二维turbulence惯性耗散区的能量和拟能谱和通量

二维涡度拟能级联中的涡度统计

Vorticity statistics in the two-dimensional enstrophy cascade

我们报告的第一个广泛的实验观察的二维涡度拟能级联，随着高阶涡度统计的测定。我们得到的能谱非常接近Kraichnan Batchelor的期望。在惯性范围内，涡度增量的分布仅略微偏离高斯性，相应的结构函数指数与零不可区分。因此，它表明，有没有相当大的小尺度涡度拟能级联，在最近的理论分析一致。

旋转分层Boussinesq流中能量和位涡拟能的联合下尺度通量

Joint downscale fluxes of energy and potential enstrophy in rotating stratified Boussinesq flows

我们采用粗粒度的方法来分析非线性级联Boussinesq流使用高分辨率的模拟数据。我们得到的预算，解决能源和潜在的拟能同时在空间和规模的演变。然后，我们使用数值模拟的Boussinesq流，强迫在大尺度上，和固定的旋转和稳定的层结沿垂直轴，研究在三个不同的制度的层结和旋转的尺度间通量的能量和位涡拟能：（i）强旋转和中等层结，（ii）中等旋转和强层结，和（iii）同样强的层结和旋转。在所有这三种情况下，我们观察到恒定的通量的全球不变，平均能量和平均潜在拟能，从大到小的尺度。恒定的位涡拟能通量范围的存在提供了支持级联位涡拟能概念的第一个直接经验证据。这两个不变量的持续向前级联反映了这些流动与二维湍流的显著偏离。

各向同性Turbulence中涡度拟能和耗散的漂移、等值集的几何和标度律

Geometry and Scaling Laws of Excursion and Iso-sets of Enstrophy and Dissipation in Isotropic Turbulence

出于对湍流高强度事件的几何形状的兴趣，我们研究了湍流事件特别强烈的集合的空间关联函数。这些集合是使用偏移和等值集合上的指示函数来定义的。它们的几何标度特性进行了分析，通过检查可能的幂律衰减的径向关联函数。我们应用分析拟能，耗散，速度梯度不变量$Q$和$R$和他们的联合空间分布，从直接数值模拟的各向同性湍流在${\rm Re}_λ\approx 430$的数据。虽然没有分形标度被发现在惯性范围内使用盒计数在这里考虑的有限雷诺数流，幂律标度在惯性范围内被发现在径向关联函数。因此，根据这些集合的关联维数的几何表征是可能的。强烈依赖于拟能和耗散阈值被发现，符合多重分形行为。然而，缺乏缩放的盒计数分析排除了直接的定量比较与早期工作的基础上的多重分形形式主义。令人惊讶的趋势，如较低的相关维数强耗散事件相比，强涡度拟能事件，观察和解释的空间相干性的旋涡流。我们表明，定义的联合条件应变和拟能，并在$Q$和$R$，集也显示幂律缩放的关联函数，提供进一步表征这些交集的复杂空间结构。

各向同性turbulence中局部平均能量耗散和涡拟能密度的标度

Scaling of locally averaged energy dissipation and enstrophy density in isotropic turbulence

使用直接数值模拟的各向同性湍流的周期性立方体的几种尺寸，最大的是$8192^3$产生的微尺度雷诺数$1300$，我们研究的压力拉普拉斯算子的性质，了解的惯性范围标度的涡度拟能密度和能量耗散的差异。尽管压力拉普拉斯算子是两个高度间歇的量之间的差，但它是非间歇的，并且基本上遵循柯尔莫哥洛夫标度，至少对于低阶矩。利用这一特性，我们表明，当地的平均耗散和涡度拟能的标度指数保持不平等，在所有有限的雷诺数，虽然似乎有一个\textit{very}弱的趋势，这种不平等，随着雷诺数的增加而减少。

旋转turbulence的高度测量：气旋-反气旋不对称性，惯性波和开尔文波及谱特征

Altimetric measurements of rotating turbulence: cyclone-anticyclone asymmetry, inertial and Kelvin waves and spectral characteristics

本文介绍了旋转圆形容器内湍流的一系列新的实验结果。电磁力的作用是在恒定深度的流体层中诱导流动。研究了连续强迫流动和衰减流动。光学测高用于测量地面高度场的梯度，并获得具有高时间和空间分辨率的速度场和涡度场。流场的谱分析表明，尽管能量和涡度拟能的谱通量在这些区间内并不均匀，但仍形成了具有能量和涡度拟能区间的双重级联。能量间隔的特征在于波数的斜率约为-5/3，并且在范围上受到变形效应的有限半径的限制。在涡度拟能范围内，由于存在长寿命的相干涡，斜率比-3更陡。流场谱通量的空间分布表明，能量逆传递和涡度拟能正传递主要发生在拉长的涡度斑片中。在我们的流动中观察到有利于反气旋的气旋/反气旋不对称性。在湍流的衰减阶段，反气旋的优势最为明显。反气旋保持圆形，而气旋性涡度被拉伸成细长的斑块。测量结果表明，涡量分布的偏斜度随流动的佛劳德数的增大而增大。惯性波和开尔文波在我们的实验中被检测到，他们的特点进行了分析，对适当的频散关系。

