Compressible Sub-Alfvenic MHD turbulence in Low-beta Plasmas
本文提出了一个低β等离子体中可压缩亚阿尔芬等温磁流体动力学（MHD）湍流模型，并对其进行了数值检验，将MHD湍流分为三个不同的族--阿尔芬模、慢模和快模。我们发现，由Alfvenic湍流产生的慢模和快模被抑制。结果表明，在可压缩区域中的阿尔芬模式表现出与不可压缩区域相似的标度性和各向异性。慢模式被动地模仿阿尔芬模式。然而，快模式显示出各向同性和类似于声湍流的缩放。
2002-05-17 astro-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Temporal decorrelations in compressible isotropic turbulence
利用时空相关理论和直接数值模拟方法研究了可压缩各向同性湍流的时间去相关性。对于非线性元件建立了扫频模型，而对于螺线管元件建立了经典的随机扫频模型。扫描波模型表明，时间去相关的湍流波动是由两个物理过程：随机扫描和波的传播。这些模型得到可压缩各向同性湍流直接数值模拟的支持，在这个意义上，不同波数的归一化时间相关的所有曲线崩溃成一个单一的使用归一化时间间隔。扫波模型进一步扩展到占恒定的平均速度。
2013-03-12 physics.flu-dyn
Compressible Turbulence: Multi-fractal Scaling in the Transition to the Dissipative Regime
考虑了充分发展的可压缩湍流向耗散状态转变时的多重分形标度。由于粘性效应，多重分形幂律标度行为在非常小的长度尺度上崩溃。然而，压缩性的影响被发现扩展单尺度多重分形制度进一步进入耗散范围。在最终的压缩极限，由于冲击波是适当的耗散结构，单标度制度被发现确实延伸到所有的方式进入全粘性制度。这一结果似乎与可压缩流体中涡旋拉伸更强从而推迟粘性干预的物理事实一致。随后产生的可压缩流体中的增强的速度梯度似乎提供了一个基本的物理基础，以前的结果表明，充分发展的可压缩湍流是有效的耗散比不可压缩的对应。
2010-01-07 physics.flu-dyn
On the Existence of Fast Modes in Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence
通过对可压缩和不可压缩驱动条件下三维可压缩MHD湍流中快磁声模的存在性和性质进行了数值模拟。我们使用两种方法来确定快速模式的存在：仅基于空间变化的模式分解和所有波动的时空4D-FFT分析。后者的方法使我们能够量化的波动，满足色散关系的快速模式与有限的频率。总体而言，我们发现，通过时空4D FFT方法识别的快速模式在总波动功率中的比例对于几乎不可压缩的驱动是微小的，或者对于高度可压缩的驱动是~2%。我们讨论了我们的结果的影响，了解空间和天体物理等离子体中的可压缩波动。
2022-01-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Density-PDFs and Lagrangian Statistics of highly compressible Turbulence
我们报告的概率密度函数（PDF）的质量密度在数值模拟的高度可压缩流体动力学流动和相应的结构形成的拉格朗日粒子平流的流动。数值模拟进行了$512^3$配置点和200万示踪粒子集成在几个动态时间。我们提出了拉格朗日示踪粒子的PDF和预测的对数正态分布的密度波动在等温系统之间的连接。
2007-07-12 physics.flu-dyn
The Spatial Scaling Laws of Compressible Turbulence
本文用量纲分析方法，建立了可压缩湍流速度动能谱和密度加权速度谱随波数、耗散率和马赫数变化的空间标度律。我们将Barenblatt的不完全相似理论应用于动能和密度加权能谱，并表明，在初始子区内，当马赫数$M$分别趋于零、1和无穷大时，动能和密度加权能谱都接近波数的-5/3幂律。
2016-10-17 physics.flu-dyn
Detonation initiation by compressible turbulence thermodynamic fluctuations
理论和计算已经确定，由反应气体混合物中的热点产生的热力学梯度可以导致自发爆轰引发。然而，目前的层流理论的温度梯度起爆机制是有限的理想化的物理配置。因此，它只能预测在静止的气体，其中一个孤立的热点形成的时间尺度短于气体的化学和声学时标的爆震发作的条件。在这项工作中，我们将层流温度梯度机制扩展到一个统计模型，用于预测经历可压缩各向同性湍流波动的自燃气体的爆炸性。可压缩湍流形成具有紧密间隔的局部最小值和最大值的非单调温度场，其在一系列时间尺度上演变，包括那些比化学和声学时间尺度大得多的时间尺度。我们研究的实用性，通过直接数值模拟的可压缩各向同性湍流预混氢-空气反应物的一系列条件下，适应的统计模型。我们找到了强有力的，但不是决定性的，证据表明，该模型可以预测的程度，在一个autoigraphy气体由于重燃引起的热力学梯度的可爆性。
2019-11-22 physics.flu-dyn
