Fluid flows in a librating cylinder
本文研究了圆柱体中由转速的时谐振荡（纵向振动）驱动的流动。使用理论方法和轴对称数值模拟，我们研究了两个不同的现象出现在这个振动流。首先，我们调查的振荡边界附近的离心不稳定性的发生，导致所谓的泰勒-Görtler涡。一个粘性稳定性判据的推导和数值计算结果得到的各种振动频率和埃克曼数。强非线性政权远远高于不稳定阈值也被记录。我们表明，一种新的机制，自发产生的惯性波的散装可能存在时，侧壁边界层成为湍流。然后，我们分析了不稳定阈值以下的振动流，并表征了由边界层流与其自身的非线性相互作用引起的平均纬向流修正。在不激发惯性模态的频率范围内，我们证明了体块中的平均流修正是均匀旋转的，与Ekman数和圆柱长宽比无关，与Wang [J. Fluid.机械，41，pp. 581 - 592，1970]。当惯性模态被共振激发时，平均流修正被发现具有更复杂的结构。它的振幅仍然是天平动振幅的平方，但现在取决于埃克曼数。
2012-02-20 physics.flu-dyn
Clustering and chaotic motion of heavy inertial particles in an isolated non-axisymmetric vortex
本研究针对孤立非轴对称涡中重惯性粒子的动力学，以Kirchhoff涡和Kida涡为对象，发现非轴对称性引发粒子聚集，且粒子惯性超过临界值时可抑制外部应变导致的混沌输运。
2024-09-18 physics.flu-dyn
Orientational dynamics of weakly inertial axisymmetric particles in steady viscous flows
研究了定常流中弱惯性轴对称粒子的定向动力学。我们推导出一个渐近运动方程的单位轴向矢量沿粒子的对称轴，适用于小斯托克斯数St，并为任何轴对称粒子在任何稳定的线性粘性流。这种减少动力学分析在两种方式，都属于一个简单的剪切流的情况下。在这种情况下，惯性引起进动和章动之间的耦合。这种耦合影响了粒子的动力学，打破了杰弗瑞轨道的简并性，并产生了两个极限周期轨道。我们计算的领先顺序Floquet指数的限制周期轨道，并分析表明，扁长物体往往翻滚的轨道，而扁圆形物体往往日志滚动轨道，与以前的分析和数值结果一致。其次，我们分析了旋转噪声时的极限轨道的作用。我们制定的福克-普朗克方程描述的轴对称粒子的取向分布，适用于小St和一般Peclet数Pe。通过球谐函数展开得到的Fokker-Planck方程的数值解表明，当Pe St << 1时，定态取向分布接近于无惯性的情况，而当Pe >> 1/St >> 1时，它们由惯性效应决定，尽管很小。
2013-07-10 physics.flu-dyn
Inertial wave and zonal flow in librating spherical shells
本文数值研究了球壳在纵向振动（一种旋转速率的振荡变化）驱动下的惯性波和纬向流。内部剪切层是由于Ekman边界层在临界纬度处的破裂而产生的。我们的数值结果验证了以前的研究预测的内剪切层的标度律。平均纬向流由边界层中的非线性相互作用驱动。内部流体中惯性波的非线性相互作用对纬向流没有明显的贡献。由于临界纬度处边界层的非线性和内部剪切层的反射点，产生了多个地转剪切层。我们还研究了地转剪切层的标度律，并将结果外推到行星环境中。
2014-03-07 physics.flu-dyn
The inertial wave activity during spin-down in a rapidly rotating penny shaped cylinder. Part I The quasi-geostrophic trigger
在先前的论文中，Oruba，Soward和Dormy（J.Fluid Mech.，vol.818，2017，pp.205-240）考虑了粘度为$ν$的恒定密度流体的主要准稳态地转（QG）运动，该运动在半径为$L$和高度为$H$的圆柱形容器中的线性自旋下降期间发生，围绕其对称轴快速旋转（角速度$Ω$），受到$L=H$情况下的混合刚性和无应力边界条件的影响。在这里，直接数值模拟（DNS）在大$L= 10 H$和埃克曼数$E=ν/H^2Ω=10^{-3}$揭示了结构化的惯性波活动的自旋下降的时间尺度。基于$E\ll 1$的分析研究建立在Greenspan和Howard（J.Fluid Mech.，vol.17，1963，pp.385-404）用于无限平面层$L\to\infty$。在距离对称轴大但有限的距离$r^†$处，导致QG自旋下降的回旋（QG-）流被侧向边界$r^†=L$阻挡，这为惯性波提供了QG触发。在无界层的真实情况是复杂的，进一步的最大频率（MF）的惯性波（瞬态埃克曼层的表现形式）的格林斯潘和霍华德确定的第二组的存在。它们在$r^†=L$的阻塞为我们在后续（第二部分）中考虑的更多惯性波提供了次级MF触发器。在这里，QG触发器，我们解决了一个线性初值问题的拉普拉斯变换方法。随后的复杂的惯性波结构解释近似我们的圆柱形几何在大半径的矩形笛卡尔几何，有效的$L-r^\star=O(H…