二维turbulence中的变拟能通量和能谱

Variable enstrophy flux and energy spectrum in two-dimensional turbulence with Ekman friction

实验和数值模拟表明，在前向叶栅流场中，存在Ekman摩擦的二维湍流能谱与Kraichnan的$k^{-3}$功率谱预测值存在偏差。在这封信中，我们解释这一观察使用的分析模型的基础上产生的埃克曼摩擦变量拟能通量。我们推导出一个表达式的拟能通量表现出对数依赖的惯性范围内的埃克曼摩擦为主的流量。使用这种涡度拟能通量得到的能谱显示出大雷诺数和小埃克曼摩擦的幂律标度，但具有指数行为的大埃克曼摩擦和相对较小的雷诺数。

二维turbulence中标量通量谱的惯性距离标度

Inertial range scaling of the scalar flux spectrum in two-dimensional turbulence

研究了具有均匀标量梯度的二维统计定常各向同性湍流。维数参数预测的惯性范围缩放的湍流标量通量谱的逆级联范围和拟能级联范围为小和团结施密特数。尺度预测检查直接数值模拟和良好的协议观察。

turbulence中颗粒和气泡聚集的三维Lagrangian Voronoi分析

Three-dimensional Lagrangian Voronoi analysis for clustering of particles and bubbles in turbulence

利用数值计算和实验数据，采用三维Voronoi分析方法对均匀各向同性湍流中惯性颗粒的聚团进行了定量研究。我们研究了在不同的密度比和粒子响应时间（即斯托克斯数St）的聚类行为。的概率密度函数（PDF）的Voronoi细胞体积的轻，重粒子显示出不同的行为，从随机分布的粒子-即流体示踪剂-这意味着集群存在。通过随机分布的颗粒的标准偏差归一化的PDF的标准偏差被用来量化聚类。轻粒子显示最大聚类为St约1-2。结果与以前的调查采用其他方法来量化聚类是一致的。我们还提出了联合PDF的拟能和Voronoi体积和它们的拉格朗日自相关。轻粒子的小Voronoi体积对应于比重粒子更高的涡度拟能区域，表明轻粒子聚集在更高的涡度区域。Voronoi体积的拉格朗日时间自相关函数表明，轻粒子的聚类持续时间比重或中性浮力粒子的聚类持续时间长得多。由于惯性效应，聚集的轻粒子的拉格朗日自相关时间尺度甚至比流本身的拟能更长。

物理尺度下Navier-斯托克斯方程的二维湍流

2D turbulence in physical scales of the Navier-Stokes equations

本文利用二维Navier-斯托克斯方程的局部分析，得到了涉及Taylor和Kraichnan长度尺度以及区域大小的能量通量和涡度拟能通量的估计。在驱动力为零和整体能量不增的框架下，这些边界为正向涡拟能和逆能量级联的存在提供了充分条件。在这些条件下的通量的局部性的几种表现形式得到。所有涉及到的尺度都是R^2中的实际物理尺度，没有做任何同质性假设。

螺旋分解的Turbulence

Helically Decomposed Turbulence

本文提出了一种湍流中能量通量和螺旋度通量的分解方法。的分解是基于投影的流到一个螺旋的基础上，允许单独调查不同螺旋度的模式之间的相互作用的作用。提出的形式主义，然后应用在大规模的数值模拟的非螺旋和螺旋流，其中分解通量显式计算。它示出的总能量通量可以分裂成三个通量，独立地保持恒定的惯性范围内。其中一个通量对应于具有相同螺旋度的场的相互作用，是负的，这意味着存在一个"隐藏"在正向级联中的逆级联。与能流类似，螺旋度通量也可以分解为两个在惯性范围内保持恒定的通量。这些结果的影响，以及可能的新的调查方向进行了讨论。

产生湍流叶栅的一维水动力学模型

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。

具有大尺度绝对平衡的二维湍流中速度环量的面积规则与周长规则

Area and Perimeter Rules of Velocity Circulation in Two-Dimensional Turbulence with Large-scale Absolute Equilibrium

该研究针对大尺度绝对平衡的二维湍流，证明了速度环量的面积规则严格成立，推导出仅依赖环周长的新周长规则，为二维环量方程提供了新稳态解，有助于探索湍流几何不变量。

各向同性turbulence中旋涡结构拉伸和倾斜的生存分布。各向异性滤波分析

Survival distribution of the stretching and tilting of vortical structures in isotropic turbulence. Anisotropic filtering analysis

使用数值模拟的Navier-Stokes各向同性湍流场（Biferale等人，物理流体（2005）），我们表明，有一个拉伸倾斜大于两倍的本地拟能的概率是可以忽略不计的。通过在傅立叶空间中使用各向异性滤波器，我们分析了这些生存统计时，大，小惯性或小惯性和耗散尺度被过滤掉。概率是指，该比值（|ω \dot U|/|ω|在未过滤的各向同性场中，大于给定的阈值，而在过滤掉大尺度的场中，小于过滤掉小惯性和耗散尺度的场中。这是由于在去除的范围内抑制了紧凑的结构。部分去除纤维和薄片的背景对这些统计量没有一级影响。这些结果进行了讨论，在光的涡丝，片和斑点之间的假设关系。这项研究可以被视为对这一想法的一次测试，并试图突出其局限性。物理空间和傅立叶空间中的定性关系可以假定仅对斑点存在。这是近各向同性的结构，充分描述了一个单一的空间尺度，不遭受的消歧问题的丝和片。信息也给出了过滤效果的应变率张量特征向量和涡度之间的角度：特征向量2减少其对齐，而特征向量3减少其错位。所有滤波器都增加了最伸展特征值和中间特征值之间的间隙，以及最后一个特征值和收缩特征值之间的间隙。当缺少大尺度时，特征值模1和3变得几乎相等，类似于涡度拟能产生的相关分量的模。

