Routes to stratified turbulence and temporal intermittency revealed by a cluster-based network model of experimental data
本文提出结合降维和无监督聚类的数据驱动方法，识别分层倾斜管道实验的湍流骨架，揭示多种湍流类型及间歇性转变路径，为多物理场湍流降阶模型奠定基础。
2024-11-10 physics.flu-dyn
Self-organized criticality of turbulence in strongly stratified mixing layers
出于分层剪切流在地球物理和环境条件下的重要性，我们通过一系列直接数值模拟的湍流Holmboe波不稳定性（HWI）在各种初始条件下产生的能量，混合和光谱行为的特点。我们专注于分层的情况下，是足够的“强”，使HWI是占主导地位的流动的主要不稳定性。我们的数值研究结果表明，出现自组织临界性（SOC），这是表现为一个适当定义的梯度理查森数，$Ri_g$，与水平平均流量的调整，在这样一种方式，它是不断吸引到一个临界值$Ri_g \sim 1/4$。这种自组织是通过“冲刷”运动（即“雪崩”）的连续强化局部化而发生的，“冲刷”运动是由Holmboe波不稳定性的预锻引起的湍流的特征，并在急剧局部化的密度界面的上下两侧发展，嵌入在更加扩散的剪切层中。这些本地化的“雪崩”也被发现表现出预期的规模不变的特点。从能量学的角度来看，SOC的出现是以长寿命的湍流的形式表示的，该湍流在很长一段时间内保持在“准平衡”状态。最重要的是，这种自组织行为的不可逆混合的结果似乎是其特征一般由一个通用的累积湍流通量系数$Γ_c \sim 0.2$只为湍流所产生的Holmboe波不稳定性。这种自组织临界状态的存在证实了与分层湍流的自调节有关的原始物理论点，正如Turner（1973）所描述的那样，它涉及一种“平衡”。
2018-09-09 physics.flu-dyn
Turbulence energetics in stably stratified geophysical flows: strong and weak mixing regimes
传统上，湍流能量学的特征在于湍流动能（TKE），并单独使用TKE预算方程建模。在稳定分层中，TKE由速度剪切产生，并通过粘性耗散和抵抗浮力而扩展。分层效应的特征在于浮力梯度与剪切力平方之比，称为理查森数，Ri。人们普遍认为，在Ri超过临界值Ric时，局部剪切不能维持湍流，并且流动变成层流。我们通过将能量分析扩展到湍流位能和总能量（TPE和TTE = TKE + TPE）来修正这一概念，考虑它们的预算方程，并得出结论，TTE是由剪切在任何分层中维持的保守参数。因此，不存在“能量Ric”，这与流体动力学不稳定性阈值Ric不稳定性相反，其典型值在0.25到1之间变化。我们证明，这个区间，0.25<Ri<1，分离两个不同的湍流制度：强混合和弱混合，而不是湍流和层流制度，作为经典的概念状态。这解释了Ri>>1时自由大气和深海湍流的持续发生，阐明了湍流边界层与自由流动的主要区别，为改进湍流闭合模式提供了依据。
2008-07-11 astro-ph.EP nlin.CD physics.ao-ph
On the energetics of stratified turbulent mixing, irreversible thermodynamics, Boussinesq models, and the ocean heat engine controversy
分层湍流理论中的一个关键问题是关于D（APE）（可用势能的耗散率APE）和W_{r,turbulent}（背景重力势能的湍流变化率GPE_r）之间联系的性质，它们都受分子扩散控制。对于具有线性状态方程的Boussinesq流体，这种联系简单地为W_{r,turbulent} =D（APE），广泛地解释为暗示GPE_r以APE为代价增加，与层流情况相反，GPE_r以内能（IE）为代价增加。这个想法在这里被重新考虑，把IE看作是三个不同的子成分的总和：可用内能（AIE），有效能（IE_{exergy}），和死内能（IE_0）。在这个新的观点中，D（APE）是APE到IE_0的耗散率，而W_{r,laminar}和W_{r,turbulent}都将IE_{exergy}转换为GPE_r。因此，等式W_{r,turbulent} =D（APE）表明，IE_{exergy}以与APE耗散到IE_0相同的速率转换到GPE_r。对于非Boussinesq流体，等式D（APE）= W_{r,turbulent}充其量是一个很好的近似，因为W_{r,turbulent}通常小于D（APE），有时甚至对于强非线性状态方程为负。在第二步中，搅拌和混合之间的联系检查风和浮力驱动的热分层海洋，以确定这些是否限制搅拌的机械源，最近提倡。它是建立搅拌和混合之间的耦合不能反驳传统的浮力驱动的所谓的赤道翻转环流的观…