2019-05-01 physics.flu-dyn
Vortex cluster arising from an axisymmetric inertial wave attractor
本文对轴对称几何条件下惯性波吸引子的饱和非线性动力学进行了实验研究。实验是在一个旋转的环形流体域中进行的，该流体域由两个垂直的同轴圆柱体、一个圆锥形底部和一个作为波发生器的水平可变形上盖限定：流体体积的椭圆形横截面是一个椭圆形，而水平横截面是一个环。首先，将流体设置为刚体旋转。此后，迫使引入系统通过轴对称低振幅体积守恒振荡运动的上盖。经过大约10个强迫周期的短暂瞬变后，建立了一个具有轴对称惯性波吸引子的准线性区域。吸引子是容易不稳定的：在长时间尺度（100强迫周期的顺序）的饱和完全非线性制度的发展作为一个能量级联排水能量向一个缓慢的二维歧管表示的正多边形系统的轴向取向的气旋涡是缓慢的进动周围的内缸的结果。我们发现，这个缓慢的二维流形表现出持续的缓慢的反气旋运动和强的气旋-反气旋的不对称性量化的概率密度函数的垂直涡度的时间演化。
2020-09-15 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Explorations into the inertial and integral scales of homogeneous axisymmetric turbulence
描述了一种流发生器，其中均匀的轴对称湍流空气流具有不同的和完全可控的各向异性程度，包括研究的各向同性的情况下，由32声混合器集中在系统的中心产生的组合搅拌。轴对称湍流的惯性尺度的大小的中心体积中示出具有可忽略的平均值和剪切。泰勒雷诺数约为480。从速度结构函数、速度关联函数和积分长度三个方面考察了大尺度各向异性对湍流的影响。研究了两种不同的二阶横向结构函数的方向依赖性，其中一种函数的分离沿湍流的对称轴线伸展，另一种函数的分离垂直于湍流的对称轴线。它示出的惯性范围标度指数，确定使用扩展自相似过程，和Kolmogorov常数的两个结构函数是不受影响的结构函数测量的方向。最后发现，除各向同性情况外，二阶横向速度关联函数随各向异性的增加在大尺度上相互偏离。一个自相似性的论点，发现在研究中的关键现象。结果表明，该参数导致大尺度速度波动和相关长度之间的幂律关系，与依赖于湍流的惯性范围标度指数的指数。验证了自相似性假设所预测的数据崩溃。结果表明，幂律指数的值与惯性距离标度指数的值是一致的。
2012-01-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Inertial waves in a rotating spherical shell: attractors and asymptotic spectrum
研究了粘性趋于零时球壳中惯性模态的渐近性质。我们首先考虑由无粘解所满足的双曲型方程（庞加莱方程）的特征所作的映射。特征是在壳的椭圆形部分中的直线，并且映射显示，一般地，这些线朝向充当吸引子的周期性轨道收敛。然后，我们研究这个特征路径和本征解的无粘问题之间的关系，并表明，在一个纯粹的二维问题，收敛到一个吸引子意味着相关的速度场不是平方可积的。我们给出的参数，推广这一结果到三维。然后，我们考虑粘性的问题，并显示如何粘度转换成内部剪切层，在一般情况下背叛的吸引子预期的模式的本征频率的奇点。我们发现，有嵌套层，最薄和最内层缩放与$E^{1/3}$规模，$E$是埃克曼数。利用惯性波包围绕吸引子传播，我们给出了剪切层厚度的下限，并说明了如何计算本征频率的原则。最后，我们表明，随着粘度降低，本征频率倾向于一组值，这是不密集的$[0,2Ω]$，相反的情况下，全球（$Ω$是系统的角速度）。因此，我们的几何方法打开的可能性，描述的本征模和本征值的天体物理/地球物理埃克曼数（$10^{-10}-10^{-20}$），这是遥不可及的数字，这是一个广泛的类容器。
2000-07-05 astro-ph cond-mat nlin.PS
A study of turbulence and interacting inertial modes in a differentially-rotating spherical shell experiment
