The Polymer Stress Tensor in Turbulent Shear Flows
研究了聚合物与湍流剪切流的相互作用。我们专注于弹性应力张量的结构，这是成比例的聚合物构象张量。我们在日益复杂的湍流中研究这个物体。首先是各向同性湍流，然后是各向异性（但均匀）剪切湍流，最后是壁边界湍流。本文的主要结果是，对于所有这些流动，聚合物应力张量在大Deborah数$\De\gg 1$的极限下获得了一个普适结构。我们提出了分析结果的抑制线圈拉伸过渡在大德博拉数。以上的过渡的湍流速度波动与聚合物的伸长率强相关：出现高品质的“水弹性”波，其中湍流动能变成聚合物的势能，反之亦然。这些波决定了弹性应力张量的轨迹，但实际上并不改变它的普遍结构。我们证明了聚合物对能量和动量平衡的影响可以通过与弹性应力张量的横流分量成比例的有效聚合物粘度来准确地描述。该分量比流向分量小一个与$\De ^2 $成比例的因子。最后，我们将我们的结果与壁边界湍流联系起来，澄清了聚合物减阻问题中观察到的一些令人困惑的事实。
2004-05-11 nlin.CD physics.flu-dyn
The invariant rate of energy extraction by polymers in turbulence
本研究揭示了聚合物湍流$k^{-2.3}$能谱标度的物理机制，发现聚合物以恒定速率消耗能量级联，该速率与总能通量构成双不变量，为湍流控制提供了新思路。
2025-07-29 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Polymer additives in fluid turbulence and distributed chaos
流体和聚合物具有不同的基本对称性。也就是说，流体的拉格朗日重标记对称性对于聚合物是不存在的（而平移和旋转对称性仍然存在）。这一事实导致在流体湍流中的重新标记对称性的自发破缺，即使在一个微小的聚合物添加。由于无粘性流体运动中的螺旋度守恒是重标记对称性（由于Noether定理）的结果，因此聚合物添加剂对这种守恒的破坏导致了分布式混沌中的强烈影响。用拉伸指数谱$\propto \exp(-k/k_β)^β$和$β=2/5$表征了具有自发破缺重标记对称性的湍流中的分布混沌。与纯流体（牛顿流体）的情况相比，这种分布混沌的频谱范围向小波数方向扩展，并且$k_β$变得更大.这导致小尺度湍流的实质性抑制和大尺度混合增强。与直接数值模拟（DNS）和实验数据的结果已经建立了良好的协议，为通道流（DNS），Rayleigh-Taylor湍流对流（DNS）和Rayleigh-Benard湍流对流（实验）。
2016-05-30 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Elastic turbulence in a shell model of polymer solution
我们发现，在低惯性和大弹性，壳模型的粘弹性流体开发一个混沌行为的属性类似的弹性湍流。壳模型的低维性使我们能够探索聚合物浓度和Weissenberg数的宽范围。我们的研究结果表明，在弹性湍流的起源的物理机制不依赖于边界条件或平均流的几何形状。
2016-03-05 physics.flu-dyn
Energy, enstrophy and helicity transfers in polymeric turbulence
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）
研究聚合物湍流中能量、环量和螺旋度的输运机制，揭示聚合物对流动拓扑和输运过程的影响
2025-11-18 nlin.CD physics.flu-dyn
Effects of polymer additives on Rayleigh-Taylor turbulence
采用Oldrophil-B粘弹模型直接数值模拟（DNS），研究了聚合物添加剂对Rayleigh-Taylor系统湍流对流的影响。聚合物伸长的动力学遵循自相似的湍流混合层的演化，并显示出对流动的强烈反馈的出现，其引起聚合物伸长的截止。粘弹效应对流动混合特性的影响是双重的。在大尺度上混合明显增强（混合层的增长率大于纯牛顿的情况下），并在小尺度上耗尽（热羽流相对于牛顿的情况下更连贯）。观测到的热羽流的加速以及温度场和垂直速度之间的相关性的增强，有助于显著的{ \it热输送增强}。我们的研究结果与由聚合物引起的下降和上升羽流之间的{ \it减阻}的情况是一致的，并且提供了在没有边界层的情况下发生减阻的进一步证据。附录中报告了费米提出的混合层增长的弱非线性模型。
2011-01-31 nlin.CD 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
Nonasymptotic elastoinertial turbulence for asymptotic drag reduction