Turbulence and heat transfer on a rotating, heated half soap bubble

We use Direct Numerical Simulations to study the two-dimensional flow of a rotating, half soap bubble that is heated at its equator. The heating produces buoyancy and rotation generates a Coriolis forces in the fluid. However, due to the curved surface of the bubble, the buoyancy and Coriolis forces vary with latitude on the bubble, giving rise to rich flow behavior. We first explore the single-point properties of the flow, including the Reynolds and Nusselt numbers, mean fields, and Reynolds stresses, all as a function of latitude. For a given Rayleigh number, we observe a non-monotonic depen…

Two-dimensional flow on the sphere

Equilibrium statistical mechanics predicts that inviscid, two-dimensional, incompressible flow on the sphere eventually reaches a state in which spherical harmonic modes of degrees $n=1$ and $n=2$ hold all the energy. By a separate theory, such flow is static in a reference frame rotating at angular speed $2Ω/3$ with respect to the inertial frame. The vorticity field in the static frame is an accident of the initial conditions, but, once established, it lasts forever under the stated assumptions. We investigate the possibility of such behavior with a stereographic-coordinate model that conserv…

二维肥皂膜turbulence中的间歇性

Intermittency in 2D soap film turbulence

本文研究了流动肥皂膜中二维湍流的雷诺数依赖性。本文所用的雷诺数为泰勒微尺度雷诺数R_λ，其范围为20 ~ 800。对于逆能量级联和直接涡度拟能级联都发现了强的不稳定性，这可以通过以下方式来测量：（a）惯性标度r下速度差P（δu（r））的pdf，（b）P（\partial_x u）的峰度，以及（c）所谓的不稳定性指数μ的标度来测量，如果不存在不稳定性，则不稳定性指数为零。措施（b）和（c）是定量的，而（a）是定性的。这些测量结果与以前的一些结果不一致，但不是全部。速度导数在所有R_λ处都是非高斯的，但随着R_λ增大到可能达到的最大值，速度导数有变为高斯的迹象。P（δu（r））在不同r下的峰度表明，不稳定性与尺度有关。结构函数标度指数也偏离强烈的Kraichnan预测。对于涡度拟能级联，涡度在R_λ中按幂律衰减。这项研究表明，需要重新审视二维湍流的统计数据。

用新壳层模型研究螺旋度在三维turbulence三元相互作用中的作用

The role of helicity in triad interactions in 3D turbulence investigated in a new shell model

2D中充分发展的均匀各向同性湍流与3D中的完全不同。在2D中，在惯性尺度范围内能量和涡度拟能的同时守恒导致涡度拟能的前向级联和能量的反向级联。在3D中，螺旋度，速度和涡度的标量积的积分，也是无粘流不变量以及动能。然而，与涡度拟能不同的是，螺旋度并不阻止能量向小尺度的级联。在纳维-斯托克斯方程（NSE）的谱形式中，能量和螺旋度不仅是全局守恒的，而且在三个平面波之间的每个非线性三元相互作用中也是守恒的。通过将每个平面波分解成两个螺旋度相反的螺旋模式，每个三元相互作用被分解成螺旋模式之间的一组八个三元相互作用（Waleffe 1992）。Biferale等人（2012年）最近发现，这些相互作用的一个子集使螺旋度的两个符号分别守恒（即类拟能），导致能量（部分）的逆级联。基于这一发现，我们引入了一个新的壳模型，该模型是从螺旋基底中表达的NSE获得的（Waleffe 1992）。通过对新模型的分析和整合，我们试图解释为什么能量和螺旋度的双重前向级联在三维湍流中占主导地位。

中尺度涡旋与内波耦合. III. 拟涡能级联的终止与环流尺度位势涡度梯度的维持

Mesoscale Eddy -- Internal Wave Coupling. III. The End of the Enstrophy Cascade and Maintenance of Gyre Scale Potential Vorticity Gradients

本文评估了中尺度涡旋与内波场之间能量交换的三重相干性预报公式，并与马尾藻海观测对比，发现该耦合主导了区域内波能量收支，并推测其通过非线性松弛效应提供局地涡拟能阻尼，终止拟涡能级联，维持环流尺度位势涡度梯度。

Phase transition of the energy flux in the near-inertial wave--mesoscale eddy coupled turbulence

Wind forcing injects energy into the mesoscale eddies and near-inertial waves (NIWs) in the ocean, and the NIW is believed to solve the puzzle of mesoscale energy budget by absorbing energy from mesoscale eddies followed by a forward cascade of NIW energy which finally dissipates at the ocean interior. This work studies the turbulent energy transfer in the NIW--quasigeostrophic mean mesoscale eddy coupled system based on a previously derived two-dimensional model which has a Hamiltonian structure and inherits conserved quantities in the Boussinesq equations (Xie \& Vanneste, \textit{J. Fluid M…

