Gravity-driven clustering of inertial particles in turbulence
我们报告了一种新的粒子集群所造成的纯粹的重力，发现在我们的模拟粒子载湍流。当强引力作用于重粒子时，形成垂直条带模式的聚集。这种现象是由颗粒所经历的重力方向上的流速梯度的偏斜度来解释的，这导致颗粒的水平会聚。
2014-06-21 physics.flu-dyn
Cross-helicity and extended inertial range in MHD turbulence
利用时空分布混沌方法，研究了受迫（统计稳定）和自由衰减磁流体MHD湍流（有和无外加/平均磁场）的交叉螺旋度效应主导的扩展惯性范围。与直接数值模拟、MHD风洞实验室测量、地球磁鞘测量和太阳风测量的结果一致。本文简要讨论了平均交叉螺旋度为零的MHD湍流的局部反射（镜像）对称性的自发破缺。
2019-10-23 physics.flu-dyn
Heavy Particle Clustering in Inertial Subrange of High--Reynolds Number Turbulence
本研究通过直接数值模拟发现高雷诺数均匀各向同性湍流中惯性粒子在惯性子区显著聚集，该聚集由优先浓度调制引起并表现为粒子数密度谱凸起，可用尺度相关斯托克斯数的有理函数建模。
2024-06-05 physics.flu-dyn
Analytic derivation of the inertial range of compressible turbulence
采用定常湍流分析模型，得到了可压缩湍流的惯性范围功率谱。我们假设，对于均匀湍流，时间尺度控制的能量注入在一个给定的波数从所有较小的波数，每个空间分量是相等的。然而，纵向分量能量被转移到压缩中，因此通过湍流粘性将能量转移到所有较大波数的控制率降低。由此产生的惯性范围是指数为-2的幂律。事实上，这样的功率谱在各种天体物理环境和数值模拟中也被观察到。
2021-05-29 astro-ph.GA physics.flu-dyn
The complex interplay between tidal inertial waves and zonal flows in differentially rotating stellar and planetary convective regions I. Free waves
在近距离两体系统的潮汐相互作用的量化是最感兴趣的，因为他们有一个至关重要的影响的架构和旋转的历史的机构。各种研究表明，任何一个天体的潮汐消散都对它的结构和动力学非常敏感，就像存在于类太阳恒星和巨型气态行星的外对流层中的差异旋转一样。特别是，潮汐波可以强烈地与纬向流在所谓的共转共振，其中波的多普勒频移抵消。我们的目标是提供一个深入的物理了解潮汐惯性波的动力学在共转共振，在存在的差分旋转配置文件典型的低质量恒星和巨行星。通过建立一个倾斜的剪切盒，我们研究了自由惯性波在共转时的传播和透射，更一般地说，在临界水平上，这是控制波微分方程中的奇点。通过构建一个不变量称为波作用通量，我们确定了不同的制度，波传输在临界水平，这是证实了一维三层数值模型。我们发现，惯性波可以完全透射，强烈阻尼，甚至放大后，越过临界水平。这些制度的发生取决于假设的差分旋转的轮廓，在性质以及纬度的临界水平，和波的参数，如惯性频率和纵向和垂直波数。因此，波可以在临界水平阻尼时将其作用通量沉积到流体中，或者在临界水平放大时将其作用通量提取到流体中。这两种情况都可能导致潮汐相互作用体之间的显著角动量交换。
2021-01-12 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Distributed chaos and inertial ranges in turbulence
结果表明，惯性范围的尺度的外观，相邻的分布式混沌范围，结果在绝热不变性的能量相关积分的各向同性均匀湍流和浮力驱动的湍流（稳定或不稳定的分层，包括瑞利-泰勒混合区）。由该绝热不变量控制的分布混沌速度场的功率谱具有展宽的指数形式$\propto \exp(-k/k_β)^{3/5}$。最近的直接数值模拟的结果已被用来支持这些结论。
2016-10-06 nlin.CD physics.flu-dyn
The non-equilibrium part of the inertial range in decaying homogeneous turbulence
我们使用两个相关的非定常函数作为尺度的均匀各向同性湍流的非平衡的程度的措施。这些函数的值表明在惯性范围的上端存在显著的非平衡。风洞数据证实了Lundgren（2002，2003）的预测，即二阶和三阶结构函数最接近其柯尔莫哥洛夫标度的两点分离$r$与泰勒长度标度$λ$成比例，并且在整个惯性范围内，随着$r$远离$λ$，两个结构函数与其柯尔莫哥洛夫平衡形式的距离逐渐增大。由于惯性范围的上端处于非平衡状态，与雷诺数无关，因此不可能根据柯尔莫哥洛夫平衡来证明泰勒-柯尔莫哥洛夫湍流耗散标度。
2019-10-10 physics.flu-dyn
Maintenance of a columnar vortex by inertial waves in rotational turbulence
Landau Institute for Theoretical Physics, Russian Academy of Sciences（朗道理论物理研究所，俄罗斯科学院）；National Research University Higher School of Economics（国立高等经济大学）；Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences（奥西普扬固体物理研究所，俄罗斯科学院）
本文提出一种理论，通过外围惯性波吸收维持快速旋转湍流中的地转涡旋，确定其平均速度径向分布，并经实验验证模型有效性。
