Extreme events and instantons in Lagrangian passive scalar turbulence models
流体中标量的平流和混合是工程和自然科学中的一个重要问题。如果流体是湍流，被动标量的统计表现出复杂的行为。本文关注的是两个拉格朗日标量湍流模型的基础上，最近的流体变形模型，可以重现被动标量湍流的统计范围内的雷诺数。对于这些模型，我们演示了如何通过计算瞬子来恢复极端被动标量梯度事件，即，相关随机场论的鞍点结构。它使我们既能再现与被动标量湍流相关的重尾统计，又能恢复导致这种极端事件的最可能机制。我们进一步证明了这些模型中的大负应变事件经历了自发对称性破缺。
2021-08-04 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Hessian-based Lagrangian closure theory for passive scalar turbulence
在标量场的Hessian基础上发展了被动标量湍流的自洽闭合理论。作为标量空间结构的一个原始指标，我们采用了海森到理论的核心，以适当地表征内在的标量场本身的时间尺度。由此产生的封闭模型现在被赋予了几个现实的特征，即尺度间相互作用的尺度局部性、细节保守性和记忆衰退效应。将当前的理论应用于惯性对流范围，最终导致自洽推导的Obukhov-Corrsin光谱与其通用常数与数值和实验数据一致。
2021-09-10 physics.flu-dyn
Extraction of invariant manifolds and application to turbulence with a passive scalar
物理系统的降维，特别是在流体动力学中，在许多情况下会导致非线性常微分方程，这些方程具有全局不变流形，其代数表达式包含原系统的相关物理信息。我们提出了一种方法来识别这样的流形，我们将其应用到一个简化模型的拉格朗日演化的场梯度均匀和各向同性湍流与被动标量。
2021-05-24 physics.flu-dyn
Passive scalar dispersion along porous stratum with natural convection
研究地热梯度引发Rayleigh-Darcy对流的多孔地层中被动标量水平扩散，发现扩散系数在$Ra \gtrsim 2500$时饱和，揭示了低高Ra下主导标量迁移机制的转变，并给出饱和扩散系数的理论比例关系。
2025-04-04 physics.flu-dyn
Passive scalars: mixing, diffusion and intermittency in helical and non-helical rotating turbulence
我们使用直接数值模拟计算结构函数，标度指数，概率密度函数和湍流输运系数的被动标量在湍流旋转螺旋和非螺旋流。我们表明，螺旋度影响的惯性范围缩放的速度和被动标量旋转时，存在，与$\sim k_{\perp}^{-1.4}$的被动标量方差谱的谱法一致。这个标度律与\cite{imazio2011}中提出的旋转非螺旋流的唯象论证是一致的，该论证指出，如果能量遵循$E(k)\sim k^{-n}$定律，则被动标量方差遵循具有$n_θ=(5-n)/2$的$V(k) \sim k^{-n_θ}$定律。利用该定律得到的二阶标度指数，利用Kraichnan模型，我们得到了被动标量的反常标度指数，与数值计算结果符合得很好.间歇性的被动标量被发现是强于在非螺旋旋转的情况下，结果也证实了较强的非高斯尾场增量的概率密度函数。最后，Fick定律被用来计算在平行和垂直于旋转轴的方向上的有效扩散系数。计算表明，在旋转流中螺旋度的存在下，水平扩散减少，而垂直扩散增加。我们使用平均场参数来解释这种行为的速度场波动的幅度。
2015-03-04 physics.flu-dyn
A Differential Approximation Model For Passive Scalar Turbulence
本文用一个基于三阶微分近似的k空间扩散模型研究了二维被动标量湍流。傅立叶空间中的局部非线性相互作用的这种简单的描述示出了一个一般的表达式，与以前的开创性的工作，似乎是适合于各种二维湍流问题。流的谱能量密度的稳态解示出恢复Kraichnan-Kolmogorov现象的双级联，而各种被动标量谱，如Batchelor或Obukhov-Corssin谱恢复为稳态解的被动标量的谱能量密度。这些分析结果，然后证实了能量和被动标量注入和耗散的对数波数空间网格在很大的尺度范围内的时间演化问题的数值解。所获得的特定幂律谱被发现主要取决于动能和被动标量能量注入的位置。
2019-10-07 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Evolution of passive scalar mixing layers in stratified and unstratified homogeneous turbulence
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；University of Washington（华盛顿大学）
通过高分辨率大涡模拟研究稳定分层湍流中被动标量的混合，发现横向混合在分层与未分层情况下相似但分层时稍快，而垂向混合因分层抑制大尺度搅拌而几乎停止。