本文研究了半径比为$η= 1/3$的差动旋转球壳（球库埃特流）实验中的惯性模。惯性模式是科里奥利恢复的线性波模式，通常出现在快速旋转的流体中。最近的实验工作表明，对于$Ω_{i}<Ω_{o}$，球库埃特流中存在惯性模，其中$Ω_i$和$Ω_o$分别是内外球的旋转速率。通过在两个固定的$Ω_{o}$上扫描来自$-2.5 < Ro = (Ω_{i}-Ω_{o})/Ω_{o} < 0$的Rossby数，我们发现了相似惯性模的存在.然而，这里描述的流动行为与以前的球形库埃特实验有很大不同。我们发现，占主导地位的惯性模式的动能显着增加，降低Rossby数，最终导致一个破波和增加的小尺度结构在临界Rossby数。在球形库埃特流中的这种转变以前没有描述过。临界Rossby数与Ekman数的比例为0 $E^{1/5}$。此外，增加小规模的功能以外的过渡转移到一个大规模增强的平均流动的切线圆柱体的能量。在这方面，我们讨论了主导惯性模式与地转Rossby模式激发次级模式，其频率匹配的三元共振条件之间的相互作用。
2017-07-05 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
The generalised buoyancy/inertial forces and available energy of axisymmetric compressible stratified vortex motions
已知梯度风平衡中对稳定参考涡的绝热和无粘轴对称扰动会经历两种回复力：一种与扰动密度和参考压力梯度成比例，另一种是纯径向的，与角动量扰动的平方成比例。我们证明了克服这些力将流体块从其平衡位置移动到实际位置所需的功是路径无关的，并且形式上等价于Andrews（2006）和Codoban and Shepherd（2006）先前构建的动量约束的可用能量。物理上，这个功代表了涡旋不平衡部分的能量，因此是涡旋能量的一种形式。它可分为有效声能、倾斜有效势能和离心势能。我们表明，这些能量是正定的条件对应于对称稳定的经典条件，有效的小和有限振幅扰动。新的可用的能量框架具有各种有利的功能，比以前的方法，揭示了新的光的热力学和机械的汇/源的能量控制的加强的平衡和不平衡的部分的温暖的核心气旋性涡旋。这些特征在未来将被证明是有用的，可以在一个统一的理论框架内重新检查和澄清现有的不同热带气旋（TC）增强模式之间的联系。
2020-08-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of an inertial wave attractor in linear and nonlinear regimes
在均匀旋转的流体中，惯性波沿着与旋转轴倾斜一定角度的射线传播，该角度取决于波的频率。在封闭区域中，来自边界的多次反射可能导致惯性波集中在称为波吸引子的特定结构上。这种结构以前已经从理论的角度，在实验室实验中，在线性数值计算和一些最近的数值模拟研究。本文对惯性波吸引子进行了二维直接数值模拟。在线性区域中，我们首先恢复Ogilvie（2005）的线性计算和渐近理论的结果，Ogilvie（2005）考虑了一个典型的问题，该问题涉及线性内波聚焦成以稳定状态下的波吸引子为中心的窄光束。梁的速度分布及其与Ekman数的比例关系，以及耗散率的渐近值，被发现是符合线性理论。我们还发现，作为梁建立周围的波吸引子，所施加的力输入的功率达到其极限值更迅速地比耗散率，饱和时，只有梁已达到其最终厚度。在非线性区域，光束受到强烈的影响，变得不稳定的亚谐波不稳定性。这种不稳定性将能量转移到具有较短波长和较低频率的次级波。一个狭窄的惯性波束的不稳定性的发病调查通过一个单独的线性分析和结果，如发病的不稳定性，被发现是一致的波吸引子的全球模拟。在最近的实验室内重力波的实验中，也看到了这种二次波的激发理论上描述的这项工作。
2014-02-12 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Viscous dissipation by tidally forced inertial modes in a rotating spherical shell
本文研究了球壳内旋转流体的受迫惯性模的性质。我们的强迫是类似潮汐的，但它的主要性质是在大尺度上。我们的解首先证实了Ogilvie（2005）在二维模型上得到的一些分析结果。我们还注意到，随着强迫频率的变化，如果Ekman数E较低（通常情况下），耗散会发生剧烈变化。然后，我们研究三维的情况下，并比较上述模型的结果。这些解决方案显示，像他们的二维对应，尖峰耗散曲线时，强迫的频率是变化的，他们也显示小频率间隔的粘性耗散是独立的粘度。然而，我们表明，在这些频率间隔的流体的响应是至关重要的主导剪切层，在临界纬度上的内球发射。当吸引子被剪切层激发时，就达到了渐近状态。二维模型不共享此属性。最后，共振的三维模型对应于一些选定的最小阻尼本征模式。与它们的二维对应部分不同，这些模式不与简单的吸引子相关联;相反，它们以具有弱收缩特征网的频率间隔出现。此外，我们还证明了当内核的相对半径小于临界值0.4E^{1/5}时，内核是可以忽略的。对于这些球壳，全球解给出了流动的一个很好的近似。
