Particle Pair Dispersion and Eddy Diffusivity in a High-Speed Premixed Flame
湍流混合是高速预混火焰中一个重要的物理过程。这种混合导致温度和化学标量的增强传输，导致火焰结构和动力学的潜在大的变化。为了理解非反应流中的湍流混合，已经提出了许多经典理论来描述分散流体颗粒对的缩放和统计，包括有效的或湍流的涡流扩散率的预测。在这里，我们研究这些经典理论的有效性，通过研究流体颗粒对分散和涡流扩散在高度湍流的预混甲烷-空气火焰中的Karlovitz数约为140。使用直接数值模拟和高阶拉格朗日跟踪算法的数据，粒子对质心在不同的初始温度和分离，然后集成向前的时间。我们发现，在非反应流对分散的标度关系和结果仍然在这个高强度的预混火焰相关，我们确定了热释放的影响分散和涡流扩散。
2020-06-23 physics.flu-dyn
Advectional enhancement of eddy diffusivity under parametric disorder
冻结参数紊乱可能会导致出现的局部对流在一个稳定的（静止）流体层从下面加热的集合。这些电流显著地影响混合物（或任何其他被动标量）沿层的传输。当混合物的分子扩散率与热扩散率（这在自然界中是非常典型的）相比很小时，无序可以使有效（涡流）扩散率与分子扩散率相比提高几个数量级。在本文中，我们研究了施加的纵向平流对流离域的影响，数值和分析，并报告随后大幅提升弱平流的有效扩散率。
2009-10-30 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Negative magnetic eddy diffusivities from test-field method and multiscale stability theory
在没有α效应的情况下，在运动学制度的大规模磁场的产生进行了研究，通过以下两种不同的方法，即测试场的方法和多尺度稳定性理论依赖于均匀化技术。我们分析表明，前者，适用于磁涡流扩散率的评价，产生的结果，完全同意与后者。我们的计算的磁涡扩散张量的宇称不变流-IV的G. O。Roberts和修正的Taylor-Green流在合适的参数值范围内证实了前人的研究结果，也解释了他们的一些明显矛盾。这两种流动具有大的对称群，这是用来大大简化涡扩散张量。最后，提出了一个新的分析结果：在表示的涡流扩散张量的伴随算子的辅助问题的解决方案，我们推导出磁涡流扩散张量之间的关系，出现相反的小尺度流v（x）和-v（x）。
2015-07-09 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
A systematic approach for modeling a nonlocal eddy diffusivity
本研究针对空间变化的不可压缩流被动标量输运，开发了一种基于匹配矩逆算子的系统且更具成本效益的非局部涡扩散率建模方法，能捕获前导阶非局部效应并转化为易求解的偏微分方程。
2023-06-28 physics.flu-dyn
Techniques for improved statistical convergence in quantification of eddy diffusivity moments
本研究针对宏观强迫法计算涡扩散率高阶矩时统计收敛慢的问题，提出对所有强迫MFM模拟使用同一DNS并结合半解析分解法，将二维Rayleigh-Taylor不稳定性案例的收敛所需模拟数从O(1000)降至O(100)，显著提升了涡扩散率量化效率。
2025-10-14 physics.flu-dyn
A model for drift velocity mediated scalar eddy diffusivity in homogeneous turbulent flows
本文针对含漂移速度的均匀湍流中被动标量输运问题，提出一个描述涡扩散率衰减的新模型，并结合欧拉场测量方法与直接数值模拟验证其准确性和理论一致性。
2023-10-25 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A mean field dynamo from negative eddy diffusivity
利用直接数值模拟，我们验证了Roberts（1972）的“流IV”表现出由水平平均大尺度磁场主导的发电机作用。用试验场方法计算了湍流磁扩散系数，发现它是负的，并克服了分子扩散系数，从而定量地解释了磁雷诺数大于$\approx8$时的大尺度发电机现象。正如对这种发电机所预期的那样，但与$α$效应发电机相反，两个水平场分量彼此独立地增长，并具有任意的幅度比和相位差。小长度尺度的平均磁场被证明是稳定的湍流磁扩散率成为积极的在较大的波数。振荡衰减或增长的解决方案也被发现在某些波数间隔和足够大的值的磁雷诺数。对于磁雷诺数低于$\approx0.5$的湍流磁扩散率被证实是积极的，预期所有不可压缩流。早期声称的发电机驱动的修改泰勒-格林流通过负涡扩散率不能得到证实。