聚合物诱导减阻受到最大减阻（MDR）的渐近极限的限制。几十年来，研究人员一直认为MDR反映了聚合物不会进一步改变的最终流动状态的收敛。我们的模拟表明，随着减阻收敛到其不变极限，底层动力学继续发展，没有收敛的迹象。渐近减阻的阶段不是由任何单一的流动状态表示的，而是包括具有不同动力学模式的状态，所有这些状态都部分地由聚合物弹性维持。
2021-01-23 nlin.CD physics.flu-dyn
Active and hibernating turbulence in minimal channel flow of Newtonian and polymeric fluids
在最小流动几何形状下模拟了减阻聚合物溶液的湍流通道流动。即使在牛顿极限，我们发现的“冬眠”湍流的时间间隔，显示许多功能的通用最大减阻（MDR）渐近线观察到的聚合物溶液：弱流向涡，几乎不存在的流向变化和平均速度梯度，定量匹配实验。随着粘弹性的增加，这些间隔的频率也增加，而间隔本身不变，导致流动越来越像MDR。
2010-04-28 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
Fluid Acceleration in the Bulk Turbulence of Dilute Polymer Solutions
本文报道了用高速光学跟踪系统跟踪示踪粒子的方法，在稀聚合物溶液的大部分强湍流中测量拉格朗日加速度的实验结果。我们观察到一个显着的减少，在稀聚合物溶液中的加速度方差。然而，归一化的加速度概率密度函数的形状保持与牛顿水流相同。我们还观察到在这些稀聚合物溶液中的湍流拉格朗日加速自相关时间的增加。
2008-01-10 physics.flu-dyn
Strong polymer-turbulence interactions in viscoelastic turbulent channel flow
本文着重研究了粘弹性湍流导致聚合物诱导湍流减阻现象的基本机理。在这个问题上的一个巨大挑战是粘弹性湍流的计算，因为对聚合物物理的理解仅限于力学模型。一个有效的国家的最先进的数值方法来解决建模为非线性弹簧的聚合物的控制方程，而不使用任何人为的假设，像往常一样，在这里实施的第一次在一个三维通道流动几何。该算法捕捉强聚合物-湍流动力学相互作用的能力被描绘的结果，这是更接近定性的实验观察。这使得更详细的研究的聚合物湍流的相互作用，从而产生一个增强的图片上的聚合物湍流能量转移的机制。
2011-11-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Two-dimensional, homogeneous, isotropic fluid turbulence with polymer additives
我们提出了最广泛的直接数值模拟，尝试到目前为止，统计稳定，均匀，各向同性湍流的二维流体膜与空气阻力引起的摩擦和聚合物添加剂。我们的研究表明，聚合物（a）减少总的流体能量，拟能，和palinstrophy，（b）修改流体能谱在反向和正向级联制度，（c）减少小规模的不稳定性，（d）抑制区域的大涡度和应变率，和（e）拉伸应变为主的地区。我们比较我们的结果与早期的实验研究，我们提出了新的实验。
2016-11-14 physics.flu-dyn
Turbulence of Dilute Polymer Solution
在充分发展的三维流体湍流中，脉动能量在大尺度上提供，通过中间尺度级联，并在小尺度上耗散。湍流的标志是，对于中间尺度，在所谓的惯性范围内，平均能通量是恒定的，与粘度无关[1-3]。一个非常重要的问题是，当向流体中添加也可以传输能量的附加剂时，该范围如何改变。长链聚合物以非常小的浓度溶解在流体中就是这样一种试剂[4，5]。基于de Gennes和Tabor [6，7]的先前工作，我们引入了一种理论，该理论平衡了通过湍流级联的能通量与进入稀长链聚合物溶液的弹性自由度的能通量。我们提出了一个改进的弹性长度尺度，$r_\varepsilon$，它描述了聚合物弹性湍流能量级联的效果。我们的实验结果很好地符合这个新的能流平衡理论。
2013-01-08 physics.flu-dyn
Colloquium: Theory of Drag Reduction by Polymers in Wall Bounded Turbulence
流体在通道、管道或导管中的流动，就像在任何其他有壁面的流动中一样（如沿着船体的水或飞机上的空气），会受到阻力的阻碍，当流体从层流变成湍流时，阻力会增加许多倍。一个主要的技术问题是如何减少这种阻力，以最大限度地减少在管道中运输石油等流体或在海洋中移动船舶的费用。在二十世纪中期发现，聚合物的微小浓度可以将湍流中的阻力降低高达80%。虽然多年来积累了实验知识，但聚合物减阻的基本理论在很长一段时间内仍然难以捉摸，争论激烈，这是“皮肤”还是“体积”效应。在这次座谈会回顾中，我们首先总结了聚合物减阻的现象，强调其普遍和非普遍的方面，然后继续审查最近的理论，提供了一个定量的解释所有已知的现象。我们治疗灵活和棒状聚合物，解释存在的普遍属性，如最大减阻（MDR）渐近线，以及非普遍的交叉现象，取决于雷诺数，聚合物的性质和其浓度。最后，我们还讨论了其他减阻剂，重点是气泡的重要例子。
