How universal are warm turbulent cascades?
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本文通过时间尺度论证和数值演示，质疑了暖湍流级联解的普适性，指出热阻尼的非局部效应可能导致对紫外截断的依赖。
2026-09-18 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Dual channels of helicity cascade in turbulent flows
螺旋度作为三维湍流中仅有的两个无粘不变量之一，对湍流的产生和演化起着重要的作用。传统观点认为，螺旋度叶栅与动能叶栅类似，只存在一个通道。通过理论分析，我们发现螺旋度级联过程有两个通道。第一通道主要来源于涡旋扭曲过程，第二通道主要来源于涡旋拉伸过程。通过对典型湍流的直接数值模拟数据的分析，我们发现这两种通道的行为是不同的。在均匀和各向同性湍流中，不同通道螺旋度通量的系综平均值相等，而在其他类型的湍流中，不同通道螺旋度通量的系综平均值不同。第二个通道更间歇，更像一个标量，特别是在小尺度上。此外，我们还发现了一种新的受阻偶逆能量级联机制，这种机制可以归因于第二通道的大振幅螺旋度通量。
2019-07-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Criticality and the fractal structure of -5/3 turbulent cascades
在这里，我们展示了一个程序来生成一个分析结构，产生一个级联的各向同性均匀湍流的能量谱的规模。我们得到一个函数，揭示了一个非自相似分形的级联的起源。结果表明，$-5/3$级联的主干是由确定性嵌套多项式构成的，其参数在一个Hopf分岔临界点上进行调整.级联标度是完全可获得的（而不是通过数值模拟）从确定性低维非线性动力学。因此，它不应该只限于流体，也存在于其他复杂现象中。在确定性和随机性的情况下都可以获得缩放。
2021-03-16 nlin.AO nlin.CD physics.flu-dyn
One-dimensional hydrodynamic model generating a turbulent cascade
作为一个最小的数学模型产生类似的惯性范围内的Navier-Stokes湍流的级联，我们提出了一个一维偏微分方程模型，保持在无粘情况下的平方涡模拟（拟能）的积分。在大尺度强迫和小粘性的情况下，数值模拟发现该模式具有涡度拟能级联、宽能谱和对量纲分析预测的较大修正、独特的不稳定性和动力系统结构的自相似性。
2016-05-06 math-ph math.MP nlin.CD
On universal features of the turbulent cascade in terms of non-equilibrium thermodynamics
对三种不同的湍流流场进行了实验研究。分析的重点是发展的湍流是否表现出普遍的小尺度特征。为了回答这个问题，纵向速度增量的两点统计和联合多尺度统计进行了分析。湍流级联的马尔可夫属性的证据，这对应于一个3点封闭，减少了联合多尺度统计简单的条件概率密度函数（cPDF）。cPDF在尺度上由Fokker-Planck方程及其Kramers-Moyal系数（KMCs）描述。KMCs是通过自洽优化程序从测量数据中获得的，并导致每个数据集的福克-普朗克方程。这些随机级联方程的知识，使利用非平衡态热力学的概念，从而确定沿个别级联轨迹的熵产生。除了这个新的概念，它表明，局部熵产生几乎完美平衡的所有数据集的积分波动定理（IFT）。因此，IFT的有效性可以作为湍流叶栅的一个新定律，同时独立地证实了湍流叶栅的物理过程是一个无记忆的尺度马尔可夫过程。IFT作为一种新的工具被用来证明Fokker-Planck方程的最优泛函形式，并由此研究小尺度湍流的普适性问题。分析结果表明，湍流叶栅具有普适性和非普适性特征。我们确定小规模的不稳定性作为一个普遍性的突破功能。我们的结论是，特定的湍流有自己的特定的多尺度级联，换句话说，他们自己的随机指纹。
2018-04-11 physics.flu-dyn
The energy cascade at the turbulent/non-turbulent interface
在湍流/非湍流界面附近的尺度间能量传递是从小尺度到大尺度，在接近界面的切平面的方向上，运动主要是拉伸，但从大尺度到小尺度，在其他方向上，运动主要是压缩，并与平方角动量显着相关。这种优势的一个重要作用是由极端压缩运动发挥的，即使在运动平均拉伸的情况下，极端压缩运动也比极端拉伸运动更有可能。当界面尽可能远离尾流中心线时，发生最强烈的尺度间传输率和耗散。
2020-04-05 physics.flu-dyn
The friction factor of two-dimensional rough-boundary turbulent soap film flows