2009-09-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Completeness of Inertial Modes of an Incompressible Non-Viscous Fluid in a Corotating Ellipsoid
惯性模态是被科里奥利力恢复的旋转流体的本征模态。当流体是不可压缩的，无粘的，并包含在一个刚性容器中，这些模式满足庞加莱方程，具有双曲线的边界条件的特点。因此，惯性模态是不适定边值问题的解。在本文中，我们调查这个问题的数学方面。我们首先表明，庞加莱问题可以制定在平方可积函数的希尔伯特空间，没有假设的连续性或可微的速度场。我们观察到，用这个公式，庞加莱算子是有界的和自伴的，因此，它的谱是点谱（特征值集）和连续谱的并集。当流体体积是一个椭球体，我们表明，惯性模式形成一个完整的基地多项式速度场的平方可积速度场定义在椭球体和满足边界条件。如果椭球是轴对称的，那么底面可以用庞加莱模态的集合来识别，庞加莱模态首先由布赖恩（1889）得到，最后用地转模态来补充。
2017-05-29 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
On the excitation of inertial modes in an experimental spherical Couette flow
球形库埃特流（同心旋转球之间的流动）是实验室磁力发电机所考虑的流动之一。最近的实验表明，这种流动可以激发科里奥利恢复惯性模式。本工作的目的是更好地了解所观察到的模式的属性和它们的激发的性质。使用数值解描述强迫惯性模式的均匀旋转的流体内的球壳，我们首先确定所观察到的振荡的库埃特流与非轴对称，逆行，赤道反对称惯性模式，确认第一次尝试使用一个完整的球模型。虽然该模型没有差分旋转，识别是可能的，因为在一个球形库埃特流的流体的大部分刚性旋转。从所观察到的序列的激发模式时出现的内球减慢了一步，我们确定了一个临界Rossby数与一个给定的模式，低于它是激发。这个临界数和一个来自数值计算模式的相速度之间的匹配表明，这些模式被激发的不稳定性可能驱动的临界层，开发中的剪切层停留沿切线圆柱体的内球。
2012-08-24 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Inertial modes of a freely rotating ellipsoidal planet and their relation to nutations
本文计算了一个具有椭球无粘流体核和完全刚性地幔的自由旋转双层行星模型的惯性模。本文提出了一种方法，导出了适用于地核和地幔动力学扁率各阶的自由核章动（FCN）和钱德勒摆动（CW）频率的解析公式，我们展示了FCN和CW是如何直接概括纯流体自旋翻转模式（SO）和欧拉摆动（EW）的到地幔可以围绕稳定旋转状态自由振荡的情况。通过对轴对称（扁球）行星的数值计算，证明了稳定旋转流体核的所有其它惯性模态也是自由旋转双层行星的自由模态。
2020-06-05 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Inertial wave super-attractor in a truncated elliptical cone
研究非轴对称三维旋转腔体中截头椭圆锥内的惯性波传播，通过射线追踪、渐近分析和数值模拟，发现破坏轴对称性可使吸引子被困于三维特定平面内，且所有射线均收敛于流体内部的同一极限环。
2024-01-10 physics.flu-dyn
Libration-induced mean flow in a spherical shell
本文研究了球壳内的流动，当振荡频率大于平均旋转速率的两倍时，球壳的旋转速率发生时谐振荡，也称为纵向振动。在这个频率范围内，没有惯性波直接由谐波强迫激发。然而，我们表明，它可以通过非线性相互作用在埃克曼层产生一个强大的平均纬向流的内部。本文用微扰方法在小平动振幅$ε$和小Ekman数$E$的极限下建立了一个解析理论。平均流量被发现是在领先的顺序的方位角流量的天平动振幅的平方，只依赖于圆柱半径坐标的规模。平均流在与内球相切的圆柱上也表现出不连续性。我们表明，这种不连续性可以通过多尺度Stewartson层平滑。在Stewartson层中，平均流也具有弱轴向流，其尺度为$O(ε^2 E^{5/42})$。解析解相比，轴对称数值模拟和良好的协议被证明。
2012-12-06 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Wake of inertial waves of a horizontal cylinder in horizontal translation
