Lagrangian tracer dynamics in a closed cylindrical turbulent convection cell
在拉格朗日坐标系下，利用三维直接数值模拟方法，研究了封闭圆柱体中的湍流Rayleigh-Benard对流。晶胞的纵横比γ在1到12之间变化，瑞利数Ra在10^7到10^9之间变化。普朗特数Pr固定为0.7。据发现，无论是对分散的拉格朗日示踪粒子和沿粒子轨迹测量的加速度分量的统计依赖于纵横比为一个固定的瑞利数的参数范围内，我们的研究。这表明对流单体中存在的大尺度环流影响拉格朗日动力学。我们的研究结果与现有的拉格朗日实验室湍流对流实验定性一致。
2010-06-04 physics.flu-dyn
Statistics of Lagrangian Trajectories in a Rotating Turbulent Flow
通过直接数值模拟研究了三维旋转湍流的拉格朗日统计特性。我们发现，相干涡结构的出现，因为科里奥利力导致抑制的“飞行坠毁”事件报道的徐，等。Acad. Sci.（U.S.A）111，7558（2014）]。我们进行系统的研究，以跟踪这种抑制的起源在紧急几何的流动，并显示为什么这样的拉格朗日措施的不可逆性可能会失败的旋转存在。
2019-10-02 physics.flu-dyn
Extreme-value statistics from Lagrangian convex hull analysis for homogeneous turbulent Boussinesq convection and MHD convection
本文研究了拉格朗日示踪剂的凸壳在分析不同各向异性湍流输运特性中的应用。在统计均匀和稳态Navier-Stokes湍流，中性流体Boussinesq对流，MHD Boussinesq对流的直接数值模拟与拉格朗日对色散的比较表明，凸包统计捕获的渐近色散行为的一大群被动示踪粒子。此外，凸包分析提供了关于示踪剂子系综的附加信息，这些示踪剂平均以极值统计和流动各向异性的形式经由凸包的几何性质最有效地分散。我们使用凸壳表面的几何形状来研究湍流对流中发生的各向异性。应用极值理论，我们证明了凸壳顶点的最大平方扩张是由一个经典的极值分布，Gumbel分布很好地描述。在湍流对流期间，间歇性对流羽流增长并加速拉格朗日示踪剂的分散。凸壳分析产生的信息，补充标准拉格朗日分析的相干湍流结构及其影响的全球统计的流动。
2017-05-07 physics.flu-dyn
Lagrangian acceleration statistics in a turbulent channel flow
基于示踪粒子跟踪实验和直接数值模拟，研究了$Re_τ= 1440$充分发展槽道湍流中的拉格朗日加速度统计。分析了拉格朗日速度和加速度时间尺度随壁距的演化规律。使用互相关和联合概率密度函数描述了近壁区域中的加速度分量之间的依赖性。强流向相干涡典型的壁有界湍流的动态显示有显着的影响。这导致在近壁区域中的小尺度下的强各向异性，该区域仍然存在于大部分通道中。这种统计特性可以用作构建高级拉格朗日随机模型的约束，以预测用于燃烧或环境研究的化学组分的分散和混合。
2017-04-24 physics.flu-dyn
Lagrangian analysis of turbulent blood flow in the human left heart
本研究基于患者特异性解剖模型的高保真模拟与FSEI框架，开展人体左心湍流的拉格朗日分析，发现左心内存在强拉格朗日间歇性，为溶血建模及医疗器械评估提供统计基础。
2025-06-12 physics.flu-dyn
Investigation of Self-Preservation Theory in Two Dimensional Turbulent Mixing Layers
本文研究了二维定常湍流混合层的特性。除通常的速度分量外，还计算并给出了雷诺应力的所有贡献分量。结果表明，在二维定常湍流混合层中，自保持理论并不适用于所有的流动区域，流动是湍流区，分为两个区域。通过计算流动起始点处的雷诺应力分量，表明在包含流动奇点的区域中的湍流并不像以前认为的那样是自保持的。
2003-01-27 physics.flu-dyn
The 3D structure of the Lagrangian acceleration in turbulent flows
本文报道了高湍流中三维拉格朗日加速度的实验结果。示踪粒子的光学跟踪使用四个硅条探测器从高能物理，提供高的时间和空间分辨率。的组件的加速度被证明是统计依赖。加速度幅值的概率密度函数（PDF）与对数正态分布相当。假设各向同性，对数正态分布的幅度可以解释观察到的依赖性的组件。的加速度分量的时间动态被发现是典型的耗散尺度，而幅度演变在较长的时间，可能接近的积分时间尺度。
2004-10-12 physics.flu-dyn
Lagrangian velocity and acceleration correlations of large inertial particles in a closed turbulent flow