2013-05-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Phase Diagram for Turbulent Transport: Sampling Drift, Eddy Diffusivity and Variational Principles
研究了具有幂律谱的各向同性不可压缩三参数速度场族中的长时间大尺度输运问题。输运的标度律由标度指数$q$和Hurst指数$H$表征，作为参数的函数。参数空间被划分为不同的{ \em函数形式}的标度指数和赫斯特指数的标度律的制度。我们提出了完整的三维相图。极限过程有三种：布朗运动（$H=1/2$）、持续分数布朗运动（$1/2<H<1$）和规则（或光滑）运动（H=1）。我们发现，一个临界波数划分的红外截止分为三类，临界，亚临界和超临界，他们引起不同的标度律和相图。我们引入了采样漂移和涡动扩散率的概念，并制定了变分原理来估计涡动扩散率。我们发现，分数布朗运动的结果从一个占主导地位的采样漂移。
1999-06-08 math-ph math.MP physics.data-an
Eddy diffusivity of quasi-neutrally-buoyant inertial particles
本文研究了不可压缩零平均周期性或定常各态历经流中准中性浮力惯性粒子的大尺度输运性质。我们展示了如何计算大规模的指标，如惯性粒子的终极速度和涡流扩散系数的第一原理在周围的附加质量因子接近统一的限制微扰膨胀。在物理上，该极限对应于颗粒的质量密度恒定并且在值上接近于也恒定的流体的质量密度的情况。我们的方法不同于通常的过阻尼膨胀，因为我们不假设热化和小尺度对流效应之间的时间尺度的分离。对于一般的不可压缩流，我们推导出封闭形式的细胞方程的辅助量确定的终极速度和有效扩散。在平行流的特殊情况下，这些方程有明确的解析解.我们使用平行流表明，我们的方法能够阐明的行为的终极速度和有效扩散的斯托克斯数的顺序的团结。
2017-12-28 physics.flu-dyn
Eddy thermal diffusivity model and mean temperature profiles in turbulent vertical convection
Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学物理系）
本文提出了一种空间依赖的涡旋热扩散系数模型，用于描述流体在不同温度垂直壁间湍流自然对流的平均温度剖面，通过该模型推导出解析结果，揭示了不同雷诺数和普朗特数下的温度剖面由两个通用尺度函数描述，且与直接数值模拟数据一致。
2026-02-20 physics.flu-dyn
Large eddy simulations of turbulent thermal convection using renormalized viscosity and thermal diffusivity
本文利用重整化粘滞系数和热扩散系数建立了一个亚网格湍流热对流大涡模拟模型。对于大涡模拟，我们将$ν_\mathrm{ren} \propto Π_u^{1/3} (π/Δ)^{-1/3}$添加到运动粘度中;这里$Π_u$是湍流动能通量，$Δ$是网格间距。在我们的模型中，湍流普朗特数是1。我们在$128^3$网格上进行了湍流热对流的大涡模拟，并将结果与$512^3$网格上的直接数值模拟（DNS）进行了比较。在动能和熵的演化、速度场和温度场的谱和通量以及温度等值面等方面，LES和DNS的结果有很好的一致性。我们还显示了我们的LES模拟热对流在非常高的瑞利数的能力，并展示了一些结果$\mathrm{Ra=10^{18}}$。
2018-06-15 physics.flu-dyn
A sensor-restrained artificial shear diffusivity for large-eddy simulations of vortex-dominated compressible flows
提出一种传感器限制的LAD人工剪切粘性模型，仅在低压核心涡区添加扩散率，在抑制非物理振荡的同时避免过度扩散，实现可压缩涡主导流稳定准确的大涡模拟。
2025-04-30 physics.flu-dyn
Nonlocality of Mean Scalar Transport in Two-Dimensional Rayleigh-Taylor Instability Using the Macroscopic Forcing Method
本文利用宏观强迫方法测量二维瑞利-泰勒不稳定性中涡扩散率核的高阶矩，证明纯局域模型不足，并提出匹配矩的隐式算子构造以改进平均标量输运建模。
2024-05-02 physics.flu-dyn
