The role of advective inertia in active nematic turbulence
活性剂的悬浮液与湍流相互作用表现出复杂的时空动力学，如中尺度湍流。由于微观流动的雷诺数在单个介质的尺度上非常小，惯性效应通常被排除在主动湍流的连续介质理论之外。主动应力是否能够共同激发惯性流目前尚不清楚。为了解决这个问题，我们研究了一个二维连续理论的主动湍流。特别是，我们比较中尺度湍流和没有平流惯性的影响。我们发现，惯性效应可以影响流动已经接近发病的湍流状态，而且，引起大规模的流体运动的强主动驱动。详细分析的动能预算揭示了能量转移到大尺度介导的惯性平流。虽然这种转移与能量注入和耗散相比很小，但其影响会随着时间的推移而积累。在实验中通常存在的摩擦力可以补偿这种影响。研究结果表明，列入惯性和摩擦可能是必要的动态一致的理论，积极的湍流。
2021-07-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Active Turbulence
活性流体表现出具有复杂时空结构的自发流动，已经在细菌悬浮液、精子细胞、细胞骨架悬浮液、自推进胶体和细胞组织中观察到。尽管在没有惯性的情况下发生，但混沌主动流使人联想到惯性湍流，因此它们被称为主动湍流。在这里，我们调查的领域，提供了一个统一的观点，在不同类别的活跃的湍流。为此，我们将我们的评论分为几个部分，分别针对具有极性或极性阶的系统，以及具有或不具有动量守恒（湿/干）的系统。与惯性湍流相比，我们强调了幂律标度的出现，无论是普适指数还是非普适指数。我们还对比的情况下，从稳定到混沌流的过渡，我们讨论的能量级联的情况下。我们把这一特征与主动湍流中固有尺度的存在和能量注入的自组织性质联系起来，这是与惯性湍流的根本区别。最后，我们概述了正在出现的情况，仍然存在的挑战和未来的方向。
2021-04-05 cond-mat.soft nlin.CD nlin.PS
Three-dimensional active turbulence in microswimmer suspensions: simulations and modelling
该研究通过大规模流体动力学模拟揭示微型游泳者悬浮液三维主动湍流的 $k^{-3}$ 能谱与 Lévy 型速度分布，并提出降阶壳式模型解释低 Reynolds 数下速度梯度与细菌取向耦合导致的多尺度机制。
2025-03-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Emergent turbulence and coarsening arrest in active-spinner fluids
本文在二维反向旋转旋转子系统中发现活性驱动从相分离到湍流态的转变，通过主动转子Cahn-Hilliard-Navier-Stokes模型证明涡量与旋转状态标量场成正比，并刻画了能量谱、间歇性及拓扑统计，揭示其生物学意义。
2025-03-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Intermittency and emergence of coherent structures in wave turbulence of a vibrating plate
本文报道了振动平板中波动湍流的数值研究。实现先进的测量技术和长时间的数值模拟的可能性，使该系统非常有价值的波浪湍流研究。弹性板的动力学的纯2D特性使其与典型的地质和天体物理问题（海洋表面或内波、磁化等离子体或强烈旋转和/或分层流）的更复杂的3D物理系统相比更容易处理。当强迫较小时，观测到的波湍流与弱湍流理论的预测是一致的。在这里，我们专注于较强的强迫的情况下，相干结构可以观察到。这些结构看起来类似的褶皱和D-锥，通常观察到的强烈变形的静态薄弹性片（皱巴巴的纸），除了他们动态地演变在我们的强制系统。我们描述了它们的演化，并表明它们的出现与强非线性波湍流的统计不稳定性（缺乏自相似性）有关。这种行为让人联想到Navier-Stokes湍流中的不稳定性。实验数据显示了弱湍流向强湍流转变的迹象。然而，由于技术的限制和耗散，强非线性制度仍然无法达到的实验，因此，已经进行了数值研究。
2017-09-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Coherent vortex structures in quantum turbulence
这份报告解决了量子湍流社区在过去十年中讨论的一个重要问题：在零温度超流体中，量子化涡旋是否形成了与普通粘性湍流中的涡管类似的相干结构？到目前为止，数值模拟提供的证据是，在有限温度超流体中出现了量子化涡旋束，但来自与湍流（粘性）正常流体中现有相干结构的相互作用，而不是由于内部超流体动力学。在这份报告中，我们表明，在非常强烈的量子湍流（其模拟是可能的树算法），涡缠结包含小相干涡结构（束量子化涡），产生的Biot-Savart动力学单独的，这是类似于在经典粘性湍流中观察到的相干结构。
2011-10-11 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Discontinuous transition to active nematic turbulence
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）；University of Cape Town（开普敦大学）；Cluster of Excellence Physics of Life, TU Dresden（德累斯顿工业大学生命物理卓越集群）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Universitat de Barcelona Institute of Complex Systems (UBICS)（巴塞罗那大学复杂系统研究所）；Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)（加泰罗尼亚研究高级学院）