本文从理论和实验上分析了直径为$d$的水平圆柱体在绕垂直轴以速率$Ω$旋转的流体中以恒定速度$U$水平平移后的尾流。使用粒子图像测速测量在旋转框架，我们表明，尾流是稳定的雷诺数${\rm Re}=Ud/ν$远大于在非旋转流体的旋转。在探索的参数范围内，稳定性极限为${\rm Re} \simeq (275 \pm 25) / {\rm Ro}$，${\rm Ro}=U/2Ωd$为Rossby数，表明稳定化过程受边界层中的Ekman抽吸控制。在低Rossby数时，尾流的形式为惯性波的静止模式，类似于船后表面重力波的尾流。我们将这种定常尾流模式与最初由[Johnson，J. Fluid Mech.120，359（1982）]提出的模型进行比较，该模型假定自由滑移边界条件和弱流向扰动。我们的测量结果表明与此模型的${\rm Ro}\lesssim 0.3$的定量协议。在较大的Rossby数，尾迹的相位模式是接近的预测为一个无限小的线对象。然而，尾流振幅和相位的起源是不正确的描述弱流向扰动模型，要求在中等转速的边界条件的替代模型。
2018-02-21 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Excitation and resonant enhancement of axisymmetric internal wave modes
到目前为止，轴对称内波场，这与风暴单体产生的大气内波场和海洋表面风暴产生的近惯性波场有关，已经通过实验实现了使用振荡球或环面作为源。在这里，我们使用一种新的波发生器配置能够激发轴对称内部波场的任意径向形式产生轴对称内部波模式。在建立了轴对称模式传播的理论背景后，考虑到横向和垂直限制，并考虑到弱粘性的影响，我们通过实验产生并研究了不同阶次的模式。我们通过仔细测量波的振幅群速度参数的基础上的波发生器的效率的特征。这建立，我们调查的能力，垂直约束诱导共振，确定了一系列的实验共振峰，同意与理论预测。在共振附近，波场经历向非线性行为的转变，该转变在域的中心轴上开始，并继续侵蚀整个域的波场。
2018-10-22 physics.flu-dyn
Nonlinear evolution of unstable solar inertial modes: The case of viscous modes on a differentially rotating sphere
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung（马克斯·普朗克太阳系统研究所）；Institut für Astrophysik und Geophysik, Georg-August-Universität Göttingen（哥廷根大学天体物理与地球物理研究所）；Center for Astrophysics and Space Science, NYUAD Institute, New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校天体物理学与空间科学中心）；Department of Mechanical Engineering, King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学机械工程系）
研究太阳高纬度惯性模在差异旋转球体上的非线性演化，揭示超临界Hopf分支点及饱和振幅与Ekman数的关系，表明雷诺应力对纬向差异旋转的平滑作用。
2026-03-09 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Inertial self-propulsion of spherical microswimmers by rotation-translation coupling
我们研究游泳的小球形颗粒谁调节流体流动在其表面上施加切向蠕动中风。我们推导出平移和旋转速度为任何给定的行程，这是不受轴对称通常假设。该配方包括流体和游泳者的惯性，其动机是惯性与大型团藻菌落的相关性。我们表明，惯性的贡献，平均速度来自动态之间的耦合平移和旋转，这只发生在中风，打破轴对称。值得注意的是，这种效果能够克服扇贝定理的不可能推进的时间可逆冲程。我们研究了轴对称行波的切向冲程和非对称时间可逆扑动的例子。在后一种情况下，我们发现，惯性驱动的平均速度是最佳的扑翼频率和游泳者的大小落在团藻菌落的实际物理值的范围内。我们推测，类似草履虫，大团藻可以使用时间可逆的中风惯性驱动的游泳加上他们的旋转。
2019-02-03 physics.flu-dyn
Quasi-geostrophic model of the instabilities of the Stewartson layer