本文研究了非均匀各向异性流中大惯性颗粒对湍流脉动的响应。我们进行了拉格朗日研究，使用粒子比周围的流体更重和更轻，其直径是可比的流量积分尺度。分析了速度和加速度的关联函数，计算了这些粒子的拉格朗日积分时间和加速度时标。大小和密度如何影响这些时间尺度的知识是至关重要的，在理解粒子动力学，并可能允许随机过程建模使用两个时间模型（例如Sawford的）。由于颗粒在封闭流的准整体中被长时间跟踪，平均流影响它们的行为，并且还使速度时间统计数据，特别是速度关联函数偏置。通过使用一种允许计算湍流速度轨迹的方法，我们可以得到无偏的拉格朗日积分时间。这在访问这种颗粒的尺度分离以及将其与类似配置中的流体颗粒的情况进行比较时特别有用。
2015-12-24 physics.flu-dyn
Wavelet Cross-Correlation Analysis of Turbulent Mixing from Large-Eddy-Simulations
本文用小波互相关分析方法研究了钝体稳定火焰中湍流与混合之间的复杂相互作用。结合的方法可以更好地指出典型的特征，通过表征的过程中所涉及的时间和尺度的非定常湍流混合。小波互相关分析的速度和混合分数波动的时间信号可以是一个有效的工具，研究湍流混合流动的过程中，在燃烧问题的极大兴趣。
2000-03-14 physics.flu-dyn
Mixing layer and turbulent jet flow in a Hele--Shaw cell
本文研究了两个相对封闭的刚性壁面间理想均匀流体剪切流动中的平面湍流混合。流动的性质是由在Kelvin-Helmholtz不稳定性发展的非线性阶段产生的涡的相互作用和湍流摩擦决定的。在浅水理论和三层流动表示的框架内，提出了混合层的一维模型。所得到的方程允许一个来确定强烈的流体混合的区域的平均边界。稳态解的控制方程的构造和分析。利用由一维方程得到的平均流动特性，导出了确定混合层速度分布和雷诺剪应力的双曲线方程组。与实验结果的比较表明，在Hele-Shaw细胞的湍流射流的演变表明，所提出的模型提供了一个相当准确的描述的平均边界的区域的强烈混合，以及速度分布和雷诺剪应力的混合层。
2020-03-14 physics.flu-dyn
Turbulent mixing: matching real flows to Kraichnan flows
关于湍流混合的理论结果大多是基于零关联时间的理想流动模型。我们讨论的原因，这样的结果可能会失败的真实流量，并制定一个计划，使人们有可能匹配真实流量的理想流量。特别地，我们引入了可以取分数值的流的混合维数的概念。对于真实的不可压缩流，混合维数超过了拓扑维数，这导致了混合的局部不均匀性-一种在理想流中没有观察到的现象，具有深远的意义，例如影响湍流中的双分子反应速率。最后，我们建立了一个可压缩流模型，再现了Boffetta等人（2004）在时间相关流中观察到的异常李雅普诺夫指数值，并对这一现象提供了定性解释。
2016-02-04 physics.flu-dyn
Wall-induced anisotropy effects on turbulent mixing in channel flow: A network-based analysis
在拉格朗日框架下，采用基于复杂网络的方法研究了湍流混合。我们考虑在$Re_τ = 950$上模拟的湍流通道内被动非惯性粒子的运动。建立了时间相关网络来评估示踪剂在薄壁平行层之间的转移，所述薄壁平行层在壁法线方向上划分通道。通过这样做，我们能够评估湍流动力学及其对混合过程的影响所产生的空间和时间的复杂性。这种方法突出了湍流结构的小尺度特征的影响，以及由壁诱导的各向异性决定的较大尺度的影响。复杂网络与湍流的拉格朗日描述相结合，有效地为非均匀湍流和混合提供了新的见解。
2020-10-27 physics.flu-dyn
Exact Expansion Law for Richtmyer-Meshkov Turbulent Mixing Zone
Richtmyer-Meshkov不稳定性的发展导致两种物质通过接触边界分离的混合。两种流体的混合被限制在两个混合前沿之间。普适渐近性遵循后期的过渡阶段。描述前沿穿透的函数渐进地转换为幂律依赖性。混合是伴随着一个湍流混合区主导尺度的级联扩大。幂律的指数为：2D为2/5，3D为1/3。在我们的工作中计算了这些精确的指数。它们是由动量从小尺度到大尺度的再分配机制决定的。
2005-03-24 physics.flu-dyn
Heterogeneous Turbulent Jets of the Mutually Immiscible Liquids: the Mixing and Heat Transfer Processes
许多自然过程和技术过程都涉及互不相溶液体射流中的湍流混合和传热，它们代表了现代多相系统动力学的一类重要内容。对于自由射流和受限射流，考虑了轴对称二维定常流的微分方程和柱坐标系中的积分关联式。对自由射流和燃烧室内两相流的湍流混合参数进行了模拟和分析。最后，以核电站严重事故模拟中水冷金属熔体的高温流动为例进行了计算，并与实验数据进行了比较。该算法和所得结果可能对某些研究和工业任务感兴趣，其中多相湍流混合和传热参数的计算是重要的。
2018-03-26 physics.flu-dyn
Lagrangian diffusion properties of a free shear turbulent jet