2007-02-15 nlin.CD physics.flu-dyn
Shell Model for Drag Reduction with Polymer Additive in Homogeneous Turbulence
最近的直接数值模拟的非牛顿流体动力学的FENE-P模型显示，聚合物添加剂的减阻的现象存在（虽然在减少的形式），也在均匀的湍流。我们在这里介绍一个简单的壳模型均匀粘弹性流动，重新捕获的基本观察的完整的模拟。壳模型的简单性使我们能够对主要观测结果提供一个透明的解释。结果表明，减阻机理主要在大尺度上起作用。了解该机制使我们能够预测减阻量如何取决于模型中的各种参数。主要结论是，减阻不是一个普遍的现象，它的峰值在一个窗口的参数，如雷诺数和松弛率的聚合物。
2003-04-24 physics.flu-dyn
Extending Kolmogorov Theory to Polymeric Turbulence
本文提出一种形式体系，通过扩展速度增量与结构函数将聚合物湍流与经典Kolmogorov理论相调和，解析与数值证明其在弹性-惯性范围内的幂律行为及尺度不变性。
2024-10-12 physics.flu-dyn
Lagrangian velocity statistics of homogeneous isotropic turbulence in dilute polymer solutions
Graduate School of Engineering Science, The University of Osaka（大阪大学工学研究科）
通过直接数值模拟研究稀聚合物溶液中均匀各向同性湍流的拉格朗日速度统计，发现聚合物通过抑制从小到大的涡旋来调节功率谱密度和积分时间尺度。
2026-07-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of threads and polymers in turbulence: power-law distributions and synchronization
我们研究了线和聚合物在湍流中的行为。这些物体具有有限的空间延伸，因此沿着它们的流动略有不同。相应的拖曳力产生有限的平均拉伸，并且线在大部分时间被拉伸。尽管如此，波动缩小的概率是很大的，并且已知只按照幂律衰减。我们表明，指数的幂律是一个普遍的数字独立的统计流。对于聚合物，存在卷曲-拉伸转变：流动必须具有足够大的李雅普诺夫指数，以克服弹性阻力并将聚合物从卷曲状态拉伸。从跃迁以上的拉伸态收缩的概率再次服从幂律，但具有非普适指数。我们表明，上述过渡指数变得普遍，并得出相应的表达式。此外，我们还演示了同步：过渡上方的线程或聚合物的端到端距离通过流同步并变得相同。因此，在稀聚合物溶液中从牛顿行为到非牛顿行为的转变可以被看作是有序转变。
2011-12-28 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Polymers in Swarming Bacterial Turbulence
我们实验研究了聚合物添加剂对粘质沙雷氏菌在准二维（2D）液膜中集群动力学的影响。我们发现，即使是微量的聚合物（< 20 ppm）也可以显着提高游泳速度，并促进大规模的连贯结构。速度统计表明，聚合物抑制了大的速度波动，将速度分布从超高斯转换为高斯。空间和时间的关联函数表明，聚合物增加的尺寸和寿命的流动结构。能谱在低波数下呈指数衰减，特征长度尺度随聚合物浓度增加而增加。总的来说，这些结果表明聚合物可以介导细菌相互作用并促进致密活性悬浮液中的大规模相干性。
2022-08-05 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Boundary layer of elastic turbulence
本文从理论上研究了高分子稀溶液在大Weissenberg数极限下弹性湍流的近壁区。正如它是建立在实验上，弹性湍流具有边界层的流体速度场可以近似由一个稳定的剪切流与相对较小的波动在它的顶部。假设在底部的边界层的溶解的聚合物可以被认为是被动的对象，我们研究分析和数值统计的聚合物构象，这是高度不均匀的壁法线方向。接下来，施加的条件，即被动制度终止于边界的边界层，我们得到的平均流量的比值的流量波动的大小的估计。该比率由聚合物浓度、聚合物的回转半径和它们在完全伸展状态下的长度决定。渐近分析的结果再现了有限Weissenberg数下弹性湍流的定性特征。
2018-01-03 physics.flu-dyn