二维turbulence叶栅的随机模型

A stochastic model of cascades in 2D turbulence

二维湍流中能量和涡度拟能的双重级联不能简单地用描述三维湍流中能量级联的Richardson-Kolmogorov方案来理解。相干的上尺度和下尺度通量指向光谱空间中相互作用的非局部性，因此流的特定空间结构可能是重要的。壳模型缺乏空间结构，在谱空间中只有局部相互作用，确实不能再现能量逆级联的正确标度。为了排除的可能性，在光谱空间中的相互作用的非局部性是至关重要的双重级联，我们引入了一个随机的光谱模型的级联，这是本地的光谱空间，并显示正确的缩放的直接拟能和逆能量级联。

湍流薄层中的分裂能量级联

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。

基于Germano分解的海洋中尺度涡次网格参数化

Subgrid parameterizations of ocean mesoscale eddies based on Germano decomposition

本研究针对部分解析中尺度涡的中等分辨率海洋模式，基于Germano分解提出符合二维流动物理的三组分次网格模型，相较基准模型能更准确模拟能量与拟涡能谱传输，改善多项海洋统计特征。

A Non-Unitary Conformal Field Theory Approach to Two-Dimensional Turbulence

Fluid turbulence is a far-from-equilibrium phenomenon and remains one of the most challenging problems in physics. Two-dimensional, fully developed turbulence may possess the largest possible symmetry, the conformal symmetry. We focus on the steady-state solution of two-dimensional bounded turbulent flow and propose a $c=0$ boundary logarithmic conformal field theory for the inverse energy cascade and another bulk conformal field theory in the classical limit $c\rightarrow -\infty$ for the direct enstrophy cascade. We show that these theories give rise to the Kraichnan-Batchelor scaling $k^{-3…

湍流和层流耗散区的能谱和通量

Energy Spectra and Fluxes in Dissipation Range of Turbulent and Laminar Flows

Pao~（1965）和Pope~（2000）提出的湍流模型同时描述了惯性区和耗散区的能谱。在本文中，我们计算的能量谱$E(k)$和能量通量$Π(k)$使用直接数值模拟网格上的$4096^3$，并显示的数值结果和预测的上述模型之间的一致性。我们还构建了一个层流模型，预测$E(k)\sim k^{-1} \exp(-k)$和$Π(k)\sim k \exp(-k)$。我们的模型预测与数值结果相匹配。着重指出了两种流动中能量传递的不同之处-湍流中能量传递是{ \em局域}的，而层流中能量传递是{ \em非局域}的。

二维相对论流体动力学Turbulence中的标度关系

Scaling Relations in Two-Dimensional Relativistic Hydrodynamic Turbulence

本文导出了惯性尺度范围内二维相对论性流体动力学湍流的精确标度关系。我们考虑了大尺度的能量级联和小尺度的涡度拟能级联。我们说明了这些关系的湍流弱可压缩流的数值模拟。有趣的是，流体-引力对应关系意味着时空中具有反德西特渐近性的引力场应该表现出类似的标度关系。

Entropy, irreversibility and cascades in the inertial range of isotropic turbulence

This paper analyses the turbulent energy cascade from the perspective of statistical mechanics, and relates inter-scale energy fluxes to statistical irreversibility and information-entropy production. The microscopical reversibility of the energy cascade is tested by constructing a reversible 3D turbulent system using a dynamic model for the sub-grid stresses. This system, when reversed in time, develops a sustained inverse cascade towards the large scales, evidencing that the characterisation of the inertial energy cascade must consider the possibility of an inverse regime. This experiment is…

部分不变量、大尺度发电机action和磁螺旋度的逆传递

Partial invariants, large-scale dynamo action, and the inverse transfer of magnetic helicity

部分守恒拟能量的存在被证明是导致逆能量转移发展嵌入磁流体动力学（MHD）湍流，在类比的二维非导电湍流拟能的影响。通过分解的速度和磁场在谱空间上的螺旋模式，我们确定的三波（三元组）相互作用的子集保存两个新的拟能量，可以映射到三元组相互作用最近确定的促进大规模$α$型发电机行动和磁螺旋度的逆转移。由于它们依赖于相互作用尺度的局部性，不变量表明磁螺旋度的逆传递可能是由局部和非局部尺度的相互作用促进的，并且是一个比$α$ -发电机更局部的过程。我们测试预测嵌入（部分）的能量通量通过构建一个壳模型（减少波空间模型）的最小集合的三元组相互作用（MTI）所需的保存理想的MHD不变量。数值模拟的MTIs表明，对于一系列的强迫配置，部分不变量，有一些例外，确实有用的理解嵌入的贡献，总的光谱能量通量。此外，我们表明，严格的逆能量转移可能会发展，如果拟能守恒相互作用的青睐，最近发现的非导电三维湍流受到强旋转或禁闭的能量级联反转的机制。所提出的结果具有影响的理解背后的大规模发电机行动和磁螺旋度的逆转移，过程被认为是中央的大规模磁结构形成的物理机制。