A priori tests of a novel LES approach to compressible variable density turbulence
我们评估的可行性，最近提出的新方法LES可压缩变密度流动的先验测试。先验测试已经进行了过滤的经典锁交换基准的二维DNS数据库。试验证实，在变密度流的亚网格尺度模拟中，相对于传统方法中通常考虑的项，应考虑附加项。这些条款的建模的几种选择进行了评估和讨论。
2018-03-26 physics.flu-dyn
Turbulence via intermolecular potential: A weakly compressible model of gas flow at low Mach number
在我们最近的工作中，我们提出了一个通过分子间势的平均场效应的惯性气流湍流理论。我们发现，在惯性流中，湍流确实是从层流初始条件自发发展起来的，正如在自然界和实验中所观察到的那样。然而，我们也发现，在我们的惯性流模型的密度和温度的行为不切实际。当前工作的目标是证明在低马赫数下模拟可压缩湍流的技术可能性，在低马赫数下，密度和温度都以更真实的方式表现。在这里，我们专注于一个新的治疗的压力变量，这构成了可压缩，不可压缩和惯性流之间的妥协。与不可压缩流类似，所提出的压力变量方程是人工的，而不是直接从动力学公式推导出来的。然而，与不可压缩流不同的是，我们的压力方程只阻尼速度的发散，而不是直接将其设置为零。我们发现，湍流的发展在我们的弱可压缩模型很像它在惯性流模型，但密度和温度的行为更现实。
2022-09-26 physics.flu-dyn
Analytic derivation of the inertial range of compressible turbulence
采用定常湍流分析模型，得到了可压缩湍流的惯性范围功率谱。我们假设，对于均匀湍流，时间尺度控制的能量注入在一个给定的波数从所有较小的波数，每个空间分量是相等的。然而，纵向分量能量被转移到压缩中，因此通过湍流粘性将能量转移到所有较大波数的控制率降低。由此产生的惯性范围是指数为-2的幂律。事实上，这样的功率谱在各种天体物理环境和数值模拟中也被观察到。
2021-05-29 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Cascade of circulicity in compressible turbulence
本文通过推导环量的Monin-Yaglom关系并结合粗粒化分析，证明在具有螺线管分量的外力驱动下，可压缩三维湍流中存在环量的有效级联，并区分了惯性区内传递项与产生项的贡献。
2022-07-25 physics.flu-dyn
A priori tests of turbulence models for compressible flows
本研究利用直接数值模拟数据对可压缩RANS湍流模型进行先验检验，评估多种闭合模型与修正，重点关注湍流热通量、膨胀耗散及高焓条件下的湍流-化学和湍流-振动弛豫相互作用。
2023-10-15 physics.flu-dyn
Mathematical formulation of mode-to-mode energy transfers and energy fluxes in compressible turbulence
本文提出一种数学框架，用于计算可压缩湍流中的模态间能量传递速率与通量，捕获三元组能量守恒，分解为旋转、压缩和混合分量，并建立与不可压缩流动的类比，展示其普适性。
2025-08-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Coherent structures in Dissipative Particle Dynamics simulations of the transition to turbulence in compressible shear flows
本文采用耗散粒子动力学（DPD）方法模拟了可压缩流场向湍流转捩附近的相干结构。我们发现的结构是非常一致的不可压缩流的实验观察和DNS模拟，尽管在马赫数的几个数量级的差异。当流体变得更可压缩时，来自层流的分叉被抑制并向更高的雷诺数移动。这项工作强调了相干结构在过渡到湍流的鲁棒性，并说明了基于粒子的方法再现复杂的非线性不稳定性的能力。
2008-07-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulence and acoustic waves in compressible flows
在这项工作中，直接数值模拟的可压缩流体方程的湍流制度。研究表明，在低马赫数极限下，多方流动中可能出现三种不同的湍流：近不可压缩（NI）、模态均质可压缩（MEC）和可压缩波（CW）。本文研究了不同强迫条件下这些湍流类型的区别。密度脉动与马赫数的标度、横向速度脉动与纵向速度脉动之比的比较以及脉动的谱分解被用来区分这些解的性质。从时空谱和相关时间的研究，我们量化的波的系统的总能量的贡献。此外，在可压缩流的动力学中，考虑了三个相关时间：尺度间局部相互作用的非线性时间，小尺度上大尺度的扫描时间或非局部时间，以及与声波（声音）相关的时间。我们观察到不同的相关时间取决于波数（k），马赫数和强迫的类型。
2018-10-25 physics.flu-dyn