Polymeric diffusive instability leading to elastic turbulence in plane Couette flow
本文在 Oldroyd-B 和 FENE-P 模型中证明，聚合物应力的微小扩散可在无惯性平行剪切流中引发线性不稳定性，进而产生三维自持混沌状态，首次在壁面约束平行粘弹性流中实现弹性湍流。
2023-08-07 physics.flu-dyn
A symbolic regression-based implicit algebraic stress turbulence model: incorporating the production of non-dimensional Reynolds stress deviatoric tensor
本文提出一种基于符号回归的隐式代数应力湍流模型，通过纳入无量纲雷诺应力偏张量产生项来捕捉平均流场产生的局部湍流形状，并在多个流动算例中验证了其优于参考模型的性能与泛化能力。
2025-07-07 physics.flu-dyn
Physical mechanism of turbulence attenuation by polymers from a timescale perspective
Graduate School of Engineering Science, The University of Osaka（大阪大学工学研究科）
本研究通过直接数值模拟和尺度分解，提出尺度依赖的魏森贝格数，揭示聚合物从较小尺度到较大尺度逐步抑制涡旋的机制，并建立了聚合物-湍流相互作用的物理图像。
2026-09-14 cond-mat.soft 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
Polymer stress growth in viscoelastic fluids in oscillating extensional flows with applications to micro-organism locomotion
对粘弹性流体中大幅度步态波动游泳的模拟表明，游泳者的尖端存在高分子弹性应力集中现象，我们利用一系列相关的理论研究来探讨这些集中应力的来源。首先，在粘弹性流体中，在给定的振荡延伸停滞点处，解析地计算聚合物应力。分析确定了一个黛博拉数（De）依赖韦森伯格数（Wi）的过渡，低于该过渡的应力是线性的Wi，和以上的应力指数增长Wi。接下来，应力和速度，发现从数值模拟中的振荡4辊轧机的几何形状。将这些模拟的应力与解耦（给定流量）情况下的应力理论计算进行比较，观察到类似的应力行为。在粘弹性流体中的时间可逆的弯曲细丝的尖端周围的流动被示出为呈现沿着颗粒轨迹的振荡延伸，并且应力响应呈现类似的过渡。然而，在高振幅、高De区域中，对流动的应力反馈导致经历不对称拉伸和压缩的非时间可逆的粒子轨迹，并且应力在该区域中更显著地增长。这些结果有助于解释过去观察到的大应力集中的大幅度游泳者和非单调依赖于游泳速度的De。
2019-06-19 physics.flu-dyn
Unsteady rheo-optical measurements of uniaxially extending liquid polymers
液体聚合物的粘弹性行为取决于聚合物链的微观结构。为了研究应力下聚合物链形态引起的不稳定结构变化，我们开发了一种简单的流变光学技术，结合高速偏振相机和滴到基底上的毛细管破裂拉伸流变仪（CaBER-DoS），它沿应力方向单轴延伸和排列聚合物。利用该技术，同时测量了拉伸液体聚合物的粘弹性和双折射场。与使用旋转流变仪在剪切应力加载下发生的条件不同，该技术提供了双折射和拉伸应力之间的线性关系。的测量反映了在一个灵活的聚合物（PEO和CNC的混合溶液）的双折射和取向角，这是一个测量的取向状态和螺旋拉伸过渡的聚合物链的时间演变的结构变化。值得注意的是，在弹性毛细管制度，测得的双折射率保持恒定的一个恒定的取向状态，而Weissenberg数逐渐增加，这提供了实验证据的线圈拉伸过渡的聚合物链下恒定的拉伸应力加载。
2022-04-28 physics.flu-dyn
Transition route to elastic and elasto-inertial turbulence in polymer channel flows
通过二维FENE-P流体直接数值模拟，发现弹性湍流和弹惯性湍流共享Ruelle-Takens过渡路径，由聚合物扩散不稳定性触发，经大尺度次级不稳定性最终分岔至两种混沌状态。
2024-08-21 physics.flu-dyn
Is there a Relationship between the Elongational Viscosity and the First Normal Stress Difference in Polymer Solutions?
