。结果表明，在小$Re_λ$的被动标量波动的确定性混沌的特点是指数空间（波数）谱：$E(k) \propto \exp-(k/k_c)$，而在湍流$Re_λ$的分布混沌的特点是拉伸指数谱$E(k) \propto \exp-(k/k_β)^{3/4}$。Birkhoff-Saffman不变量与动量守恒有关，并且由于Noether定理，空间均匀性已被用作这种拉伸指数谱的理论基础。虽然$k_c$和$k_β$代表了大尺度结构，但也建立了Batchelor尺度$k_{bat}$的相关性：归一化值$k_c/k_{bat}$和$k_β/k_{bat}$表现出普适性。
2019-03-27 physics.flu-dyn
Near isotropic behaviour of turbulent thermal convection
本文采用直接数值模拟的方法研究了三维盒内湍流对流的各向异性。我们计算各向异性参数$A = u_\perp^{2}/(2u_{\parallel}^{2})$，其中$u_{\perp}$和$u_{\parallel}$是垂直和平行于浮力方向的速度分量，壳和环谱，以及壳到壳的能量转移。我们观察到，流动几乎是各向同性的普朗特数$\mathrm{Pr} \approx 1$，但各向异性增加与普朗特数。因此，对于$\mathrm{Pr}=\infty$、$A \approx 0.3$，即使在极端情况下，各向异性也不是非常显著。我们还观察到，$u_{\parallel}$通过压力向$u_{\perp}$提供能量。通过对壳-壳能量传递的计算表明，湍流对流中的能量传递是局部的、向前的，类似于流体动力学湍流。这些结果与Kumar等人观测到的Kolmogorov谱一致。[Phys. Rev. E { \bf 90}，023016（2014）]中描述的湍流对流。
2016-11-28 physics.flu-dyn
Lyapunov spectrum of forced homogeneous isotropic turbulent flows
为了更好地理解湍流偏离平衡的情况，表征湍流的动力学特性而不是湍流的统计特性是有意义的。为此，李雅普诺夫理论通过对扰动动力学的研究，提供了一个有用的描述湍流。本文计算了强迫均匀各向同性湍流的李雅普诺夫谱。利用不同雷诺数下的流的李雅普诺夫指数，首次通过直接计算得到了三维均匀各向同性流（HIT）混沌吸引子维数的标度.对得到的Gram-Schmidt矢量（GSV）进行了分析。对于研究的条件范围内，它被发现，该流的混沌响应与区域的大速度梯度在较低的雷诺数和拟能在较高的雷诺数，但不符合区域的大动能。此外，随着雷诺数的增加，流动对扰动的响应越来越局部化。最后，GSV的能量谱计算和示出几乎是不敏感的李雅普诺夫指数。
2019-10-25 physics.flu-dyn
Turbulent Prandtl number from isotropically forced turbulence
湍流运动增强了大尺度流动的扩散和温度梯度。这种扩散通常由湍流粘性系数（$ν_{\rm t}$）和湍流热扩散系数（$χ_{\rm t}$）来参数化，这与它们的微观对应物类似。我们通过在湍流上施加大尺度的速度和温度梯度并测量系统的响应来计算湍流扩散系数。我们还证实了我们的结果，使用实验中施加的梯度被允许衰减。为了实现这一点，我们使用弱可压缩的三维流体动力学模拟各向同性强迫均匀湍流。我们发现，湍流粘性和热扩散，以及它们的比例的湍流普朗特数，${\rm Pr}_{\rm t} = ν_{\rm t}/χ_{\rm t}$，接近渐近值在足够高的雷诺数和Peclét数。我们也没有发现${\rm Pr}_{\rm t}$对微观普朗特数${\rm Pr} = ν/χ$的显著依赖性。这些发现与$k-ε$模型的结果形成鲜明对比，该模型表明${\rm Pr}_{\rm t}$随着${\rm Pr}$的降低而单调增加。目前的结果是相关的正在进行的辩论，例如，在非常低的${\rm Pr}$制度的恒星对流区的湍流的性质。
2022-07-21 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Bending dynamics of semi-flexible macromolecules in isotropic turbulence
我们研究了半柔性大分子在层流以及均匀和各向同性的湍流中的拉格朗日动力学，通过解析可解的随机模型和直接数值模拟。在层流和湍流中，弯曲角的统计特性有质的不同，并且对速度场的拓扑结构有很强的依赖性。特别是，在二维湍流中，颗粒要么完全伸展，要么完全折叠;在三维中，主要的配置是完全伸展的。
2014-03-17 nlin.CD physics.flu-dyn