二维含尘气体turbulence的成簇和能谱

Clustering and energy spectra in two-dimensional dusty gas turbulence

本文对二维湍流（气体）中的重惯性粒子（尘埃）进行了直接数值模拟（DNS）。粉尘被建模为单分散的重粒子，能够通过双向耦合来改变流动。通过改变Stokes数St和质量负载参数$(ϕ_{\rm m})$，研究了团簇现象和气相动能谱。我们发现尘埃-尘埃关联维数$(d_2)$也依赖于$ϕ_{\rm m}$。特别地，当质量负载$(ϕ_{\rm m})$增加时，聚集减少。在气体的动能谱，我们表明：（i）出现了一个新的标度制度，（ii）在这个制度的标度指数不是唯一的，而是一个函数的St和$(ϕ_{\rm m} )$。使用按尺度拟能预算分析，我们表明，在新的标度制度，由于气体的粘性耗散平衡从尘埃的反作用。

土星大气层的全球气候模拟。部分III：高分辨率三维湍流模拟中纬向层转turbulence的全球统计图

Global climate modeling of Saturn's atmosphere. Part III: Global statistical picture of zonostrophic turbulence in high-resolution 3D-turbulent simulations

我们进行了深入的分析，统计流特性计算参考高分辨率土星模拟获得的全球气候模拟第二部分。在这个参考模拟的稳定状态下，出现了强能量的、区域主导的、大尺度结构，其与莱茵尺度成比例。频谱分析揭示了一个强的各向异性的动能谱，与纬向湍流制度。通过计算谱能量和涡度拟能通量，我们证实了与二维湍流理论相关的双级联方案的存在。为了诊断土星湍流大气中的相关三维动力学机制，我们使用我们的全球气候模型的理想化版本运行了一组四个模拟，该模型没有辐射转移，具有定义明确的泰勒-格林强迫和几个旋转速率（4，1，0.5和0.25倍土星旋转速率）。这使我们能够识别三个不同的惯性范围内的动力学：（1）“剩余主导”范围，其中非轴对称结构占主导地位，光谱斜率为-5/3;（2）“纬向旋转惯性”范围，由轴对称喷流占主导地位，其特征是具有更陡（近-3）光谱斜率的强纬向模堆积;和（3）一个“大尺度”范围，超出莱茵河的典型长度尺度，其中参考土星模拟和我们的理想化模拟不同。在后一个范围内，动力学是占主导地位的长寿命的纬向模式2和3时，土星一样的季节性强迫被认为是（参考模拟），和一个陡峭的能量减少与理想化的泰勒-格林强迫。最后，瞬时光谱通量显示的共存的高档和降尺度拟能/能量转移在大尺度上，特定的三维大气中的层转湍流的制度。

大、小尺度下二维turbulence中正反叶栅的非线性叠加

Nonlinear superposition of direct and inverse cascades in two-dimensional turbulence forced at large and small scales

我们询问的性质的二维Navier-Stokes湍流同时被迫在小尺度和大尺度。背景动机来自于对大气湍流的观测结果。我们表明，速度场是服从于两个辅助速度场的总和被迫在大，小尺度和表现出直接拟能和逆能量级联，分别。值得注意的是，这两个辅助领域调和通量的普遍性质与正统计相关的惯性范围内。

基于物理的数据驱动推断：一种可解释的等价不变大涡模拟模型用于不可压缩流体湍流

Physics-informed data-driven inference of an interpretable equivariant LES model of two-dimensional incompressible fluid turbulence

本文提出了一种无需假设的亚格尺度模型，通过数据驱动方法在湍流模拟中实现高精度预测，其结构更接近RANS模型，利用二阶张量场提升预测准确性。

二维湍流中颗粒优先集中的神经网络模型

Neural network models for preferential concentration of particles in two-dimensional turbulence

本研究评估多种神经网络模型合成二维湍流中颗粒优先集中场，发现GAN性能最佳，并探索超采样及逆问题以降低计算成本。

识别三维各向同性湍流中的因果显著性

Identifying causal significance in three-dimensional isotropic turbulence

本文利用 Jiménez (2018) 算法在 $Re_\lambda\approx 190$ 的衰减流中引入局部扰动，识别出三维各向同性湍流中具有因果显著性的流型，发现应变主导的涡旋簇比涡量主导的涡旋片更能有效传播扰动，为湍流控制与预测提供了重要指导。

二维turbulence中双级联方案的更新

An update on the double cascade scenario in two-dimensional turbulence

本文在一组直接数值模拟的基础上讨论了均匀、各向同性、二维湍流的统计特征，这些数值模拟的分辨率达到了前所未有的$32768^2$。通过迫使系统在中间尺度，狭窄，但明确的惯性范围发展的逆和直接级联的两个柯尔莫哥洛夫定律的结构功能，第一次，同时观察到。逆级联谱被发现是一致的Kolmogorov-Kraichnan预测，是强大的方面存在的拟能通量。直接级联被发现是更敏感的有限尺寸效应：光谱的指数有一个修正方面的理论预测，通过增加分辨率消失。

Intermittency of turbulent velocity and scalar fields using 3D local averaging

An efficient approach for extracting 3D local averages in spherical subdomains is proposed and applied to study the intermittency of small-scale velocity and scalar fields in direct numerical simulations of isotropic turbulence. We focus on the inertial-range scaling exponents of locally averaged energy dissipation rate, enstrophy and scalar dissipation rate corresponding to the mixing of a passive scalar $θ$ in the presence of a uniform mean gradient. The Taylor-scale Reynolds number $R_λ$ goes up to $1300$, and the Schmidt number $Sc$ up to $512$ (albeit at smaller $R_λ$). The intermittency …