2026-06-12 physics.flu-dyn
The statistics of a passive scalar in field-guided magnetohydrodynamic turbulence
磁化等离子体湍流的各种研究调用理论的湍流波动的一个被动标量平流。例子包括模拟星际介质中的电子密度波动，了解星系团和星系间介质的化学成分，并测试磁流体动力学湍流的流行现象学理论。虽然被动标量湍流已被广泛研究的流体动力学的情况下，其对应的MHD湍流是显着不太好理解。在这里，我们进行了一系列的高分辨率直接数值模拟不可压缩，场引导，MHD湍流，以建立被动标量演化的基本属性。我们研究了标量的各向异性，建立了类似于Yaglom定律的标度关系，并测量了被动标量统计量的不对称性。我们还评估在何种程度上的伪阿尔芬波动强MHD湍流可以模拟为一个被动标量。结果表明，被动标量在MHD湍流的动力学是相当复杂的比在流体动力学的情况下。
2014-09-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Notes about Passive Scalar in Large-Scale Velocity Field
我们考虑了不可压缩大尺度湍流对被动标量θ（t，r）的平流。在Kraichnan模式的框架下，得到了θ的单点统计量和被动标量差θ（r_1）-θ（r_2）（分离度r_1-r_2位于对流区间）的全部概率分布函数。
1998-10-15 chao-dyn cond-mat.stat-mech nlin.CD
Passive Scalar Structures in Supersonic Turbulence
本文对超声速湍流中被动标量结构进行了系统的数值研究。我们发现，在标量结构的不稳定性的程度增加，只有轻微的流动变化，从跨音速到高超声速，而速度结构变得更加间歇性。这种差异是由于在标量场中没有类似激波的不连续性造成的。标量场的结构函数由She和Lévêque [Phys.Rev.Lett. 72，336（1994）]，并且发现在所有马赫数下，最强烈的标量结构都是片状的。
2011-03-28 astro-ph.GA physics.flu-dyn
A Lagrangian model for the evolution of turbulent magnetic and passive scalar fields
在本文中，我们提出了一个扩展的\emph{Recent Fluid Deformation (RFD)}封闭Chevillard和Meneveau（2006年），这是发展的不可压Navier-Stokes湍流的拉格朗日波动的时间演化模拟。我们应用RFD闭包来研究磁场和被动标量涨落的演化。这种比较是特别有趣的，因为磁场和被动标量的梯度的拉伸项是相似的，但有一个符号不同，使得湍流速度场的拉伸和压缩的效果是相反的。概率密度函数（PDF）的磁波动和波动的梯度从RFD封闭获得的被动标量进行比较，对PDF从直接数值模拟。
2010-12-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Statistical mechanics of $d$-dimensional flows and cylindrically reduced passive scalars
本文研究了$d$维不可压流在圆柱化和非圆柱化情况下的统计特性，得到了关于湍流和被动标量的几种解释和说明，如流动与标量的去相关性，瓶颈区被动标量不稳定性的减少等。绝对平衡分析保证了最近数值结果的正确性。这意味着，被动标量（S）在二维（2D）空间中可以从根本上不同的那些在$d>2$，关于与流动的相关性，这是没有考虑在著名的Kraichnan模型。真正的逆转移到大尺度的2D被动标量能量的可能性，连同平流能量，表示。最后还简要地指出了可压缩的情况，特别是在非平凡的Casimir密度的情况下，没有边界的贡献，也为$d=4$消失。
2019-02-28 hep-th nlin.CD 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
Parametric Hamilton's equations for Lagrangian model for passive scalar gradients
在随机系统的瞬子方法中，本文对Hamilton方程的弧长参数化作了一个修正，使之能考虑任意的瞬子速度。本文的主要结果是：（1）将参数化的Hamilton方程推广到任意速度。(ii)修正了哈密顿量很小但有限的情况下的参数作用，以及它如何调整到概率密度函数（pdf）。(iii)利用噪声和传播子重整化改进了概率密度函数的瞬子近似。作为上述设置的应用，我们预测了湍流的拉格朗日模型中的被动标量梯度的统计，即标量梯度最近流体变形闭合（sgRFD）。
2020-05-19 physics.flu-dyn
Bose-like condensation of Lagrangian particles and higher-order statistics in passive scalar turbulent advection
我们建立了一个迄今为止隐藏的零模式和瞬子的背景下，被动标量湍流平流的Kraichanan模型，依赖于生产的标量强梯度的假设是与玻色状凝聚的拉格朗日粒子。它开辟了一条道路，计算的N阶结构函数的标量的标度指数借用多体理论的技术。在最低阶近似下，标度指数在二维空间中随log N渐近增加。