2026-09-09 physics.flu-dyn physics.geo-ph
A first coherent structure in elasto-inertial turbulence
在弹性惯性湍流区的FENE-P流体的二维通道流模拟揭示了不同的制度，从混沌到稳定的行波，它采取的箭头结构的形式。这种相干结构提供了新的见解，在聚合物/流动的相互作用驱动EIT，这是观察到在一组控制的数值实验和弹性和湍流动能之间的转移的研究。
2021-10-15 physics.flu-dyn
Disentangling inertial waves from eddy turbulence in a forced rotating turbulence experiment
我们提出了一个时空分析的统计平稳旋转湍流实验，旨在提取惯性波的签名，并确定它们可以被检测到的尺度和频率。该分析使用两点空间相关的时间傅立叶变换的速度场的时间分辨立体粒子图像测速测量在旋转框架。我们将湍流的各向异性程度量化为频率和空间尺度的函数。我们表明，这种时空相关的各向异性是很好地描述了线性惯性波在大尺度上的色散关系，而较小的尺度主要是由在较大尺度上的流体运动的波的扫描。这种扫掠效应主要是由于湍流的低频准二维分量，这是我们实验的一个突出特征，波动湍流理论没有考虑到这一点。这些结果的相关性的旋转湍流在实验室实验中，这是相关的大多数地球物理和天体物理流量的适度Rossby数的理论提出了质疑。
2015-04-09 physics.flu-dyn
Inertial range scaling of the scalar flux spectrum in two-dimensional turbulence
研究了具有均匀标量梯度的二维统计定常各向同性湍流。维数参数预测的惯性范围缩放的湍流标量通量谱的逆级联范围和拟能级联范围为小和团结施密特数。尺度预测检查直接数值模拟和良好的协议观察。
2010-09-01 nlin.CD physics.flu-dyn
Chaotic quasi-point vortices and inertial range in two-dimensional turbulence
利用分布混沌的概念研究了准点涡对均匀二维湍流（经典和量子）惯性尺度范围的影响。衰减湍流、具有小尺度强迫的湍流和球体上的湍流热对流的直接数值模拟结果，以及全球大气采样计划（GASP）在山区地形对流层和平流层湍流（小尺度强迫）中的测量结果已被用于此目的。本文利用HVBK和Gross-Pitaevskii模型的直接数值模拟结果和实验室实验结果讨论了超流和玻色-爱因斯坦二维湍流。对Ginsburg-Landau模型也作了简要的讨论。
2022-07-12 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Tangling clustering of inertial particles in stably stratified turbulence
我们在理论上预测和检测实验室实验中的一种新类型的粒子集群（纠缠集群的惯性粒子）在一个稳定的分层湍流与强加的平均垂直温度梯度。在该分层湍流中，平均颗粒数密度的空间分布由于湍流热扩散现象而不均匀，这导致形成平均颗粒数密度的梯度\nabla N，并且通过梯度\nabla N与速度波动的缠结而产生颗粒数密度的波动。平均温度梯度\nabla T通过梯度\nabla T与速度波动的纠缠而产生温度波动。这些波动在小尺度上增加了粒子簇的形成速率。在实验室分层湍流中，这种缠结聚集比在等温湍流中观察到的纯惯性聚集有效得多。特别是，在我们的实验中，在振荡网格等温湍流在空气中没有施加平均温度梯度，惯性集群是非常弱的直径为10微米和雷诺数Re =250的固体颗粒。我们的理论预测是在一个很好的协议所获得的实验结果。
2010-03-17 astro-ph.EP nlin.CD physics.ao-ph
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
On the mechanism of elasto-inertial turbulence
弹性惯性湍流是在含有聚合物添加剂的流体中发现的一种新的湍流状态。从聚合物动力学和流动结构耦合的角度研究了由这些添加剂产生和控制的湍流动力学。直接数值模拟的通道流的雷诺数范围从1000到6000（基于体积和通道高度）被用来研究弹性不稳定性的形成和动力学及其对流动的影响。由此产生的聚合物动力学和流动之间的相互作用的机制有助于解决一个长期存在的争议，在聚合物减阻的理解，并解释了早期湍流的现象，或在较低的雷诺数比牛顿流，以前观察到的聚合物流的湍流发作。聚合物还指出了一个有趣的类比，即二维湍流中的前向和后向能量级联。
2013-01-17 physics.flu-dyn
Turbulence induced collisional velocities and density enhancements: large inertial range results from shell models
为了了解行星形成的最早阶段，能够预测尘埃颗粒碰撞的速率和结果是至关重要的，无论是粘附和生长，反弹还是破碎。这种碰撞的结果取决于碰撞速度，因此我们需要对由连续性引起的尘埃颗粒碰撞的速率和速度分布有深入的了解。碰撞的速率取决于碰撞的速度和尘埃颗粒所经历的聚集程度，这是湍流的一个已知结果。我们发展的尘埃颗粒在模拟湍流，一种方法，允许一个大的湍流惯性范围，使人们有可能调查中尺度颗粒（毫米和厘米）湍流的影响。我们发现了三种尘埃颗粒：一种高度聚集，冷，无碰撞;一种温暖;第三种“热”。我们的研究结果可以通过一个简单的公式拟合，并预测显着较慢的典型碰撞速度为一个给定的湍流强度比以前考虑的，和适度有效的碰撞人口聚集，缓解困难与弹跳和碎片障碍尘埃颗粒生长。尽管如此，高速碰撞的速率仅随相对速度呈指数下降，因此仍会发生一些中速或高速碰撞，从而有可能产生一些碎裂。