我们研究了各种不同的聚合物溶液在剪切和拉伸流动。剪切流是在商用流变仪的锥板几何结构中产生的。我们使用毛细管断裂拉伸流变仪（CaBER）中的聚合物溶液形成的长丝的毛细管变薄作为拉伸流动。我们将在CaBER中测量的松弛时间和拉伸粘度与我们在流变仪中测量的第一法向应力差和松弛时间进行比较。所有这四个量取决于不同的流体参数-聚合物溶液的粘度、溶液内的聚合物浓度和聚合物的分子量-以及剪切速率（在剪切流测量中）。然而，我们发现，第一法向应力系数依赖于二次的CaBER弛豫时间。一个简单的模型来解释这种关系。
2009-09-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Large is different: non-monotonic behaviour of elastic range scaling in polymeric turbulence at large Reynolds and Deborah numbers
我们使用直接的数值模拟来研究均匀的，各向同性的湍流稀聚合物溶液在高雷诺数和德博拉数。我们发现，对于小波数$k$，动能谱显示Kolmogorov-类似的行为，在一个较大的$k$跨越到一个新的，弹性的标度制度，$E(k) \sim k^{-ξ}$，与$ξ\approx 2.3$。我们研究的贡献的聚合物通过尺度的动能通量，并发现它可以被分解成两个部分：一个增加有效的粘性耗散，和一个纯粹的弹性贡献，占主导地位的非线性通量的范围内的$k$的弹性缩放观察。两个通量之间的多尺度平衡决定了交叉波数，该交叉波数非单调地依赖于Deborah数。一致的是，结构函数也显示出两个标度范围，在他们两个在同等程度上存在的不确定性。
2023-02-12 physics.flu-dyn
Critical-layer structures and mechanisms in elastoinertial turbulence
在低雷诺数的聚合物溶液的弹性惯性湍流（EIT）的模拟显示本地化的聚合物拉伸波动。这些与线性稳定性（Tollmien-Schlichting（TS）模式）和预解式分析产生的结构非常相似：即，临界层结构位于平均流体速度等于波速的地方。自维持的非线性TS波的计算表明，临界层具有产生大的聚合物拉伸片的停滞点。这些运动学可能是EIT中类似结构的成因。
2019-04-04 physics.flu-dyn
The ultimate state of elastic turbulence
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
本研究通过直接数值模拟发现，对于Oldroyd-B和FENE-P两种本构模型，随德博拉数增大，弹性湍流会达到终极状态，此时流体耗散等体相量与聚合物松弛时间无关。
2026-08-28 physics.flu-dyn
Turbulence Momentum Transport and Prediction of the Reynolds Stress in Canonical Flows
基于控制体以局部平均速度运动的动量平衡，提出了一种求解湍流正则流中雷诺应力的独特方法。微分变换将这个动量平衡转换为可解形式。在简单的几何形状与实验和计算数据的比较显示出相当好的协议。湍流动量传输的另一种图片提供，与数据验证，其中的湍流动量的传输由平均速度，而被耗散的粘度。净动量传输是雷诺应力。使用DNS和实验数据验证了这种湍流动量平衡。这项工作的意义是，雷诺应力可以明确地写在一个简单的形式，来自纯流体物理学的基本湍流参数方面，并有可能存在应用这个概念，以更复杂的湍流。
2017-08-15 physics.flu-dyn
A Generalizable Theory for the Reynolds Stress, Based on the Lagrangian Turbulence Transport
利用拉格朗日动量输运，雷诺剪应力可以用基本湍流参数表示。在这种观点中，雷诺应力梯度代表流向动量的横向传输，由动量方程中的u2传输、压力和剪切力项平衡。我们将这种形式主义扩展到其他湍流参数，如雷诺应力的对角分量，以及更复杂的流动（具有逆压梯度的边界层流动和具有旋流的管流）。直接数值模拟（DNS）的数据用于验证这一整套湍流输运方程，表现出良好的一致性和协议的所有组件和不同的几何形状。使用这一整套湍流输运方程的一个例子显示为湍流射流。
2020-07-26 physics.flu-dyn
Experimental observation of the elastic range scaling in turbulent flow with polymer additives
溶解在湍流中的微量长链柔性聚合物可以显著改变流动性质，例如减少阻力和增强混合。一个基本的谜团是这些聚合物添加剂如何与存在于湍流中的不同空间尺度的涡流相互作用，进而改变湍流能量传递。在这里，我们展示了如何湍流动能是通过不同的尺度在聚合物添加剂的存在下转移。特别是，我们在实验中观察到一个新的缩放范围的出现，称为弹性范围，其中通过聚合物的弹性转移越来越多的能量。此外，弹性范围的存在规定了高阶速度统计的标度。我们的研究结果对许多湍流系统，如等离子体或超流体中的湍流，其中湍流涡和其他非线性物理机制之间的相互作用往往涉及到重要的影响。