2010-08-24 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Geometric features of the mixing of passive scalars at high Schmidt numbers
被动标量的混合减少扩散，平流在每种情况下由相同的三维Navier-Stokes湍流，进行了研究。随着扩散率的降低，混合变得更加各向同性。最陡的负和正标量梯度附近的局部流动一般是不同的，其行为进行了研究的标量扩散率的各种值。混合接近单分形性质，扩散性逐渐减小。我们认为这些结果的背景下，可能的奇异性的标量耗散。
2003-09-04 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Multiscale passive scalar turbulence in a compressed subspace via tensor trains
Technology Innovation Institute（技术创新研究所）；Hamburg University of Technology（汉堡工业大学）；Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；Inria（法国国家数字与信息技术研究院）
针对降阶建模中捕捉湍流多尺度统计的挑战，提出混合张量列方法以改进被动标量间歇性波动表征，为压缩张量形式下演化其线性动力学提供了途径。
2026-08-04 physics.comp-ph 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
An upper bound for passive scalar diffusion in shear flows
本文研究具有有限均方速度梯度的一般$n$维剪切流$\u=u(y,z,...,t)\hat{x}$平流作用下被动标量$Θ(\r,t)$的扩散。不可压缩流的单向性使流向标量梯度$\partial_xΘ$保持不变，只允许横流分量被剪切效应放大。这种扩增相对较弱，因为重要的贡献因子$\partial_xΘ$是保守的，有效地呈现缓慢的扩散过程。研究发现，标量方差$<Θ^2>$的衰减满足$d<Θ^2>/dt\ge -Cκ^{1/3}$，其中$C>0$是一个常数，依赖于流体速度梯度和$Θ$的初始分布，$κ$是分子扩散系数.这一结果推广到具有有限均方角速度梯度的平面和球面上的轴对称流。
2007-05-08 physics.flu-dyn
Predictive modeling of passive scalar transfer to a wall using stochastic one-dimensional turbulence
本文将槽道湍流中的被动标量作为湍流边界层传热传质的正则问题来研究。一维湍流模型被用来数值研究施密特和雷诺数的依赖性标量转移到一个壁，由于波动的壁正常传输。首先，该模型是校准低阶速度统计。在此之后，我们保持模型参数固定，并调查低阶被动标量统计相关的施密特和雷诺数范围。我们表明，该模型一致预测的边界层结构和缩放制度，它是接近渐近一维理论。
2020-11-09 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Peripheral mixing of passive scalar at small Reynolds number
通过对低雷诺数下的三维Couette通道流和二维合成流进行精确的直接数值模拟，研究了近壁面周边区域中被动标量的混合。在这两种情况下，所产生的现象学可以根据Lebedev和Turitsyn最近发展的理论来理解[Phys. Rev. E 69，036301，2004]。我们的研究结果证明了所确定的机制的鲁棒性，该机制负责标量浓度的持久性接近壁，在从微流体应用到环境分散建模的完全不同的领域中具有重要的后果。
2008-11-27 nlin.CD physics.flu-dyn
Passive scalar cascade in the intermediate layer of turbulent channel flow for $Pr\leq 1$
Univ. Lille（里尔大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；ONERA（法国航空航天研究院）；Arts et Metiers Institute of Technology（巴黎高科国立高等工艺学院）；Centrale Lille（里尔中央理工学院）；Graduate School of Engineering Science, University of Osaka（大阪大学工学研究科）
研究Pr≤1时湍流通道流中间层中被动标量级联的平衡与非平衡特性，揭示尺度分布与传输率的普朗特数依赖关系。
2026-03-05 physics.flu-dyn
Effective diffusivity of passive scalars in rotating turbulence