2012-07-23 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Basic Properties of MHD Turbulence in the Inertial Range
我们重新讨论了惯性范围内MHD湍流的谱斜率问题，并认为数值方法更倾向于Goldreich-Sridhar -5/3斜率而不是-3/2斜率。对MHD湍流的各向异性进行了精密测量，确定了Alfvenic湍流的各向异性常数C_A=0.34。它与以前测得的Kolmogorov常数C_K=4.2或纯Alfvenic情况下的C_K = 3.3一起，构成了对MHD级联的完整的谱量描述，具有很高的天体物理实用价值。
2012-04-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbophoresis of inertial particles in inhomogeneous turbulence generated by oscillating grids
The Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
研究通过实验探讨了由单网格和双网格振荡湍流系统产生的空气流动中惯性颗粒的涡流输运现象，发现颗粒在低湍流强度区域积累，验证了涡流输运行为。
2026-07-21 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Evidence of the Zakharov-Kolmogorov spectrum in numerical simulations of inertial wave turbulence
旋转湍流通常被认为是由地转涡主导的，地转涡沿着旋转轴是不变的，并经历逆级联。然而，它最近被证明可以维持完全三维的状态，并具有降尺度的能量级联。在这封信中，我们调查的三维旋转湍流的统计特性的直接数值模拟的手段，在一个三重周期的盒子，地转涡是专门阻尼。由此产生的湍流是一种惯性波湍流，其验证了Galtier（Phys. Rev. E，68，2003）解析导出的Zakharov-Kolmogorov谱，从而提供了三维各向异性波的波湍流理论的相关性的数值证明。最后，我们表明，相同的强迫导致无论是地转或波湍流取决于初始条件。因此，我们的研究结果带来了进一步的证据，双稳定性旋转湍流。
2020-11-10 physics.flu-dyn
Interplay between geostrophic vortices and inertial waves in precession-driven turbulence
利用直接数值模拟和傅立叶空间动力学分析方法，研究了旋进驱动的旋转湍流的性质。研究是在局部旋转坐标系中进行的，其中进动产生背景剪切流，该背景剪切流变得线性不稳定并分解成湍流。我们观察到，这种进动驱动的湍流的一般特点是共存的二维（2D）柱涡和三维（3D）惯性波，其相对能量依赖于进动参数$Po$。涡类似于典型的地转湍流凝结物，沿旋转轴排列（在该方向上波数为零，$k_z=0$），并通过非线性能量转移由3D波馈送，而波（具有$k_z\neq0$）又直接由背景流的岁差不稳定性馈送。涡旋本身经历能量的逆级联，并在傅立叶空间中表现出各向异性。对于小的$Po<0.1$和足够高的雷诺数，大多数地质和天体物理应用的典型制度，流动表现出强烈的振荡（突发）的演变，由于涡和小尺度波的交替。另一方面，在较大的$Po>0.1$湍流是准稳定的，只有轻微的波动，在这种状态下共存的柱状涡和波引起分裂（同时反向和正向）的级联。增加的进动幅度导致加强波相对于涡的能量谱接近Kolmogorov标度，因此，进动机制抵消旋转的影响。
2022-10-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Inertial floaters in stratified turbulence
我们调查的动力学和统计的惯性颗粒分层湍流输送，在粒子密度的平均密度分布的流体中的中间的情况下。在这些条件下，颗粒倾向于在相应的流体等密度线周围形成薄层。所产生的层的厚度由浮力（将粒子吸引到等密度线上）和惯性（阻止它们精确地跟随它）之间的平衡决定。通过大量的数值模拟，我们探索了系统的参数空间，发现在一定的参数范围内，粒子在层内形成分形簇。
2017-12-07 physics.flu-dyn
Self-similar Subgrid-scale Models for Inertial Range Turbulence and Accurate Measurements of Intermittency
研究了一类基于自相似和可逆闭包的谱亚网格模式，其目的是减小亚网格尺度对充分发展湍流惯性范围的影响。以这种方式，我们提高了规模的扩展，其中异常指数测量的数量级大致为一个数量级，相比直接数值模拟或其他流行的次网格关闭在相同的分辨率。我们发现了第一个迹象表明，高阶矩的不稳定性是没有捕捉到的许多流行的唯象模型发展至今。
2019-07-18 physics.flu-dyn
Elastic turbulence hides in the small scales of inertial polymeric turbulence
本文通过直接数值模拟发现，在高雷诺数和 Deborah 数下，聚合物湍流在 Kolmogorov 尺度以下存在与惯性湍流共存的弹性湍流，并揭示了其普遍性。
2025-07-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Spontaneous generation of inertial waves from boundary turbulence in a librating sphere