2021-02-01 physics.flu-dyn
Follow the curvature of viscoelastic stress: Insights into the steady arrowhead structure
University of Liège（列日大学）；University of Vermont（佛蒙特大学）
本文通过研究粘弹性应力曲率与局部流动拓扑的关系，揭示了稳定箭头结构中聚合物应力分布与流动动力学的联系。
2026-02-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Localised Arrowheads: The building blocks of elastic turbulence in rectilinear, sheared polymer flows
Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, University of Cambridge（剑桥大学应用数学与理论物理系）
研究通过识别局部化箭头波揭示了矩形剪切聚合物流中弹性湍流的形成机制，发现其在流体中随机切换状态，但剪切速度小，不适用于混合。
2026-04-21 physics.flu-dyn
The origin of wall-shear stress fluctuations in wall-bounded turbulence
本文通过壁面能量耗散研究壁面剪切应力波动的起源，发现大尺度耗散源于近壁尺度相互作用，且随雷诺数增大，小尺度向大尺度的能量输运因对数层中间尺度增多而增强。
2024-05-01 physics.flu-dyn
Stress singularities and the formation of birefringent strands in stagnation flows of dilute polymer solutions
本文研究了聚合物稀溶液沿壁面爬行流动的驻点流动。对于一个简化的流动几何形状，我们明确表明，一个狭窄的区域的强聚合物延伸（双折射链）形成下游的停滞点在UCM模型和扩展，如FENE-P模型。这些股是与存在的一个本质的奇异性的应力，这是诱导的事实，即驻点使本构方程中的对流项成为一个奇点。我们认为，该机制是相当普遍的，因此，所有的流动，有一个分界线远离停滞点表现出一些奇异的行为。这些发现是最近发现的奇异行为在纯粹的拉伸流壁驻点对应：基本机制是相同的，而不同性质的奇异应力行为反映了不同形式的速度膨胀接近驻点。
2009-01-30 physics.flu-dyn
A Method for Determination of the Reynolds Stress and Turbulence Structure in Wall-Bounded Flows
利用拉格朗日动量输运，雷诺应力可以用基本湍流参数表示。雷诺应力梯度表示流向动量的横向传输，由动量方程中的u2传输、压力和剪切力项平衡。直接数值模拟（DNS）的数据已被用来验证这种方法，具有良好的一致性和协议。雷诺应力梯度的表达式将输运方程添加到雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程中，因此，如果可以确定第三个未知变量u2，则可以确定湍流结构。在这里，我们考虑替代结构为基础的方法，用于重建的u2轮廓壁有界流。u2剖面的输入，结合两个传输方程（RANS和当前的雷诺应力方程），允许充分重建的湍流结构的壁有界流，与DNS数据的合理协议。
2019-12-10 physics.flu-dyn
Steady state extensional rheology of a dilute suspension of spheres in a dilute polymer solution
本文研究了球形颗粒在稀聚合物溶液中的稀悬浮液的稳态拉伸流变学。对于不含颗粒的聚合物流体，除了溶剂粘度之外，聚合物的拉伸粘度$μ^\text{poly}$对总的无量纲拉伸粘度$1+μ^\text{poly}$有贡献。当一个小体积分数，$ϕ$，球被添加到聚合物流体，应力被改变的爱因斯坦粘度为2.5 $ϕ$和两个额外的应力贡献：相互作用应力和颗粒诱导的聚合物应力（PIPS）。在较低的Deborah数（拉伸速率和聚合物松弛时间的乘积）$De\lesssim0.5$下，净相互作用应力为正，而在较大的$De$下为负。相对于未扰动流，单轴拉伸流中球体的存在产生了更大和更小的局部拉伸区域。在卷曲-拉伸转变（$De<0.5$）之下，远离颗粒的聚合物处于卷曲状态，并且当它们被颗粒周围的大拉伸区域拉伸时，在颗粒下游形成拉伸聚合物的尾流。这导致正相互作用应力波（表面）和PIPS（拉伸尾流）。在卷曲-拉伸转变之外，远离颗粒的聚合物被高度拉伸，但当它们到达颗粒表面附近的低拉伸区域时，它们更接近卷曲状态。因此，负PIPS由塌陷的聚合物区域产生。当$De\gtrsim0.6$时，来自相互作用小应力和PIPS的拉伸粘度的变化分别为$ϕμ^\text{poly}$和大约-1.85 $ϕμ^\text{poly}$。在大的$De$下，聚合物拉伸粘度$μ^\text{poly}$大。因此，添加颗粒降低了悬浮液（$(2.5…