Hinode/太阳光学望远镜观测的静止日珥内部流场分析

Analysis of Flows Inside Quiescent Prominences as Captured by Hinode/Solar Optical Telescope

了解磁场是如何与日珥纠缠在一起的，对于预测可能的爆发是很重要的。本文研究了静止双光子中等离子体运动的动能和涡度。这些等离子体流的特性可以用来提高我们的理解如何突出保持一个稳定的磁场配置。利用Hinode/太阳光学望远镜的三个不同的对比度增强日珥观测，通过傅立叶局部相关跟踪程序，在天空平面上绘制速度图。由此产生的速度，然后被用来执行有史以来第一次分析的二维动能和拟能谱的一个突出。涡度拟能在这里被引入作为一种手段，量化的涡度已被观察到在许多QP。动能功率谱密度（PSD）产生的指数范围为-1.00至-1.60。有一个一致的各向异性的动能频谱的所有三个双折射检查。强度PSD的检查表明，不同的标度关系存在于观测到的日珥结构和速度图之间。所有的惯性都表现出至少为$0.8 \leq k\leq 2.0\; \textrm{rads} \: \textrm{Mm}^{-1}$的惯性范围。在一个日珥的速度分布的质心中也检测到准周期振荡。此外，对与每个日珥相关的动能密度（$ε\, \sim 0.22-7.04\: \mathrm{km}^{2}\textrm{s}^{-2}$）和涡度拟能密度（$ω\, \sim 1.43-13.69\: \times 10^{-16} \, \textrm{s}^{-2}$）设置了下限。

局部和非局部分散性Turbulence

Local and Nonlocal Dispersive Turbulence

我们考虑一族二维色散湍流模型的演化。这个族的成员涉及一个动态活动标量场的非线性平流，流函数标量关系的局部性表示为$α$，与较小的$α$意味着增加的局部性。色散性质通过线性项产生，线性项的强度由参数$ε$表征。设置$0 < ε\le 1$，我们调查的平流和分散的相互作用，不同程度的本地化。具体而言，我们研究了大（小）尺度随机强迫下的涡度拟能（能量）的正（逆）传递。简单的参数表明，对于小$α$的标量场应包括逐渐变大的涡流，而对于大$α$的标量场预计将有一个伸缩和折叠机制产生的结构。考虑到这一点，我们进行了强迫/耗散色散的数值实验弱非本地到本地的条件下。对于$ε\sim 1$，有非色散估计和观察到的斜率在逆能量转移制度之间的定量协议。另一方面，前向涡度拟能传递机制总是产生比相应的非色散估计明显更陡的斜率。额外的模拟表明，在逆制度的缩放是敏感的色散项的强度：具体地说，作为$ε$减少，惯性范围缩短，我们还观察到，幂律的斜率减小。另一方面，对于相同范围的$ε$值，前向状态标度是相当普遍的。

重粒子湍流悬浮中的成团、锋和热传递

Clustering, fronts, and heat transfer in turbulent suspensions of heavy particles

由湍流输送的重惯性粒子集中在平流被动标量（如温度）显示非常强的前状不连续性的区域。这种新颖的效应是由颗粒采样的被动场的极高水平的波动的原因，该波动影响颗粒与周围流体之间交换的热通量。瞬时和平均的热通量遵循强烈的间歇性统计和异常标度律。

二维无边界瑞利-贝纳德对流

Two-dimensional Rayleigh-Bénard convection without boundaries

研究无边界二维瑞利-贝纳德对流中普朗特数和瑞利数的影响，发现有限普朗特数下努塞尔数呈终极标度，动能和势能谱具有普朗特数无关的幂律，且惯性区通量不恒定，挑战了玻尔加诺-奥布霍夫理论。

Mathematical reformulation of the Kolmogorov-Richardson energy cascade in terms of vortex stretching

In this paper, with the aid of direct numerical simulations (DNS) of forced turbulence in a periodic domain, we mathematically reformulate the Kolmogorov-Richardson energy cascade in terms of vortex stretching. By using the description, we prove that if the Navier-Stokes flow satisfies a new regularity criterion in terms of the enstrophy production rate, then the flow does not blow up. Our DNS results seem to support this regularity criterion. Next, we mathematically construct the hierarchy of tubular vortices, which is statistically self-similar in the inertial range. Under the assumptions of…

turbulence的小尺度结构及其对气压场的影响

On the small-scale structure of turbulence and its impact on the pressure field

了解不可压缩湍流的小尺度结构及其对非局部压力场的影响是流体力学的基本挑战之一。强烈的速度梯度结构倾向于聚集在一系列尺度上，通过泊松方程影响压力。在这里，我们提出了这些结构的空间分布的定量研究条件下，他们的强度泰勒为基础的雷诺数范围内[160，380]。我们发现，相关长度，速度梯度的第二个不变量，是成正比的柯尔莫哥洛夫尺度。它也是一个很好的指标，强烈的涡度拟能和应变主导区的空间定位，以及它们之间的分离。我们描述和量化这些区域的两点统计的差异，以及它们对压力场的非局部性的影响，作为区域强度的函数。具体而言，在整个雷诺数的研究范围内，在强旋转为主的区域的压力是由耗散尺度附近。另一方面，在强应变主导的区域，它主要由达到惯性尺度的较大邻域决定。