我们使用动量传递参数预测的摩擦系数$f$在二维湍流肥皂膜流与粗糙边界（三维管流的模拟）作为雷诺数Re和粗糙度$r$的函数，分别考虑逆能量级联和前向拟能级联。在中间Re，我们预测的Blasius一样的摩擦因子标度的$f\propto\textrm{Re}^{-1/2}$流为主的拟能级联，不同于能量级联标度的$\textrm{Re}^{-1/4}$。对于大Re，在拟能占优的情况下，$f \sim r$。我们使用保形映射技术来执行与理论令人满意一致的直接数值模拟，并展示了粗糙度引起的临界性的数据崩溃缩放，此前已证明该临界性出现在Nikuradse的3D管道数据中。
2009-03-25 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulent Cascades and the alpha Dynamo
本文结合实验室实验，对湍流驱动发电机的平均场模型进行了评述。有人认为，在这样的实验中，驱动发电机场的α效应将远小于耗散的β效应。因此，平均场发电机不能维持。这一结论得到了最近在麦迪逊发电机实验中对α和β效应的测量的支持。
2012-10-13 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Split energy cascade in turbulent thin fluid layers
通过对纳维-斯托克斯方程的高分辨率数值模拟，讨论了三维薄流体层中分裂能量级联的现象。我们观察到的存在下，在大尺度上的逆能量级联，如预测的二维湍流，并在小尺度上的直接能量级联，如在三维湍流。在中等尺度范围内，逆能量级联与涡度拟能的直接级联相关联。值得注意的是，我们发现，在这个系统中的能量的逆级联不是一个纯粹的二维现象，与三维速度场的耦合是必要的，以保证通量的恒定性。
2017-08-10 physics.flu-dyn
A cascade model for the discontinuous absorbing phase transition between turbulent and laminar flows
Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Institut Rhône-Alpin des Systèmes Complexes（罗讷-阿尔卑斯复杂系统研究所）
该研究提出了一种级联模型，用于描述湍流与层流之间亚临界过渡的不连续吸收相变，通过雷诺数控制参数再现了湍流寿命增长和湍流特征。
2024-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
The Exact Solution of one Fokker-Planck Type Equation used by R. Friedrich and J. Peinke in the Stochastic Model of a Turbulent Cascade
本文给出了R.在M. Friedrich和J.Peinke的框架下，将湍流叶栅看作是一个马尔可夫型随机过程。铃木接近。
1998-07-12 cond-mat math-ph math.MP
Energy spectra and passive tracer cascades in turbulent flows
我们研究了能量谱对湍流中被动示踪剂级联范围的影响。有趣的情况下，当有两个不同的频谱在潜在的范围内的示踪剂级联（在2D中，当示踪剂强迫是在逆能量级联范围内，和在3D中，当施密特数Sc是大的）。示踪剂级联范围的程度则受到两个能谱中较浅的能谱的范围宽度的限制。然而，我们发现，在维度$d=2,3$的示踪剂级联范围延伸（对数）到$κ_{d\text{D}}^{p}$，其中$κ_{d\text{D}}$是波数超过扩散应占主导地位和$p$是任意接近1，提供Sc大于一定的权力（取决于$p$）的Grashof数。我们还得到的估计表明，在2D中，对于Sc ${}\sim1$一个广泛的示踪剂级联可以共存于一个显着的逆能量级联在Grashof数大到足以产生湍流。
2016-11-23 math.AP physics.flu-dyn
Turbulent Diffusion-Cascade Interaction
CNRS（法国国家科学研究中心）
研究了湍流扩散与级联相互作用，发现湍流耗散率与传输率成反比，比例常数受涡和位置影响。
2026-01-08 physics.flu-dyn
Role of the forcing dimensionality in thin-layer turbulent energy cascades
本文研究了在薄层湍流中，通过改变强迫函数形式和薄层厚度，从正能量级联到逆能量级联的转变。我们发现，作为强制功能变得更加三维，逆级联被抑制和临界高度HC，发生过渡，减少。我们研究了这个临界高度对参数r的依赖性，参数r是衡量强迫的维数，从而在参数空间r-h中构建了一个相空间图。我们讨论了雷诺数和磁畴尺寸的影响。
2020-03-25 physics.flu-dyn
The role of sign indefinite invariants in shaping turbulent cascades
本文提出非规范变量选择以推导非各向同性系统能量密度动力学方程，利用第二二次不变量简化方程并导出额外守恒律，解析确定径向湍流谱标度，揭示内重力波在现实场景中的逆能量级联。
2023-11-26 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Modification of the turbulent energy cascade by polymer additives