对轴对称湍流水射流进行了拉格朗日实验研究，以研究其高度各向异性和非均匀流场。测量是在拉格朗日探索模块，二十面体装置，以促进三个相机的光学访问。立体粒子跟踪测速仪的结果在三个分量的位置，速度和加速度的示踪剂粒子在垂直取向的射流与泰勒为基础的雷诺数$\mathcal R_λ\simeq 230$的轨迹。在下游15直径至45直径的7个位置进行分析。首先进行欧拉分析，以获得射流和相关尺度的关键参数，即柯尔莫哥洛夫和大周转（积分）尺度以及能量耗散率。然后，根据Batchelor（\textit{J. Fluid Mech.}，第3卷，1957年，第100页）启发的方法，对静止的速度分量进行拉格朗日统计分析。67-80），其目的是将泰勒的湍流扩散的定常拉格朗日理论扩展到自相似流的情况。典型的拉格朗日缩放参数的发展射流的函数的演变进行了探讨，结果表明所提出的stationarisation验证。通用的标度常数$C_0$（拉格朗日二阶结构函数），以及欧拉和拉格朗日积分时间尺度进行了讨论。发现$C_0$在喷嘴下游30个直径内收敛到恒定值（$C_0 = 3$的量级）。最后，通过考虑加速度相关量，研究了有限颗粒尺寸效应的存在性。
2021-02-16 physics.flu-dyn
Simultaneous temperature and velocity Lagrangian measurements in turbulent thermal convection
我们报告联合拉格朗日速度和温度测量湍流热对流。测量使用的中性浮力仪器粒子，被用来进行实验中的平行六面体瑞利-贝纳德细胞的改进版本（扩展的自主性）。温度信号从RF发射器获得。同时，我们确定粒子的位置和速度与一个相机，这授予访问拉格朗日热流。由于本粒子的扩展自治性，我们得到了收敛良好的温度和速度统计，以及速度和热通量的伪欧拉映射。目前的实验结果也进行了比较，通过相应的运动的直接数值模拟和拉格朗日跟踪的无质量示踪剂所获得的结果。实验结果与数值计算结果的比较表明了实验测量的准确性和可靠性。最后，拉格朗日速度和温度频谱的分析显示和讨论。特别是，我们观察到温度谱表现出异常的f^2.5频率标度，可能代表了温度普遍存在的被动和主动标量行为
2015-08-25 physics.flu-dyn
Lagrangian heat transport in turbulent three-dimensional convection
在完全湍流的三维Rayleigh-Bénard流中，不能与周围环境有效混合的空间区域对热输运的贡献较小，这些空间区域由保持在一起较长时间的拉格朗日轨迹来识别。这些轨迹探测拉格朗日相干集（CS），我们在这里调查的直接数值模拟中的对流单体的纵横比$Γ= 16$，瑞利数$Ra = 10^{5}$，普朗特数$Pr = 0.1, 0.7$和$7$的方形截面。该分析是基于$N=524,288$拉格朗日示踪粒子的平流中的时间相关的流。轨迹的聚类由具有扩散核的图拉普拉斯算子来识别，该扩散核量化轨迹段的连接性，以及随后的用于聚类检测的稀疏本征基近似（SEBA）。与欧拉参考系中的大规模模式相比，图拉普拉斯算子和SEBA的组合导致显着改善的聚类识别。我们发现，检测到的CS贡献的三分之一少的全球湍流热传输的所有调查$Pr$相比，在空间互补的轨迹。这是通过监测沿着示踪剂轨迹系综的努塞尔数来实现的，这是一种无量纲的局部传热测量。
2021-03-17 physics.flu-dyn
On the Well-Mixed Quasi-One-Dimensional Formulation of Lagrangian Stochastic Models for Turbulent Relative Dispersion
这篇论文由于表述中的一个关键错误而被作者撤回。
2004-07-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
An investigation of subgrid mixing timescale modelling in LES of supersonic turbulent flames
针对超声速湍流燃烧中PaSR模型混合时间尺度估计不准的问题，提出基于梯度的估计方法，并在超声速混合层上验证其优于耗散率模型，能正确估计粗网格亚网格混合时间尺度。
2023-06-19 physics.flu-dyn
Conditional Eulerian and Lagrangian velocity increment statistics of fully developed turbulent flow
采用$2048^3$配置点法对均匀各向同性湍流的条件统计进行了高雷诺数直接数值模拟。分析和比较了几种情况下的欧拉和拉格朗日速度增量统计。在协议与实验数据的纵向概率密度函数$P(δ^{||}_l u|ε_l)$条件下的尺度平均能量耗散率接近高斯分布在所有尺度的惯性范围内的尺度。此外，以耗散率或涡量平方为条件的横向增量具有准高斯概率分布函数（PDF）。关于拉格朗日统计，我们发现，调节轨迹平均能量耗散率$ε_τ$显着降低增量PDF $P(δ_τu_i|ε_τ)$的规模依赖。通过尺寸参数，我们提出了一个新的拉格朗日增量的条件，这是减少甚至更多的平坦度相应的PDF，从而在惯性范围内的尺度不稳定性。所考虑的最小增量对应的条件拉格朗日PDF是合理的，以及由K41预测的加速度的PDF。条件结构函数显示出近似K41标度，标度范围比非条件结构函数大。
2010-11-12 physics.flu-dyn
Probing turbulent superstructures in Rayleigh-Bénard convection by Lagrangian trajectory clusters