研究发现无约束条件下活性取向流体的湍流过渡是不连续的，通过模拟发现活动性参数A*≈4900时出现突变，且存在双稳性和滞后效应。
2026-01-07 cond-mat.soft nlin.CD physics.bio-ph
Self-sustained patchy turbulence in shear-thinning active fluids
本文通过数值模拟研究了剪切变稀非牛顿流变条件下活性流体的湍流行为，发现系统可自发形成湍流区与静止区共存的自持非均匀状态，该状态通过滞后转变出现并表现出有向逾渗转变特征。
2025-07-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Profile of a coherent vortex in two-dimensional turbulence at static pumping
本文研究了在静态抽气情况下，有限箱中二维湍流逆级联的相干涡的速度分布。我们表明，在被动制度的平坦的速度分布实现，在抽运短时间相关的情况下。然而，在静态的情况下，大尺度的能通量取决于系统参数。我们证明了它与$f^{4/3}$成正比，其中$f$是激发湍流的特征力。
2017-11-07 physics.flu-dyn
Lagrangian Manifestation of Anomalies in Active Turbulence
我们表明，拉格朗日测量在活跃的湍流承担印记的湍流和异常的条纹流体动力学导致自我选择的持久的轨迹-利维走-扩散的。这种新兴的动力学异质性导致超扩散的第一通道分布，这可能导致生物学上有利的运动。然后，我们超越了单粒子的统计表明，对色散问题，以及，主动流与惯性湍流是不一致的。我们相信，我们的研究将很容易为实验提供信息，以确定各种活跃流中异常行为的普遍性程度。
2022-08-25 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Conditional vorticity budget of coherent and incoherent flow contributions in fully developed homogeneous isotropic turbulence
本文研究了充分发展的三维均匀各向同性湍流在相干和非相干流作用下的条件涡量收支。基于正交小波的相干涡量提取可以将涡量场分解为相干和非相干贡献，其中非相干贡献是类噪声的。充分发展的湍流中观察到的涡结构的统计平衡方程的影响进行量化考虑的条件涡预算。从而评估了流动中存在的基本结构与其统计含义之间的联系。的结果进行比较，获得的大规模和小规模的贡献，使用傅立叶分解，这揭示了显着的差异。
2012-03-20 physics.flu-dyn
Turbulence and turbulent pattern formation in a minimal model for active fluids
活性物质系统显示出一系列迷人的动力学状态，包括静止模式和湍流相。虽然前者可以从斑图形成领域的方法来解决，主动湍流相位的时空无序要求统计描述。本文借用湍流理论中的一些技巧，建立了一个最小连续模型的关联函数和谱的定量描述。进一步探索参数空间，我们还报告了一个令人惊讶的类型的连续性驱动的斑图形成远远超出线性发病：出现一个动态的六边形涡晶格状态后，扩展的湍流瞬态，这只能解释考虑到湍流能量转移跨尺度。
2018-08-10 nlin.PS physics.bio-ph physics.flu-dyn
Dynamics of a Passive Droplet in Active Turbulence
本文数值研究了活性湍流中被动可变形液滴的运动，发现其均方位移从扩展弹道区过渡到正常扩散区，并揭示了该过渡与液滴尺寸及周围活性介质速度关联尺度的关系。
2023-07-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Front structure and dynamics in dense colonies of motile bacteria: Role of active turbulence
我们研究了一个细菌菌落的传播经历湍流一样的集体运动。我们提出了两个最低限度的模型来研究人口增长和湍流产生的相干结构之间的相互作用。利用直接数值模拟（DNS）的建议的模型，我们发现，湍流有两个突出的影响殖民地的空间增长：（a）前的速度提高，（b）前变得皱巴巴的。这两种效应，我们强调使用统计工具，在我们的两个模型中是显着不同的。我们还表明，在某些制度下，在随机流的褶皱前结构和被动标量锋。
2016-08-03 cond-mat.soft nlin.CD physics.bio-ph
Phase Separation Dynamics and Active Turbulence in a Binary Fluid Mixture
Global College, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学全球学院）
本研究提出一种新颖的双流体模型，结合 Cahn-Hilliard 模型与 Beris-Edwards 方程，利用格子玻尔兹曼方法揭示了二元流体混合物中活性应力与双流体动力学相互作用导致的复杂非平衡图案形成机制。
2025-11-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
How coherent are the vortices of two-dimensional turbulence?