通过跟踪大量的强烈的湍流中的小颗粒，我们表明，即使是一个非常小的浓度的长链聚合物破坏通常的湍流能量级联。聚合物影响的尺度远大于其物理尺寸，从耗散范围到惯性范围。该效应强烈地依赖于聚合物浓度。虽然耗散尺度统计随着聚合物浓度的增加而连续变化，但是当浓度高于阈值（对于我们使用的聚合物，按重量计约百万分之五）时，惯性范围能量传递速率仅被聚合物添加剂改变。
2007-12-31 physics.flu-dyn
The Exact Solutions of Some Multidimensional Generalizations of the Fokker-Planck Equation used by R. Friedrich and J. Peinke for the Description of a Turbulent Cascade
对R. Friedrich和J. Peinke把湍流叶栅描述为一个马尔可夫型随机过程。用算子方法求出了这类方程柯西问题的精确解。
1998-08-11 cond-mat math-ph math.MP
Non-equilibrium statistical mechanics of the turbulent energy cascade: irreversibility and response functions
本文通过研究湍流壳模型中的不对称时间关联函数和能量扰动弛豫行为，揭示了能量级联的非平衡特性，并证明平衡与非平衡物理在外力尺度两侧共存。
2023-12-14 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Electric-field-induced turbulent energy cascade in an oil-in-oil emulsion
我们观察到电流体动力驱动的湍流在低雷诺数的双流体乳液组成的微米级液滴。在存在电场的情况下，液滴产生相互作用的流体动力学流动，这导致在比单个液滴的尺寸大得多的空间尺度上的动态组织。我们的特点与这些结构的动态视频成像和同时，在原位，测量的时间变化的体积雷诺应力与流变仪。结果表明，在空间和时间的能量谱标度不变性。
2014-12-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The Numerical Simulation of a 3D Flow in the VKI-Genoa Turbine Cascade Taking into Account the Laminar-Turbulent Transition
本研究提出了一种数值模拟的三维粘性流在VKI热那亚叶栅，考虑到层流湍流过渡。数值模拟采用雷诺平均的纳维-斯托克斯方程和两方程k-ω SST湍流模型。代数生产项修正模型用于模拟层流-湍流转捩。计算了完全湍流和过渡流。给出了马赫数、湍流动能、熵函数和极限流线的等值线。通过对数值结果的分析，揭示了层流-湍流转变对二次流流型的影响。计算结果与已有的实验和数值计算结果的比较表明，该方法充分反映了涡轮叶栅中层流-湍流转捩的物理过程。
2016-12-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Data-driven derivation of the turbulent energy cascade generator
在充分发展的湍流的随机乘性能量级联模型的框架内，推导出两点扩散器和累积量的表达式，同时考虑到从超度量到欧几里得两点距离的适当转换。从各种风洞和大气边界层记录中提取的替代能量耗散与两点统计的比较，允许多尺度指数和累积量的精确推导。这些指数作为概率级联发生器的参数估计的输入。
2003-12-18 cond-mat physics.flu-dyn
Synthetic dissipation and cascade fluxes in a turbulent quantum gas
尺度不变通量是湍流叶栅的定义性质，但其直接测量是一个众所周知的问题。在这里，我们执行这样的测量湍流量子气体中的直接能量级联。利用时间周期力，我们在一个大的长度尺度上注入能量，并在均匀囚禁的玻色气体中产生级联。可调节的陷阱深度提供了高动量截止$k_{\textrm{D}}$，其实现了合成耗散尺度。这使我们能够直接获得粒子通量穿过半径为$k_{\textrm{D}}$的动量壳层，而$k_{\textrm{D}}$的可调性允许清楚地演示湍流的第零定律：我们观察到，对于固定的强迫，粒子通量在无耗散极限$k_{\textrm{D}}\rightarrow \infty$中作为$k_{\textrm{D}}^{-2}$消失，而能量通量与$k_{\textrm{D}}$无关。此外，我们的时间分辨测量提供了独特的访问前稳态动力学，当叶栅前在动量空间中传播。
2018-07-19 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
On the turbulent energy cascade in anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