我们使用直接数值模拟来计算湍流旋转流中被动标量的湍流输运系数。在平行和垂直于旋转轴的方向上的有效扩散系数通过研究被动标量的施加的初始轮廓的扩散而获得，并且通过测量标量的平均浓度和平均空间通量作为时间的函数而计算。改变Rossby和Schmidt数以量化它们对有效扩散的影响。研究发现，旋转会降低垂直方向上的标量扩散率。垂直扩散可以使用垂直于旋转轴的特征速度和长度从混合长度参数估计。小施密特数，湍流运输减少和分子扩散变得更加显着的偏差。
2013-02-12 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Comparative experimental study of local mixing of active and passive scalars in turbulent thermal convection
我们在$Ra\sim10^{10}$实验研究了水中湍流瑞利-贝纳德对流中主动和被动标量场的统计特性。在矩形池的侧壁附近测量了荧光染料的局部浓度和局部温度。结果表明，虽然它们是由同一湍流平流输送的，但两个标量的分布不同。这种差异是双重的，即数量本身和它们的小尺度增量都有不同的分布。结果表明，存在一个基于时间域的浮力尺度，即Bolgiano时间尺度$t_B$，在此尺度以上，浮力效应是显著的。高于$t_B$，温度是主动的，并且发现比被动的浓度更间歇。这表明，在湍流热对流中，活动标量具有较高的不稳定性。它进一步发现，这两个标量场的混合是各向同性的尺度大于$t_B$，即使浮力作用于流体在垂直方向上。低于$t_B$，温度是被动的，并且被发现比浓度更具有各向异性。但这种较高的各向异性程度归因于温度的扩散率高于浓度的扩散率。从温度和浓度的同时测量，它表明，两个标量具有相似的自相关函数，它们之间有很强的正相关。
2008-03-29 physics.flu-dyn
Reduction of mean-square advection in turbulent passive scalar mixing
直接数值模拟结果表明，在无规速度场作用下，被动标量平流中耦合项的方差小于速度场和标量场统计独立时的方差。这种效应类似于流体动力学湍流中的“非线性抑制”。我们表明，在数值数据中观察到的趋势是定性一致的封闭理论相关的Kraichnan的直接相互作用近似的预测。这一现象在普朗特数的范围内得到了证实。在惯性对流范围内，损耗相对于波数近似恒定。在Batchelor范围内效果较弱。
2012-07-20 physics.class-ph physics.flu-dyn
Probability Distribution of a Passive Scalar in Isotropic Turbulence
在这封信中，我们目前的发展的哈密顿方法的概率分布问题的被动标量在各向同性湍流，也考虑了具体的应用程序修改后的Prelle-Singer程序湍流模型。讨论并解决了以下关键问题：被动标量湍流模型所允许的尺度方程的一般动力学结构是什么？典型变量之间的关系和用典型变量表示湍流的典型变量的一般要求是什么？本文指出，湍流中Hanilton表示的存在是湍流系统的特权，而最小作用量的变分原理对它来说是不可能的。还可以明确地导出各向同性湍流中被动标量概率分布的主方程。
2013-01-27 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Passive scalar anisotropy in a heated turbulent wake: new observations and implications for LES
实验研究了被动标量各向异性对亚网格物理和大涡模拟模拟的影响。测量横跨一个中等雷诺数尾流产生的加热气缸，使用一个阵列的四个X线和四个冷线探头。通过改变阵列中探针之间的间隔距离，我们获得了三种不同滤波器尺寸下的滤波量和亚网格量。我们计算几个条款，包括次网格耗散张量的动能和标量方差和测试各向同性的行为，作为一个功能的过滤器规模。我们发现，而动能耗散张量趋于各向同性在小尺度上，SGS的标量方差耗散保持各向异性独立的过滤器规模。涡扩散模型预测各向同性的行为，而非线性（或张量涡扩散）模型再现正确的趋势，但高估了标量耗散各向异性的水平。这些结果为所谓的混合模型提供了一些支持，但对所观察到的各向异性的原因提出了新的问题。
2001-06-04 physics.flu-dyn
Fluid Dynamics and Passive Scalar Transport Driven by Non-Uniform Tumbling of a Prolate Spheroid in Simple Shear Flow
New Mexico State University（新墨西哥州立大学）；University of Colorado, Colorado Springs（科罗拉多大学科罗拉多斯普林斯分校）；New Mexico Institute of Mining and Technology（新墨西哥矿业技术学院）
基于格子玻尔兹曼高保真模拟，研究了简单剪切流中长椭球被动标量输运，发现颗粒惯性通过影响翻滚均匀性改变流动与输运模式，且在低惯性下输运速率收敛于与Peclet数的共同关系。
2024-10-16 physics.flu-dyn
Burns turbulent dispersion considers the dispersed phase as a passive scalar