2022-08-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Connecting the Hydrodynamics of Polymeric Fluids and Active Nematics
Queensland University of Technology（昆士兰科技大学）；University of Oxford（牛津大学）；Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯理工学院）
该研究揭示了弹性湍流与主动湍流之间的密切联系，通过展示聚合物流体作为可变形的主动物质类比，揭示了两者在宏观层面上的连续描述相似性，并展示了拓扑缺陷在弹性湍流中的作用。
2026-10-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Universal mean velocity profile in polymeric flows at maximum drag reduction
研究利用直接数值模拟揭示最大减阻状态下壁面法向动能通量受抑、聚合物维持速度脉动的机制，并推导与实验相符、不依赖壁面湍流特征量的通用平均速度剖面。
2025-03-17 physics.flu-dyn
Early turbulence in viscoelastic flow past a periodic cylinder array
本研究通过二维直接数值模拟发现，添加聚合物使流经周期性圆柱阵列的粘弹性流在极低雷诺数下发生早期转捩，揭示了由弹性力主导的混沌波动状态及阻力增强机制。
2024-10-15 physics.flu-dyn
Prediction of flow and elastic stresses in a viscoelastic turbulent channel flow using convolutional neural networks
本文利用卷积神经网络从壁面测量数据预测粘弹性湍流中的速度脉动和聚合物应力脉动，并探索由速度或压力场重建聚合物应力场的可行性，为流动控制和实验测量提供非侵入式方法。
2024-08-17 physics.flu-dyn stat.ML
Melting of a nonequilibrium vortex crystal in a fluid film with polymers : elastic versus fluid turbulence
我们进行了一个直接的数值模拟（DNS）的强制，不可压缩的二维纳维-斯托克斯方程耦合的FENE-P方程的聚合物构象张量。该强制使得在没有聚合物的情况下并且在低雷诺数$\mbox{Re}$下，膜达到稳定状态，该稳定状态是涡旋和反涡旋的正方形晶格。我们发现，当我们增加韦森伯格数$\mbox{Wi}$，一系列的非平衡相变转换这个晶格，首先空间扭曲，但时间稳定，晶体，然后到一个序列的晶体振荡的时间，周期性的，在低$\mbox{Wi}$，和准周期性的，稍大的$\mbox{Wi}$。最后，系统变得无序，表现出时空混沌和弹性湍流。然后，我们得到该系统的非平衡相图，在$\mbox{Wi} - Ω$平面，其中$Ω\propto {\mbox{Re}}$，并表明（a）之间的边界的结晶相和湍流相具有复杂的，分形型字符和（b）Okubo-Weiss参数$Λ$为我们提供了一个自然的措施，在这个图中的相位和过渡的特点。
2017-04-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Coherent structures in plane channel flow of dilute polymer solutions with vanishing inertia
当受到足够强的速度梯度时，长的柔性聚合物的溶液表现出流动不稳定性和混沌运动，通常被称为弹性湍流。它的机制不同于牛顿流体中常见的惯性驱动的湍流，并且人们对其了解甚少。在这里，我们证明了纯弹性压力驱动的通道流动的稀聚合物溶液的动力学是由精确的相干结构，采取二维行波的形式。我们的结果表明，没有线性不稳定性是需要维持这样的行波解，并且它们的起源是纯弹性的性质。我们表明，相关的应力分布的特点是薄，dielent-like安排的聚合物拉伸，这是持续的一对孤涡。我们讨论了直通道中弹性湍流过渡的行波解的含义，并提出了在实验中检测它们的方法。
2022-06-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Transition from a weak-elastic to an elastic-activated regime in two-dimensional polymeric turbulence