本文研究了旋转轴对称容器的微分旋转所产生的剪切层的失稳问题。对于小的强迫，这会产生一个剪切层，Stewartson已经研究过，并且沿着旋转轴几乎是不变的。当强迫增加时，不稳定性就会发展。为了研究渐近制度（非常低的埃克曼数$E$），我们开发了一个准地转二维模式，其主要的原始功能是正确处理质量守恒，导致在一个发散的二维流，并有效的任何容器提供的顶部和底部有有限的斜率。我们用它来推导出一个简单的线性理论的缩放和渐近定律，扩展到大斜率（如在一个球体），我们发现不同的缩放定律以前的分析。对于扁平容器，不稳定性开始的临界Rossby数演变为$E^{3/4}$，并且可以理解为Kelvin-Helmoltz剪切不稳定性。对于倾斜容器，不稳定性是具有与$βE^{1/2}$成比例的临界Rossby数的Rossby波，其中$β$与倾斜度有关。我们还研究了正负微分旋转之间的不对称性，并提出了有限的Ekman和Rossby数的修正。我们的模型以数字代码实现，使我们能够在广泛的参数范围内研究发病，确定阈值以及空间结构等其他特征。我们还提出了一些实验结果，验证我们的模型，并显示其局限性。
2004-10-19 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Near-wall forces on a neutrally-buoyant spherical particle in an axisymmetric stagnation-point flow
作用于中性浮力球形颗粒浸没在壁有界的轴对称驻点流（Hiemenz-Homann流）的水动力预测，基于一个合适的形式的互易定理。建立了一个近似代数形式的未扰动速度场，模仿整个边界层的实际携带流的逐渐过渡，从一个纯线性应变流在散装的抛物线流在壁。颗粒雷诺数被假定为小的和预测的基础上的蠕动流假设首先推导。然后，惯性修正计算，假设粒子站在足够接近的墙，后者是在内部区域的干扰。颗粒和周围流体之间的随时间变化的滑移速度的预测得到的微分方程的形式，首先假设颗粒沿流动对称轴移动，然后扩展到在任意径向位置释放的颗粒的分析。在前一种情况下，这些预测与数值模拟提供的结果进行了比较。当应变为基础的雷诺数（建立在颗粒半径和应变率在散装）超过$0.1$，有限惯性效应，由于颗粒与壁的相互作用和颗粒和流体之间的相对加速度被发现大大修改的方式滑移速度随到壁的距离而变化。
2020-11-21 physics.flu-dyn
Detecting deep axisymmetric toroidal magnetic fields in stars. The traditional approximation of rotation for differentially rotating deep spherical shells with a general azimuthal magnetic field
星震学已经揭示了在整个HR图中恒星的小的核心到表面的旋转对比。这是恒星内部角动量（AM）强输运的特征。有效携带AM的一个可能的候选者是具有各种拓扑结构的磁场，这些磁场可能存在于恒星辐射带中。其中，强轴对称方位磁场引起了人们的极大兴趣。事实上，如果他们受到所谓的泰勒不稳定性，伴随触发麦克斯韦应力可以有效地传输AM。此外，由磁场和速度场的波动引起的电动势可能潜在地维持发电机作用，导致初始强轴对称方位磁场的再生。我们要回答的关键问题是：我们能探测到这些深层强方位磁场的特征吗？回答这个问题的唯一方法是星震学，而最好的研究实验室是中等质量和大质量的恒星。它们中的大多数在主序星期间是快速旋转的。因此，我们必须研究在稳定分层、旋转和潜在强磁化辐射区中传播的恒星脉动。我们推广了传统的近似旋转，同时考虑一般轴对称差分旋转和方位角磁场在一个非微扰的方式。利用这种新的形式，我们得到的渐近性质的磁重力惯性（MGI）波和它们的周期间距。我们发现，环形磁场诱导的周期间距的MGI模式的移动。振幅为$10^5\,\rm G$量级的赤道方位角磁场产生的特征可以通过现代空间光度学检测到。更复杂的半球结构更难观察。
2022-05-22 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.ao-ph
Effect of weak fluid inertia upon Jeffery orbits
本文研究定常粘性剪切流中轴对称中性浮力小颗粒的旋转问题。当惯性效应忽略不计时，该问题表现出无穷多个周期解，即“Jeffery轨道”。我们计算如何惯性效应解除其简并微扰求解耦合粒子流方程。我们得到了一个运动方程有效的小剪切雷诺数，任意长径比的球形颗粒。我们分析了\lq对数滚动\rq{}轨道的线性稳定性如何依赖于粒子形状，并发现它对长椭球体是不稳定的。这解决了一个难题的解释直接数值模拟的问题。一般来说，纳维-斯托克斯方程中的非定常项和非线性项都很重要。
2015-04-11 physics.flu-dyn
Zonal flows driven by libration in rotating spherical shells: the case of periodic characteristic paths
研究通过非线性动力学分析，揭示了旋转球壳中由内核摆动诱导的纬向流及特征路径的标度关系。
2026-01-05 physics.flu-dyn