Clustering and relative velocities of heavy particles under gravitational settling in isotropic turbulent flows
重力会强烈地影响在湍流中沉降的相同尺寸的重颗粒的相对速度的空间聚集和不稳定性。我们提出了一个模型的时间尺度的流体速度梯度所看到的粒子对，并提出了一个有效的Kubo数的基础上，这个时间尺度来解释重力增强集群的机制。我们探讨了重力引起的粒子径向相对速度（RRV）在不同的斯托克斯数的基础上，在时间上向后的相对色散和流体场的优先采样的不稳定性的减少或增强的机制。这些影响的重力集群和RRV必须参数化的几何碰撞内核。
2015-07-27 physics.flu-dyn
Closed-loop adaptive control of extreme events in a turbulent flow
在混沌动力系统中自发出现的极端事件通常会对系统或周围环境产生不利影响。因此，它们的缓解是非常可取的。在这里，我们介绍了一种新的控制策略，以减轻极端事件的湍流剪切流。该控制器结合了一个确定性的执行器的极端事件的概率预测。只有当极端事件即将发生时，预测才用于启动控制器。当被致动时，控制器仅作用于在极端事件的形成中涉及的自由度，对流动动力学施加最小的干扰。因此，受控和非受控系统的吸引子共享相同的混沌核心（包含非极端事件），仅在其分布的尾部不同。我们建议，这种自适应低维控制器应被用来减轻极端事件在一般的混沌动力系统，超越剪切流在这里考虑。
2019-09-04 math.OC nlin.CD physics.flu-dyn
Intermittency in the isotropic component of helical and non-helical turbulent flows
我们分析了跨越很宽雷诺数范围的湍流的各向同性分量。其目的是确定在不同的机械强迫下的流动中的标度律及其雷诺数依赖性。为此，我们应用SO（3）分解的数据来自直接数值模拟的空间分辨率范围从64^3到1024^3网格点，并研究了速度场的高阶矩的标度。对两种不同的流动进行了研究，这两种不同的流动迫使系统具有泰勒-格林涡或Arn'old-Beltrami-Childress流动。我们的结果表明，螺旋度没有显着的影响标度指数。间歇性的影响增加的雷诺数的参数范围内的研究，并大于可以预期的文献中的几个模型。最后，我们证实了以前的结果表明，使用SO（3）分解提高了收敛的标度指数。
2009-07-07 physics.flu-dyn
Turbulent viscosity and effective magnetic Prandtl number from simulations of isotropically forced turbulence
背景：大尺度流的湍流扩散和磁场在许多天体物理系统中起着重要作用。目的：我们的目标是计算湍流粘度和磁扩散率，相关的扩散大规模的流动和磁场，分别和它们的比率，湍流磁普朗特数，${\rm Pm}_{\rm t}$，各向同性强迫均匀湍流。方法：我们使用的强迫湍流在完全周期性的立方体组成的等温气体施加大规模的正弦剪切流的模拟。湍流粘度的计算，无论是从所产生的雷诺应力或从大规模流动的衰减率。湍流磁扩散率的计算使用测试场方法。通过改变施加的正弦剪切和测试场的波数，研究了系数的尺度依赖性。结果：我们发现湍流粘性系数和磁扩散系数在一般情况下是同一个数量级。此外，湍流粘度取决于流体雷诺数（${\rm Re}$）和湍流的尺度分离比。湍流粘性的尺度依赖性被发现是很好地近似的洛伦兹。湍流输运系数的结果似乎在足够高的${\rm Re}$值和尺度分离比处收敛。然而，即使在${\rm Re}$的最大值处也发现了微弱的下降趋势。湍流磁普朗特数收敛到一个值，这是略低于单位大${\rm Re}$，而对于小${\rm Re}$，我们发现0.5和0.6之间的值。结论：湍流磁扩散率一般始终高于湍流粘度。在大的${\rm Re}$和尺度分离比下，从模拟（$\approx0.9\ldots0.95$）中发现的${\rm Pm}_{\rm t}$的实际值高于任何分析预测。
2020-02-17 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Heavy and light inertial particle aggregates in homogeneous isotropic turbulence: A study on breakup and stress statistics