二维可压缩Turbulence体系的能量传递和能谱模拟

Energy Transfer and Spectra in Simulations of Two-dimensional Compressible Turbulence

我们提出了高分辨率数值模拟结果的可压缩二维湍流被迫在中间空间尺度与螺线管白色的时间外部加速度。详细研究了具有等温状态方程、低能注入率和湍流马赫数$M\approx0.34$且无能量凝聚的情况。能谱和通量的分析表明，从不可压缩的情况下熟悉的经典的双级联图片是实质上修改的压缩性效应。虽然小尺度直接涡度拟能级联基本上保持完整，但大尺度能量通量环与直接声能级联一起形成，以补偿螺线管动能的逆传递。在小尺度下，直接涡度拟能和声学能量级联在小的马赫数下完全解耦，因此相应的谱能量斜率符合理论预测。在大尺度下，声波在涡旋上的色散使湍流速度谱软化，而与相干涡旋相关的势能的伪声分量使势能谱变陡。

Rayleigh-Benard对流的能谱和通量

Energy spectra and fluxes for Rayleigh-Benard convection

在$512^3$网格上，采用拟谱方法计算了湍流区瑞利-贝纳德对流中的速度场和温度场的谱和通量。我们的谱和通量结果支持Kolmogorov-Obukhov（KO）标度为零普朗特数和低普朗特数（$P=0.02$）对流。零普朗特数和低普朗特数对流中速度场的KO标度是因为惯性范围内的弱浮力（浮力仅在非常低的波数下起作用）。我们还观察到，对于中间普朗特数（$P=0.2$）的KO标度更好地符合数值结果比Bolgiano-Obukhov（BO）标度。对于大普朗特数（$P=6.8$），光谱和通量结果在KO或BO标度的有效性上有些不确定，但BO标度在这些情况下优于KO标度。P=1的数值结果是相当不确定的。

基于Hasegawa-Wakatani系统的内部驱动β平面等离子体湍流

Internally Driven $β$-plane Plasma Turbulence Using the Hasegawa-Wakatani System

本研究利用Hasegawa-Wakatani模型分析内部驱动的β平面等离子体湍流，通过临界波数划分绝热与流体动力学行为，提出谱形式并定义带状性参数，揭示流动自组织与级联机制。

各向同性湍流中能量级串的相干结构

The coherent structure of the energy cascade in isotropic turbulence

本文通过各向同性湍流数值模拟，揭示正向能量级串主要发生在两个反向发夹状高涡量区之间的高应变率区域，其平均速度场呈鞍点拓扑，并指出应变率自放大贡献85%的能量传递，涡旋拉伸不足15%。

二维Turbulence中的饱和能量凝聚动力学

Dynamics of Saturated Energy Condensation in Two-Dimensional Turbulence

在二维强迫Navier-Stokes湍流中，能量级联到系统中的最大尺度，形成一对被称为玻色凝聚的相干涡旋。我们表明，无论是数值和分析，能量凝聚饱和和系统达到统计稳定状态。饱和的时间尺度与粘度成反比，饱和能级由粘度和力两者决定。我们进一步表明，没有足够的分辨率来解决小尺度涡度拟能谱，数值模拟可以给出一个虚假的结果的饱和能级。我们还发现凝聚体的运动类似于惯性粒子在有效拖曳力作用下的运动。此外，我们表明，饱和相干涡的轮廓可以描述为一个高斯核指数翼。

旋度控制旋转湍流中流体方向的流向

Helicity controls the direction of fluxes in rotating turbulence

旋度控制旋转湍流中能量流向的双向传输，揭示了旋转对湍流能量分布的影响机制。

Prandtl number dependence of the small-scale properties in turbulent Rayleigh-Bénard convection

We analyze the Prandtl number (Pr) dependence of spectra and fluxes of kinetic energy, as well as the energy injection rates and dissipation rates, of turbulent thermal convection using numerical data. As expected, for a flow with $ \mathrm{Pr} \lessapprox 1 $, the inertial-range kinetic energy flux is constant, and the kinetic energy spectrum is Kolmogorov-like ($ k^{-5/3} $). More importantly, we show that the amplitudes of the kinetic energy fluxes and spectra and those of structure functions increase with the decrease of Pr, thus exhibiting stronger nonlinearity for flows with small Prandt…

turbulence螺旋壳模型中的混沌和规则瞬子

Chaotic and regular instantons in helical shell models of turbulence

湍流的壳模型在无粘性极限下有一个有限时间的爆破，即，涡度拟能发散而单壳层速度保持有限。这种爆破的签名是由自相似的瞬变结构，通过惯性范围内一致地旅行。这些解可能会影响能量传递以及在受迫模型和粘性模型中经验观察到的异常标度特性。本文基于螺旋本征态下纳维-斯托克斯方程的精确分解，研究了一组四壳湍流模型的瞬变解。我们发现，取决于每个模型的螺旋结构，瞬子是混乱的或规则的。一些瞬子解在尺度足够小的情况下趋向于恢复镜像对称。具有反常标度的模型发展出规则的非混沌瞬子。相反地，在定态区具有非反常标度的模型是具有混沌瞬子的模型。每个单瞬子携带的能量的方向往往与静止状态下能量级联的方向一致。最后，我们发现，每当小尺度的平稳统计是间歇性的，瞬子是不太陡峭的维Kolmogorov标度，独立于它是否是混沌的。我们的研究结果进一步支持的想法，瞬子可能是至关重要的描述壳模型的多尺度异常统计的某些方面。