本研究揭示双流体RANS泡状流中常用的Burns湍流弥散力等效于将气相视为跟随湍流涡的被动标量，验证了其适用于低空泡份额压水堆管流的气泡弥散表征。
2024-03-11 physics.flu-dyn
An explicit algebraic closure for passive scalar-flux: Applications in heated channel flows subjected to system rotation
我们提出了一个代数模型的湍流标量通量矢量，源于张量表示理论。由此产生的封闭包含直接依赖于平均速度梯度和帧旋转张量，占科里奥利效应。模型系数由均匀剪切流的直接数值模拟（DNS）数据确定，该剪切流具有任意平均标量梯度方向。这种类型的调整过程使得所提出的模型是客观的对非均匀的应用程序。模型的性能进行了评估，在几个加热通道流在固定和旋转框架，显示出良好的结果。为了将所提出的模型的性能到上下文中，我们比较尤尼斯代数模型，这是已知的几个工程流提供合理的预测。
2020-02-15 physics.flu-dyn
Shear effects on passive scalar spectra
研究了大尺度切变对被动平流标量场能谱的影响。剪切叠加在湍流各向同性流，产生Obukhov-Corrsin $k^{-5/3}$标量谱在小尺度。剪切效应出现在大尺度上，其中观察到不同的各向异性行为。标量谱的表现为$k^{-4/3}$的强度和方向固定的剪切。对于其他类型的剪切特性，斜率通常介于-5/3 Obukhov-Corrsin值和-1\f25 Batchelor-1值之间。在这种行为的起源的物理机制说明在拉格朗日粒子的运动。他们提供了一个解释的标量谱浅，并依赖于在剪切流中观察到的实验条件在中等雷诺数。
2004-10-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Active and passive fields face to face
研究了同一湍流中主动标量场和被动标量场的统计特性。已被认为是四个例子的活性标量：温度在热对流，磁势在二维磁流体力学，涡度在二维埃克曼湍流和表面流的位温。在温度和涡度的情况下，它被发现，主动标量行为类似于其共同发展的被动对应。另外两个例子表明，这种相似性实际上并不是普遍的，被动场和主动场之间的差异可能是惊人的：在二维磁流体力学中，磁势执行逆级联，而被动标量级联向小尺度;在表面流中，尽管两者都执行直接级联，位温和被动标量在低阶统计对象的水平上已经具有不同的标度律。这些巨大的差异根源于有效标量输入和粒子轨迹之间的相关性。这种相关性的作用，在主动标量输运和耗散异常的行为的普遍性问题的解决。
2004-07-08 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Fractal iso-contours of passive scalar in smooth random flows
本文研究了一个被动标量场在抽运、扩散和平流作用下的拉格朗日混沌光滑流。我们提出的理论论据表明，标量统计是不共形不变的，并制定新的有效的半解析算法来模拟标量湍流。然后，我们进行了大量的被动标量湍流的数值，重点是节线的统计。的分布轮廓的大小和周长被证明既不依赖于流量的实现，也不依赖于分辨率（扩散）规模$r_d$的规模超过$r_d$。在大于或小于抽运尺度$L$的尺度上，标量等值线是分形/光滑的。我们通过Löwner映射的驱动函数描述了长等值线弯曲的统计特性，表明它的行为类似于扩散，扩散率与分辨率无关，但最令人惊讶的是，依赖于速度实现和标量演化的时间。
2011-08-04 math-ph math.MP nlin.CD
Compressibility in turbulent MHD and passive scalar transport: mean-field theory
本文采用准线性近似和谱$τ$方法，发展了湍流磁流体力学和被动标量输运中压缩性效应的平均场论。我们发现，可压缩性降低了$α$效应和湍流磁扩散率在小和大的磁雷诺数，Rm。同样，可压缩性降低了被动标量在小和大的Péclet数，Pe的湍流扩散系数。另一方面，对于大的Rm，可压缩性不影响磁场的有效泵浦速度，但是对于小的Rm，可压缩性使其减小。密度分层导致被动标量的湍流泵送，但它被发现变得越来越弱的可压缩性。对于磁场，不存在这样的泵浦效应。然而，可压缩性的结果在一个新的被动标量泵效应从低到高的湍流强度的区域，无论是小的和大的Péclet数。它可以被解释为非惯性颗粒和气体混合物的可压缩的turbophoresis，而经典的turbophoresis效应只存在于惯性颗粒，并导致它们被泵送到湍流强度较低的区域。
2018-08-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Passive scalar transport in rotating turbulent channel flow