本文通过直接数值模拟和拉格朗日法跟踪研究了不可压、均质、各向同性三维湍流中惯性固体聚集体的破碎过程。在Maxey-Riley-Gatignol运动方程的点粒子近似下，我们分析了剪切应力和阻力应力的时间序列的统计特性，这两个应力在这里都被认为是粒子破碎的原因。我们观察到，无论斯托克斯数，由湍流速度梯度产生的剪切应力同样会影响惯性和中性浮力聚集体的破碎统计，并决定松散聚集体的破碎率。当密度比是从统一不同，拖曳应力成为主导，并被认为是能够导致破碎的最具抵抗力的聚集体。目前的工作铺平了道路，包括在人口平衡模型解决颗粒破碎的湍流惯性的作用。
2022-11-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Intermittency and Universality in Fully-Developed Inviscid and Weakly-Compressible Turbulent Flows
我们进行了均匀和各向同性可压缩湍流的高分辨率数值模拟，平均三维马赫数接近0.3。我们研究了速度、密度和熵的不透明度的统计性质。对于速度场，这是主要的量，可以比较各向同性不可压缩的情况下，我们发现没有统计差异，其行为在惯性范围内，由于轻微的可压缩性或不同的耗散机制。对于密度场，我们发现证据的“前”的结构，虽然没有冲击产生的模拟。
2007-09-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Manifestations of Drag Reduction by Polymer Additives in Decaying, Homogeneous, Isotropic Turbulence
对于壁面有界的湍流来说，聚合物添加剂的减阻作用的存在是有争议的。为了解决这一争议，我们进行了一个高分辨率的直接数值模拟（DNS）的衰减，均匀，各向同性湍流与聚合物添加剂。我们的研究揭示了明确的表现形式的减阻型现象：在添加聚合物的湍流流体中，我们得到的能量耗散率的减少，流体能谱的显着修改，特别是在深耗散范围内，抑制小规模的不稳定性，并减少小规模的涡丝。
2006-09-27 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulent transition in a truncated one-dimensional model for shear flow
我们提出了一个简化的模型过渡到湍流的剪切流，是足够简单的承认一个彻底的数值调查，同时允许时空动态，大大比那些允许在以前的模式截断更复杂。我们的模型允许比较的动态从初始扰动，局部化在展向方向与正弦扰动所产生的。对于展向局部化的初始条件的亚临界过渡到一个“湍流”状态（一）发生更突然，层流和“湍流”之间的边界似乎是少得多的“结构化”和（二）结果在时空混乱的制度内，时空复杂的瞬变的寿命更长，甚至更敏感的初始条件。展向局部化初始扰动激发混沌瞬态所需的最小初始能量$E_0$与雷诺数$E_0 \sim Re^p$和$p \approx -4.3$具有幂律标度。指数$p$仅弱依赖于局部扰动的宽度，并且低于通常在以前的低维模型中观察到的，其中通常为$p \approx -2$。结果表明，在一定雷诺数下，混沌瞬态的寿命分布符合指数分布。
2011-07-04 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Sub-Kolmogorov droplet dynamics in isotropic turbulence using a multiscale lattice Boltzmann scheme
采用格子Boltzmann扩散界面模型研究了各向同性湍流中单个液滴的变形和动力学，该模型考虑了外部湍流的产生，并考虑了边界条件。我们专注于一个小的，子Kolmogorov液滴，其规模是远远小于Kolmogorov长度尺度的湍流。外部流场是通过描述被动示踪剂在各向同性湍流中的轨迹的伪谱模拟数据获得的。通过这种方式，我们将液滴的微观尺度和湍流的宏观尺度结合起来。从这个完全解决的模型得到的结果进行比较，以前的研究亚Kolmogorov液滴的动力学在各向同性湍流，其中的分析模型，假设液滴的形状是一个椭圆体在任何时候，是用来描述液滴变形。我们的研究结果证实，混合伪谱格子玻尔兹曼算法是能够研究液滴变形和破碎的制度远远超出了椭球近似。
2021-12-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Anisotropy in Turbulent Flows and in Turbulent Transport