在这项工作中，我们报告的激励惯性波在一个librating球，即使是振动频率，这些波不直接被迫。这种自发产生来自赤道附近Ekman边界层中的离心不稳定性引起的局部湍流，并且不依赖于天平动频率。我们的特点，这些惯性波的关键特征与以前的研究中产生的内部波在分层流从本地化的湍流模式类比。特别地，时间谱表现出优选的激发频率值。这种一阶现象对于存在局部湍流的任何旋转流都是通用的，并且与行星应用完全相关。
2013-09-11 physics.class-ph physics.flu-dyn
Experimental study of the non-linear saturation of the elliptical instability: inertial wave turbulence versus geostrophic turbulence
本文对旋转流体中惯性波参数共振驱动的湍流饱和进行了实验研究。在我们的装置中，一个半米宽的充满水的椭球体被带到固体旋转，然后经历持续的谐波调制其旋转速率。这触发了一对惯性波的指数增长，通过一种称为振动驱动椭圆不稳定性的机制。一旦达到这种不稳定性的饱和，我们观察到一个湍流状态的能量注入到共振惯性波。根据旋转速率调制的幅度，观察到两种不同的饱和状态。在大强迫振幅下，饱和流主要由稳定的地转反气旋组成。当强迫振幅减小时，它的振幅消失，而保持在椭圆不稳定性的阈值以上。在这种二次跃迁之下，饱和流是惯性波的叠加，惯性波处于弱非线性共振相互作用中，这种状态可能渐近地导致惯性波湍流。除了是不稳定旋转流中波主导饱和的第一次实验观察外，本研究也是Le Reun et al，PRL（2017）模型的实验确认，他介绍了这两种湍流状态的可能性。最后讨论了这两个制度之间的过渡及其与地球物理应用的相关性。
2021-01-25 physics.flu-dyn
Forward and backward in time dispersion of fluid and inertial particles in isotropic turbulence
本文从理论和数值两方面研究了各向同性湍流中流体和惯性粒子对的时间向前（FIT）和时间向后（BIT）色散。已知流体粒子在三维湍流中比FIT更快地分离BIT，并且我们发现惯性粒子也是如此。然而，我们发现，在惯性粒子分散的不可逆性是在一般情况下比流体粒子强得多。例如，BIT与FIT均方间隔的比率对于惯性颗粒可以比对于流体颗粒大高达一个数量级。我们还发现，对于惯性粒子和流体粒子的不可逆性变得更强的规模，他们的分离减少。关于不可逆性的物理机制，我们认为，而流体粒子对分散的不可逆性可以理解的方向偏差所产生的能量转移过程中的湍流，惯性粒子的经验产生的不可逆性的额外来源的非本地贡献，其速度动力学，贡献消失在极限${St\to0}$，其中$St$是粒子斯托克斯数。对于每个给定的初始（最终，在时间向后的情况下）分离$\bm{r}^0$，存在分散不可逆性最强的最佳值$St$，因为这样的颗粒最佳地受到两种不可逆性源的影响。我们推导出分析表达式的位，均方分离的惯性粒子和比较的预测…
2015-07-22 physics.flu-dyn
Excitation of inertial modes in a closed grid turbulence experiment under rotation
我们报告了一个实验研究的衰减网格产生的湍流在一个封闭的几何提交到一个全球性的旋转。湍流是通过在平行六面体水箱中快速拖曳网格产生的。利用共转粒子图像测速系统在平行于旋转轴的垂直平面内测量了大量独立衰变的速度场。我们首先表明，当一个“简单”的网格被使用，大量的动能（通常为50%）被存储在一个可再生的流动组成的共振惯性模式。通过带通滤波提取的这些惯性模式的空间结构被发现与Maas [Fluid Dyn.第33，373（2003）号决议]。这些模式和湍流之间可能的耦合表明，湍流不能被认为是自由衰减在这种配置。最后，我们证明，这些惯性模式可能会显着减少（下降到15%的总能量），通过添加一组内罐连接到网格。这表明，它是有可能产生一个有效的自由衰减的旋转湍流在一个有限的几何形状。
2010-09-03 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Vertical motions of heavy inertial particles smaller than the smallest scale of the turbulence in strongly stratified turbulence
本文研究了强分层湍流中惯性粒子垂直运动的统计特性。我们使用运动学仿真（KS）和快速失真理论（RDT）研究的平均位置和均方根的位置波动在垂直方向上。我们改变分层的强度和粒子的惯性特征时间。分层建模使用Boussinesq方程和解决RDT的限制。这里使用的近似值的有效性要求有：$\sqrt{{L}/{g}}<{2π}/{\mathcal{N}}<τ\_η$，其中$τ\_η$是柯尔莫哥洛夫时间尺度，$g$是重力加速度，$L$是湍流积分长度尺度，$\mathcal{N}$是布伦特-韦塞拉频率。我们引入了一个漂移弗劳德数$Fr\_{d} = τ\_p g / \mathcal{N} L$。当为$Fr\_{d} < 1$时，惯性粒子位移波动的rms与流体元件相同，即$\langle(ζ\_3 - \langle ζ\_3 \rangle)^2\rangle^{1/2} = 1.22\, u'/\mathcal{N} + \mbox{oscillations}$。然而，当$Fr\_{d} > 1$、$\langle(ζ\_3 - \langle ζ\_3 \rangle)^2\rangle^{1/2} = 267 \, u' τ\_p$ .也就是说，波动的水平是由粒子的惯性$τ\_p$而不是由浮力频率$\mathcal{N}$控制的。换句话说，惯性粒子似乎有可能保留垂直上限，同时失去对Brunt…
2017-08-25 physics.flu-dyn
Inertial Range Scaling in Rotations of Long Rods in Turbulence