本文利用直接数值模拟中计算出的拉格朗日粒子轨迹，分析了水平扩展方形对流单体中三维湍流对流的大尺度模式。因此，考虑在普朗特数Pr $=0.7$、瑞利数Ra $=10^5$和纵横比$Γ=16$下运行的模拟。这些大尺度的结构，这是表示为湍流对流的超结构，检测的图拉普拉斯矩阵的频谱。我们的调查是在Hadjighasem { \it et al.}之后进行的，Phys. Rev. E { \bf 93}，063107（2016），从拉格朗日粒子的轨迹点构建加权和无向图。图的边缘处的权重由不同粒子轨迹之间的平均动态距离确定。它表明，由此产生的轨迹集群，这是由随后的$k$ -均值聚类，符合欧拉参考系中的超结构。此外，超结构的特征时间$τ^L$和长度$λ_U^L$在拉格朗日坐标系中分别与它们的欧拉对应物$τ$和$λ_U$吻合得很好.发现这种基于概率的聚类对于时间$t\lesssim τ\approxτ^L$起作用。较长的时间周期$t\gtrsim τ^L$需要改变的分析方法，以密度为基础的轨迹聚类的时间平均拉格朗日伪轨迹，这是第一次应用在这种情况下。以这种方式获得伪轨迹的一个小的相干子集，该子集由长时间被困在超结构循环辊的核心中的拉格朗日粒子组成，因此不受持续的湍流分散的影响。
2018-10-17 physics.flu-dyn
Lagrangian stochastic modeling of acceleration in turbulent wall-bounded flows
拉格朗日方法是研究湍流弥散和混合问题的自然方法。本文提出了一个以速度和加速度为动力学变量的非均匀湍流的一般拉格朗日随机模型。该模型采用扩散过程的形式，模型的系数通过Kolmogorov理论和与基于速度的模型的一致性的要求来确定。结果表明，本模型概括了均质流的加速度为基础的模型和广义朗之万模型的速度。将所得封闭模型应用于高雷诺数下的通道流，并与实验和直接数值模拟进行比较。一个混合的方法耦合随机模型与雷诺平均的Navier-Stokes（RANS）被用来获得一个自洽的模型，常用的概率密度函数方法。结果突出显示，大多数的加速度特征，特别是各向异性和强的不均匀性得到了很好的体现。这些结果是有价值的，因为该模型允许改进边界层的建模，但仍保持相对简单。它也揭示了一些在近壁区发挥作用的统计机制。
2019-08-09 physics.flu-dyn
Lagrangian filtered density function for LES-based stochastic modelling of turbulent dispersed flows
当直接数值模拟（DNS）的计算费用变得过于昂贵时，基于大涡模拟（LES）的欧拉-拉格朗日方法是研究湍流离散流动最有前途和可行的数值工具之一。然而，这种方法的适用性是有限的，如果子网格尺度（SGS）的流动粒子动力学的影响被忽略。在本文中，我们建议考虑到这些影响的拉格朗日随机SGS模型的粒子运动方程。该模型扩展到颗粒负载流的速度过滤密度函数方法最初开发的反应流。基本的过滤密度函数模拟通过拉格朗日蒙特卡罗程序，解决了一组随机微分方程（SDES）沿个别粒子的轨迹。由此产生的模型进行测试的参考情况下，湍流槽流，使用混合算法，其中的流体速度场是由大涡模拟提供的，然后用于提前的SDES的时间。模型的一致性进行评估，在零惯性粒子的限制，当“重复字段”可从欧拉LES和拉格朗日跟踪。惯性粒子的测试进行了检查的模型捕捉粒子的优先浓度和近壁偏析的能力。与DNS为基础的统计相比，我们的结果表明，提高了精度和显着减少的错误的情况下，没有SGS模型中使用的粒子运动方程。
2016-07-07 physics.flu-dyn
On Lagrangian Intermittency from 4-D Particle Tracking Velocimetry measurements of a turbulent von Kármán flow
我们调查的能力，4D粒子跟踪测速测量在高颗粒密度，探讨在不同的雷诺数的湍流旋流的不可逆性和不可逆性。为此，我们设计了合适的工具来去除实验噪声，并计算拉格朗日速度增量和拉格朗日幂（沿轨迹的动能的时间导数）的小波系数的统计。我们发现，噪声的签名是最强的短轨迹，并在小的时间尺度上的规律性条件的偏差的结果。只考虑长轨迹摆脱这种影响，我们得到的缩放制度，是兼容的减少不稳定性，这意味着长轨迹也与较大的规律性的领域。的标度律，无论是在时间和雷诺数，可以描述的多重分形模型，与对数正态谱和一个比欧拉的情况下，其中所有的流动面积被考虑在内的三倍小的不稳定性参数。
2021-04-09 physics.flu-dyn
Turbulent mixing of a hydrogen jet in crossflow: direct numerical simulation and model assessment
Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Caterpillar Inc.（卡特彼勒公司）；Convergent Science, Inc.（Convergent Science 公司）
研究基于特定几何形状，用DNS、LES和RANS方法对氢气流横向喷射进行数值研究，重点评估后两者预测湍流流场和混合过程的性能，找出RANS性能不佳原因，提供数据集并对改进湍流混合建模有新见解。
2026-04-23 physics.flu-dyn