本文讨论了高雷诺数湍流（和湍流输运）统计理论中的各向异性和非均匀性问题。我们提出了一个新的工具，允许有效的数据分析和系统的理论研究，如分离各向同性的湍流统计波动的各向异性方面的详细描述。利用流体力学方程对所有旋转的不变性，我们展示了如何根据SO（3）对称群的不可约表示来分解（张量）统计对象。对于被动标量场或矢量场的湍流平流的情况，这种分解允许作出严格的陈述：（i）标度指数是通用的，（ii）各向同性标度指数总是领先的，（iii）各向异性标度指数形成一个离散谱，该谱作为各向异性度的函数严格增加。接下来，我们解释如何将SO（3）分解应用于统计Navier-Stokes理论。我们展示了如何提取信息的缩放行为在各向同性部门。这样做是一种系统的方法来评估该部门的标度指数的普遍性，澄清了许多测量的各向异性起源，声称相反。直接数值模拟和实验的系统分析提供了一个强有力的支持的命题，也为非线性问题存在叶的统计理论部门的对称群。指数在每个扇区都是普适的，并且再次严格地作为各向异性度的函数增加。
2004-04-07 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Logistic map and micro-structure of isotropic turbulent flow
混沌动力系统理论发展的主要目标之一是在湍流的理解方面取得进展。Ruelle和Takens的著名论文有力地推动了将湍流与混沌运动联系起来的尝试。主要在湍流的开始这一领域取得了相当大的成功。对于充分发展的湍流，许多问题仍然没有答案。这封信的目的是要表明，有动力系统比纳维-斯托克斯方程简单得多，但仍然可以有湍流状态，许多概念发展的动力系统理论可以成功地应用。在这方面，我们主张更广泛地利用各向同性湍流现象的普遍性质。即使对于充分发展的湍流的情况下，其中包含一个极端的范围内的相关长度尺度，它是可能的，通过使用本模型，再现令人惊讶的各种相关功能，如多重分形级联，不连续性。这封信回到了纳维-斯托克斯方程在湍流性质研究中的可能应用。
2010-07-15 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Stochastic identities for random isotropic fields
P.N.Lebedev Physical Institute of RAS（俄罗斯科学院列别杰夫物理研究所）；National Research University Higher School of Economics（国立高等经济大学）
本文提出新的随机恒等式，用于描述随机各向同性湍流场的统计特性，并通过数值模拟验证其有效性。
2024-12-13 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Universality and Non-Universality in Distributed Nuclear Burning in Homogeneous Isotropic Turbulence
核燃烧在许多天体物理的恒星瞬变过程中扮演着重要的角色，包括热核、对不稳定性、核心坍缩超新星、千新星和超新星。湍流现在被理解为在这些天体物理瞬变中也起着关键作用。在这里，我们表明，湍流核燃烧可能会导致大的增强以上的均匀背景燃烧速率，因为湍流耗散引起的温度波动，在一般情况下，核燃烧速率是高度敏感的温度。我们推导出的结果的湍流增强的核燃速的强湍流的影响下，在均匀各向同性湍流的分布燃烧制度，使用概率分布函数（PDF）的方法。我们证明了在弱湍流极限下，湍流增强服从一个普适的标度律。我们进一步证明，对于广泛的关键核反应，如C $^{12}$（O $^{16}$，$α$）镁$^{24}$和三重$α$，即使是相对温和的温度波动，百分之十的顺序，可以导致1 - 3个数量级的湍流核燃烧速率的增强。我们验证了预测的湍流增强直接对数值模拟，并发现非常好的协议。我们还提出了一个估计的湍流爆轰起始的发病，并讨论了我们的研究结果的恒星瞬态建模的影响。
2020-02-05 astro-ph.SR nucl-th physics.flu-dyn
Lagrangian modeling of a non-homogeneous turbulent shear flow: Molding homogeneous and isotropic trajectories into a jet
针对实际非均匀各向异性湍流建模难题，提出一种利用均匀湍流速度信号转化为湍流射流拉格朗日轨迹的高效模型，多尺度统计量与实验吻合度高，且易实现可扩展。
2023-10-06 physics.flu-dyn
Parameterization of Forced Isotropic Turbulent Flow using Autoencoders and Generative Adversarial Networks
Delhi Technological University（德里理工大学）