Identify the diapycnical eddy diffusivities by salt fingers and turbulence with vertical microstructure measurements
根据一个简单的事实，即对于同一参数，不同的公式是相同的，从物理关系式中推导出了双循环涡扩散系数的公式。发现色散比Γ是一个关键参数。当大于某个临界值（约0.2）时，流动为盐指型;否则，流动为湍流。所有的密度比$R_ρ=1/(1-Γ^2)$、涡动通量比$γ=1/(1+Γ)$和涡动扩散率比$R_k=1-Γ$都简单地取决于扩散率比γ r。我们将这些关系应用于热带大西洋西部的测量数据。有效扩散系数为$0.96*10^{-4} m^2/s$，与示踪剂从0.8到$0.9*10^{-4} m^2/s$的观测结果相当一致。
2014-06-23 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Relative dispersion and eddy diffusivity in laboratory experiments of $β$-plane turbulence
University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, IRPHE（艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、中央马赛学院、IRPHE）；Department of Geosciences, University of Oslo（奥斯陆大学地球科学系）
该研究给出纬向地转流态下快速旋转湍流中相对扩散和湍流扩散的首次实验测量，通过合成拉格朗日轨迹计算相关统计量，揭示了不同区域转变，还能据此测量湍能耗散率和湍流扩散率，测量结果与相关理论大致相符。
2026-07-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Parameterizing Vertical Mixing Coefficients in the Ocean Surface Boundary Layer using Neural Networks
本文利用神经网络学习二阶矩闭合方案的涡动扩散率廓线，并稳定嵌入海洋环流模型，在保持守恒的同时减小混合层深度和上层海洋层结偏差。
2023-09-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Eddy diffusivities of inertial particles under gravity
本文用形式多尺度微扰展开法研究了重力作用下任意质量密度的惯性粒子的大尺度/长时间输运。由此产生的大规模方程的颗粒浓度的确定，并被发现是扩散与正定涡扩散。后一张量的计算被简化为辅助微分问题的求解，该问题由（6+1）维坐标系（3个空间坐标加3个速度坐标加时间）中的两个微分方程的耦合组组成。虽然昂贵，可以利用数值方法来获得涡流扩散率，任何理想的非微扰限制（如任意斯托克斯和弗劳德数）。上述大规模方程，然后专门处理两个不同的相关扰动限制：i）消失的斯托克斯时间和沉降粒子速度; ii）消失的斯托克斯时间和有限的沉降粒子速度。这两个渐近导致一个大大简化的辅助微分问题，现在只涉及空间坐标，因此很容易处理的标准数值技术。明确的，准确的表达式的涡流扩散率已计算出，为两个渐近，为类的平行流，静态和时间依赖。这使我们能够调查分析的重力和惯性的作用，扩散过程中通过改变相关功能的载体流，例如，其时间的关联函数的形式。我们的研究结果排除了重力和惯性的扩散行为所发挥的普遍作用：制度的增强和减少扩散可能存在，这取决于详细的结构的载体流。
2011-03-29 nlin.CD physics.flu-dyn
On linear stability of steady space-periodic magnetohydrodynamic systems to perturbations involving large periods
我构建了一个完整的渐近展开的三维稳定的空间周期磁流体动力学状态的线性稳定性问题的解决方案，涉及大周期的扰动。涡扩散张量导出宇称不变的稳态。我提出的数值证据表明，如果允许扰动的流量，然后出现负涡扩散的影响在更大的磁分子扩散比在运动发电机的问题（假设没有扰动的流量）。
2005-12-30 nlin.CD physics.flu-dyn
A new gauge-invariant method for diagnosing eddy diffusivities