采用直接数值模拟的方法研究了展向系统旋转条件下槽道湍流中标量输运问题。雷诺数$Re = U_b h/ν$固定为$20\,000$，旋转数$Ro = 2 Ωh/U_b$在0至1.2之间变化，其中$U_b$是整体平均速度，$h$是半通道间隙宽度，$Ω$是旋转速率。标量值是恒定的，但在两个壁不同，导致稳定的标量输运通过通道。旋转导致不稳定的通道侧具有相对较强的湍流和湍流标量输送，以及稳定的通道侧具有相对较弱的湍流或层流，弱湍流标量输送，但大的标量波动和陡峭的平均标量梯度。在稳定通道侧的某些$Ro$处观察到的不同的顺磁层流模式在标量梯度场中诱导类似的模式。研究的主要结论是，旋转降低了标量和速度场之间的相似性，标量动量输运的雷诺类比不适用于旋转湍流槽道流。这是由速度和标量波动之间的相关性降低，并强烈减少湍流普朗特数小于0.2的不稳定通道侧远离壁在较高的$Ro$。在不稳定通道一侧，标量尺度变得比湍流尺度更大，根据光谱和湍流标量通量矢量变得更一致的平均标量梯度由于旋转。预算中的标量能量和标量通量的控制方程，以及其他相关的湍流建模统计。
2017-10-30 physics.flu-dyn
Mean-field closure parameters for passive scalar turbulence
将各向同性强制均匀稳态湍流与施加被动标量浓度梯度的直接数值模拟与提供平均被动标量通量和方差演化方程的分析闭合模型进行比较。三重相关的波动出现在这些方程中描述的松弛项成比例的二次相关。三种方法被用来提取弛豫时间尺度τ_i从直接数值模拟。首先，我们将闭包插入到我们的方程中，假设平稳性，并求解tau_i。其次，我们只使用闭包分析本身，并从二次相关和三次相关的比值中获得τ_i。第三，我们去除了施加的被动标量梯度，并将指数衰减律拟合到解。我们改变雷诺数（Re）和Péclet数（Pe），同时保持它们的比例在统一和尺度分离的程度，并找到大Re公平的不同方法之间的对应关系。被动标量通量的湍流弛豫时间与湍流涡旋的翻转时间之比约为3，这与以前的工作是非常一致的。最后，我们努力提取的弛豫时间尺度相关的粘性和扩散效应。我们发现这是有效的小和大的Re，分别两个制度，但尺度分离的参数的依赖性表明，它们是不普遍的。
2011-12-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Helicity effect on turbulent passive and active scalar diffusivities
本文通过数值模拟发现螺旋度会降低有效磁扩散率但增强被动标量扩散率，并证明速度场关联时间随动能螺旋度增加是解释该结果的关键。
2025-05-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Spontaneous stochasticity and the Armstrong-Vicol passive scalar
本研究解释Armstrong-Vicol被动标量在无粘极限下同时展现拉格朗日与欧拉自发随机性，提出测度选择原理以严格分类普适类，并数值验证反常耗散与有效扩散率概率密度。
2025-04-22 physics.flu-dyn
Space-time correlations of passive scalars in colored-noise flows
State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室）；School of Engineering Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学工程科学学院）
本文研究了在具有波数依赖相关时间与幂律空间谱的高斯彩色噪声速度场中被动标量的时空相关性，在惯性-对流子区间内推导出解析解，验证了椭圆近似模型，揭示了标量时空衰减机制。
2026-10-05 physics.flu-dyn
Large-Eddy Simulation closures of passive scalar turbulence: a systematic approach
在被动标量输运的背景下，小尺度（“亚网格”）湍流的参数化的问题。我们专注于Kraichnan平流模型本身的封闭问题的分析调查。系统地导出了描述粗粒标量场演化的动力学方程。在$l/r$的最低阶近似下，$l$是定义粗粒标量场的滤波器的特征尺度，$r$是惯性距离分离，我们恢复了小尺度的经典涡扩散率参数化。在下一个领导秩序的动力学封闭。后者优于经典模型，因此是一般湍流中标量输运的亚网格模型的自然候选者。
2003-09-10 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Statistics and geometry of passive scalars in turbulence
本文对中等雷诺数（10 =< R_λ=< 42）和施密特数大于1（2 =< Sc =< 32）时被动标量的混合进行了直接数值模拟（DNS）。模拟分辨率低于Batchelor比例高达四倍。平流湍流是均匀的和各向同性的，并保持稳定的随机强迫在低波数。被动标量通过一个方向上的平均标量梯度而呈现静止。本文研究了标量场的几何和统计性质与其梯度之间的关系。雷诺数和施密特数是不是足够大的Kolmogorov缩放或巴彻勒缩放的发展，并不奇怪，我们发现没有分形缩放的标量水平集，或等值面，在中间粘性范围。等值面的面积-体积比反映了标量涨落的近似高斯统计。由标量梯度幅值的条件概率密度函数（PDF）确定的等值面上的标量通量，具有朝向尾部的拉伸指数分布。对于小振幅和大振幅，标量耗散的PDF明显偏离对数正态分布。研究了标量及其耗散率的联合统计量，以及标量耗散的平均条件矩。我们研究粗粒化的概率密度的影响，以模拟测量中的不良探头分辨率的影响。