我们测量了长度为$2.8 < l/η<72.9 $的中性浮力棒在湍流中的转动统计。对于在惯性范围内的长度的粒子，我们推导出的均方旋转速率，$< \dot{p}_i \dot{p}_i > \propto l^{-4/3}$的标度关系，并表明测量方法，这种缩放。从建议的缩放的偏差被解释为耗散范围尺度的效果。棒旋转速率的拉格朗日自相关的相关时间与棒的大小的涡流的翻转时间成比例。测量单根长杆的旋转动力学特性为研究不同长度尺度下流动的空间结构提供了一种新的途径。
2013-04-19 physics.flu-dyn
Near-wall turbulence modulation by small inertial particles
我们使用界面分辨模拟研究近壁湍流调制的小惯性粒子，密度比流体，在稀/半稀条件下。我们考虑了三种散装固体质量分数，$Ψ=0.34\%$，$3.37\%$和$33.7\%$，只有后两个显示湍流调制。在$Ψ=3.37\%$处阻力增加很大，但在脱附情况下阻力增加很小。实际上，出现了两种不同的湍流调制机制：对于较小的质量分数，湍流统计的影响很弱，近壁颗粒的积累增加了阻力，因此在略高的雷诺数下，流动表现为单相流动。相反，在较高的质量分数，颗粒调制整个流的湍流动力学，和相间耦合变得更加复杂。在这种情况下，流体雷诺应力衰减，但惯性粒子动力学通过相关的速度波动增加阻力，导致整体阻力增加。因此，我们的结论是，虽然在高质量分数的颗粒减少流体湍流阻力，固相惯性动力学可能仍然会增加总阻力。然而，在体积分数为零但质量分数为有限的双向耦合极限中对流向动量预算的检查表明，在更高的颗粒负荷下，这种趋势可能会逆转。
2021-07-16 physics.flu-dyn
Inertial range scaling of inhomogeneous turbulence
针对非均匀性对湍流动能谱$k^{-5/3}$惯性区标度的影响，提出弱统计非均匀时能谱含平衡谱与$k^{-7/3}$标度的扰动项，并通过三维Kolmogorov流直接数值模拟评估该预测。
2023-07-26 physics.flu-dyn
Elasto-inertial turbulence
湍流在自然界中是普遍存在的，但即使是像水这样的普通牛顿流体，我们对这种现象的理解也是有限的。然而，许多具有实际重要性的液体更复杂（例如血液、聚合物熔体或油漆），它们表现出弹性和粘性特性，并且应力和应变之间的关系是非线性的。在这里，我们证明了这样的复杂流体的模型系统，在高剪切速率湍流不是简单地修改以前认为，但它被抑制和取代的一种新类型的无序运动，弹性惯性湍流（EIT）。研究发现，EIT发生在比牛顿湍流低得多的雷诺数下，并且动力学性质显着不同。特别是阻力大大减少，所观察到的摩擦缩放解决了非牛顿流体力学中关于所谓的最大减阻渐近线的性质的一个长期存在的难题。理论上的考虑意味着EIT将出现在复杂的流体，如果拉伸粘度足够大。
2012-12-27 physics.flu-dyn
Self-similar signature of the active solar corona within the inertial range of solar wind turbulence
我们量化的尺度的磁能密度的惯性范围内的太阳风湍流看到原位在1 AU相对于太阳活动。在太阳活动最大时，当日冕磁场是动态的和拓扑复杂的，我们发现自相似标度的太阳风，而在太阳活动最小时，当日冕场更有序，我们发现多重分形。这量化的太阳风签名，是直接的日冕起源，并区分它从本地MHD湍流，与定量的影响，我们的理解日冕加热的太阳风。
2007-05-25 physics.flu-dyn physics.space-ph
Shock trapping and inertial escape: Dust-particle clustering in compressible turbulence
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（理论科学国际中心，塔塔基础研究所）
研究压缩湍流中尘粒在激波捕获与惯性逃逸之间的转变机制及其对尘粒聚团的影响
2025-12-08 astro-ph.EP astro-ph.GA nlin.CD
Nondiffusive transport of inertial heavy impurities in drift-wave turbulence
Aix-Marseille Université（艾克斯-马赛大学）
研究发现惯性重杂质在漂移波湍流中呈现非扩散输运行为，揭示了湍流驱动核心杂质积累的新机制。
2025-12-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Friction dynamics of elasto-inertial turbulence in Taylor-Couette flow of viscoelastic fluids
在Taylor-Couette几何中研究了弹性惯性湍流的动力学特性。EIT是在不可忽略的惯性和粘弹性的基础上发展的混沌流动状态。直接流动可视化和扭矩测量的组合允许验证与纯惯性不稳定性（和惯性湍流）相比EIT的早期发生。本文首次讨论了具有惯性和弹性的伪Nusselt数的标度。摩擦系数，时间频谱和空间功率密度谱的变化突出了EIT在过渡到其完全发展的混沌状态之前经历了中间行为，该混沌状态需要高惯性和弹性。在此过渡期间，二次流对整体摩擦动力学的贡献是有限的。这对于在低阻力和低但有限的雷诺数下实现有效混合的目标是非常有意义的。
2023-01-05 physics.flu-dyn
Experimental observation of the origin and structure of elasto-inertial turbulence