我们利用有限时间动力系统理论的最新发展来客观地定位二维Navier-Stokes湍流中相干涡的物质边界。我们表明，这些边界是最佳的意义上，任何闭曲线在其外部将失去物质平流下的连贯性。通过详细的比较，我们发现，其他可用的欧拉和拉格朗日技术显着低估了每个相干涡的大小。
2014-06-27 math.DS physics.flu-dyn physics.geo-ph
Narwhals and their blessings: exact coherent structures of elastic turbulence in channel flows
该研究围绕压力驱动槽道流的弹性湍流转捩，以narwhals精确相干态和blessings时空间歇态为核心，梳理了二维和三维转捩的计算研究进展。
2025-09-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Persistence in Active Turbulence
本研究利用广义流体力学模型探究了active turbulence中的持久性问题，发现相干涡旋内被动示踪粒子的持久时间遵循由活性强度决定的Weibull分布，而湍流背景下呈指数分布，并揭示了不同区域内驱动持久性的不同机制。
2023-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Vorticity, Defects and Correlations in Active Turbulence
我们描述了一个连续模型的一个积极的湍流，集中在制度的积极湍流的数值调查。结果的三个参数，活性，弹性常数和旋转扩散常数，对序参量和流场的效果。指向矢场中的缺陷和畸变是涡量的来源，因此涡量与指向矢场密切相关。特别是涡度和序参量相关性的特征衰减长度受缺陷密度的控制。相反，速度相关的衰减是由活动和耗散之间的平衡决定的。我们强调的作用，微观流生成机制，在确定流动模式和特征尺度的主动湍流和对比的行为的伸缩性和收缩性的主动向列。
2014-02-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Instabilities and Topological Defects in Active Nematics
我们研究了一个可扩展的活动湍流的连续介质模型，表明中尺度湍流的发展分为两个阶段：（i）有序区域经历一个内在的流体动力学不稳定性，产生壁，强弯曲变形线，（ii）壁通过形成相反电荷的缺陷对而松弛。缺陷对的产生和湮灭都使经历进一步不稳定的双稳态区域恢复，从而导致动态稳定状态。我们比较这与发展的主动湍流在一个收缩的积极的心脏。
2013-12-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Activity induced turbulence in driven active matter
考虑了驱动分层活性物质中的湍流。表征该问题的相关参数是雷诺数Re和活性物质类Richardson数R。在Re>>1，R<<1的混合极限下，我们证明了标准Kolmogorov能谱5/3定律的实现。另一方面，在分层极限Re>>1，R>>1时，出现了一个新的湍流普适类，具有7/5定律。从一个政权到其他的交叉进行了详细讨论。实验预测和探针进行了讨论。
2021-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CD
Structure of coherent vortices generated by the inverse cascade of two-dimensional turbulence in a finite box
本文讨论了有限盒内二维湍流中逆叶栅产生的相干涡的结构和几何特征。我们表明，普遍的速度分布，建立以前，对应于被动制度的流量波动。我们发现的涡核半径和涡的大小，并认为，在盒子中产生的涡量取决于系统参数。
2015-11-10 nlin.CD physics.flu-dyn
Twist-induced crossover from 2D to 3D turbulence in active nematics
虽然二维活性向列相的研究已经揭示了活性物质的流态和拓扑结构的各个方面，但拓扑缺陷和混沌流的三维特性仍然没有被探索。通过限制在两个平行板之间的活动向列相的膜，我们使用连续模拟和分析参数来证明从准二维到三维混沌流的交叉是由向错线的形态控制的。对于小的板分离，主动湍流表现为准2D材料，具有跨越通道高度的直拓扑向错线，并有效地表现出2D主动湍流。在增加通道高度，我们发现一个交叉到3D混沌流由于扭曲的向错以上的临界活动。我们进一步表明，这些扭曲所产生的扭曲扰动产生急剧变化的曲率向错。
2018-06-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Irreversibility in scalar active turbulence: The role of topological defects
University of Luxembourg（卢森堡大学）