2009-07-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Stratified inclined duct: direct numerical simulations
本文通过首批三维DNS忠实再现SID实验的四种流态，并以较低成本支持长时间模拟，揭示时间与参数变化下的分层湍流转捩。
2023-01-24 physics.flu-dyn
Regime transitions in stratified shear flows: the link between horizontal and inclined ducts
我们提出了解析解的二维速度场和密度场的近似层流分层倾斜管道（SID）的流动，扩散占主导地位的惯性在沿通道的动量方程，但它是可以忽略不计的密度输运方程。我们把这种近似称为流体静力学/重力/粘性动量和平流密度（HGV-A）近似，由于在控制方程的领先平衡。该解析解适用于长管道限制下的双层结构中的层流。在这种条件下，无量纲体积通量由弗劳德数$Fr^* =Re_g/(A\,K)$给出，其中$Re_g$为重力雷诺数，$A$为管道的纵横比，$K$为取决于管道倾斜度的几何参数，并从分析解中获得。HGV-A近似的解析解验证了实验室实验的结果，并使我们能够获得新的洞察SID流的动力学和属性。最重要的是，$Fr^*$的恒定值描述了在水平和倾斜管道中逐渐增加的湍流状态之间的过渡：从层流到界面波，再到间歇湍流和持续湍流。
2022-09-14 physics.flu-dyn
Long-time evolution of density layers and interfaces in forced stably-stratified flows
研究通过长时间数值模拟揭示了稳定层化流中密度阶梯的形成机制及不同粗化动态，揭示了湍流混合与层形成间的相互作用。
2025-12-09 physics.flu-dyn
Long-wave instabilities of sloping stratified exchange flows
本文在倾斜分层交换流中发现三种新的长波不稳定性，它们可在强分层背景流中增长并诱发湍流混合，揭示了一条新的能量交换路径。
2023-09-18 physics.flu-dyn
Nonlinear waves in stratified Taylor--Couette flow. Part 2. Buoyancy flux
本文是对具有固定外圆柱的轴向分层Taylor-Couette流中混合的两方面研究的第二部分，即分层的形成和浮力的上涌。在第一篇论文中，我们表明，流动的动力学主要是由叠加的非线性波的相干结构。（混合）-丝带和（混合）-交叉螺旋线之间的相互作用产生的一对线性不稳定的螺旋模式相反的“handedness”，似乎是负责形成良好的混合层和尖锐的密度界面。在本文中，我们表明，这些结构也完全负责向上的浮力通量的模拟。发生这种情况的机制是最具能量的波的密度和垂直速度分量之间的正耦合。这种耦合主要是由扩散的密度在低施密特数Sc，但也可以是一个非线性效应在较大的Sc。湍流被发现有助于负浮力通量在Sc= 1，10，16，这导致的结论，即质量上涌是一个混乱的平流的后果，即使在大雷诺数。因此，牺牲性地分离相干结构导致来自DNS的通量Richardson数Ri_f的良好估计。我们还使用Winters等人（1995）的理论框架来分析开放控制体积中混合的能量学，阐明了端部效应对势能收支的影响。还讨论了Oglethorpe等人（2013年）最近实验中浮力通量测量的潜在联系。
2016-09-09 physics.flu-dyn
Thermodynamic inadmissibility of the incompressible hydrodynamics description of turbulent stratified fluid flows at low Mach numbers
不可压缩的纳维-斯托克斯方程是目前描述低马赫数下分层湍流流动的主要模型。然而，不可压缩假设的有效性迄今为止仅严格地建立在绝热运动上。在这里，我们从第一原理表明，将可用的能量学和热力学考虑应用于与分层剪切流不稳定性有关的湍流混合事件，这一结果反驳了当非绝热不可逆效应很重要时不可压缩假设也是有效的这一普遍观点。主要结果是动力学和热力学在分层湍流中是强耦合的。这与目前公认的观点大相径庭，需要对低马赫数时控制分层紊流的物理过程进行全面的重新研究。