自动编码器和生成神经网络模型最近在流体力学中得到了普及，因为它们的自发性和低处理时间，而不是高保真CFD模拟。在流体力学的应用中，通过使用编码器压缩输入的高维数据以将输入空间映射到较低维的潜在空间，自动编码器被用作模型阶次降低工具。然而，生成模型，如变分自动编码器（VAE）和生成对抗网络（GANs）被证明是有效的，在生成具有高“随机性”的混沌模型，如湍流的解决方案。在这项研究中，强制各向同性湍流流产生的参数化成一些基本的统计特性。模型根据对这些特征的依赖性对预模拟数据进行训练，然后通过改变这些参数来影响流量生成。沿着生成器模型（如解码器和生成器）推送的隐向量包含独立的条目，这些条目可用于创建具有相似属性的不同输出。使用基于神经网络的体系结构消除了对经典的基于网格的Navier-Stoke方程估计的依赖，这在许多CFD软件中是突出的。
2021-07-08 cs.LG physics.flu-dyn
Chaos and predictability of homogeneous-isotropic turbulence
通过高分辨率直接数值模拟，研究了不同雷诺数下湍流的混沌性和可预报性。我们发现，李雅普诺夫指数的湍流，这措施的指数分离的两个最初接近的解的纳维-斯托克斯方程，增长与雷诺数的流动，具有异常的标度指数，大于一个获得的尺寸的理由。对于大扰动，误差被转移到更大、更慢的尺度，在那里它代数地增长，在惯性范围内产生扰动的“逆级联”。在这种情况下，我们的模拟证实了基于湍流闭合模型的经典预测。我们展示了如何将混沌性和湍流的可预测性联系在一起的李雅普诺夫指数的有限尺寸扩展。
2017-07-06 nlin.CD physics.flu-dyn
Chaotic and time-periodic edge states in square duct flow
本研究通过边缘追踪算法分析方管流动，发现非对称约束下边缘态为混沌吸引子，表现为条带-涡旋相互作用引发的爆发与壁面切换；施加镜像对称后则形成周期轨道，这些边缘态在低雷诺数湍流中扮演重要角色。
2025-03-28 physics.flu-dyn
Dispersed Phase of Non-Isothermal Particles in Rotating Turbulent Flows
我们提出了旋转和重力与湍流结构之间的相互作用对旋转湍流流动中非等温颗粒分散相的冷却/加热的某些影响。这些效果是通过推导基于粒子的宏观方程的动力学或概率密度函数获得的。在这样做时，对于单向温度耦合，我们还表明，均匀的，各向同性的非等温流体湍流不影响平均温度（虽然它影响平均速度）的分散相的颗粒沉降由于重力在各向同性湍流。
2015-04-04 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
Scaling laws of turbulent dynamos
我们考虑均匀各向同性和宇称不变的湍流产生的磁场。我们表明，简单的比例关系的发电机阈值，磁能和欧姆耗散可以得到依赖于磁普朗特数的值。
2007-01-29 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
Infinite Products of Random Isotropically Distributed Matrices
研究了随机各向同性分布矩阵无穷乘积的统计性质。对于具有有限相关时间的连续过程和独立矩阵的离散序列，给出了一种易于计算Lyapunov谱和广义李雅普诺夫指数的形式.这个问题是概率论的兴趣，矩阵T-指数的统计特性也需要湍流输运问题，动力学混沌和统计物理的其他部分。
2016-07-13 nlin.CD physics.flu-dyn
Hindered energy cascade in highly helical isotropic turbulence
基于Richardson-Kolmogorov现象学的湍流能量级联的传统方法忽略了与湍流螺旋度相关的新兴涡旋的拓扑结构。通常认为螺旋度在湍流系统中起重要作用，例如，支持大规模磁场的产生，但其对小规模能量级联的影响从未被观察到。我们首次提出了一个广义的各向同性湍流现象与任意频谱分布的螺旋度。我们讨论了具有新螺旋度效应的直接湍流叶栅的各种情况，这种效应可以解释为对光谱能量传递的阻碍。因此，能量被累积和重新分配，使得非线性相互作用的效率将足以提供恒定的能量通量。我们证实了我们的现象，高雷诺数数值模拟的基础上的螺旋湍流壳模型。在我们的模型中，能量只在一定的大尺度上注入，而螺旋度的来源分布在所有尺度上。特别地，我们发现螺旋瓶颈效应可以出现在能谱的惯性区间。
2015-11-10 physics.flu-dyn
A comparative study of various Deep Learning techniques for spatio-temporal Super-Resolution reconstruction of Forced Isotropic Turbulent flows