基于非线性相互作用的弱性和级联能量在波矢空间的各向异性，用唯象理论讨论了太阳风等离子体中Alfvénic湍流能量级联的发生问题.在这里，这个悖论是审查通过正式推导的Yaglom关系从各向异性磁流体动力学方程。Yaglom关系式涉及由速度和磁场计算的三阶矩，并涉及两个Elsässer矢量场，就湍流的航天器观测而言，特别有用。
2010-03-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dynamical Complex Network Models of the Turbulent Cascade
提出了基于动态复杂网络的湍流能量级联模型。以一个简单的壳模型为初始规则格点，通过添加或替换局部相互作用，构造了小世界网络模型.然后，模型随着时间的推移而演变，既通过使用壳模型演变的任意网络泛化来求解速度的壳变量，又通过每次从原始晶格以规则的时间间隔重新布线网络。这导致波数谱具有更大变化的更间歇的时间演化。它还导致从这些模型计算的结构函数的拟合指数计算的不透明度的实际增加。随机非本地连接与本地最近邻连接的比例越大，网络的不连通性越大。
2020-06-16 math.DS nlin.AO nlin.CD
TURB-Scalar. A large database of passive scalar fields advected by 2D Navier-Stokes in the turbulent inverse cascade regime
本文推出开放数据库TURB-Scalar，包含约400个由二维湍流逆级联区DNS生成的被动标量场快照，为湍流输运建模提供基准资源。
2025-08-18 physics.flu-dyn
Pattern formation by turbulent cascades
本文提出由湍流级联的非耗散性停止在中间尺度堆积能量而形成图案的非线性机制，并证明奇黏度可调谐波长。
2024-04-08 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Odd viscosity suppresses intermittency in direct turbulent cascades
本研究通过模拟与理论发现，奇偶粘度在小尺度上抑制湍流间歇性，并构建双通道螺旋壳模型，为调控湍流间歇性提供新途径。
2024-09-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dimension Crossing Turbulent Cascade in an Excited Lattice Bose Gas
湍流是一种有趣的非平衡态，它起源于流体力学，在气候物理的描述、量子流体力学的表征以及宇宙演化的理解等方面都有着深远的影响。描述能量在不同长度尺度上重新分布的湍流级联概念，为调和基本保守力与观测到的宇宙加速膨胀的能量不守恒性提供了一条重要途径，它绕过了宇宙学常数。在二维光晶格中，我们观察到原子玻色-爱因斯坦凝聚体中的跨维湍流能量级联，这种能量级联在不同维的动力学能量再分配中表现出普遍的行为.通过激发原子进入光学晶格高能带，发现该量子多体系统的过量能量从横向二维晶格方向级联到连续维度，产生一维湍流能量级联，由于可积性，这通常具有挑战性。我们期望这种观察到的跨维能量级联的新现象可以启发微观理论来模拟我们的暴胀宇宙的正宇宙学常数。
2020-01-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.flu-dyn
Turbulent Cascade of Circulations
任何闭合回路周围的环流对于不可压缩欧拉方程的经典光滑解来说都是拉格朗日不变量。然而，与湍流有关的奇异解不需要保持经典的运动积分。本文将Kelvin环流守恒定理推广到欧拉分布解，并给出了环流反常耗散的必要条件。我们讨论了开尔文定理在湍流涡拉伸动力学中的重要作用，并推测了一个可能适用于合适的奇异解的定理版本。
2006-05-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Triad interactions and the bidirectional turbulent cascade of magnetic helicity
使用直接数值模拟，我们表明，磁螺旋度表现出双向湍流级联在高，但有限的磁雷诺数。尽管在流动中注入了正的磁螺旋度，我们观察到大小尺度之间产生了相反符号的磁螺旋度。我们解释这些意见进行分析的磁流体动力学方程减少到三重相互作用，使用傅立叶螺旋分解。在这个框架内，正磁螺旋度的直接级联是通过与小尺度发电机作用相关的三元相互作用产生的，而负磁螺旋度在大尺度上的发生则是通过与拉伸-扭曲-折叠动力学和小尺度发电机作用相关的三元相互作用来解释的，它们与正磁螺旋度的逆级联竞争。我们的分析和数值结果表明，磁螺旋度的直接级联是一个有限的磁雷诺数$Rm$效应，将消失在极限$Rm \to \infty$。
2017-05-19 physics.flu-dyn
Spatio-temporal intermittency of the turbulent energy cascade