2007-11-19 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Energy transfer, Intermittency and Mixing in Shear-Driven Stratified Turbulence
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）
通过直接数值模拟研究不同弗劳德数下分层剪切湍流的能量传递、间歇性和混合，发现中间分层区间出现垂直剪切水平流并增强混合，能谱正向传递为主，强分层增强间歇性，混合系数约为0.1。
2026-07-03 nlin.CD physics.flu-dyn
Mixing by offshore wind infrastructure: Resolving the density stratified wakes past vertical cylinders
School of Architecture, Building and Civil Engineering, Loughborough University（拉夫堡大学建筑、土木与土木工程学院）
本研究通过结构解析直接数值模拟，揭示了海上风电设施后两种不同分层条件下涡流混合机制，为验证未来模型提供了关键基准。
2026-02-11 physics.flu-dyn
Layer formation and relaminarisation in plane Couette flow with spanwise stratification
最近的研究揭示了当稳定分层的湍流被迫具有水平剪切时相干结构在形成层中的作用（Lucas，Caulfield & Kerswell，J. Fluid Mech.，第832卷，2017年，pp. 409-437）。在这里，我们扩展了我们以前的工作，通过研究稳定分层的平面Couette流与重力在展向方向上的动态刚性边界的影响进行调查。我们观察到近壁分层和相关的新的平均流的形式大规模展向扁平流向卷。各层显示出预期的浮力标度$l_z\sim U/N$，其中$U$是典型的水平速度标度，$N$是浮力频率。我们将新的相干结构与著名的大规模二次流在平面Couette分层修改，并发现，过渡到持续湍流的可能性是由这个浮力尺度的相对大小控制的展向间距的条纹。我们还研究了在这个系统中新发现的线性不稳定性对湍流过渡的影响（Facchini et. 2018 arXiv：1711.11312）。
2019-03-19 physics.flu-dyn
Mean flow scaling in stably stratified temporally developing turbulent boundary layers
UCLouvain（法语鲁汶大学）
本研究利用时间发展湍流边界层框架，验证了稳定分层下Monin-Obukhov相似性理论在更广范围内的适用性，并提出经验修正以准确预测壁面摩擦系数。
2026-09-22 physics.flu-dyn
Transition to the ultimate regime of turbulent convection in stratified inclined duct flow
University of Twente（特温特大学）；Imperial College（帝国理工学院）；University of Rome ‘Tor Vergata’（罗马托维加塔大学）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）
研究通过DNS揭示了分层倾斜管道流在高湍流 regime 中的转变，发现Nu ~ Ra^1/2的输运增强，并揭示了临界条件下的速度剖面和非正常非线性过渡特性。
2026-03-16 physics.flu-dyn
Anisotropy of emergent large-scale dynamics in forced stratified shear flows
Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics（应用数学与理论物理系）；University of Cambridge（剑桥大学）
研究揭示了强迫层化剪切流中大尺度动力学的各向异性，通过数值模拟发现剪切层半深度收敛至有限值，并观察到大尺度流结构的形成。