Turbulent Boundary Layer Features via Lagrangian Coherent Structures, Proper Orthogonal Decomposition and Dynamic Mode Decomposition
在Re $_θ$为9800的湍流边界层中进行了高速立体PIV测量，以阐明相干结构。采用快照正交分解（POD）和动态模态分解（DMD）方法，根据湍流动能和频率成分，对湍流结构进行可视化。前六个POD和DMD模式分别显示出最大和最低的能量和频率。拉格朗日相干结构（LCS）的基础上开发的算法使用变分理论也适用于跟踪流通过吸引和排斥的轨迹。轨迹的形状和长度随平流时间的增加而变化。LCS轨迹与单独的POD和DMD模式重叠。排斥线和吸引线覆盖了这些模式的结构。从个别POD模式重建流场也被用来生成新的LCS轨迹。能量和频率含量对轨迹的长度具有直接影响，其中最长的重建轨迹与较高能量和较低频率模式相关联，反之亦然。排斥线和吸引线之间的多个交叉点标记了低动量区域。
2017-04-13 physics.flu-dyn
Pair dispersion in inhomogeneous turbulent thermal convection
由于大尺度流动的不均匀性和温度的影响，热对流中的湍流小尺度结构仍然是一个活跃的研究领域，特别是考虑到复杂的拉格朗日统计。在这里，我们实验研究拉格朗日对色散（拉格朗日湍流的典型问题之一）在瑞利-贝纳德对流单体。在水平流体层上施加足够高的温差以观察湍流。我们进行拉格朗日跟踪的亚毫米粒子上的一个大的测量体积，包括大尺度环流（LSC）揭示了一些大的不均匀性的一部分。我们的研究为我们对湍流热对流的理解带来了一些新的见解：（i）通过将粒子拉格朗日动力学分解为LSC贡献和湍流涨落，我们突出了这两种贡献对色散的相对影响;（ii）使用相同的分解，我们从对统计估计欧拉二阶速度结构函数，并表明在去除LSC贡献后，其余的统计数据恢复通常的均匀和各向同性的行为，这是由当地的能量耗散率，以区别于传统的全球耗散率，以消除湍流热对流;和（iii）我们重温超扩散的Richardson-Obukhov制度的粒子分散，并提出了一个完善的估计的Richardson常数。
2019-07-01 physics.flu-dyn
Lagrangian irreversibility and energy exchanges in rotating-stratified turbulent flows
本研究聚焦旋转分层湍流中波涡相互作用下的能量交换过程，通过示踪粒子相对动能的不可逆演化探究能量级串，发现粒子间距特征尺度与浮力尺度的关联，揭示了不同尺度下势能与动能转换对时间不可逆性的影响规律。
2024-01-26 physics.flu-dyn
Turbulent Couette Flow:An analytical solution
本文从纳维-斯托克斯方程的一个子集出发，得到了平面紊流库埃特流的一个简单解析解。该方法分析了粘性动量的非稳态拉格朗日扩散对平滑相速度的影响。三个初始速度剖面在开始的湍流壁循环被认为是。预测充分识别存在的三个层通常观察到的湍流领域，特别是粘度为主的壁层和对数律层。实验测量的时间平均速度也很好地相关。关键词：库埃特流，湍流，吸引子，解析解，拉格朗日偏导数，时间尺度，初始条件
2011-04-21 physics.flu-dyn
A Lagrangian probability-density-function model for collisional turbulent fluid-particle flows. I. Model derivation
湍流中的惯性颗粒的特征在于优先集中和分离，并且在足够的质量负载下，由于相之间的动量耦合，致密的颗粒簇可以自发地出现。这些团簇反过来可以在流体相中产生并维持湍流，我们称之为团簇诱导湍流。在目前的理论工作中，我们解决的问题，开发一个框架的随机建模的中等密度的颗粒载流，拉格朗日形式主义的基础上，其中自然包括欧拉的。已经提出了一个严格的形式主义和一般模型，特别是集中在两个成分是关键的中等密度的流动，即，在载体相的双向耦合，和分解的颗粒相速度到其空间相关和不相关的组件。具体地说，这最后的贡献允许识别在随机模型中的贡献，由于相关的波动能量和颗粒相的颗粒温度，这决定了颗粒-颗粒碰撞的时间尺度。应用拉格朗日概率密度函数模型在这项工作中开发的中等密度的颗粒负载流中的一个配套文件进行了讨论。
2018-03-01 physics.flu-dyn
Lagrangian and Eulerian accelerations in turbulent stratified shear flows
采用直接数值模拟的方法研究了均匀剪切湍流和均匀稳定层结中流体质点的拉格朗日（LA）和欧拉加速度（EA）特性。Richardson数从对应于非分层剪切流的$Ri=0$变化到对应于强分层剪切流的$Ri=1$。LA和EA的概率密度函数（pdf）都具有拉伸指数形状，并且它们对Richardson数具有强烈且相似的影响。EA的极值比LA观察到的极值更强。几何统计学解释说，由于欧拉和对流加速度的相互抵消，EA的幅度大于其拉格朗日对应物，因为这两个矢量在统计上显示出反平行的偏好。一个基于小波的尺度相关分解的LA和EA进行。对于较小尺度的湍流运动，加速度pdf的尾部变得更重。因此，平坦度随着尺度的减小而增加，这表明在较小尺度下具有更强的不稳定性。LA和EA的联合PDF表明，随着理查森数的增加，在更大尺度的湍流运动的趋势更强的相关性。对纳维-斯托克斯方程中各项的考虑表明，LA主要由压力梯度项决定，而EA主要由非线性对流项决定。