Delhi Technological University（德里技术大学）
超分辨率是一种创新技术，它可以提高图像或视频的分辨率，从而使我们能够从低分辨率数据中重建高保真图像。本研究使用各种最先进的机器学习技术（如ESPCN、ESRGAN和TecoGAN）在空间和时间上对湍流流场进行超分辨率分析，以从低分辨率流场数据重建高分辨率流场，特别是要记住低资源消耗和快速结果生成/验证的需求。用于本研究的数据集是从“各向同性1024粗”数据集提取的，该数据集是约翰霍普金斯湍流数据库（JHTDB）的一部分。我们利用了预先训练好的模型，并根据我们的需求对其进行了微调，以最大限度地减少计算资源和实现超分辨率模型所需的时间。该方法的优点远远超出了常规单一结构模型的预期和结果。然后使用MSE、PSNR、SAM、VIF和SCC指标对通过这些模型获得的结果进行比较，以评估放大的结果，找到计算能力和输出质量之间的平衡，然后确定用于湍流场的空间和时间超分辨率的最准确和最有效的模型。
2021-07-07 cs.LG physics.flu-dyn
Ensemble-LES Analysis of Perturbation Response of Turbulent Partially-Premixed Flames
本文用动力系统方程研究了Sandia甲烷/空气火焰系列对小扰动的响应。在这里，桑迪亚D和E湍流部分预混火焰计算使用大涡模拟（LES）与小火焰/进展变量的方法。使用300同时LES计算每个火焰，部分李雅普诺夫频谱的流动，它提供了一组李雅普诺夫指数（LE）和李雅普诺夫向量（LV）。特殊的数值程序来处理这样大的数据集和执行矩阵运算的飞行进行了讨论。从LE，火焰的吸引子的尺寸估计，第一次，至少是5000（火焰D）和10500（火焰E）。这是一个重要的结果，表明湍流火焰的混沌性被限制在一个体积的相空间是量化的。扰动的增长发生在比基于最小应变率的时间尺度大得多但比积分尺度小的时间尺度上。此外，确定扰动响应的Lya-punov矢量表明，最强的扰动与射流击穿区域对齐，而其他LV与剪切层对齐。研究发现，熄灭/重燃过程和湍流诱导的射流运动都对火焰的混沌性有很大的贡献，但对所有的LV都不是同等重要的。这些结果提供了新的见解湍流火焰的扰动响应。更广泛地说，这种李雅普诺夫方法允许一个完整的表征与湍流火焰，这有应用程序的建模和控制这样复杂的流动的混沌动力学。
2018-06-08 physics.flu-dyn
Least Squares Shadowing for Sensitivity Analysis of Turbulent Fluid Flows
灵敏度分析的计算方法是空气动力学研究和工程设计的宝贵工具。然而，传统的灵敏度分析方法，打破了应用于湍流流体流场的长时间平均量，特别是那些使用高保真湍流模拟。这是因为湍流和混沌流体流动的许多动力学性质，最重要的是初始值问题的高灵敏度，通常称为“蝴蝶效应”。最近发展的最小二乘阴影法（LSS）通过在相空间中近似“阴影轨迹”，避免了传统灵敏度分析方法遇到的问题，避免了初值问题的高灵敏度。下面的论文讨论了如何解决与LSS相关的最小二乘问题。提出了两种方法，并证明了对均匀各向同性湍流和Kuramoto-Sivashinsky（KS）方程，一个四阶混沌偏微分方程的模拟。我们发现，虽然LSS计算相当准确的梯度，更快，更有效的线性求解器，需要将本文提出的LSS方法应用到更大的模拟。
2014-01-16 math.DS nlin.CD physics.comp-ph
A universal relation between intermittency and dissipation within and beyond homogeneous isotropic turbulence
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院）；Institut für Physik und ForWind, Universität Oldenburg（奥尔登堡大学物理与风电研究所）；Univ. Lille, CNRS, ONERA, Arts et Métiers ParisTech, Centrale Lille（里尔大学、法国国家科学研究中心、法国航空国防技术局、巴黎国立高等工艺学院、中央理工学院）
研究揭示了湍流中耗散常数与间歇性因子的反比关系，为理解不同尺度湍流特性提供了新的经验原则。
2026-08-28 physics.flu-dyn
One-point and two-point statistics of homogeneous isotropic decaying turbulence with variable viscosity