2025-10-28 physics.flu-dyn
Turbulence comes in bursts in stably stratified flows
简单层流和复杂湍流有明显的区别。但在某些情况下，对于夜间的行星边界层，一个稳定而有序的流动可以发展出强烈而零星的湍流活动，这些湍流活动随着时间的推移慢慢消失。这种现象是不理解的，模型也很差;然而，它是我们理解天气和气候动力学的核心。我们在这里提出了一个简单的模型，它表明，在稳定分层的湍流，更强的爆发时，可以发生的流动预计是更稳定的。爆发是由储存在波中的能量的快速非线性放大产生的，并且与垂直速度和温度（或密度）波动之间的能量交换有关。在2048^3个点的网格上进行的直接数值模拟证实了这个有些矛盾的结果，即在更稳定的流动中，可以测量到更强的事件，这不仅表现在温度和垂直速度导数上，而且还表现在场本身的振幅上。
2013-08-29 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Optimal mixing in two-dimensional stratified plane Poiseuille flow at finite Péclet and Richardson numbers
我们考虑了静态稳定的密度分层流体的初始有限振幅扰动引起的不可逆混合的非线性优化。在平面二维通道中施加恒定的压力梯度。我们考虑具有有限Péclet数$Pe=500$和Prandtl数$Pr=1$，以及一系列大量Richardson数$Ri_b \in [0,1]$的流。我们使用约束变分直接伴随循环（DAL）方法来解决两个优化问题，将Foures等人（2014）的最优混合结果扩展到分层流，其中标量密度的混合具有能量成本，因此具有可观察的动态效应。我们确定初始扰动的固定有限动能，最大化的时间平均动能开发的扰动在有限的时间间隔，和初始扰动，最小化的值的"混合范数"，如Thiffeault（2012）定义和Foures等人（2014）所示是用于识别使目标时间处的标量分布的方差最小化的扰动的计算上有效且鲁棒的代理。我们证明，对于所有考虑的散装理查森数，时间平均动能最大化扰动是显着次优混合相比，混合范数最小化扰动。通过考虑的时间演变的动能和势能水库，我们发现，混合范数最小化的最佳扰动导致的流量，通过泰勒分散，非常有效地将扰动动能转化为"可用的势能"，这反过来又导致迅速和不可逆的彻底和有效的混合，很少的能量返回到动能水库。
2018-10-03 physics.flu-dyn
The stability of stratified spatially periodic shear flows at low Péclet number
这项工作解决的问题，分层，空间周期性剪切流在低Péclet数，但高雷诺数的稳定性。这个很少被研究的极限是由天体物理系统激发的，在天体物理系统中，普朗特数通常很小。此外，它可以使用Lignieres提出的一组简化的“低Péclet数方程”来研究[Astronomy & Astrophysics，348，933-939，1999]。通过线性稳定性分析，我们首先确定了无穷小扰动不稳定的条件。我们将Squire定理推广到低Péclet数方程，证明了第一不稳定模总是二维的。然后，我们进行能量稳定性分析的低Péclet数方程，并证明，对于一个给定的雷诺数值，在临界强度的分层，任何光滑的周期性剪切流是稳定的任意振幅的扰动。在该参数范围内，流动只能是层流，而不会发生湍流混合。发现线性和能量稳定性的条件是不同的，因此，我们确定了一个区域中的参数空间有限振幅不稳定性可能存在。使用直接数值模拟，我们确实发现，该系统是这样的有限振幅不稳定性。我们确定数值多远的线性稳定区域的参数空间湍流可以持续。
2015-07-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Baroclinically-driven flows and dynamo action in rotating spherical fluid shells
由于对太阳和恒星内部越来越详细的观测，稳定分层的恒星辐射带的动力学引起了相当大的兴趣。本文报道了第一个非轴对称和时间依赖性的模拟流滞弹性流体驱动的斜压扭矩在稳定分层旋转球壳-一个系统作为恒星辐射区的基本模型。随着斜压性的增加，从简单到更复杂的流的分叉序列被发现，其中一些可用的对称性的问题随后被打破。随着斜压性的增加，气流的极向分量相对于主导的环向分量而增加。磁场产生的可能性，从而出现，本文继续提供一些迹象，自持发电机行动在斜压驱动流。我们推测，稳定分层的恒星内部的磁场，因此不一定是化石的起源，因为它是经常假设。