粗分辨率数值海洋模式通常必须包括中尺度湍流的参数化。这种参数化的一个常见方法是调用某些示踪量（如位涡或浮力）的向下梯度混合或扩散。然而，众所周知，涡流通量包括大的旋转分量，这必然不会导致任何混合;从未过滤通量诊断的涡流扩散率因此被这些旋转分量的存在所污染。在这里，一种新的方法，即涡流扩散系数直接从涡流力函数诊断。涡流力函数仅依赖于通量发散，与任何旋转通量分量无关，并且本质上是非局部的和光滑的。一个单次反演程序，最大限度地减少参数化的力函数和力函数来自涡流解析计算之间的不匹配。这使得与涡动位涡和浮力通量相关的扩散率能够被诊断。该方法适用于多层准地转海洋环流模拟。发现：（i）与对扩散率没有符号约束的方案相比，严格的向下梯度混合方案在减少失配方面具有有限的成功;（ii）扩散率的负信号在时间平均射流周围是普遍的;（iii）有一些迹象表明扩散率的大小与涡流能量很好地相关。参数化的影响进行了讨论，根据这些诊断结果。
2015-12-13 math.OC physics.ao-ph physics.comp-ph
Atwood effects on nonlocality of the scalar transport closure in three-dimensional Rayleigh-Taylor mixing
本文将 MFM 扩展至三维变密度问题，测量不同 Atwood 数下 RT 混合的涡扩散核矩，发现随 A 增大非局域性增强，为有限 Atwood 数 RT 闭合建模提供了依据。
2025-10-31 physics.flu-dyn
Mean Temperature Profiles in Turbulent Thermal Convection
为了预测湍流热对流中的平均温度分布，必须求解包含涨落影响的热边界层（BL）方程。在Shishkina等人的研究中，物理修订信函114（2015）中，对于大普朗特数流体，已经求解了将波动考虑为涡流热扩散率的热BL方程，对于大普朗特数流体，涡流热扩散率和速度场可以分别近似为与板的距离的三次函数和线性函数。在目前的工作中，我们利用普朗特的混合长度模型的想法，并与涡热扩散率的流函数。与此建议的关系，我们可以解决的热BL方程，并获得一个封闭的形式表示的无量纲平均温度分布的两个独立的参数的流体与一般的普朗特数。通过适当选择参数，我们对温度分布的预测与我们直接数值模拟的结果非常一致，普朗特数从0.01到2547.9，瑞利数从10^7到10^9。
2017-11-13 physics.flu-dyn
Magnetic field generation by pointwise zero-helicity three-dimensional steady flow of incompressible electrically conducting fluid
本文介绍了六类三维空间周期定常螺线管流，它们的动力学螺旋度密度在任意点都为零。四个家庭是分析定义。四个族中的流动具有零螺旋度谱。从五个家庭的样本流被用来证明数字，无论是零动力学螺旋密度，也不是零螺旋谱禁止产生大规模的磁场由两个最突出的发电机机制：磁$α$效应和负涡扩散。我们的计算还证明，这种流动往往产生足够小的磁分子扩散率的小尺度场。这些发现表明，动力学螺旋度和螺旋度谱不是控制流的发电机特性的量，无论尺度分离是否存在。
2018-04-05 math.AP nlin.CD physics.flu-dyn
Large-scale dynamo action of magnetized Taylor-Couette flows
具有准开普勒旋转定律的含有环形磁场的导电Taylor-Couette流作为Tayler-Spruit型的平均场发电机模型。流动对非轴对称扰动是不稳定的，这些扰动形成定义$α$效应和涡流扩散率的电动势。如果用相同的功率激发具有$m=\pm 1$的两个简并模式，则全局$α$效应消失，发电机不能工作。然而，它示出，泰勒不稳定性产生有限的$α$效果，如果只考虑一个孤立的模式，但这种固有的螺旋度的单模是太低的$α^2$发电机。此外，具有准开普勒旋转的$α\Om$发电机模型需要${\rm Rm}\simeq 2.000$的最小磁旋转雷诺数才能工作。它是否真的起作用取决于对湍流能量的假设。然而，对于磁场上的湍流强度的陡于二次依赖性，发电机仅在所得到的磁涡流扩散率接近其微观值$η_{\rm T}\simeq η$时才被激发。通过基本上较低或较大的涡流扩散系数，发电机不稳定性被抑制。
2020-02-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mixing of a passive scalar by the instability of a differentially rotating axial pinch
混合的被动标量像锂，铍或温度波动，由于旋转轴向箍缩的磁泰勒不稳定性被认为是。我们的研究是在泰勒-库埃特设置两个旋转定律：准开普勒和固体旋转。所用的最小磁性普朗特数为0.05，而流体的分子施密特数Sc在0.1和2之间变化。混合的有效扩散系数的数值测量的衰减过程中的一个全球性的浓度峰值位于圆柱壁之间。我们发现，只有模型与Sc> 0.1不提供有限的涡流扩散率值。我们还发现，在磁马赫数Mm~2下，准开普勒旋转时，流动从慢转区过渡到快转区。对于固定的雷诺数，流体的标准化涡动扩散率和施密特数之间的关系总是线性的，因此不稳定诱导扩散率和分子粘度之间的线性关系也正好在Schatzman（1977）提出的意义上。该关系式中的系数值在Mm~2时达到最大值，当Mm>> 1时，系数值减小，这意味着在太阳速跃层中只能存在kG量级的环形磁场。