2021-07-21 physics.flu-dyn
Lagrangian modeling of a non-homogeneous turbulent shear flow: Molding homogeneous and isotropic trajectories into a jet
针对实际非均匀各向异性湍流建模难题，提出一种利用均匀湍流速度信号转化为湍流射流拉格朗日轨迹的高效模型，多尺度统计量与实验吻合度高，且易实现可扩展。
2023-10-06 physics.flu-dyn
Experimental study of turbulent mixing in a T-shaped mixer
本研究引入新型实验装置对T形混合器中的湍流混合进行光学研究，通过二维粒子图像测速和平面激光诱导荧光测量表征湍流动能、耗散及标量浓度方差，并与模型预测和直接数值模拟结果进行了对比。
2025-09-12 physics.flu-dyn
Understanding and modeling turbulent fluxes and entrainment in a gravity current
本文对重力流在斜面上的混合过程进行了实验研究。动量和密度的湍流输运可以用一个非常直接和紧凑的形式来描述，由普朗特混合长度模型：湍流的动量和密度的垂直通量被发现与速度和密度的垂直平均梯度成二次比例。比例系数，混合长度的平方，是近似恒定的混合区的分层剪切层。我们展示了在不同的流动构型中，这个长度如何与流动的剪切长度（$ε$ / $\partial$ z u ^3）^[1/2]相关。我们还研究了动量和密度湍流通量的波动，展示了它们如何与混合和夹带/分离平衡。我们提出了一个定量的措施，来自所观察到的密度通量和密度或垂直速度波动的条件相关性的本地夹带和detrainment。
2015-06-19 physics.flu-dyn
Transition between Boundary-Limited Scaling and Mixing-Length Scaling of Turbulent Transport in Internally Heated Convection
湍流热对流中的热传输随着热强迫的增加而增加，但在几乎所有的研究中，这种增加的速率都比如果传输变得独立于分子扩散率的话慢-热传输缩放比混合长度（或“终极”）缩放慢。在由热边界条件或内部加热驱动的配置中，热边界层反而导致边界限制（或“经典”）缩放。在不同区域的净零内部加热和冷却，混合长度缩放可以发生，因为热量不需要穿过边界。我们报告的数值模拟中，加热和冷却是不平等的，在各种自然系统中，在普朗特数的团结。随着加热和冷却速率的接近，热传输的标度指数从其边界限制值变化到其混合长度值。
2022-07-11 physics.flu-dyn
Lagrangian Refined Kolmogorov Similarity Hypothesis for Gradient Time-evolution in Turbulent Flows
我们研究了各向同性湍流中的速度和压力梯度的时间演化，通过量化它们的去相关时间尺度，如下流动中的流体颗粒。拉格朗日分析使用公共数据库中的数据，这些数据是在雷诺数为430时通过直接数值模拟Naiver-Stokes方程生成的。据证实，当平均在整个域，关联函数衰减的平均Kolmogorov周转时间尺度的顺序上的时间尺度上，从全球平均耗散率和粘度计算。然而，当在流的不同子区域中执行分析时，湍流不稳定性导致衰减时间尺度的大的空间变异性。值得注意的是，出色的崩溃的自动关联函数恢复时，使用“本地Kolmogorov时间尺度”定义使用本地平均，而不是全球，耗散率。这为Kolmogorov的精炼相似性假设的有效性提供了新的证据，但从拉格朗日的观点来看，它提供了一个自然的框架来描述湍流的动态时间演化。
2009-12-18 physics.flu-dyn
Modelling of the turbulent burning velocity based on Lagrangian statistics of propagating surfaces
基于传播面的拉格朗日统计量，提出了均匀各向同性湍流（HIT）中湍流燃烧速度的预测模型$S_T$。具有恒定位移速度的传播表面最初布置在一个平面上，并且它们以非反应性HIT演化，表现得像平面预混火焰前缘的传播。$S_T$模型中的普适常数表征了湍流对预混火焰面积增长的增强作用，它们由传播表面的拉格朗日统计量确定。然后，火焰面积建模的面积的传播表面在截断时间。这个截断时间信号的传播表面的演化几何的统计稳定状态，它是由一个明确的表达式，使用非常弱和强湍流的限制条件建模。$S_T$模型中的另一个参数表征燃料化学对$S_T$的影响，并且它由来自弱湍流中的实验或直接数值模拟（DNS）的$S_T$的非常少的可用数据点预先确定。所提出的模型进行了验证，使用三个DNS系列的湍流预混火焰与各种燃料。$S_T$的模型预测在很宽的预混燃烧区域内与DNS基本一致，并且它捕捉了$S_T$在湍流强度方面的基本趋势，包括弱湍流的线性增长和强湍流的“弯曲效应”。
2019-11-01 physics.flu-dyn
Are Lagrangian stochastic models at odds with statistical theories of relative dispersion?