2017-07-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of the Moist Stably Stratified Surface Layer: Turbulence and Fog Formation
我们调查的稳定分层的表面层上的冷凝和液态水负荷的影响，着眼于了解雾形成的湍流混合的影响。直接数值模拟（DNS）的干和湿明渠流进行，在这两个恒定的冷却率是在地面上应用，以模仿长波辐射冷却。取决于冷却速率，它可以导致湍流（弱稳定）或层流（非常稳定）。与完全干燥的情况相比，液态水在潮湿情况下的冷凝使得在导致湍流崩溃之前能够实现稍高的冷却速率。在非常稳定的情况下，失控冷却导致接近地面的液态水大量凝结，并在大部分区域产生雾（能见度小于1公里）。在弱稳定的情况下，湍流混合在类似的时间段内仅产生接近地面1公里的湍流。然而，尽管该系统的理想化的性质，目前的结果表明，湍流阻碍，虽然不一定会抑制，雾的形成。一个可能的机制内形成雾的湍流，其中增加的液态水含量的区域内形成的低速条纹的近壁循环。这些条纹在潮湿的情况下，由于减少了耗散的湍流动能相比，干燥的情况下，虽然在这两种情况下的条纹是不那么有活力和持久性比中性分层流。
2020-12-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
On the robustness of emptying filling boxes to sudden changes in the wind
我们确定了最小的瞬时增加的逆风的强度，这是必要的永久扭转的向前位移流，这是由两层热分层驱动。在流动的能量学方面的解释，结果澄清了为什么一个封闭的空间与稳定分层的浮力场的通风是不太容易被永久逆转的风比通风的空间与均匀的浮力场。对于大的逆风强度，我们推导出系统的边际稳定性，表现出良好的协议与精确的解决方案，即使是温和的逆风强度的分析上限和下限。这项工作扩展了以前对这个问题的表述（Lishman & Woods，2009，Building and Env. 44，pp. 666-673）通过考虑与内部均匀化相关联的瞬态动力学和能量学，其被证明在缓冲风的时间变化中起重要作用。
2019-03-25 physics.flu-dyn
Spontaneous oscillations in simple fluid networks
在含有多相或多组分流动的流体网络中，包括多重平衡和自发振荡在内的非线性现象是常见的。在许多系统中，这种行为可能归因于网络的复杂几何形状，组成流体的复杂流变学，或者在微血管血流的情况下，生物控制。在本文中，我们研究了两个例子，一个简单的三节点流体网络包含两个不同粘度的牛顿流体，第一个建模微血管血流和第二个建模分层层流。我们使用分析和数值技术相结合，通过大参数空间识别和跟踪鞍结和Hopf分岔。在这两个模型中，我们记录持续的自发振荡，并为实验相关的参数分析的例子，调查这些振荡的敏感性的组成流体和入口流速之间的粘度对比度的变化。对于分层层流的情况下，我们详细介绍了一个物理上可实现的一组网络参数，表现出丰富的动态。这里开发的工具和结果是通用的，可以应用到其他物理系统。
2013-06-25 math.DS physics.flu-dyn
Vortical and Wave Modes in 3D Rotating Stratified Flows: Random Large Scale Forcing
利用本征函数分解，我们研究了三维旋转分层流体的涡模和波模能量的增长和谱作为$ε= f/N$的函数。在以中等Burger数为特征的制度中工作，即$Bu = 1/ε^2 < 1$或$Bu \ge 1$，我们的结果表明，相对于$Bu = 1$，涡模和波模相互作用的特征发生了深刻的变化。与$ε=1$的参考状态一样，对于$ε< 1$，波模能量很快饱和，随后的前向级联继续作为耗散非地转能量的有效手段。此外，随着$ε$的减小，这些饱和光谱变陡：我们看到$k_f < k < k_d$从$k^{-1}$到$k^{-5/3}$的标度变化（其中$k_f$和$k_d$分别是强迫和耗散标度）。另一方面，当$ε> 1$时，波模能量永远不会饱和，并且在系统中占主导地位。事实上，在某种意义上，波模的行为在$ε= 1$的非对称方式。对于$ε\le 1$的涡旋模态，三维准地转的特征非常明显。具体地说，我们看到一个$k^{-3}$缩放$k_f < k < k_d$，并按照逆能量转移，涡模能量永远不会饱和，而是增加所有$k < k_f$。相比之下，$ε> 1$和增加，涡模式包含的总能量的一个逐步较小的部分，表明3D准地转子系统在整体动态中起着积极较小的作用。