2016-01-18 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Pointwise vanishing velocity helicity of a flow does not preclude magnetic field generation
逐点零速度螺旋度密度不妨碍稳定流作为运动发电机。我们提出的数值证据表明，这种流动可以产生小尺度的磁场，以及由磁$α$效应或负涡扩散机制，大尺度的。流动被构造为解析定义的空间周期性定常螺线管流动的卷曲，其涡度螺旋度（即，动力学螺旋度）密度处处为零。
2019-02-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Dynamo effect in parity-invariant flow with large and moderate separation of scales
结果表明，非螺旋（更准确地说，宇称不变）流能够维持一个大型发电机的负磁涡流扩散率效应是很常见的。这一结论是基于对大量随机选择的流动的数值检验。也发现了一些具有强负涡流扩散率的异常值，并且它们被解释为控制参数与产生小尺度磁场的临界值的接近程度。此外，它示出，奇偶不变的流量，适度分离的尺度之间的基本流和磁场往往显着降低临界磁雷诺数的发电机动作的发病。
2001-04-05 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
On the physical origin of enhanced turbulent-dispersion of inertial particles in boundary layer flows
关于湍流边界层流的惯性颗粒输运的最神秘的科学问题之一是湍流施密特数的值，即颗粒扩散率与湍流涡动粘性的比值。通过对湍流颗粒通量剖面的直接声学测量和两相流湍流分辨数值模拟，证明了用现有文献模型预测时，颗粒的湍流弥散是减小而不是增强的。解释在于在静水中的沉降速度的误导性假设，以估计湍流颗粒扩散率，而直接测量和模拟的湍流颗粒通量支持发生的沉降延迟。
2021-12-11 physics.flu-dyn
The impact of locally-enhanced vertical diffusivity on the cross-shelf transport of tracers induced by a submarine canyon
沿海和公海之间的水、营养物和氧气交换是大陆架营养收支和生物地球化学循环的关键组成部分。在区域尺度上，海底峡谷增强了陆棚-陆坡物质交换和混合等物理过程。有很好的理解周围涌升海底峡谷的流量，但是，生物相关的示踪剂的流量是了解较少。这项工作调查的影响，海底峡谷的示踪剂和水的跨大陆架交换，考虑到本地增强混合的影响，在峡谷内，并开发一个缩放估计峡谷引起的示踪剂上涌，当地浓度成正比，垂直扩散率，和以前缩放的上涌通量。为此，我们进行了数值实验模拟一个理想化的峡谷附近的上升流事件，添加一个被动示踪剂与初始线性配置文件。我们改变了垂直涡动扩散率的地理分布及其大小，初始分层，科里奥利参数，和强度的传入流。我们发现，一个峡谷，宽度的货架长度的5%，上升到货架上的示踪剂质量比沿海上升流之间的25%至89%。局部增强的垂直扩散率有一个积极的影响，是平流上升流的示踪剂，可以增加峡谷上升流示踪剂通量高达27%。
2019-02-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Large Eddy Simulations of Flow over Additively Manufactured Surfaces: Impact of Roughness and Skewness on Turbulent Heat Transfer
本文通过大涡模拟研究增材制造表面粗糙度高度与偏度对湍流传热的影响，发现温度与动量壁面粗糙度函数不同，且正偏度表面在超过一定粗糙度阈值后传热性能优于负偏度表面。
2024-06-08 physics.flu-dyn
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
Turbulent Schmidt Number Measurements Over Three-Dimensional Cubic Arrays