二维turbulence在无滑移方箱中衰减的光滑粒子流体动力学直接数值模拟

Direct Numerical Simulation of decaying two-dimensional turbulence in a no-slip square box using Smoothed Particle Hydrodynamics

本文探讨了SPH方法在二维无滑移壁面区域衰减湍流直接数值模拟（DNS）中的应用。在这个有界域中，逆能量级联和由边界施加的净扭矩导致流体的自发旋转，导致填充域的大涡旋的典型结束状态。SPH模拟结果与发表的结果进行了比较，使用高精度的伪谱代码。的动能，拟能和平均涡波数相比，以及对伪谱的结果，作为流体的总角动量的演变。然而，虽然伪谱结果强调了无滑移边界作为流中长寿命相干涡发生器的重要性，但SPH结果中没有看到这种生成。在边界处产生的涡丝总是在从边界层分离后不久就被流动耗散掉。SPH结果的动能谱是使用SPH傅立叶变换计算的，该变换直接作用于无序粒子。系综动能谱在大部分惯性范围内显示出预期的k-3标度。然而，光谱在较小的长度尺度上变平（最初小于7.5个粒子间距，随着时间的推移尺寸不断增大），表明小尺度动能过剩。

二维活性物质turbulence中大尺度相干结构的相变

Phase transition to large scale coherent structures in 2d active matter turbulence

悬浮液中微泳者的集体运动在尺度上诱导出比微泳者的特征尺寸大得多的涡旋模式，达到一种称为细菌湍流的状态。流体动力学湍流作用在更大的尺度上，并且由能量的惯性传输主导。利用修正的纳维-斯托克斯方程，研究了二维微泳者稠密悬浮体的性质，其中涡度拟能守恒可以驱动一个逆级联，通过该级联能量在最大尺度上积累.我们发现，流动的动力学和统计特性在最大的长度尺度上表现出急剧的过渡到旋涡的形成。结果表明，二维细菌湍流和流体动力学湍流通过亚临界相变分离。

一维Burgers方程中Fourier三元组相动力学的能流增强、不稳定性和turbulence

Energy flux enhancement, intermittency and turbulence via Fourier triad phase dynamics in 1D Burgers equation

本文对雷诺数为$\mathrm{Re} \approx 2.7 \times 10^4$的一维随机受迫Burgers方程的Fourier空间三元组相动力学进行了理论和数值研究。我们证明，惯性范围内的傅里叶三和弦相位显示出一种集体行为，其特征是间歇性的同步和对齐周期，这让人想起Kuramoto模型（Kuramoto 1984），并与物理空间中的冲击碰撞直接相关。这些同步周期有利于有效的能量通量在整个惯性范围内向小尺度，导致强烈的突发性耗散和增强相干的傅立叶能谱。快速的时间尺度的同步发病降级的能量动态到一个被动的角色：这是进一步检查使用一个减少系统的傅立叶振幅固定在时间-一个相位模型。我们发现，间歇性的三和弦相动力学持续没有振幅的演变，我们广泛地恢复了许多完整的Burgers系统的特点。此外，对于完全Burgers和相位仅系统的物理空间速度统计数据表明，三元组相位对齐是直接相关的非高斯统计通常与结构功能的湍流系统中的不稳定性。

在具有变量层结的旋转非静力流中测量波与地转特征之间的通量

Measuring fluxes between wave and geostrophic features in rotating non-hydrostatic flows with variable stratification

该研究提出了一种框架，用于在具有变量层结的旋转非静力流中分离波和地转成分，并量化其能量通量和转移。

高Reynolds numbers时流体动力学turbulence中的非局部相互作用：标度律的缓慢出现

Non-local interactions in hydrodynamic turbulence at high Reynolds numbers: the slow emergence of scaling laws

我们分析了在2048^3个规则间隔点的网格上进行的强制不可压缩流体动力学模拟的数据，泰勒雷诺数为Re~1300。强迫是由泰勒-格林流，它与几个实验室实验中的流动有相似之处，计算在湍流稳定状态下运行了十个周转时间。在此雷诺数下，各向异性大尺度流动模式、惯性范围、瓶颈和耗散范围清晰可见，从而为研究自然界中出现的湍流提供了一个很好的测试案例。三元相互作用，局部的能量通量，和结构函数的速度增量计算。与运行在较低的雷诺数进行比较，并显示出出现的局部和非局部相互作用的相对振幅在谱空间的标度律。的Kolmogorov常数的缩放，以及速度增量的偏斜度和平坦度，以及执行，并与以前的实验结果是一致的。此外，在小尺度上与瓶颈的能量积累似乎发生在一个跨度的波数是独立的雷诺数，可能排除了惯性范围的解释it. Finally，不透明度指数似乎偏离标准模型在高Re，离开不透明度的解释一个悬而未决的问题。