研究揭示了标量主动湍流中拓扑缺陷通过主动应力奇异性导致动态不可逆性，通过分析游动体密度和流函数耦合动力学，确定了缺陷对配置对不可逆性的作用。
2026-03-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Influence of initial conditions on coherent structures in a round jet
相干结构在圆形射流等剪切流的近场中起着重要的作用。在下文中，对不同初始条件下的圆形射流的近场进行了数值研究。两种配置被认为是一个充分发展的湍流在入口处，另一个与发展不足的湍流。计算是用k-ε湍流模型进行的，但在流动中引入不同扩散水平的常数的值不同。最后，结果表明，在近场相干结构的存在强烈地依赖于在入口处的湍流水平。对于充分发展的湍流，这些结构缺失或非常弱，而对于欠发展的湍流则不是这种情况。
2018-09-07 physics.flu-dyn
Connecting the Hydrodynamics of Polymeric Fluids and Active Nematics
Queensland University of Technology（昆士兰科技大学）；University of Oxford（牛津大学）；Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯理工学院）
该研究揭示了弹性湍流与主动湍流之间的密切联系，通过展示聚合物流体作为可变形的主动物质类比，揭示了两者在宏观层面上的连续描述相似性，并展示了拓扑缺陷在弹性湍流中的作用。
2026-10-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Kolmogorovian active turbulence of a sparse assembly of interacting swimmers
活性物质由自推进的实体组成，形成了一类广泛的非平衡系统，这些系统显示出惊人的集体行为，其中所谓的活性湍流是在各种{活性系统}中自发产生的空间和时间无序流动模式。事实上，活跃湍流的命名暗示了与第二类开创性的非平衡系统的联系，即流体湍流，但其性质非常不同，能量注入是在全球系统尺度上，而不是在单个成分的基本尺度上。实际上，在活动湍流和规范湍流之间是否存在可能的强联系，仍然是一个悬而未决的问题，也是一个需要大量研究的领域。使用自推进的界面粒子的组装，我们实验表明，这个活跃的系统与典型的流体湍流，如著名的1941年Kolmogorov现象学所描述的，具有显着的定量相似性。将活性物质纳入流体湍流普适类不仅有利于其未来的发展，而且可能为经典物理学中最大的谜团之一湍流的长期描述提供新的见解。
2019-11-13 physics.flu-dyn
Pattern selection and the route to turbulence in incompressible polar active fluids
本文通过微游动速度场最小模型，解析和数值研究了极性活性流体中方形涡旋晶格向介观湍流转变的路径，发现活性强度对活性湍流的作用类似于雷诺数对惯性湍流的作用。
2024-06-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Three-dimensional localized coherent structures of surface turbulence. III Experiment and model validation
本文继续致力于垂直下降液膜表面的三维非线性局域相干结构的一系列出版物。这项工作主要集中在实验研究。我们研究：（i）导致三维相干结构的不稳定性和转变;（ii）这些结构的特性。一些非平稳效应也进行了数值研究。我们的实验结果，以及其他研究人员的结果，是在一个很好的协议与我们的理论和数值预测。
2010-04-24 physics.flu-dyn
Modelling and synthesizing turbulence with multi-scale coherent vortices
State Key Laboratory for Turbulence and Complex Systems, School of Mechanics and Engineering Science, Peking University（湍流与复杂系统国家重点力学与工程科学学院北京大学）；Max Planck Institute for Solar System Research（马克斯·普朗克太阳系研究所）；HEDPS-CAPT, Peking University（高能量密度物理CAPT北京大学）
本研究提出编织湍流模型，通过多尺度相干涡旋建模与合成湍流，揭示湍流的统计-结构相互作用及关键物理机制。
2025-12-03 physics.flu-dyn
Distributed chaos tuned to large scale coherent motions in turbulence