Dynamics of finite-size spheroids in turbulent flow: the roles of flow structures and particle boundary layers
本文利用完全解析的数值模拟方法研究了流体动力学湍流中中性浮力有限大小球体的平移和旋转动力学。我们研究轴对称的形状，从扁长，和粒子的体积依赖性。我们表明，非球形惯性尺度粒子的加速度和旋转所经历的体积过滤的流体力和扭矩的结果，类似于球形粒子。然而，颗粒取向携带与周围的流动结构，这是反映在不同的轴向和横向波动的加速度和旋转速率的优先对齐的签名。即使对于体积当量直径尺寸在惯性范围内的颗粒，也不会发生取向的随机化，此处在$Re_λ=120$下高达60 $η$。此外，我们表明，流体周围的颗粒边界层的作用不能被忽略，以达到定量的理解粒子的统计动力学，因为它们影响的强度的角速度，和相对于旋转旋转翻滚的相对重要性。这项研究带来了在均匀和各向同性湍流的重要性，以及它们对中性浮力体的大小在惯性范围内的运输的影响，惯性尺度的流结构。
2022-02-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
End-pinching and inertial-capillary reopening in viscoplastic ligaments at low Ohnesorge number
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究粘弹性丝线在低Ohnesorge数下的端部捏缩与惯性-毛细重开机制，通过轴对称模拟揭示粘弹性对丝线断裂路径的影响，发现两种不同重开机制。
2026-04-15 physics.flu-dyn
Analysis of a Symmetry leading to an Inertial Range Similarity Theory for Isotropic Turbulence
我们提出了一个理论攻击的经典问题的不稳定性和反常标度的湍流。我们的重点是在一个理想的情况下：高雷诺数各向同性湍流驱动的稳定的大尺度强迫。此外，流体是不可压缩的，并且不存在限制边界。我们从速度场的一组好的基函数开始。这些是真实的，没有分歧的。对于傅立叶空间中的每个波矢量k，存在一对分别具有左手和右手极性的基函数。各向同性使得常数|k|壳上的所有k在统计上相等。因此，该壳中的基函数的系数X+和X-变成两个随机变量，其联合pdf描述尺度L =2*pi/ |k|的统计。此外，（X+）**2+（X-）**2成为能量的随机变量。切换到极坐标，联合pdf以方位角模式展开。我们专注于轴对称模式，它本身是一个PDF和其特征在于它的径向轮廓P（r;L）。壳层模型和DNS数据的观测结果表明：（1）P（r;L）的矩在L中服从幂律;（2）剖面服从仿射对称性P（r;L）=C（L）*f（（lnr-mu（L））/sigma（L））。我们提出一个问题：什么统计数据符合这两种观察？答案令人满意。我们用几个常数解析地求出函数f、μ、σ C。此外，我们还得到了幂律中的标度指数和系数的封闭形式表达式。虚拟原点也作为惯性范围的固有长度尺度L0出现。
2007-02-09 physics.flu-dyn
Internal shear layers generated by a vertically oscillating cylinder in unbounded and bounded rotating fluids
本文研究了旋转流体中垂直振荡圆柱在无界域和圆柱壳几何中激发的内部剪切层，通过渐近匹配导出相似解参数，揭示了无粘强迫下振幅标度随Ekman数减小而发散的特性。
2025-05-18 physics.flu-dyn
Magnetic spherical Couette flow in linear combinations of axial and dipolar fields
本文对内球旋转、外球静止的球壳内的流体流动进行了轴对称数值计算。还施加磁场，其由轴向场和偶极场的特定线性组合组成，所述磁场被选择以在外部球体处或内部球体处或两者之间形成$B_r=0$。这导致了在这些特定位置形成Shercliff剪切层。然后，我们考虑越来越大的惯性效应的影响，并表明，外部Shercliff层最终是不稳定的，内部Shercliff层似乎保持稳定，和中间的Shercliff层几乎完全中断，甚至在发病前的时间依赖性，这最终发生虽然。
2010-08-02 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Absorption and reflection of inertial waves by a geostrophic vortex