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Hubei Key Laboratory of Engineering Structural Analysis and Safety Assessment（湖北省工程结构分析与安全评估重点实验室）
该研究通过直接数值模拟揭示二维聚合物湍流随魏森伯格数增加从弱弹性到弹性激活的转变，发现弹性应力改变能量级联与传递路径，并关联到聚合物强反馈的出现。
2026-09-24 physics.flu-dyn
Polymers in turbulence: stretching statistics and the role of extreme strain-rate fluctuations
湍流中的聚合物被波动的速度梯度拉伸;稳态概率分布函数（p.d.f.）$R$具有幂律尾部，其指数随着Weissenberg数$Wi$（聚合物弹性的无量纲度量）而增加。这项研究解决了以下问题：（一）什么是湍流速度梯度的非高斯统计的聚合物拉伸的作用？(ii)警察是怎么。的$R$演变到其渐近稳定的形式？我们的分析是基于模拟的动态有限可扩展珠弹簧哑铃和链，在极稀的限制，这是在一个均匀的和各向同性的湍流，以及在高斯随机流。首先，我们回顾了高分子拉伸的大偏差理论，并说明了它的应用。然后，我们比较聚合物拉伸湍流和高斯随机流，并表明，而极端值的应变率有助于拉伸小- $Wi$刚性聚合物，它们是不重要的高- $Wi$聚合物，而不是由中等应变率的累积作用拉伸。这一结果是支持的聚合物在拉伸状态下的持续时间的分析。接下来，从螺旋聚合物的分布开始，我们发现，p.d.f.对于低到中等$Wi$，$R$的形式为演进的幂律，尽管在高$Wi$时并非如此。不管是哪种情况，警察局。以指数方式松弛到静止状态。作为$Wi$的函数测量的平衡的相应时间尺度指向在线圈拉伸转变处的临界减慢。重要的是，这些结果表明没有质的变化时，链在湍流被替换为哑铃在高斯流，从而支持使用后者的降阶建模。
2023-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CD
Transition to turbulence in viscoelastic channel flow of dilute polymer solutions
本研究通过FENE-P流体直接数值模拟，发现稀聚合物溶液粘弹性槽道流比牛顿流更早转捩，临界扰动振幅更低，转捩后聚合物可抑制脉动实现减阻，且两者临界扰动均遵循γ≈-1.25的Re幂律标度。
2023-11-06 physics.flu-dyn
Purely elastic turbulence in pressure-driven channel flows
本研究通过直通道压力驱动流的大规模直接数值模拟，揭示了弹性湍流的亚临界转变机制，发现其围绕通道中平面附近的不稳定相干态组织，并产生斑点状流动结构。
2024-02-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Comment on "Theoretical analysis of quantum turbulence using the Onsager ideal turbulence theory''
在最近的一篇论文[T。Tanogami Phys. Rev. E 103，023106 ]提出了一种量子湍流的场景，其中在小于涡间距离的尺度上的能谱由量子应力级联主导，这与开尔文波级联预测相反。本文的目的是强调在推导量子应力级联中的一些物理问题，特别是强调忽略了环流的量子化。
2021-07-22 cond-mat.other physics.flu-dyn
Elastic turbulence in two-dimensional cross-slot viscoelastic flows
我们报告的证据不规则的非定常流动的二维聚合物解决方案的情况下，在十字槽的几何形状使用数值模拟的Oldrophil-B模型。通过探索过渡到随时间变化的流动与流体弹性和聚合物浓度，我们发现周期性行为接近不稳定阈值和更复杂的流动在较大的弹性，与实验结果一致。对于足够高的弹性，我们得到的动力学指向弹性湍流，与时间谱的速度波动表现出幂律衰减，指数在-3和-2之间，和概率密度函数的速度波动，弱偏离高斯性，而高非高斯尾巴的本地加速度。
2021-02-04 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Structures of elastoinertial turbulence in pipe flow
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文通过VESPOD方法分析了管道流动中弹性惯性湍流的主导结构，发现其由三种不同波家族的行波主导，其中高波数结构为基波的谐波，且存在嵌套结构。
2026-05-15 physics.flu-dyn