直接数值模拟和实验结果表明，在各向异性非均匀湍流中，分布混沌往往被调谐为大尺度相干运动。所考虑的例子是：充分发展的湍流边界层（相干范围：$14 < y^{+} < 80$）、湍流热对流（在水平圆柱体中）和Cuette-Taylor流。本文介绍了两种调谐方法：一种是通过基频（波数），另一种是通过次谐波（倍周期）。对于第二种方式，大尺度相干运动是分布混沌的自然组成部分。在所有考虑的情况下，空间平移对称性的自发破缺都伴随着反射对称性破缺。
2016-05-16 nlin.CD physics.flu-dyn
Coherent structures in Dissipative Particle Dynamics simulations of the transition to turbulence in compressible shear flows
本文采用耗散粒子动力学（DPD）方法模拟了可压缩流场向湍流转捩附近的相干结构。我们发现的结构是非常一致的不可压缩流的实验观察和DNS模拟，尽管在马赫数的几个数量级的差异。当流体变得更可压缩时，来自层流的分叉被抑制并向更高的雷诺数移动。这项工作强调了相干结构在过渡到湍流的鲁棒性，并说明了基于粒子的方法再现复杂的非线性不稳定性的能力。
2008-07-07 physics.comp-ph 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
Hydrodynamics of Dense Active Fluids: Turbulence-Like States and the Role of Advected Activity
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究所）；Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院机械工程系）
本文研究了密集活性流体的流体力学特性，揭示了活性湍流的产生机制及活动场动态对湍流行为的影响。
2026-02-25 cond-mat.soft nlin.CD physics.bio-ph
Onset of meso-scale turbulence in living fluids
中尺度湍流是一种不同于惯性湍流的固有现象，它在零雷诺数下自发地发生在流化生物系统中。这种时空无序流动从根本上改变了活流体中的营养物质和分子运输，并能强烈影响生物膜形成、形态发生和癌症侵袭等重要生物过程中的集体行为。尽管中尺度湍流在此类生理过程中发挥着至关重要的作用，但对中尺度湍流以及与经典惯性湍流的任何关系的理解仍然模糊。在这里，我们展示了活性物质的运动沿微通道过渡到中尺度湍流的无序补丁（活性泡芙）从流动涡格的吸收状态的演变。我们证明，这种过渡到通道中的中尺度湍流的临界行为属于定向渗流普适类。这一发现的桥梁，我们的理解的发病零雷诺数的中尺度湍流和传统的尺度不变的湍流，因此概括的理论上的发病湍流限制在不同类别的非相干流中观察到的生物流体。
2016-07-05 cond-mat.soft physics.bio-ph 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
Inverse energy cascade and emergence of large coherent vortices in turbulence driven by Faraday waves
本文报道了法拉第波驱动湍流中通过逆能量级联产生大相干涡旋的实验结果。法拉第波中漂浮物的运动是三维的，但其水平速度波动与二维湍流表现出意想不到的相似性。通过测量拉格朗日速度的频谱发现了逆叶栅，并通过计算水平速度脉动的三阶矩证实了逆叶栅的存在。这是在深水中广泛的波长范围内观察到的。这一结果拓宽了最近关于薄层中法拉第波的研究范围[A. von Kameke，\textit{et al.}，\textit{Phys. Rev. Lett.} \textbf{107}，074502（2011）]。
2013-03-26 physics.flu-dyn
Coherent structures in localised and global pipe turbulence
最近在管流中发现的不稳定行波（TW）被誉为一个重大突破，希望他们填充湍流吸引子。我们证实了存在的相干态与内部的快速和缓慢条纹相称的结构和能量与已知的TW在一个长管道中使用数值模拟。然而，这些只发生在低雷诺数（Re=2000-2400）时（局部）“喷流”湍流的低能量区域内，而在Re=2800时（均匀）“段塞”湍流中根本不发生。这强烈表明，所有目前已知的TW坐在层流和湍流状态之间的相空间的中间区域，而不是被嵌入在湍流吸引子本身。具有强烈减速核心的新相干快条纹态似乎取代了湍流吸引子。
2008-02-20 physics.flu-dyn
A low-dimensional model predicting geometry-dependent dynamics of large-scale coherent structures in turbulence
我们测试的能力，一般低维湍流模型预测几何相关的大规模相干结构，如对流卷的动力学。该模型由随机常微分方程组成，这些方程是根据纳维-斯托克斯方程推导出的边界几何函数（Brown和Ahlers，2008年）。我们使用立方体容器中的Rayleigh-Bénard对流实验来测试该模型。该模型预测了一种新的模式，在该模式中，对流辊的对齐在对角线之间切换。我们观察到这种模式的测量切换率在30%的预测。