Landau Institute for Theoretical Physics, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院朗道理论物理研究所）；National Research University Higher School of Economics（国立高等经济大学）
本研究针对快速旋转流体中惯性波与地转涡旋的相互作用，推导分析了涡旋背景下的柱面波方程，明确了波吸收/反射的角动量条件，修正了临界层附近的短波近似并建立了考虑粘性耗散的模型。
2025-10-01 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Bi-stability in turbulent, rotating spherical Couette flow
在外径为3 m的实验装置上研究了半径比为$η= r_\mathrm{i}/r_\mathrm{o} = 0.35$的同心球间的流动。我们已经测量了保持恒定的边界速度以及局部壁面剪应力、速度和压力所需的扭矩。在低埃克曼数$E = 2.1\times10^{-7}$和中等罗斯比数$0.07 < Ro < 3.4$时，产生的流动是高度湍流的，雷诺数（$Re=Ro/E$）超过一千五百万。当$E$固定时，$Ro$变化时，几种湍流状态是明显的。我们把我们的注意力集中在一个流动的过渡，特别是在$Ro = 1.8$和$Ro = 2.6$，其中的流动表现出的行为。对于在该范围内的$Ro$，流经历在切换范围之外的相邻$Ro$处单独观察到的状态之间的间歇性转换。这两种状态在所有测得的流量中被清楚地区分开，包括通过处于较高$Ro$的状态从内部球体要求的扭矩的显著减小。减少角动量输送似乎是与实验核心附近的快速纬向环流的发展。较低的扭矩状态表现出波，其中之一是类似于一个完整的球体已知的惯性模式，另一个似乎是一个强烈的平流Rossby型波。这些结果代表了一个新的实验室的例子重叠存在不同的流动状态在高雷诺数流动。与纬向流相关的湍流多重稳定性和输运障碍的恢复力是地球物理学和天体物理学背景下的重要课题。
2011-07-25 physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the vertical-shear instability in astrophysical discs
我们探讨的线性稳定性的天体物理光盘表现出垂直剪切，这是出现时，有一个径向变化的温度或熵。这样的磁盘受到“垂直剪切不稳定性”，最近的非线性模拟显示，驱动器的MRI稳定区域的原行星盘的流体动力学活动。我们首先使用Nelson等人（2013）推导的准全局简化模型重新审视局部等温盘。这种分析，然后扩展到全球轴对称扰动的圆柱形域。我们还推导和研究了一个简化的模型，描述光盘与幂律径向熵分布（“局部多变光盘”），这是有点更现实的，因为他们拥有物理（而不是数值）表面。在所有情况下，增长最快的模式具有非常短的波长，并且局限于圆盘表面（如果存在），在那里垂直剪切最大。另一类适度增长的垂直全球体模式被激发，对应于不稳定的经典惯性波（“r-模式”）。我们讨论这两种类型的模式的属性，并强调那些增长最快的发生在最短的可用长度尺度（由数值网格或物理粘性长度确定）。这种不适定性使得对不稳定性的模拟难以解释。最后，我们对非线性饱和和由此产生的角动量输运进行了一些简短的推测。
2015-03-24 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
A theoretical model for oceanic submesoscales under next-order effects of strain and turbulence
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出了一种理论模型，研究次临界尺度环流在中尺度应变和BLT下的一级效应，揭示了锋面生成与分解的机制及参数影响。
2026-01-26 physics.flu-dyn
Linear instability of viscoelastic pipe flow
模态稳定性分析表明，压力驱动的管流的Oldrophil-B流体是线性不稳定的轴对称扰动，在形成鲜明对比的牛顿对应的是线性稳定在所有雷诺数。控制稳定性的无因次组是雷诺数、弹性数和溶剂与溶液粘度之比。不稳定模式在相关参数空间中的整个不稳定区域上具有接近基态最大值的相速度，这意味着不稳定模式属于一类粘弹性中心模式。不同于牛顿转变，这是占主导地位的非线性过程中，线性不稳定性讨论这里可能是非常相关的粘弹性管流湍流的发病。事实上，不稳定性的预测与聚合物溶液管流的几项实验研究一致，从早期湍流的先前报告到最近发现的弹性惯性湍流。在这项研究中确定的不稳定性全面消除了普遍的概念，粘弹性流体的管流是线性稳定的，在Elastolds-Weissenberg平面，标志着一个可能的范式转变，在我们的理解过渡的直线粘弹性剪切流。
2020-03-20 physics.flu-dyn