采用高分辨直接数值模拟（DNS）方法，研究了低雷诺数条件下变粘度流体中均匀各向同性湍流的衰减过程。目前的工作所解决的问题是如何量，如动能和相关的耗散率，以及湍流的尺度间传输机制的局部波动的粘度改变。从湍流动能的一点收支方程出发，表明平均耗散率几乎不受变粘性效应的影响。这一结果是由当地的粘度和当地的速度梯度之间的负相关性解释。然而，耗散是一个高度波动的量，具有很强的不稳定性。从统计分析表明，具有可变粘度的湍流的特征在于由一个增强的水平的小规模的不稳定性，这导致在存在较小的长度尺度和修改后的湍流混合。通过速度结构函数的收支方程，分析了粘性变化对湍流叶栅的影响。从DNS它示出，粘度梯度有助于尺度间的传输机制的形式的逆传输，其中信息传播从小尺度到大尺度。
2018-09-20 physics.flu-dyn
Optimal tracking strategies in a turbulent flow
本文针对湍流中有限机动能力搜索者追踪漂移目标的难题，采用最优控制理论获得最短时间导航策略，并证明其相较反应式启发式算法具有更长追踪时间和更强鲁棒性。
2023-05-08 cs.SY eess.SY nlin.CD
Chaotic mixing in plane Couette turbulence
本文将平面 Couette 流不变解的欧拉速度场作为动力系统，分析拉格朗日示踪粒子轨迹、驻点、流形及异宿连接，揭示其对三维湍流混沌混合的拓扑骨架作用。
2024-12-06 math-ph math.MP nlin.CD
Helicoidal particles in turbulent flows with multi-scale helical injection
我们提出了数值和理论结果的湍流的性质与强大的多尺度螺旋注入。我们进行了直接数值模拟的纳维-斯托克斯方程下的随机螺旋搅拌与幂律谱和不同强度的能量和螺旋注入。我们发现，存在三种不同的制度，其中向前的能量和螺旋度惯性传输是：（i）都领先相对于外部注入，（ii）能量传输是领先的和螺旋度传输是次领先和（iii）都是次领先和螺旋度是最大的在所有尺度。因此，情况（ii-iii）给出了具有Kolmogorov惯性能量级联和可调螺旋度传输/内容的流动。我们进一步探索制度（三）通过研究其对动力学的点状各向同性螺旋体，粒子的动力学是各向同性的，但打破宇称不变性的影响。我们调查小规模的分形聚类和优先采样的强烈螺旋流结构。根据其结构参数，各向同性螺旋面优先对共手性或反手性流动结构进行采样。我们解释这些发现在极限情况下，在什么是已知的球形粒子的不同密度和程度的惯性。此外，我们提出了一个随机模型的理论和数值结果，动力学性质可以使用解析摄动理论计算。我们的研究表明，一个适当的调整的搅拌机制可以强烈修改的小尺度湍流螺旋特性，并表明各向同性螺旋体是最简单的颗粒能够优先感测湍流螺旋特性。
2019-05-03 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
Dimension Reduced Turbulent Flow Data From Deep Vector Quantizers
分析来自湍流模拟的大规模数据是内存密集型的，需要大量资源。这一重大挑战凸显了对数据压缩技术的需求。在这项研究中，我们应用基于矢量量化的物理深度学习技术，从三维湍流模拟中生成离散的低维数据表示。深度学习框架由卷积层组成，并结合了对流的物理约束，例如保持速度梯度的不可压缩性和全局统计特性。使用统计、基于比较的相似性和基于物理的度量来评估模型的准确性。训练数据集由不可压缩、统计稳定、各向同性湍流的直接数值模拟产生。这种有损数据压缩方案的性能进行评估，不仅与看不见的数据从静止的，各向同性的湍流，但也与衰减的各向同性湍流，泰勒-格林涡流，和湍流通道流的数据。将压缩比（CR）定义为原始数据大小与压缩数据大小之比，结果表明，我们的基于矢量量化的模型可以提供均方误差（MSE）为$O(10^{-3})$的CR $=85$，以及忠实地再现流的统计数据的预测，除了在非常小的尺度上有一些损失。与最近对Glaws的研究相比。et.等人（Physical Review Fluids，5（11）：114602，2020），其基于传统的自动编码器（其中在连续空间中执行压缩），我们的模型将CR提高了超过$30$百分比。
2021-05-24 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
Deformation of ellipsoidal droplets in homogeneous and isotropic turbulence