2015-11-03 physics.flu-dyn
Resolvent model-based analyses of coherent structures in Langmuir turbulence
University of Minnesota（明尼苏达大学）
本研究利用解析框架分析兰姆湍流中的相干结构，揭示了通过谐波激励线性放大形成的二维循环涡旋和三维湍流涡旋机制，并验证了解析分析在捕捉多尺度湍流-波相互作用中的有效性。
2025-10-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Coherent Lagrangian vortices: The black holes of turbulence
本文介绍了二维湍流相干物质涡的一个简单的变分原理。涡边界寻求封闭的平均拉格朗日应变的平稳曲线。这个问题的解决方案在数学上等价于宇宙学中黑洞周围的光子球。流体光子球满足显式微分方程，其最外极限环是最优拉格朗日涡旋边界。作为一个应用，我们发现超相干物质漩涡在南大西洋，产生特定的拉格朗日传输估计的厄俄斯环。
2013-08-10 math-ph math.DS math.MP
Active turbulence and spontaneous phase separation in inhomogeneous extensile active gels
我们报告的非均匀的溶致性和可伸展的活性凝胶的流体力学的数值结果。通过模拟耦合的Cahn-Hilliard，Navier-Stokes和Beris-Edwards方程的组成，流动和取向顺序的一个活跃的星系的演变，我们问组成变化是否是重要的，以确定其紧急物理。正如在均匀组成的活性凝胶中一样，我们发现增加活性或降解趋势（例如，总的活性物质浓度）触发各向同性钝化相和活性二氢黄酮之间的转变。我们发现，组成的不均匀性是很重要的，在后一阶段，我们发现三种类型的可能的动力学制度。首先，我们观察到有缺陷和旋涡的规则图案：这些存在于被动-主动转变附近。第二，对于较大的活动，或更深的在α相，我们发现活跃的湍流，如在活性凝胶的组成均匀，但具有非常大的组成变化。在第三个政权，这是唯一与不均匀性，并发生大的反相趋势和低活性，我们观察到自发的微相分离成主动和被动域。微相分离制度是值得注意的，鉴于没有一个明确的分层长期在底层的自由能，我们使用，我们提供了一个理论分析的基础上的公切线建设，解释其存在。我们希望这种机制可以在未来进行实验探索。
2022-12-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Time-Symmetry of Lagrangian Coherent Structures in Active Turbulence
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础科学研究所国际理论科学中心）；Indian Institute of Technology Hyderabad（海得拉巴印度理工学院）
通过拉格朗日相干结构揭示主动湍流中吸引和排斥双曲曲面网络，发现尽管涡度主导流动，极端混沌混合源于应变区域，且吸引与排斥LCS表现出显著的时间对称性。
2026-05-24 cond-mat.soft nlin.CD physics.bio-ph
Particle-resolved lattice Boltzmann simulations of 3-dimensional active turbulence
悬浮液中的微型游泳者的集体行为往往是由长期的流体动力学相互作用的影响。这些现象包括主动湍流，其中足够密度的推进细菌悬浮液表现出大规模的混沌流动。为了研究这种集体现象，我们使用大规模（高达$N=3\times 10^6$）的粒子分辨晶格玻尔兹曼模拟模型microsomymer描述的扩展应力。这样的系统尺寸使我们能够获得定量信息的过渡到活跃的湍流和湍流状态本身的特征。在稀释极限，我们测试分析预测的静态和动态特性对我们的模拟结果。对于较高的游泳者密度，游泳者-游泳者的相互作用变得显着，我们数值计算表明，湍流的长度和时间尺度急剧增加附近的预测有限系统的过渡密度。
2019-08-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Shaping active matter from crystalline solids to active turbulence
本研究通过大规模智能体分辨模拟表明，仅调节湿式泳动介质活性即可连续控制固液气相变与层流—湍流转变，并统一解释化学活性系统的矛盾实验。
2024-03-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
AI-based separation of turbulence from coherent background flows in decaying hydrodynamic turbulence