如果速度和惯性力足够大，剪切流中一般会产生紊流.与此形成鲜明对比的是，粘弹性流体即使在惯性消失的情况下也能表现出无序运动。在这些情况之间的中间，一种新的混沌运动状态，“弹性惯性湍流”（EIT），已被观察到在一个狭窄的雷诺数区间。我们在这里确定的起源EIT在实验中，并表明，特征EIT结构可以检测到在一个意想不到的宽范围的参数。接近发病的人字形条纹图案出现在线性理论非常一致。然而，不稳定性可以追溯到远低于理论允许的雷诺数。由于惯性的增加，二次失稳引起由倾斜的近壁条纹和剪切层组成的壁模。这种模式持续到所谓的"最大减阻极限"，并且发现总体EIT在雷诺数超过三个数量级的粘弹性流动中占主导地位。
2021-02-26 physics.flu-dyn
Re-picturing viscoelastic drag-reducing turbulence by introducing dynamics of elasto-inertial turbulence
近年来，粘弹性减阻湍流（DRT）的本质，特别是最大减阻（MDR）状态，成为人们争论的焦点。它一直被认为是聚合物调制的惯性湍流（IT），但最近提出的概念的弹性惯性湍流（EIT）的挑战。本文通过对平行平板通道中从DR开始到EIT的一系列流型的统计和预算分析，引入EIT动力学，重新描绘了平行平板通道中的DRT。在此基础上，提出了一种新的DRT能量自维持过程（SSP）。数值结果表明，在低雷诺数（Re）下，随着弹性系数的增加，EIT相关SSP形成前，流动进入层流状态;而在中等雷诺数下，EIT相关SSP可以参与并从再层化中幸存下来。这在某种程度上解释了为什么在小Re下观察到再层化，而在中等Re下流动直接进入MDR和EIT。此外，提出的能量图像，可以很好地解释新发现的现象，流向的速度脉动滞后于壁法线方向。重新描绘的SSP当然证明，随着弹性的增加，IT性质逐渐被DRT中的EIT性质所取代。
2021-08-10 physics.flu-dyn
Shortcut to geostrophy in wave-driven rotating turbulence: the quartetic instability
我们报告的实验室实验波驱动旋转湍流。一组造波机产生的惯性波束在安装在旋转平台上的水箱的中心区域非线性地相互作用。因此，强迫只将能量注入惯性波。对于中等的强迫振幅，强迫惯性波的能量的一部分被转移到亚谐波，通过标准的三重共振不稳定性。这第一步大体上符合弱湍流理论。然而，令人惊讶的是，较强的强迫并不导致惯性波湍流制度。相反，大部分的动能凝聚成垂直不变的地转流，即使后者是非强迫的。我们表明，共振四重惯性波可以触发不稳定性-“四重不稳定性”-导致这种自发出现的地转。在本实验中，这种不稳定性作为经典三元不稳定性的次级不稳定性而出现。
2020-03-02 physics.flu-dyn
Self-similar geometries within the inertial subrange of scales in boundary layer turbulence
湍流尺度的惯性子区通常由集合统计中的幂律特征反映，例如能谱和结构函数-无论是在理论上还是从观测中。尽管在湍流中的分形几何的主题有希望的发现，有没有被接受的图像的物理流的功能对应于这个统计签名的惯性子范围。本研究使用边界层湍流测量来评估速度等值面的自相似几何特性，并调查它们对速度信号统计的影响。流向速度等值面的分形维数，表示沿每个等值面的“皱纹”的大小的统计自相似性，被证明是恒定的尺度的惯性子范围内。对于惯性子范围和生产范围之间的过渡，据推断，最大的皱纹变得越来越局限于大规模的相干速度区域，如均匀动量区的整体尺寸。等值面的自相似性在随后的一维统计中产生幂律趋势。例如，结构函数的理论2/3幂律指数可以通过考虑大量等值面水平集的集体行为来恢复。结果表明，惯性子区涡的物理存在表现在等值面的自相似皱纹。
2022-05-05 physics.flu-dyn
Two-dimensional dynamics of elasto-inertial turbulence and its role in polymer drag reduction
本研究的目标是：（i）证明弹性惯性湍流（EIT）中的弹性惯性不稳定性的二维性质，（ii）确定三维EIT流中的二维不稳定性的作用，（iii）建立小弹性尺度在自持EIT机制中的作用。在二维和三维通道中进行FENE-P流体流动的直接数值模拟。雷诺数设置为$\mathrm{Re}_τ= 85$，对于2D流动，该数值为亚临界，但对于3D流动，该数值超过过渡。聚合物的性质对应于那些典型的稀聚合物溶液和两个中等的Weissenberg数，$\mathrm{Wi}_τ= 40, 100$，被认为是。模拟结果表明，在二维亚临界流动中可以观察到持续的湍流，证实了二维弹性惯性不稳定性的存在。在牛顿和弹性惯性湍流结构共存的3D模拟中也观察到相同类型的不稳定性。取决于Wi数，一种类型的结构可以主导并驱动流动。对于大的Wi值，弹性惯性不稳定性往往占上风的牛顿湍流。这一说法得到以下事实的支持：（i）不存在典型的牛顿近壁涡;（ii）当考虑较大的Wi数时，二维和三维流动之间有很强的相似性。通过在高分子双曲型输运方程中引入全局人工扩散，研究了弹性小尺度的作用。研究结果表明，在系统中引入大的聚合物扩散强烈阻尼的重要部分的弹性尺度，这是必要的饲料湍流，最终导致流动层流。足够高的施密特数是允许自持湍流稳定所必需的。
2017-10-03 physics.flu-dyn
Experimental Study of Energy Transfer by Inertial Waves During the Build up of Turbulence in a Rotating System
本文研究了旋转水筒中流体从静止到湍流的转变。我们表明，能量，注入在一个给定的高度，通过流体体积的惯性波包传输。这些波的传播速度与线性化理论计算的速度一致，即使它们具有很大的振幅。一个明确的“前”的能量功率谱的时间演变被检测到，定义了一个时间尺度的能量传输在系统中的线性波速度。模式之间的非线性能量传递由不同的时间尺度控制，该时间尺度可以比线性时间尺度长得多。这些观察结果表明，在旋转湍流场的能量分布和统计驱动的间歇性能源可能是不同的二维湍流中的逆能量级联所描述的。