2007-09-25 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Resolvent analysis of stratification effects on wall-bounded shear flows
剪切驱动的湍流和分层之间的相互作用是一个关键的过程，在广泛的地球物理流动的时空尺度，跨越许多数量级。基于分层边界层外部参数的快速数值模式预报可以大大有助于理解不同尺度下速度和标量通量之间的相互作用。由于这些原因，在这里，我们使用的预解框架，调查的影响，一个积极的标量对不可压缩的壁有界湍流。通过对控制纳维-斯托克斯方程中的非线性项采用Boussinesq近似，我们得到了流动系统的状态。这扩展了配方，包括标量平流方程与标量分量作用在壁法线方向的动量方程。我们使用的平均速度剖面从DNS的稳定分层的湍流槽道流在不同的摩擦理查森数。从预解式分析得到的结果进行了比较，从DNS得到的预乘能量谱，自相关系数，和能量预算条款。结果表明，尽管只使用了一个非常有限的范围内的代表性尺度，预解模型是能够再现的能量预算条款的平衡，以及提供有意义的洞察相干结构发生在流中。领先的预解模型的计算，尽管考虑了有限的尺度范围内，再现能量预算条款的平衡，提供有意义的预测相干结构的流动，是更具成本效益的比进行全尺寸模拟。这个快速的模型可以提供进一步的理解分层流的平均配置文件和先前的知识，在中性浮力边界层的运动的能量尺度的信息。
2021-01-28 physics.flu-dyn
Semi-convection in rotating spherical shells: flows, layers and dynamos
CNRS（法国国家科学研究中心）
通过直接数值模拟研究旋转球壳几何中的半对流不稳定性，发现流动自组织形成密度阶梯和分层结构，并产生类行星的偶极磁场。
2026-07-24 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Two regimes of dilute turbulent settling suspensions under shear
本文数值研究了剪切流中稀释非惯性沉积物的湍流沉降，发现根据沉降速度可分为均匀弱分层湍流和顶部湍流底部间歇边界层两种状态，中等沉降速度下流动层流化。
2025-05-27 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Energetics and mixing efficiency of lock-exchange gravity currents using simultaneous velocity and density fields
在雷诺数$Re= \frac{U_Fh}ν =$ 485-12270范围内，对船闸交换设施中的能量守恒重力流进行了一系列实验室试验。速度场和密度场是使用PIV-PLIF系统同时捕获的。采用移动平均法计算的平均场和主机的湍流统计，即，湍流动能（$K$），剪切生产（$P$），浮力通量（$B$），和能量耗散（$ε$）在当前的滑塌阶段。随后的调查结果被用来确定混合效率，$Ri_{f}$，Ozmidov长度尺度（$L_O$），柯尔莫哥洛夫长度尺度（$L_κ$），和涡流扩散系数的动量（$κ_m$）和标量（$κ_ρ$）的定量值。在本研究中表征了两种不同形式的$Ri_{f}$，表示为$Ri_{f}^I=\frac{B}{P}$和$Ri_{f}^{II}=\frac{B}{B+ε}$。结果涵盖了整个扩散区（3 $<Re_b<$ 10）和部分中间区（10 $<Re_b<$ 50），其中$Re_b=\fracε{νN^2}$是浮力雷诺数，用于测量剪切分层流中的湍流水平。$P$，$B$和$ε$的值显示出显着的增加在周围流体和电流的界面处，由于剪切驱动的混合层的发展。根据湍流统计量和长度尺度的变化，可以推断湍流沿海流长度衰减。混合效率单调增加的扩散制度（$Re_{b}<$ 10），并发现有一个上限的$Ri_{f}^{I}\approx$ 0.15和$Ri_{f}^{II}\approx$ 0.2的中间制度。…
2020-04-13 physics.flu-dyn
Scaling laws and local enhancements of buoyancy flux in stratified turbulent flows