在不可压缩和周期性统计稳定湍流中，湍流能量跨尺度和空间的交换的特征在于时间导数项、波动能量的空间湍流传输和压力-速度项在零附近的非常强烈和间歇性的时空波动。这些波动是相互关联的，并与强烈的间歇性波动的尺度间的能量转移率。这些相关性所造成的清扫效果，非线性和非局部性之间的联系，也涉及到两点波动压力力差和两点波动速度差的尺度间传输速率和压力-速度项之间的相关性的情况下的几何对齐。在统计平稳的均匀湍流中，所有这些过程都不存在于湍流级联的时空平均图像中。
2018-07-21 physics.flu-dyn
Turbulent jet computations based on MRT and Cascaded Lattice Boltzmann models
本文对湍流射流进行了数值研究。比较了格子玻尔兹曼方法（LBM）的两种不同变体的模拟结果。第一个是完善的D3Q19 MRT模型扩展的Smagorinsky大涡模拟（LES）模式。第二种是D3Q27因式级联格子玻尔兹曼（FCLB）模型，没有任何额外的显式湍流模型。对于该模型，目前还没有在非均匀网格上进行高分辨率的湍流研究。底层的计算过程使用时间嵌套细化技术和具有超过十亿自由度的网格。模拟是用并行多物理场求解器VIRTUALFLUIDS进行的。结果表明，这两种模型都是可行的，目前的流动情况下，但FCLB优于传统的方法在某些方面。
2012-06-02 physics.flu-dyn
Information-Thermodynamic Bound on Information Flow in Turbulent Cascade
该研究从信息热力学角度探究湍流信息流，证明大尺度涡信息随能量级联传至小尺度，经壳模型数值验证惯性区信息流强度恒定且可由大涡翻转时间标度，信息热力学效率较低，为湍流小尺度特性的产生提供新视角。
2023-10-09 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Energy cascades and spectra in turbulent Bose-Einstein condensates
本文采用三维Gross-Pitaevskii方程对玻色-爱因斯坦凝聚体中的湍流进行了数值研究。我们集中在强迫耗散系统中的直接能量级联。我们表明，系统的行为是非常敏感的模型的属性在尺度大于强迫尺度，我们确定了三个不同的普遍制度：（1）当最大尺度没有耗散时，非定常区域具有凝结和从四波到三波相互作用过程的转变，（2）当最大尺度耗散为摩擦型耗散时，为稳定的弱波湍流状态;（3）当大尺度耗散为低粘性耗散时，为线性和非线性时间尺度逐尺度平衡的状态。
2009-05-20 cond-mat.other nlin.CD physics.flu-dyn
Jets or vortices - what flows are generated by an inverse turbulent cascade?
逆级联--能量传递到逐渐增大的尺度--是二维湍流的一个显著特征。如果叶栅达到系统尺度，它会产生一个相干流，预期具有最大的可用尺度，并符合域的对称性。因此，在双周期矩形中，总动量为零的平均流被认为是单向的，短边有两股射流;而当纵横比接近1时，则预期会出现涡偶极子。使用直接数值模拟，我们表明，事实上，既不尊重盒对称性，也没有实现最大规模：流动从来不是纯粹的单向的，因为逆叶栅产生相干涡，其数量和相对运动由纵横比决定。这种自发对称性破缺与平均时间的层次结构密切相关。长时间的平均恢复平移不变性，由于涡沿一个方向徘徊，并给出射流的轮廓，但是，可以推断出既不是从最大的可用规模的参数，也不是从经常采用的最大熵原理或准线性近似。
2016-08-16 astro-ph.EP cond-mat.stat-mech nlin.CD
The turbulent bubble break-up cascade. Part 1. Theoretical developments
破碎的海浪夹带着海面下的气体。波浪破碎过程激发湍流波动，快速连续地破碎气泡以产生各种尺寸的气泡。了解这种生成机制为开发大规模海洋和气候模拟的预测模型铺平了道路。Garrett等人（2000）提出，超Hinze尺度湍流破碎以级联方式将夹带气体从大气泡尺寸转移到小气泡尺寸。我们提供了一个理论基础，这个气泡质量级联呼吁如何从大到小尺度的能量级联中心的单相湍流理论转移。气泡破裂级联要求破裂事件主要将气泡质量从某一气泡尺寸转移到平均略小的尺寸。这种特性称为局部性。在本文中，我们分析量化局部性的人口平衡方程的保守形式，推导出气泡的质量传递速率从大到小的尺寸。使用我们提出的局部性度量，我们表明，与湍流泡状流相关的标度，包括Garrett等人（2000）假设的和在破碎波实验和模拟中观察到的标度，与强局部传输率一致，其中非局部贡献的影响以幂律方式衰减。第2部分中的数值模拟证实了这些理论预测，揭示了气泡破碎级联现象的关键物理方面。局部性支持湍流小气泡破裂的普遍性，这简化了亚网格尺度模型的发展，以预测具有实际意义的海洋小气泡统计。
2020-08-29 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Is vortex stretching the main cause of the turbulent energy cascade?