在一篇关于湍流相对弥散的统计建模的文章中，Franzese & Cassiani（2007，第402页）对拉格朗日随机模型进行了评论，并报告了对湍流弥散的统计和随机建模之间一致性的一些担忧。在这篇简短的文章中，对这两种方法进行了比较。就模型对湍流常数的依赖性而言，这两种理论方法是完全一致的，排除了一切可能的顾虑。
2013-07-06 physics.flu-dyn
The Lagrangian frequency spectrum as a diagnostic for magnetohydrodynamic turbulence dynamics
对于磁流体动力学湍流的现象学描述，存在竞争模型，例如Boldyrev [Phys.Rev.Lett. \textbf{96}，115002，2006]和Gogoberidze [Phys.Plas. \textbf{14}，022304，2007]，它们预测湍流能谱的相同欧拉惯性范围标度，尽管它们采用根本不同的基本相互作用机制。{找到了一个关系，它将拉格朗日频谱与湍流波动的自相关时标$τ_\mathrm{ac}$和相关的级联时标$τ_{\mathrm{cas}}$联系起来。因此，拉格朗日能谱可用于识别弱（$τ_\mathrm{ac}\llτ_{\mathrm{cas}}$）和强（$τ_\mathrm{ac}\simτ_{\mathrm{cas}}$）相互作用机制，从而深入了解湍流能量级联。新的方法说明了直接数值模拟的结果，二维和三维不可压缩MHD湍流。
2010-11-25 physics.flu-dyn
Geometry of stratified turbulent mixing: local alignment of the density gradient with rotation, shear and viscous dissipation
本文提出基于速度梯度张量构造两个正交基的几何分析方法，研究分层湍流中密度梯度与旋转、剪切及黏性耗散的局部对齐，并利用分层倾斜管道实验揭示高剪切区密度梯度优先沿最小耗散方向且垂直于rotex-剪切平面的规律。
2023-09-19 physics.flu-dyn
Investigating the magnitude and temporal localization of inertial particle mixing in turbulent channel flows
该研究通过直接数值模拟与拉格朗日框架，探究不同斯托克斯数惯性颗粒在Reτ=950湍流槽道流中的混合特性，揭示了颗粒惯性对混合的影响随源点位置、排列及距壁距离变化的规律。
2023-06-16 physics.flu-dyn
TURB-Smoke. A database of Lagrangian pollutants emitted from point-sources and dispersed in turbulent flows
本研究推出TURB-Smoke数值数据集，通过直接数值模拟生成湍流中拉格朗日污染物扩散数据，为源追踪策略开发评估及搜索算法测试优化提供可靠基准。
2025-07-30 physics.flu-dyn
Turbulence in a wedge: the case of the mixing layerTurbulence in a wedge: the case of the mixing layer
流体中湍流的合理理论的最终目标是以合理的方式封闭雷诺方程，即将湍流应力张量表示为速度场的时间平均值的函数。基于充分发展的湍流中耗散是由欧拉方程描述的演化引起的奇异事件的想法，最近已经观察到封闭问题是强烈限制的，并且它意味着湍流应力是平均速度场的空间中的非局部函数，这是经典Boussinesq湍流粘性理论的一种扩展。这导致了时间平均速度场的相当复杂的非线性积分方程。这个方程满足欧拉方程的一些对称性。这种对称性被普朗特和朗道用来对简单几何中的湍流区域的形状做出各种预测。我们具体探讨了混合层的情况下，其中的平均速度场只取决于楔后的分离板的角度。这种解决方案在分流器的两侧之间产生压力差，这有助于板感觉到的升力。此外，由于湍流应力方程的结构，人们可以满足柯西-施瓦茨不等式，也称为可实现性条件，这个湍流应力。这种可实现性条件不能用简单的湍流粘性来满足。
2020-12-22 physics.flu-dyn
A compressible Reynolds-averaged mixing model considering turbulent entropy and heat flux
本研究针对可压缩混合流动，在不可压缩K-L-y模型基础上引入物理可压缩性修正，整合湍流熵与热通量，构建了新型可压缩RANS混合模型，并经系统验证有效。
2025-06-19 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
Guidelines for the formulation of Lagrangian stochastic models for particle simulations of single-phase and dispersed two-phase turbulent flows
本文建立了一组判据，用于讨论各种拉格朗日随机模型，这些模型既可用于模拟单相湍流中的流体颗粒，也可用于模拟离散湍流两相流中离散颗粒所见的流体。一个中心问题是提出拉格朗日随机模型必须满足的可靠性要求，而本分析所带来的一个新的要素是解决单和双参数随机模型。这种分析并不解决不同模型的相对预测能力的问题，而是集中在它们的制定上，因为不同制定的优点和缺点并不总是一致的。清楚事实上，从一种结构到另一种结构的变化中隐藏着一些可能的陷阱，这些陷阱可能导致实际模型构建中的缺陷和物理上不合理的数值计算。本方法的第一个兴趣是通过考虑文献中提出的一些模型，并显示这些标准有助于评估这些拉格朗日随机模型是否可以被视为可接受的描述。第二个兴趣是指出未来的发展如何可以安全地建立，这也是相关的随机子网格模型的背景下，颗粒负载流的大涡模拟。