本文给出了三维城市冠层上方湍流Schmidt数Sc_t的估计，其中Sc_t是流动的一个性质，定义为动量的涡动扩散率（K_M）与质量的涡动扩散率（D_t）之比。尽管Sc_t模型特别对于通过计算流体动力学进行的污染物扩散模拟具有很大的意义，但没有已知的通用值。同时测量的流体速度和质量浓度进行了三个交错阵列的立方体障碍物对应的孤立流，尾流干扰，和撇流制度的水通道。被动示踪剂从位于高度z=1.67H的连续点源释放，其中H是障碍物高度。结果表明，三个阵的Sc_t随冠层以上高度的增加而增加，z=2H（Sc_t = 0.6）时的值约为z=H时的两倍。观测到的Sc_t与根据前人发表的K_M和D_t的表达式用一个简单的Sc_t公式模拟的结果吻合得很好。与文献中发现的其他Sc_t模型的比较也被提出和讨论。
2020-01-29 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
New methodology based on energy flux similarity for large-eddy simulation of transitional and turbulent flows
本文提出了一种基于能流相似的转捩和湍流大涡模拟新方法。现有的知识表明，能量级联一般存在于不同分布的过渡流和湍流中，能量级联过程中尺度相互作用的特征量是能通量。因此，选择能流相似作为基本准则，以保证LES得到的流场与真实流场高度相似。通过先验检验，我们发现张量扩散率（TD）模型的能流与真实的能流有很高的相似性。然后，我们从TD模型修改的模拟能通量，得到了统一的公式对应于不同的过滤器的宽度和位置的有壁湍流的能通量相似。为了确保模拟的鲁棒性和LES结果类似于真实的流动，我们应用能量通量相似方法（EFSM）的Smagorinsky模型在LES的可压缩湍流通道流，可压缩平板流，和流动的可压缩斜坡。后验检验表明，总体而言，EFSM可以更好地预测这些流量比其他子网格尺度模型。在槽道湍流的模拟中，EFSM可以准确地预测平均流向速度、雷诺应力和丰富的拟序结构。在可压缩平板流动的大涡模拟中，EFSM在三种不同网格尺度下均能准确地模拟转捩起始点和转捩峰值、表面摩擦力和流向平均速度。同时，对于可压缩斜坡绕流，EFSM能正确描述绕流转捩过程、角区分离和再附位置以及丰富的拟序涡结构等。
2019-10-28 physics.flu-dyn
Generation of multiscale magnetic field by parity-invariant time-periodic flows
我们研究产生的磁场，涉及大的空间尺度的时间和空间周期性的小尺度奇偶不变流。各向异性的磁涡扩散率张量的计算的标准程序涉及的扩展的磁模式和它们的增长率的幂级数的标度比。我们的模拟，与随机谐波成分和指数衰减的能量谱的流动进行，表明磁场的空间尺度的扩大是有益的生成时间周期性的流动。然而，总的来说，与稳定的流动相比，它们的发电机效率较低。
2003-04-01 nlin.CD physics.flu-dyn
A posteriori analysis of low-pass spatial filters for approximate deconvolution large eddy simulations of homogeneous incompressible flows
本文的目的是双重的：首先，它研究了低通空间滤波器的近似反卷积大涡模拟（AD-LES）的不可压缩湍流流动的效果。其次，它提出了超微分滤波器作为一种手段，提高精度的AD-LES模型，而不增加计算成本。在AD-LES框架下研究了具有宽参数范围的箱式滤波器、Padé滤波器和微分滤波器。AD-LES模型，结合这些空间滤波器，在三维泰勒-格林涡问题的数值模拟进行了测试。数值结果对直接数值模拟（DNS）的数据进行基准。一个欠分辨的数值模拟也用于比较的目的。四个标准被用来调查的AD-LES模式配备这些空间滤波器：（i）的体积平均拟能的时间序列;（ii）体积平均的三阶结构函数;（iii）的$L^2$ -范数的速度和涡度误差;和（iv）体积平均的速度和涡度相关系数。根据这些标准，数值结果产生以下两个结论：第一，AD-LES模型配备任何这些空间滤波器产生准确的结果在一小部分的DNS的计算成本。其次，最准确的结果是用超差分滤波器，其次是差分滤波器。我们证明，结果高度依赖于过滤过程的选择。虽然仔细的参数选择使得在本研究中使用的每一类滤波器都具有竞争力，但似乎传递函数类似于傅立叶截止滤波器（如超微分滤波器）的滤波器往往表现最佳。
2014-01-23 physics.flu-dyn
On physical optics approximation of viscous stratified shear flows
针对含湍流粘性涡系数的分层剪切平均流扰动问题，推导了仅考虑水平粘性的修正四阶Taylor-Goldstein方程，用WKB方法给出其缓变条件下的几何与物理光学近似，分析了渐近解在奇异值附近的行为。
2021-03-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Diffusion of a passive scalar by convective flows under parametric disorder