在三维湍流中，从最大尺度到最小尺度的流动平均存在一系列动能。虽然主流观点认为叶栅是通过涡流拉伸的物理过程发生的，但对此的证据仍存在争议。在两点湍流动能的Karman-Howarth方程的框架内，我们导出了流动中两点之间平均动能通量的新结果，揭示了涡旋拉伸的作用。然而，结果表明，涡拉伸实际上不是平均能量级联的主要贡献者，主要贡献者是应变率场的自放大。为了正确理解叶栅的物理性质，我们强调必须正确区分而不是混淆涡拉伸和应变自放大的作用，同时也要解决涡拉伸对能量叶栅和能量耗散率机制的不同作用的悖论。直接数值模拟被用来确认的结果，以及提供进一步的结果和见解的旋涡拉伸和应变自放大在不同尺度的流动。有趣的是，结果表明，虽然涡拉伸在平均叶栅中起着次主导作用，但在能量叶栅关于其平均行为的大波动期间，它可能起着主导作用。
2019-06-17 physics.flu-dyn
The turbulent cascade in five dimensions
用肉眼看，湍流表现出许多不同大小的旋涡。每一个尺寸或尺度，都对应着由五维级联产生的总能量的一小部分：尺度、时间和三维空间。理解这一过程对于地球物理和工业流程的建模策略至关重要。通过跟踪包含不同尺度能量的流动区域，我们已经证明了跨尺度联系的统计优势，即尺度$Δ$的流体能量块出现在尺度$2Δ$的块中，并在尺度$Δ/2$的块中死亡。我们的方法揭示了简单的水状流体中的能量级联，为湍流模型提供了新的见解，同时为导电流体，量子流体和等离子体中的类似分析铺平了道路。
2017-08-16 physics.flu-dyn
Singular measures and information capacity of turbulent cascades
真的有弱湍流这种东西吗？在这里，我们使用信息论的工具来分析弱相互作用波的湍流。它为比较热平衡和湍流提供了一个独特的视角：模式之间的互信息被证明是静态的，在平衡时很小，但在弱湍流中随时间线性增长。我们跟踪这种增长的概率集中在共振面，这可以一直到一个奇异的措施。令人惊讶的结论是，无论非线性度有多小，任何单个振幅的统计数据有多接近高斯，稳态相空间测量都远离高斯，正如大的相对熵所表明的那样。虽然这可能会让弱湍流方法的从业者感到不安，但这对湍流建模来说是一个难得的好消息：解析尺度携带了关于未解析尺度的重要信息。大尺度和小尺度之间的互信息是湍流叶栅的信息容量，限制了湍流模拟中亚网格尺度的表现。
2020-02-27 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Bifurcations analysis of turbulent energy cascade
本文通过对纳维-斯托克斯方程的分岔分析，研究了湍流能量级联的机理，并对湍流的一些重要特征作出了解释。提出了充分发展湍流中纳维-斯托克斯方程的统计分岔性质，并给出了基于速度场不动点的分岔空间表示。分析表明，局部变形可以比流体状态变量快得多，然后通过分叉的上述性质解释了能量级联的机理，并对分叉级联可以用长度尺度表示这一事实给出了合理的论证。此外，研究分析的特征长度尺度在过渡通过全局性质的分叉，并估计的数量级的临界泰勒尺度雷诺数和分叉的数量在湍流开始。
2015-01-25 physics.class-ph physics.flu-dyn
Inverse Energy Cascade in Turbulent Taylor-Couette Flows
Faculty of Mechanical Engineering, Zhejiang Sci-Tech University（浙江理工大学机械工程学院）；School of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Water Resources and Electric Power（浙江水利水电学院机械工程学院）；School of Mechanical Engineering, Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学机械工程学院）
研究高雷诺数下泰勒-科特流中逆能量级联现象，揭示零剪切应力奇异点引发的湍流能量聚集与频谱峰值形成机制。
2026-04-09 astro-ph.GA math.AP nlin.CD
Equivalence of nonequilibrium ensembles: Two-dimensional turbulence with a dual cascade
该研究针对二维双重级联湍流，构建满足能量与拟涡能守恒的时间可逆Navier-Stokes方程，验证了非平衡系综等价性猜想在有限雷诺数二维湍流中成立，拓展了原猜想的适用边界。
2021-12-22 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
On the intermittency exponent of the turbulent energy cascade
考虑了低温下空气和氦气实验中一维记录的湍流能量耗散，并通过能量耗散的两点关联函数得到了湍流度指数。空气数据是在离地面约35 m高度的风洞和大气边界层中获得的。氦数据对应于喷入容器的射流中心线。大气湍流度指数的观测结果是一致的，并呈现出随着泰勒微尺度雷诺数R_λ的增大而增大的趋势，当R_λ达到1000左右时，R_λ趋于饱和。另一方面，氦数据在几乎所有的R_λ处围绕一个恒定值聚集，这大约是空气数据的渐近值的一半。一些可能的解释提供了这种异常。