2008-11-13 physics.flu-dyn
Mechanisms for the clustering of inertial particles in the inertial range of isotropic turbulence
本文研究了各向同性湍流惯性区中惯性粒子成团的物理机制。我们分析的准确，但不封闭，方程的径向分布函数（RDF）和比较的机制，它描述了集群的耗散和惯性范围。我们证明，在限制${St_r\ll1}$，其中$St_r$是斯托克斯数的基础上的涡流周转时间尺度分离$r$，在惯性范围内的聚类可以理解为由于优先采样的粗粒度的流体速度梯度张量在该尺度。当使用${St_r\gtrsim\mathcal{O}(1)}$时，此机制让位于非本地群集机制。这些发现表明，惯性范围内的聚集机制与我们为耗散机制确定的机制类似（参见\emph{New J. Phys.} \textbf{16}：055013，2014）。此外，我们讨论了我们在惯性范围内识别的聚类机制与Coleman \& Vassilicos开发的“扫杆”机制之间的相似性和差异（Phys. Fluids 21：113301，2009）。我们认为，当${St_r\ll1}$的扫杆机制是相当于我们的机制在惯性范围内，如果粒子悬浮在Navier-Stokes湍流，但扫杆机制打破了${St_r\gtrsim\mathcal{O}(1)}$。该论点还解释了为什么扫杆机制是无法预测的运动学模拟中的粒子聚类。然后，我们考虑Zaichik \& Alipchenkov（Phys. Fluids. 19：113308，2007），并使用它，与我们的分析结果一起，来预测…
2014-11-26 physics.flu-dyn
The effect of turbulence on mass and heat transfer rates of small inertial particles
研究了湍流对小惯性重粒子（HIP）与包埋流体之间传质传热的影响。确定了两个影响。第一种效应是由于流体和颗粒之间的相对速度造成的，并给出了相对速度的模型。第二种效应是由于颗粒的聚集，其中由于致密颗粒簇内消耗的物质的快速耗尽而抑制了传质速率。这最后的效果是相关的大达姆科勒数，它可以完全控制的达姆科勒数大于1的传质速率。一个模型，描述了这种效果应该如何纳入现有的粒子模拟工具。
2017-01-17 physics.flu-dyn
Quantitative experimental observation of weak inertial-wave turbulence
本文报道了旋转湍流弱惯性波湍流区的定量实验观测。我们产生一个统计稳定的均匀湍流，由非线性相互作用的惯性波，使用粗糙的顶部和底部边界，以防止出现的地转流。随着强迫振幅的增加，时间谱从一组离散的峰值演变成一个连续谱。的速度场的双相干的地图确认这样一个逐渐过渡的离散波之间的相互作用在弱强迫振幅，弱湍流理论（WTT）所描述的制度，为更强的强迫。在前一种情况下，双相干图显示出接近零的背景水平，以及与离散共振相关的尖锐的局部峰。相比之下，在后一种情况下，双相干是一个光滑的函数，其取值为Rossby数的量级，符合WTT的无限域和随机相位假设。空间谱则表现出幂律行为，在高雷诺数和低Rossby数下，谱指数和谱级均由WTT准确预测。
2020-10-29 physics.flu-dyn
Anomalous diffusion and Lévy walks distinguish active from inertial turbulence
细菌群显示出有趣的动力学状态，如活跃的湍流。使用流体动力学模型，我们现在表明，这种密集的主动悬浮液表现出超扩散，通过Lévy行走，这伪装成一个交叉从弹道扩散标度的测量均方位移，并与迄今未检测到的振荡条纹的出现在流。因此，在奠定理论框架的一个紧急的有利战略，在微生物的集体行为，我们的研究强调了积极和惯性湍流之间的本质区别。
2021-09-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CD
Restricted Euler dynamics along trajectories of small inertial particles in turbulence
小颗粒在湍流中的命运很大程度上取决于周围流体的速度梯度特性，如旋转和应变率。对于非惯性（流体）粒子，限制欧拉模型提供了一个简单的，低维的动力系统表示的拉格朗日演化的速度梯度在流体湍流，至少在短时间内。在这里，我们推导出一个新的限制欧拉动力系统的速度梯度演化的惯性粒子，如固体颗粒在气体或液滴和气泡在湍流液体流动。该模型是在小（亚柯尔莫哥洛夫尺度）粒子和低斯托克斯数的限制。该系统表现出有趣的不动点，稳定性和不变性质。与直接数值模拟的数据比较表明，该模型预测的趋势，如增加应变沿重粒子轨迹旋转的趋势，并为轻粒子，如气泡，减少自拉伸的应变率的趋势。
2016-08-08 physics.flu-dyn
Scaling laws for partially developed turbulence
我们制定多重分形模型的速度差和梯度，描述了整个范围内的长度尺度在湍流，即：层流，耗散，惯性和搅拌范围。该模型是对现有惯性场湍流模型的补充。在局部范围内的长度尺度的湍流只是部分开发，我们提出了多重分形标度律的标度指数修改从他们的惯性范围值。在局部区域，即使在充分发展的湍流中，由于较大湍流结构的影响（或其不存在），湍流也不是各向同性的，也不是尺度不变的。因此，未充分发展的湍流是惯性范围研究无法解决的重要问题。在部分发展的湍流范围内，流动远非普遍的，因此标准的惯性范围湍流比例模型变得不适用。本文提出的模型可作为替代模型，并讨论了耗散范围内$τ_p$和$ζ_p$模型参数的拟合细节。对于较大的$p$，$ζ_p$的某些行为无法解释。通过与高分辨率模拟数据的对比，验证了理论的正确性。