本文通过三维完全解析模拟基准数据，系统评估多种椭球模型在不同毛细数下描述均匀各向同性湍流中亚 Kolmogorov 尺度液滴变形的适用性。
2025-06-11 physics.flu-dyn
Causally coherent structures in turbulent dynamical systems
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；The University of Manchester（曼彻斯特大学）；Friedrich–Alexander–Universität Erlangen–Nürnberg (FAU)（埃尔朗根-纽伦堡大学）
本研究利用香农转移熵识别湍流边界层中的因果一致结构，揭示了不同层间的能量级联机制，并拓展了混沌动力系统分析方法。
2026-02-24 nlin.CD physics.flu-dyn
Transforming Butterflies into Graphs: Statistics of Chaotic and Turbulent Systems
提出一种数据驱动方法构建动力学系统底层方程的有限体积离散化，通过 Markov 状态和生成子的随机矩阵近似来模拟系统统计特性，并在 Lorenz 方程和 Held-Suarez 大气模拟中验证其有效性。
2023-04-06 cs.NA math.DS math.NA
Entropy, irreversibility and cascades in the inertial range of isotropic turbulence
本文从统计力学的角度分析了湍流能量级联，将尺度间能量通量与统计不可逆性和信息熵产生联系起来。能量级联的微观可逆性进行了测试，通过构建一个可逆的三维湍流系统，使用亚网格应力的动力学模型。这个系统，当扭转的时间，开发一个持续的逆级联对大尺度，证明惯性能量级联的特性必须考虑的可能性，一个逆制度。本实验研究了各向同性湍流中统计不可逆性的起源以及正能量级联和逆能量级联的普遍性。统计不可逆性是相空间中与熵产生有关的统计系综的一种性质，通过考虑能流的空间局部性及其与流的局部结构的关系，将其与物理空间中的能量级联的动力学联系起来。应变率张量的动力学，这被确定为最重要的来源，在能量级联的统计不可逆性的基础上，提出了一种机制来解释的概率流行的直接能量转移。
2021-04-06 nlin.CD 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
An experimental study on the settling velocity of inertial particles in different homogeneous isotropic turbulent flows
本文对不同背景湍流下稠密亚Kolmogorov惯性颗粒的重力沉降速度进行了实验研究。我们报告相位多普勒粒子分析仪测量在低速风洞均匀播种微米尺度的水滴。湍流由三种不同的网格生成（两种由不同的主动网格协议组成，而第三种是常规的静态网格），使我们能够涵盖基于泰勒尺度的雷诺数（$Re_λ\in [30-520]$），劳斯数（$Ro \in [0-5]$）和体积分数（$ϕ_v \in[0.5\times10^{-5} - 2.0\times10^{-5}]$）方面的非常广泛的湍流条件。我们发现，在协议与以前的工作，增强的沉降速度发生在低的Rouse数，而阻碍的沉降发生在较高的Rouse数为降低湍流能级。广泛的流动参数的探索，使我们能够观察到，增强显着降低与泰勒雷诺数，并显着影响的体积分数$ϕ_v$。我们还研究了大尺度强迫对沉降速度修正的影响。通过使用不同的网格来改变流入条件的可能性使我们能够测试具有固定$Re_λ$和湍流强度但不同积分长度尺度的情况。最后，我们评估了二次流的存在，在风洞和颗粒沉降的作用。这是通过表征两个不同位置（中心线和靠近壁）的沉降速度来实现的，具有相同的流向坐标。
2022-07-14 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
Droplet breakup in homogeneous and isotropic turbulence
这段流体动力学视频展示了液滴在静止的均质各向同性湍流中的破碎。我们考虑具有相同密度的输送流体的液滴。液滴和流体的数值模拟的多分量格子玻尔兹曼方法的装置。湍流流体通过大尺度的搅拌力维持，并且对于我们模拟中的参数，稳定液滴的半径大于Kolmogorov尺度。液滴变形、破裂和聚集的事件从影片中清晰可见。利用本数据库，可以从欧拉和拉格朗日两个角度研究液滴的演化。液滴破碎的Kolmogorov-Hinze标准也可以通过模拟两种组分之间的不同粘度对比来测试。
2010-10-08 physics.flu-dyn