Korea Astronomy and Space Science Institute（韩国天文学与空间科学研究院）；Institute for Basic Science（基础科学研究所）
利用神经网络从二维衰减湍流模拟中分离湍流脉动与相干背景流，无需显式谱截止，在早期和中期阶段表现良好，后期因非线性混合而区分度下降。
2026-05-26 astro-ph.IM physics.flu-dyn
Universal coherent structures of elastic turbulence in straight channel with viscoelastic fluid flow
在本研究中，我们研究了在直的二维通道粘弹性流体流动的流动结构和弹性湍流的性质，并测试了早期的观察。我们发现了条纹和流向涡共存的弱不稳定相干结构（CS）的自组织循环过程，前者被Kelvin-Helmholtz不稳定性破坏，导致混沌结构。该序列周期性地重复自身，导致随机稳态。这种自持过程（SSP）非常类似于一个理论和实验研究的牛顿湍流在直槽流。意想不到的新成分是弹性波的观测，这发现是关键的存在的CS和SSP生成由于能量泵从大到小的尺度之前急剧的幂律衰减的弹性湍流能谱。研究结果表明，在弹性流体和牛顿流体的线性稳定平面剪切流动中，CSs通过自组织循环（SSP）向湍流过渡的普遍性。
2020-09-25 physics.app-ph physics.flu-dyn
Layer formation in horizontally forced stratified turbulence: connecting exact coherent structures to linear instabilities
我们认为湍流分层的“Kolmogorov”流，驱动水平剪切的正弦体强迫的形式中存在一个强加的背景线性稳定分层在第三个方向。这种流动结构允许对相干结构的形成进行受控调查，相干结构在这里通过随着分层强度的增加而使背景切变倾斜来将流动组织成水平层。通过数值收敛精确的稳定状态从直接数值模拟的混沌流，我们表明，第一次，一个强大的连接线性理论预测不稳定性从无穷小扰动的强大的有限振幅非线性分层状态中观察到的湍流。我们调查所观察到的垂直长度尺度是如何与主要的线性不稳定性，并与先前考虑的剪切不稳定性导致在其他水平剪切流层形成的例子进行比较。
2017-09-11 physics.flu-dyn
Onset of Intermittency and Multiscaling in Active Turbulence
该研究通过流体动力学模型，揭示了主动湍流中随细菌活性变化产生的间歇性起始与结构函数多标度特性，衔接了高低雷诺数流动研究，为探索流动间歇性成因提供了新方向。
2025-03-25 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Active grid turbulence anomalies through the lens of physics informed neural networks
本文结合风洞实验测量、机器学习与数值模拟，研究主动网格湍流衰减和三级标度异常，发现主动网格附近的统计异常会引入可长期持续的相关性。
2024-12-30 physics.flu-dyn
Low-dimensional representations of exact coherent states of the Navier-Stokes equations from the resolvent model of wall turbulence
我们报告说，许多精确的不变解的纳维-斯托克斯方程的管道和通道流是很好地表示为几个模式的模型McKeon & Sharma J. Fl. Mech.658，356（2010）。该模型提供的模式，作为一个基础来分解的速度场，排序的幅度，迫使规模之间的相互作用。该模型最初是从纳维-斯托克斯方程中推导出来的，用于表示湍流，并已用于解释相干结构和预测湍流统计。这在理解湍流的两种不同方法之间建立了一种令人惊讶的新联系。
2016-01-25 physics.flu-dyn
The coherent structure of the kinetic energy transfer in shear turbulence
湍流中的能量级联，即，自20世纪40年代以来，动能从大流动尺度到小流动尺度或反之亦然（后向级联）的传递是大多数湍流理论和模型的基石。然而，理解空间组织的动能转移仍然是一个突出的挑战，在流体力学。在这里，我们揭示了三维结构的能量级联跨剪切占主导地位的尺度均匀剪切湍流的数值数据。我们表明，与能量传递相关的特征流结构是一个漩涡形状为一个倒置的发夹，然后由一个直立的发夹。前向和后向叶栅之间的不对称性是由发夹结构内的反向流动循环引起的，这触发了流动中的反向模式。
2020-03-07 physics.flu-dyn
Coherent structures at the origin of time irreversibility in wall turbulence
本研究提出欧拉多尺度分析方法研究壁面湍流时间不可逆性，发现其与相干结构强关联，近壁区关联内谱峰、远壁区关联外谱峰，为相关建模与控制奠定基础。
2023-05-05 physics.flu-dyn