2004-02-04 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Intermittency in Shell Models of Turbulent Cascades: from Single-Branch to Multi-Branch
Laboratoire de Physique de l’École normale supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎高等师范学院物理实验室，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎西岱大学）；LISN, AO team, Bâtiment 660, Université Paris-Saclay, CNRS（巴黎萨克雷大学 LISN 实验室，法国国家科学研究中心）；Inria Saclay, TAU team, Bâtiment 660, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学 Inria 萨克雷中心 TAU 团队）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）
通过多分支壳模型研究湍流间歇性，发现分支结构增强了间歇性，并建议简化描述需保留非线性动力学和几何组织。
2026-06-18 physics.flu-dyn
Ensemble of Fixed Points in Multi-branch Shell Models of Turbulent Cascades
Laboratoire de Physique de l’École normale supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎高等师范学院物理实验室）；Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique, LISN, Université Paris-Saclay, CNRS, CentraleSupélec, Inria（数字科学跨学科实验室）
多分支壳模型通过固定点集合研究湍流级联的非线性能量传输特性。
2026-01-08 physics.flu-dyn
Turbulent cascade and energy transfer rate in a solar coronal mass ejection
2012年7月6号风探测器探测到的日冕物质抛射（CME）之前、期间和之后的湍流特性进行了研究。研究了结构函数的幂律标度，提供了速度、磁场和密度涨落的功率谱密度和平坦度的信息。在前、尾太阳风以及CME鞘层和磁云中，证明了不可压缩各向同性磁流体动力学湍流的3阶矩标度律。这表明湍流在激波后可以充分发展，或者说鞘层和云区的湍流即使在与太阳风等离子体混合的过程中也能保持稳定。因此，在每个区域中评估湍流能量传递率12。CME鞘层显示出能量转移率的增加，正如13从较低水平的阿尔夫维尼克波动中预期的那样，并表明激波-风相互作用作为14湍流级联的额外能量来源。
2021-10-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energy transfer and vortex structures: Visualizing the incompressible turbulent energy cascade
动能从大尺度向小尺度的转移是湍流的一个标志。然而，一个精确的机械描述，这是预计将发生通过能量级联，仍然是失踪。已经提出了几种概念上简单的带有涡流管的构型，作为理解能量级联的试验场。在这里，我们专注于不可压缩流和比较的能量传递发生在一个统计稳定的均匀各向同性湍流（HIT）流与生成的细尺度运动的配置，涉及涡流管。首先，我们过滤的波数分布的频带中的速度场，这使我们能够研究傅立叶空间中的能量传递，也可视化的能量级联在真实的空间。在统计稳定的HIT流在中等雷诺数的情况下，我们的数值计算结果并没有显示任何显着的相关性区域之间的激烈的能量转移和涡度或应变，过滤在相应的波数带，也没有任何简单的自相似过程。相比之下，在瞬态湍流从两个反平行的涡流管之间的相互作用，我们观察到一个定性简单的组织的激烈的结构，以及能量传递。通过在两个强涡带中相互作用的涡核变平而导致涡重联的过程，也与HIT的物理性质不同。我们的研究结果表明，瞬态流的特定属性影响能量的传输方式，可能并不代表HIT。
2023-03-28 physics.flu-dyn
Turbulent cascade induced persistent current of cold atomic superfluids
二维环形玻色-爱因斯坦凝聚体中无序量子涡旋的耗散可以形成宏观的原子持续流动。我们提出了一个协议，以创建持久流与高缠绕数的基础上的双同心环形配置。我们发现，当凝析气的初始状态为随机分布的相同电荷的涡旋时，阱的突然几何猝灭将增强阱外环形区域的环流.所建立的环流具有高稳定性和良好的均匀性，不受拓扑激励的影响。我们的研究对于新的原子电子学设计具有重要意义，同时也有助于定量地理解量子隧穿和远离平衡态的相互作用量子系统。
2020-07-05 cond-mat.quant-gas nlin.CD physics.flu-dyn