2005-10-21 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Probability Density Functions of Decaying Passive Scalars in Periodic Domains : An Application of Sinai-Yakhot Theory
采用Sinai和Yakhot [PRL，63（18），第1962，1989页]介绍的形式主义，我们研究的概率密度函数（pdf的）的衰减被动标量在光滑的大尺度速度场的影响下的周期域。我们关注的特定机制是标准化纯量pdf在有限时间内达到自相似轮廓的机制，即，即所谓的奇异或统计本征模区。根据西奈和Yakhot的工作，pdf的中心区域是幂律。但pdf分布的细节取决于问题中的物理参数。有趣的是，对于小的Peclet数的pdf的{ \it类似}拉伸或纯指数函数，而在大的Peclet数的限制，出现了一个通用的高斯形式的pdf。数值模拟被用来验证这些预测。
2004-01-12 nlin.CD physics.flu-dyn
Anomalous Dissipation in Passive Scalar Transport
本文研究了被动标量中流体动力学湍流的反常耗散。我们的主要结果产生了一个不可压缩的$C^\infty([0,T)\times \mathbb{T}^d)\cap L^1([0,T]; C^{1-}(\mathbb{T}^d))$速度场，明确表现出异常耗散。因此，该示例还示出了具有不可压缩的$L^1([0,T]; C^{1-}(\mathbb{T}^d))$漂移的输运方程的解的非唯一性，其除了在一个时间点处是平滑的。我们还提供了三个充分条件的反常耗散提供的解决方案的无粘方程成为奇异的控制方式。最后，我们讨论连接到Obukhov-Corrsin单分形理论的标量湍流以及其他潜在的应用。
2020-02-02 math.AP physics.flu-dyn
Assessing passive scalar dynamics in bubble-induced turbulence using DNS
本研究通过DNS分析气泡诱导湍流中的被动标量，发现标量谱从k^-5/3到k^-3的转变，并揭示其机制与气泡直径尺度相关，同时探讨了对流扩散率的影响。
2023-05-04 physics.flu-dyn
Data-Driven Fractional Subgrid-scale Modeling for Scalar Turbulence: A Nonlocal LES Approach
在湍流输运的大涡模拟（LES）中，对被动标量输运方程进行滤波，产生了与不可分辨标量通量相对应的封闭项。了解和尊重亚网格尺度（SGS）通量的统计特征是LES的鲁棒性和可预测性的关键点。在这项工作中，我们调查的内在非局部行为的SGS被动标量通量通过研究其两点统计从过滤的直接数值模拟（DNS）数据中获得的被动标量输运均匀各向同性湍流（HIT）。真实SGS标量通量的长程相关性的存在促使我们超越传统的局部闭合模型方法，这种方法不能预测被动标量中湍流输运的非高斯统计特征。在这里，我们提出了一个适当的统计模型，考虑到过滤玻尔兹曼输运方程（FBTE）的被动标量的微观SGS运动。在FBTE中，我们近似的过滤平衡分布与$α$稳定的Levy分布，基本上结合了幂律行为，类似于所观察到的非局部统计SGS标量通量。通用的整体平均这样的FBTE让我们制定一个连续的水平封闭模型SGS标量通量出现在分数阶拉普拉斯算子，这是固有的非本地。通过数据驱动的方法，我们推断出我们的SGS模型的最佳版本，使用高保真数据的SGS标量通量和过滤标量梯度之间的两点关联函数，稀疏线性回归。在\textit{a priori}测试中，最优分数阶模型在再现滤波标量方差的SGS耗散的概率分布函数（PDF）方面产生有希望的性能，与从滤波DNS数据获得的其真实PDF相比。
2021-07-09 physics.flu-dyn
Lagrangian model for passive scalar gradients in turbulence
本文提出一个基于RDGF闭合的拉格朗日模型，用于各向同性湍流中被动标量梯度的预测，通过纳入轨迹历史信息修正误差，在泰勒雷诺数约500以内与DNS数据高度吻合。
2022-10-31 physics.flu-dyn
Passive Scalars and Three-Dimensional Liouvillian Maps
被动标量在时间相关的不可压缩流体流动的运动的全球方面很好地描述了体积保持（Liouvillian）的三维地图。本文研究了Liouvillian映射中可能的不变结构和两种最有趣的近可积情形。此外，在组织这种类型的系统的动态不变线的基本作用被暴露。分叉涉及一些不变的线和管的破坏和创建新的详细描述。
2012-08-01 chao-dyn math.DS nlin.CD
Turbulence and passive scalar transport in a free-slip surface
我们考虑二维（2D）流动在一个平坦的自由滑动表面，界定了三维（3D）的体积，其中的流动是湍流。表面二维流动的运动方程既不是可压缩的，也不是不可压缩的，而是受到表面下三维流动的强烈影响。二维表面和三维体积尺度中的速度关联函数具有相同的指数。在粘性子范围中，振幅是相同的，但在惯性子范围中，2D振幅减小到3D振幅的2/3。表面流比三维体积流具有更强的间歇性。本文利用几何标度理论导出了速度场的标度与表面上平流的被动标量的密度涨落之间的关系。