我们研究运输弱扩散污染物（被动标量）的热对流在流体饱和的水平多孔层加热从下面冻结参数紊乱。在无序（随机冻结的加热或宏观性质的多孔基质的不均匀性）的存在下，空间局部化的流动模式出现在没有无序的系统的对流不稳定阈值以下。热对流对污染物沿层的输运有着重要的影响，特别是当其分子扩散较弱时。有效（或涡流）扩散率还允许观察从一组局部电流到几乎无处不在的强烈“全球”流动的过渡。我们提出的有效扩散系数的数值计算结果，并讨论它们的背景下，本地化的流体流和过渡到一个“全球”的流量。我们的数值结果是在一个很好的协议与分析理论，我们开发的限制一个小的分子扩散率和稀疏域的本地化电流。虽然结果是针对特定的物理系统获得的，但它们与各种各样的流体动力学系统相关。
2008-07-23 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Iterative bounds on effective transport for advection diffusion in periodic flow fields
提出一种迭代方法，通过解析计算任意阶矩来获得空间和时空周期流中有效扩散率的严格上下界，并准确捕捉二维稳态细胞流的已知行为。
2026-06-01 physics.app-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulent transport by diffusive stratified shear flows: from local to global models. Part I: Numerical simulations of a stratified plane Couette flow
正如Zahn（1974）所讨论的那样，剪切诱导的湍流在恒星辐射区的动量和化学物质的混合中起着重要的作用。在本文中，我们分析的分层平面Couette流的直接数值模拟的结果，在快速的热扩散的限制，测量的湍流扩散率和湍流粘度的函数的局部剪切和局部分层。我们发现，Zahn（1974）提出的稳定性判据，即梯度Richardson数和Prandtl数的乘积必须小于不稳定性的临界值$(J\Pr)_c$，充分地解释了流动中向湍流的转变，其中有$(J\Pr)_c \simeq 0.007$。该结果恢复并证实了Prat et al.（2016）的先前发现。湍流扩散率和粘性的Zahn模型（Zahn 1992），即混合系数应与热扩散率与梯度Richardson数之比成比例，当按原样应用时，不能令人满意地匹配我们的数值数据。它失败（如预期）在大分层的限制，其中理查森数超过上述阈值的不稳定性，但它也失败的限制，低分层的湍流涡尺度成为有限的计算域的大小。我们提出了一个修正的扩散分层剪切不稳定性的湍流混合模型，现在正确地解释了这两个限制，符合我们的数据令人满意，并恢复Zahn的1992年模型在大雷诺数的限制。
2016-10-14 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Renormalized transport of inertial particles in surface flows
惯性颗粒的表面输运是通过Maxey（J.Fluid Mech.174，441（1987））介绍的微扰方法研究的，该方法在由流体流在颗粒轨迹上引起的偏转可以被认为很小的情况下是有效的。我们考虑一类可压缩的随机速度场，其中的再循环的效果是由振荡的组成部分在欧拉时间相关轮廓建模。我们在这里解决的主要问题是流体速度波动，特别是再循环的影响，可能会产生非平凡的修正流粒子的速度。我们的结果是，一个小（大）程度的再循环与减少（增加）流相对于静止的流体。这种效果的存在被证实数值，远离微扰极限。我们的方法还允许我们计算的涡扩散率的显式表达式，并比较扩散和弹道输运的效率。
2008-10-27 nlin.CD physics.flu-dyn
Macroscopic forcing method: a tool for turbulence modeling and analysis of closures
本研究提出了一种数值计算方法，我们称之为宏观强迫方法（MFM），它揭示了微分算子作用于底层波动流传输量的平均场。具体地说，MFM可以精确地确定涡扩散算子，或者更广泛地说，它可以揭示与标量和动量输运的湍流闭合相关的微分算子。我们提出了这种方法，考虑典型的问题越来越复杂。从平行流对被动标量的弥散问题出发，阐明了用MFM定量确定涡粘性算子的基本步骤。利用傅里叶空间中的算子表示，我们得到了一个独立的紧凑的分析算子，可以准确地捕捉非局部混合效应。此外，一个成本有效的推广MFM的非均匀和壁有界流动的分析开发和全面讨论，通过一个示范性的例子。通过引入广义动量输运方程，从理论上构造了用于动量输运分析的MFM扩展。我们表明，封闭运营商通过MFM分析这个方程提供了精确的RANS解决方案，通过平均的纳维-斯托克斯方程。我们引入MFM作为一个有效的工具，定量了解非Boussinesq效应和评估模型形式的湍流封闭，特别是与各向异性和非局部性的宏观混合的影响。