Inverse cascades of kinetic energy and thermal variance in three-dimensional horizontally extended turbulent convection
逆级联的动能和热方差在光谱空间中的垂直均匀模式的子集被发现，导致一个缓慢的聚集到一对对流超颗粒，最终填充整个水平延伸的，三维的，湍流瑞利-贝纳德对流层的热通量时，规定在顶部和底部。一个额外的弱旋转的垂直轴周围的层停止这种聚集在一个规模小于横向域扩展，并停止逆级联的热方差。动能的逆级联保持完整，甚至对于温度和速度的均方根值已经达到统计稳定状态的时间。这种动能逆级联维持了在温度场中最明显的水平延伸的对流模式。聚集对流模式的特征长度取决于热驱动和线性旋转的强度。我们的研究表明，在三维对流中，逆能量级联的重要性超出了二维湍流的情况下，受到热羽流的多尺度能量注入和边界热通量驱动，通常存在于自然的地球和天体物理系统，如太阳对流。
2022-10-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Transition to inverse cascade in turbulent rotating convection in absence of the large-scale vortex
本研究通过数值模拟发现，在无大尺度涡旋时，旋转湍流对流中向逆级联的转变由不连续变为连续，表明LSV与背景湍流的相互作用是导致间断性的原因。
2025-09-29 physics.flu-dyn
On the interaction between velocity increment and energy dissipation in the turbulent cascade
本文讨论了充分发展湍流中纵向速度增量与能量耗散率之间的相互作用问题。这两个量之间的耦合的随机马尔可夫过程的理论进行了实验研究。所谓的马尔可夫分析可以精确描述速度增量和能量耗散的联合统计特性。特别是，有可能确定控制这两个量的联合概率密度沿尺度演化的微分方程。该方程的性质为理解小尺度不稳定性的能量耗散和速度增量之间的耦合提供了有趣的新见解。
2002-12-06 physics.flu-dyn
Cascades and Spectra of a Turbulent Spinodal Decomposition in 2D Symmetric Binary Liquid Mixture
本文研究了二维Cahn-Hilliard-Navier-Stokes（CHNS）湍流中的级联和谱的基本物理过程，并与二维磁流体动力学（MHD）湍流进行了比较。重要的相似之处包括基本方程，理想的二次不变量，级联和线性弹性波的作用。表面张力引起弹性，并且表面张力能和湍流动能之间的平衡确定系统的长度尺度（Hinze尺度）。Hinze标度可以被认为是流体应变和弹性回复力之间的紧急临界平衡的标度。Hinze尺度和耗散尺度之间的尺度构成了二维CHNS系统的弹性范围。通过直接数值模拟，我们发现在弹性范围内，二维CHNS系统的均方浓度谱$H^ψ_k$与二维MHD反级联区的均方磁势谱$H^A_k$具有相同的幂律（$-7/3$）.该幂律与观察到的$H^ψ$的逆级联一致。在大尺度强迫下，二维CHNS系统的动能谱为$E^K_k\sim k^{-3}$，表明二维Navier-Stokes（NS）湍流的直接涡度拟能级联幂律。与二维MHD湍流能谱的差异意味着浓度场对流体运动的反作用是有限的。我们认为这是因为表面张力反作用仅在界面区域是显著的。界面区域仅填充了2D CHNS系统的一小部分，并且它们的界面填充分数比2D MHD小得多。
2016-07-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Impact of domain anisotropy on the inverse cascade in geostrophic turbulent convection
研究了区域各向异性对快速旋转Rayleigh-Bénard对流（RRBC）地转湍流区逆级联的影响。在水平方向具有方形截面的周期性畴中，存在充满畴的偶极态。对于矩形周期域的Kolmogorov流组成的周期性阵列的交替单向射流与嵌入式涡观察，连同一个潜在的弱曲折横向射流。在由外部施加的小振幅噪声驱动的弱耗散二维流中以及在经典流体静力学地转湍流中发生的类似转变是无粘能量守恒和位涡拟能的结果，并且可以使用统计力学考虑来理解。RRBC代表了一个重要的三维系统，只有一个无粘不变量，但表现出大尺度结构驱动的内在产生的波动。
2017-11-06 physics.flu-dyn
Experimental investigation of the turbulent cascade development by injection of single large-scale Fourier modes
本文对纳维-斯托克斯方程非线性项的重复作用引起的流动尺度间的动态相互作用进行了实验研究。注入窄带振荡，代表一个单一的傅立叶模式，到一个圆形的射流允许测量下游的产生和发展的高次谐波频谱分量，并测量这些组件最终被吸收到充分发展的湍流。此外，所观察到的测量功率谱的动态演变对应于他人所报道的测量级联延迟。密切匹配的频谱发展和级联延迟也直接从一个一维的解决方案的纳维-斯托克斯方程中描述的配套文件。在目前的工作中的结果提供了重要的信息，初始条件如何影响发展的频谱的形状和时间尺度的程度在三重相互作用的过程中，这应该是有意义的湍流建模。
2020-08-28 physics.flu-dyn