2020-04-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Quantifying turbulence induced segregation of inertial particles
由于轻重粒子对湍流脉动的响应不同，导致密度与平流湍流团不同的粒子。本研究的重点是定量表征的分离的稀释多分散惯性颗粒在湍流中的演变，从直接数值模拟的纳维-斯托克斯方程。我们引入了一个不同的惯性和/或大小的颗粒之间的偏析的指标，从其中的长度尺度r_{seg}量化的两种不同类型的颗粒的偏析程度推导出来。
2008-08-28 nlin.CD physics.flu-dyn
Dynamical regimes and clustering of small neutrally buoyant inertial particles in stably stratified turbulence
稳定分层流中的惯性粒子在海洋物理学中起着重要作用，从海洋中营养物的动力学到大气中污染物的扩散。我们认为Maxey-Riley方程的小中性浮力惯性粒子在Boussinesq近似，并讨论其有效性的限制。我们发现，粒子的行为作为强制阻尼振荡器，不同的制度取决于粒子的斯托克斯数和流体的Brunt-Väisälä频率。使用直接的数值模拟，我们研究的颗粒动力学，我们表明，在这些流动中的小中性浮力颗粒往往集群在低的局部涡度区域。这些粒子虽然很小，但其行为与示踪剂有着根本的不同。
2022-12-07 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Inertial Particles in Superfluid Turbulence: Coflow and Counterflow
本文采用伪谱直接数值模拟方法（DNSs）求解三维超流氦的Hall-Vinen-Bekharevich-Khalatnikov（HVBK）模型。然后，我们探讨的统计特性的惯性粒子，在同向流和逆流超流湍流（ST）的三维HVBK系统的粒子运动是由广义的Maxey-Riley-Gatignol方程。我们首先通过显示存在大的涡柱来表征逆流ST的各向异性。轻的粒子在被吸引到这些圆柱上时表现出受限的运动，并形成大的团簇;相比之下，重的粒子则从这些旋涡区域中被驱逐。我们在三维HVBK ST中对这种惯性粒子的统计进行了分析：（1）对于我们模型中的不同参数值，粒子位置之间的平均角$Θ(τ)$（由时滞$τ$分隔）在（a）耗散和（b）惯性范围中表现出两个不同的标度区域;特别是，在大$τ$时，$Θ(τ)$的值取决于${\bf U}_{ns}$的大小。(2)三维HVBK湍流的不可逆性是通过计算惯性粒子能量增量的统计来量化的。(3)能量增量的概率分布函数（PDF）与最近超流湍流不可逆性的实验研究直接相关;我们发现，与这些实验一致，对于逆流ST，此PDF的偏斜度不如同向流ST或经典流体湍流的相应值明显。
2023-01-07 nlin.CD physics.flu-dyn
A unified view of elastic and elasto-inertial turbulence in channel flows at low and moderate Reynolds numbers
本文通过跨越四个数量级雷诺数的全分辨三维数值模拟，揭示平行流中弹性湍流与弹惯性湍流在低惯性条件下具有相似动力学特性，从而提出统一视角。
2024-12-09 physics.flu-dyn
Turbulence modulations and drag reduction by inertialess spheroids in turbulent channel flow
以往对非球形颗粒与流体相互作用的研究大多局限于细长纤维状颗粒，这些颗粒被观察到诱导湍流减阻。然而，微小的盘状颗粒的存在下，如何壁湍流调制和是否发生阻力减小仍然是未知的。基于这些问题，本文采用欧拉-拉格朗日方法对槽道湍流中的无惯性椭球体进行了双向耦合直接数值模拟。该附加应力解释了来自流体相上的无惯性球体的反馈。结果表明，刚性细长纤维（长球体）和薄盘（扁球体）可以导致显着的湍流调制和阻力降低。然而，盘诱导的阻力减少是不太明显的刚性纤维具有相同的体积分数。在流动统计和湍流拟序结构两个方面观察到添加剂减阻流动的典型特征。此外，与单向模拟相比，双向耦合的结果表现出更强的优先排列和更低的旋转速率。最后提出了无惯性球体的减阻机理，并解释了纤维和圆盘减阻性能的差异。我们发现，球形颗粒削弱了准流向涡通过负功，因此，雷诺切应力降低。然而，由颗粒产生的平均剪切应力，这是形状相关的，部分补偿雷诺剪切应力的减少，从而影响减阻效率。本研究表明，微小的盘状颗粒可以作为壁湍流减阻剂的替代。
2021-02-07 physics.flu-dyn
Scale locality and the inertial range in compressible turbulence
我们使用粗粒化的方法来证明，在可压缩湍流的动能的尺度间传递是由本地相互作用。在这里，局部性意味着不同尺度之间的相互作用衰减的速度至少与尺度差异比的幂律函数一样快。特别是，我们的研究结果排除了动能从大尺度直接转移到耗散尺度，如进入冲击，在高雷诺数湍流的限制，是普遍认为。在任何马赫数下，对于任何状态方程，且不要求均匀性或各向同性，这些结果具有广泛的普遍性。我们在证明中对速度、压力和密度结构函数的标度所作的假设是很弱的，并且得到了令人信服的经验支持。在一个更强的假设压力膨胀共谱，我们表明，\emph{mean}动能和内能预算统计解耦超出过渡“转换”范围。我们的分析表明，存在一个随之而来的惯性尺度范围内，平均SGS动能通量成为常数，独立的规模。在这个惯性范围内，平均动能局部地以保守的方式级联，尽管不是不变量。
2010-12-30 physics.flu-dyn