2015-01-11 physics.flu-dyn
Lagrangian views on turbulent mixing of passive scalars
被动标量湍流的拉格朗日观点最近产生了有趣的结果和解释。本文简要评述了拉格朗日湍流在理论、实验、模拟和数据分析方面的创新。审查的一部分是密切相关的所谓的Kraichnan模型的平流的被动标量合成湍流。对更好地理解Navier-Stokes湍流中的被动标量混合的可能影响也进行了讨论。
2009-04-04 physics.ao-ph 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
A new form of mixing in turbulent sedimentation
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
本文通过直接数值模拟揭示了湍流沉降中颗粒形成的新混合机制，发现混合层扩展速度呈现非整数指数增长，且提出了一维模型以描述该现象。
2026-01-27 physics.flu-dyn
Lagrangian formulation of turbulent premixed combustion
采用拉格朗日方法研究了湍流预混燃烧。燃烧产物的体积分数的演变是由雷诺输运定理。它出现的燃烧质量分数是由湍流粒子运动，火焰前锋速度，火焰前锋的平均曲率。连接颗粒湍流分散和火焰前锋速度的物理要求是从相等的火焰前锋的进展和未燃颗粒蔓延的膨胀率。由此产生的描述与实验数据相比，毫不逊色。在零曲率火焰的情况下，与非马尔可夫抛物线模型的湍流扩散，制定产量的Zimont方程扩展到所有经过的时间，并完全由湍流特性。计算和分析了扩展的Zimont方程的精确解，得出了不同的区域。
2011-07-28 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Lagrangian studies of coherent sets and heat transport in constant heat flux-driven turbulent Rayleigh-Bénard convection
本研究基于拉格朗日示踪粒子轨迹与时变流动网络，分析了恒定热通量驱动湍流Rayleigh-Bénard对流中的相干集合，发现超颗粒结构在垂直热传输中起关键作用且空间延展更大。
2023-09-14 physics.flu-dyn
Mixing and solvent exchange near the turbulent/non-turbulent interface in a quasi-2D jet
本文通过实验研究准二维湍流射流中溶剂交换与混合的相互作用，揭示油滴成核在湍流/非湍流界面附近的发生与演化规律，并首次基于乙醇浓度和三元相图建立湍流溶剂交换模型。
2023-04-14 physics.flu-dyn
Goldilocks mixing in oceanic shear-induced turbulent overturns
我们提出了一个新的物理动机的参数化，基于索普和Ozmidov尺度的比例，不可逆的湍流通量系数$Γ_{\mathcal M}= {\mathcal M}/ε$，即不可逆率${\mathcal M}$在分层流中的背景势能增加，由于宏观运动的湍流动能耗散率的比例。我们的参数化涵盖了所有三个关键阶段（至关重要的是，在时间上）的剪切诱导分层湍流生命周期：初始，“热”的增长阶段，中间大力强迫阶段，和最后的“冷”的tetralization衰减阶段。涵盖所有三个阶段使我们能够突出中间阶段的重要性，我们称之为“金发姑娘”阶段，因为它显然是最佳的（因此既不太热也不太冷，但刚刚好）平衡，其中从背景剪切到湍流混合的能量传递是最有效的。$Γ_{\mathcal M}$在此阶段接近1/3，我们证明，这似乎与持续湍流$\sim 0.2-0.25$的临界或边际Richardson数的调整有关。
2021-08-11 physics.flu-dyn
Variable-density effects in incompressible non-buoyant shear-driven turbulent mixing layers
使用不可压缩（低速）的直接数值模拟时，混合层涉及两种不同密度的可混溶流体的不对称性进行了研究。模拟中进行的时间配置非常大的域的大小，使混合层达到完全湍流自相似增长的延长状态。施加平均密度变化打破了相对于经典的单流体时间混合层问题的平均对称性。与先前的变密度混合层模拟不同，其中流由具有不同热力学性质的相同流体组成，密度变化目前是由于流体流之间的组成差异，导致不同的混合动力学。变密度（非Boussinesq）效应在流量统计中引入了强烈的不对称性，这可以解释为随着自由流密度差的增加，最强的湍流越来越多地迁移到较轻的流体侧。界面厚度增长率也会降低，某些厚度定义对密度和流向速度剖面之间的对齐的相应变化特别敏感。在混合层内的一个给定位置的密度的统计分布的意义上的额外的不对称性揭示，湍流的细尺度优先维持在较轻的流体，这也是最快的混合发生。这些效应影响涉及密度波动的统计数据，这对混合和对混合动力学敏感的更复杂的现象（如燃烧）具有重要意义。
2020-06-24 physics.flu-dyn