CNRS, École Centrale de Lyon, INSA Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, LMFA（法国国家科学研究中心、里昂中央理工学院、里昂国立应用科学学院、克洛德·贝尔纳里昂大学、流体力学与声学实验室）；Dipartimento di Fisica, Università della Calabria（卡拉布里亚大学物理系）；Leibniz Institute of Atmospheric Physics, University of Rostock（罗斯托克大学大气物理研究所）；French American Center for Theoretical Sciences, CNRS, KITP, University of California, Santa Barbara（美法理论科学中心、法国国家科学研究中心、加州大学圣塔芭芭拉分校KITP）；Laboratoire de Physique, Ecole Normale Supérieure de Lyon and CNRS（里昂高等师范学校物理实验室及法国国家科学研究中心）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；National Center for Atmospheric Research（美国国家大气研究中心）；Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Física（布宜诺斯艾利斯大学理学院物理系）；CONICET - Universidad de Buenos Aires, Instituto de Física Interdisciplinaria y Aplicada (INFINA)（阿根廷国家科学研究委员会-布宜诺斯艾利斯大学交叉与应用物理研究所）；Cooperative Institute for Research in the Atmosphere（大气研究合作研究所）
通过直接数值模拟研究分层湍流中浮力通量的标度行为，发现其空间分布具有强非高斯尾部，且偏度随浮力雷诺数呈幂律增长，域平均浮力通量随分层增强呈现对数增长并趋于小偏移。
2026-06-08 physics.flu-dyn
Buoyancy-driven exchange flows in inclined ducts
本文通过层化倾斜管道实验系统研究浮力驱动交换流，揭示流态、质量通量和界面厚度对五个无量纲参数的复杂标度律，并提出三类候选模型解释观测结果。
2019-07-08 physics.flu-dyn
Subcritical transition to turbulence triggered by a magnetic dynamo
本文提出恒星辐射区中由非线性平均场发电机维持的小尺度湍流可被理解为线性稳定流动中的亚临界分岔，并给出一个简单非线性模型来描述大尺度发电机与小尺度磁不稳定性竞争驱动的天体物理湍流转捩。
2023-11-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The Universal Aspect Ratio of Vortices in Rotating Stratifi?ed Flows: Experiments and Observations
我们验证了一个新的法律在旋转，分层流的旋涡的纵横比$α= H/L$，其中$H$和$L$是垂直半高和水平长度尺度的旋涡。展弦比不仅取决于背景流的科里奥利参数f和浮力（或布伦特-维萨拉）频率$\bar{N}$，还取决于涡流内的浮力频率$N_c$和涡流的罗斯比数$Ro$，使得$α= f \sqrt{[Ro (1 + Ro)/(N_c^2- \bar{N}^2)]}$。$α$的这一定律精确地服从于无粘Boussinesq方程的精确平衡解，我们证明它是我们实验室旋涡的一个有用的模型。这个定律对气旋和反气旋都有效。我们的反气旋是通过将流体注入一个充满线性分层盐水的旋转罐中产生的。涡流远离水箱的顶部和底部边界，因此不存在埃克曼环流。在一组实验中，旋涡粘性衰减，但当它们衰减时，它们继续遵守我们的$α$定律，该定律随时间减小。在第二组实验中，涡流在形成后通过缓慢的连续注入来维持，因此它们的演化更慢，并且具有更大的|Ro|，但它们也遵守我们的$α$定律。$α$的定律不仅得到了我们实验的验证，而且还与大西洋漩涡、木星大红斑和椭圆BA的长宽比观察结果一致。在Hassanzadeh等人（2012）的配套论文中，推导并数值检验了$α$的关系。
2012-03-07 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