2001-04-09 nlin.CD physics.flu-dyn
Passive scalar mixing and decay at finite correlation times in the Batchelor regime
Kraichnan给出了一个优雅的被动标量混合模型，假设速度在时间上是δ相关的。我们推广这个模型，包括一个有限的相关时间，$τ$，使用更新流的影响。所得到的3-D被动标量谱$\hat{M}(k,t)$或其相关函数$M(r,t)$的方程给出了当$τ\to 0$时的Kraichnan方程，并将其扩展到$τ$中的下一阶。它涉及$M$或$\hat{M}$的三阶和四阶导数（在高$k$限值中）。对于小$τ$，可以使用Landau-Lifshitz方法将其重铸为至多具有$\hat{M}$的二阶导数的一个。我们提出了一个缩放的解决方案，这个方程忽略扩散和一个更精确的解决方案，包括扩散效应。我们表明，稳态1-D被动标量谱，保持Batchelor形式，$E_θ(k) \propto k^{-1}$，在粘性对流限制，独立的$τ$。这个结果也可以用拉格朗日方法以一般的方式得到。有趣的是，在没有源的情况下，当被动标量波动衰减，我们表明，在巴彻勒政权的频谱，并在后期，是$E_θ(k) \propto k^{1/2}$的形式，也独立于$τ$。更一般地，有限的$τ$在衰减期间不定性地改变光谱的形状，尽管衰减速率降低。从高分辨率（$1024^3$）的被动标量混合和衰变的直接数值模拟，我们发现合理的协议与巴彻勒谱的预测，在稳态。在衰变过程中的标量谱同意定性与分析预测时，功率主要是在波数对应的巴彻勒政权，但然而，当盒尺…
2017-06-01 astro-ph.GA nlin.CD physics.flu-dyn
Passive scalar diffusion as a damped wave
三维湍流模拟表明，湍流均方根速度是湍流扩散速度的上限。这与磁扩散非常相似，其中最大扩散速度是光速。从数学上讲，这是由于包含法拉第位移电流，它确保了因果关系的遵守。在湍流扩散中，当使用最小τ近似时，很自然地出现类似于位移电流的项。模拟证实了这样一个长期的存在，并给出了其相对重要性的定量测量。
2004-04-26 physics.flu-dyn
Eulerian spatio-temporal correlations in passive scalar turbulence
本文通过数值模拟研究了三维被动平流标量场的时空两点关联函数，证实了小时间延迟下的高斯衰减以及大时间延迟下与泛函重整化群分析一致的指数衰减，并揭示了两种状态间的交叉。
2021-04-26 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
The Batchelor spectrum of passive scalar turbulence in stochastic fluid mechanics at fixed Reynolds number
在1959年，巴彻勒预测，在具有小扩散率$κ$的流体中平流的被动标量的定态统计应该沿着包含在流体模型的粘性对流范围内的惯性范围显示$|k|^{-1}$功率谱。这种预测已经过广泛的实验和数值测试，是被动标量湍流的核心预测。在这篇文章中，我们提供了一个严格的证明的一个版本的巴彻勒的预测在$κ\to 0$极限时，标量受到一个空间光滑，白色的时间随机源和平流的二维斯托克斯方程或三维超粘性斯托克斯方程在$\mathbb{T}^d$迫使充分经常，非退化随机强迫。虽然我们的结果适用于任意雷诺数的流体，但该值始终是固定的。我们的结果依赖于我们最近的工作中建立的拉格朗日混沌和被动标量混合的定量理解。此外，在$κ\to 0$限制，我们获得统计平稳，弱解$H^{-ε}$的随机强迫平流问题没有扩散。这些解决方案几乎肯定不是局部可积的分布与非零的平均异常流量，并满足Batchelor谱在所有足够小的尺度。我们还证明了一个Onsager型临界性结果，这表明没有这样的耗散，弱解的规则性多一点可以存在。
2020-12-23 math.AP math.DS math.PR
Long-Time Asymptotics of Passive Scalar Transport in Periodically Modulated Channels
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究周期性调制通道中被动标量输运的长时渐进行为，通过Floquet-Bloch型特征函数展开推导标量场渐近展开，并估计其有效时间尺度，扩展了Taylor扩散理论。
2026-04-07 physics.flu-dyn
Comparing velocity and passive scalar statistics in fluid turbulence at high Schmidt numbers and Reynolds numbers
本文通过纳入施密特数高达512的文献数据，反驳了先前关于高雷诺数和施密特数下速度与被动标量统计量趋同的结论，证明两者本质差异始终存在。
2023-02-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