2021-06-15 physics.flu-dyn
Cross-helicity effects and turbulent transport in magnetohydrodynamic flow
在大尺度涡运动和/或磁场应变的存在下，湍流交叉螺旋度（波动中的速度-磁场相关性）可能有助于湍流电动势和雷诺应力。交叉螺旋度的这些影响被认为是平衡的主要影响的湍流，如湍流的磁扩散率在磁场的演变和涡流粘度的动量输运。交叉螺旋度效应可能抑制湍流引起的输运增强。物理解释的影响，特别强调交叉螺旋效应和通常的$α$或螺旋效应的发电机行动之间的差异。交叉螺旋度效应在发电机行动的相对重要性进行了验证的援助下的直接数值模拟（DNS）的Kolmogorov流与强加的磁场。还讨论了几种机制，提供湍流的交叉螺旋度。
2011-07-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Effects of operator nonlocality on closures for multicomponent reactive flows based on dispersion analysis
在这项工作中，代数封闭模型与空间非局部运营商，与未解决的平流传输和非线性反应项在一个平均的Navier-Stokes上下文。特别是，一个系统的两个物种的二元反应和运输的平流和扩散的研究扩展后，最初开发的二元反应的泰勒色散标量的背景下分析。这项工作扩展模型的形式，从弱非线性扩展的色散理论和非局部性的作用，在反应的存在下进行了研究和捕获的解析表达式。这些表达式可以被纳入到一个涡流扩散矩阵，明确捕获的化学动力学和流动条件的封闭运营商的影响，我们证明，在层流的情况下，导出的模型形式可以直接翻译到一个类似的设置在均匀的各向同性湍流，这具有作为一个亚网格尺度模型的影响。我们表明，这个框架可以提高预测的平均数量相比，以前的纯本地的结果，但没有完全关闭未解决的条款。
2023-02-02 physics.flu-dyn
A co-spectral budget model links turbulent eddies to suspended sediment concentration in channel flows
悬浮泥沙浓度的垂向分布与水力学、水文学、生态学和水质控制等诸多问题密切相关，一直是研究的热点。在过去的90年里，许多经典理论都是使用有效混合长度或涡扩散系数来描述湍流对悬浮泥沙（SS）的影响，而没有明确说明湍流涡旋的能量。为了解决这一差距，沉积物的湍流通量推导使用的共谱预算（CSB）模型，可以迫切地用于SS和其他细颗粒物传输模型。CSB关闭的压力再分布效应，使用修改后的光谱线性Rotta计划，包括对流层的生产和湍流涡旋和沉积物颗粒之间的相互作用，通过修改后的尺度相关的去相关时间。其结果是一个公式的复杂性类似于广泛使用的劳斯方程，但所有的特征尺度，雷诺数，施密特数的影响来自完善的垂直速度的频谱形状和公认的常数从湍流模型。最后，所提出的CSB模型可以恢复Prandtl和Rouse方程的限制条件。
2021-08-23 physics.flu-dyn
Suppression of the large-scale Lorentz force by turbulence
的总应力张量（雷诺应力加麦克斯韦应力）的分量内计算的准线性近似的驱动湍流的影响下，一个大规模的磁背景场。导电流体具有任意的磁普兰特数，假设没有背景场的湍流是均匀的、各向同性的，具有自由的斯特劳哈尔数St。总的大规模磁张力总是被湍流减小，并且有可能发生“灾难性的猝灭”对于大的磁雷诺数Rm，甚至其符号也是相反的。短相关时间的湍流（“白噪声”）增强了总磁压，但长相关时间的湍流降低了总磁压。在这种情况下，总压的符号也可能相反，但只有在St> 1的足够大的特殊双折射情况下。强磁场抑制了应力张量的双折射项。对于张力项，这种猝灭随着磁场的哈特曼数的平方而增长。对于微观（即小）扩散率值的磁张力项变得如此高度淬火，即使场振幅远小于其均分值。在相反的情况下，大涡模拟的磁淬灭只是温和的，但也是磁感应麦克斯韦张量分量弱场保持相当小。
2012-01-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Effects of lower floating-point precision on scale-resolving numerical simulations of turbulence
本研究探讨了低浮点精度对湍流尺度解析模拟的影响，发现流体物理具有鲁棒性，且单精度计算在多数情况下能有效替代双精度。
2025-12-15 physics.flu-dyn