Conformal invariance of weakly compressible two-dimensional turbulence
本文研究了低马赫数下弱可压缩二维湍流中涡团的共形不变性。在高分辨率直接数值模拟的基础上，我们证明了逆叶栅的标度不变性，标度接近Kolmogorov预测。在这个范围内的尺度，零涡度等值线的统计被发现是兼容的临界渗流，从而概括了不可压缩的Navier-Stokes湍流中得到的结果。
2020-06-12 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Inverse transfer of magnetic helicity in direct numerical simulations of compressible isothermal turbulence: scaling laws
在等温理想磁流体力学（MHD）框架下，通过直接数值模拟大尺度机械驱动的湍流，研究了磁螺旋度的逆传递。机械力要么是纯螺线管的，要么是纯压缩的，所考虑的紊流稳态具有均方根（RMS）马赫数0.1 $\lesssim$ M $\lesssim$ 11。一个连续的小规模电动势强迫注入磁螺旋波动，这导致越来越大的磁结构的建立。谱标度指数的观察，对于低马赫数，是一致的不可压缩的情况下与以前的研究。更高的压缩性导致更平坦的磁螺旋度标度指数。与压缩驱动紊流相比，即使在高马赫数下，螺线管驱动紊流与不可压缩情况的偏差也比较小，在压缩驱动紊流中，在相对较低的RMS马赫数M $\gtrsim$ 3下已经可以看到很大的偏差。因此，可压缩效应可以在磁螺旋度的逆传递中发挥重要作用，特别是当湍流驱动器相当压缩时。然而，在不可压缩情况下观察到的理论结果，可以通过适当改变变量，使用阿尔文速度代替磁场，转移到超音速湍流。
2020-09-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Temporal Properties of the Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence
针对可压缩MHD湍流时间特性这一未解问题，本研究提出三种MHD模色散关系的洛伦兹展宽可解释其频谱特征，揭示了展宽宽度与波数的标度关系及与能量级联的关联，为该领域研究提供新视角。
2023-10-05 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A Morphing Continuum Analysis of Energy Transfer in Compressible Turbulence
提出并验证了一种基于广义Lax-Friedrichs分裂通量的变形连续统理论（MCT）的保激波有限体积法。数值MCT求解器在马赫数为2.93的超声速湍流中通过$8^{\circ}$压缩斜坡进行了演示。模拟结果验证了MCT作为可压缩湍流模拟的替代方案的可行性。MCT模拟所需的最小网格单元的大小几乎是一个订单大于在类似的DNS研究。比较表明，MCT是一个更计算友好的理论比经典的NS方程。通过MCT引入的子尺度旋转，阐明了能量级联在单个涡旋长度尺度上的动力学过程。在这方面，MCT提供了一个统计平均程序捕获的能量转移在可压缩湍流，没有发现在经典流体理论。MCT结果的分析表明，存在的内部和平移的动能波动与相应的涡流旋转能量波动的统计耦合，表明能量的多尺度转移。总之，MCT在不使用过多计算资源的情况下给出了可压缩湍流内能量级联的新表征。
2018-02-07 physics.flu-dyn
The conservative cascade of kinetic energy in compressible turbulence
可压缩湍流的物理性质在各种天体物理环境中具有根本的重要性。我们提出了第一个直接的证据，即动能级联保守地超出了过渡“转换”尺度范围，尽管不是一个不变的可压缩流动力学。我们使用$512^3$和$1024^3$网格上的可压缩流体动力学湍流的高分辨率三维模拟。我们探测强制稳态等温流动和非强制衰减理想气体流动的制度。我们测量的关键量是压力膨胀共谱，$E^{PD}(k)$，我们提供的第一个数值证据表明，它的衰减速度快于$k^{-1}$作为波数的函数。这足以表明，平均压力膨胀主要在大尺度上起作用，动能和内能预算在过渡尺度范围之外在统计上解耦。我们的研究结果表明，Kolmogorov的惯性范围理论的可压缩湍流的扩展是可能的。
2011-08-22 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
Prediction of three-dimensional chemically reacting compressible turbulence based on implicit U-Net enhanced Fourier neural operator
本研究将隐式U-Net增强傅里叶神经算子（IU-FNO）拓展至三维化学反应可压缩湍流预测，其预测速度远快于大涡模拟中的传统动态Smagorinsky模型，且多项精度指标更优，为该类湍流预测提供了高效有前景的新方法。
2024-11-04 physics.flu-dyn
Cascade processes in rapidly rotating turbulence
本文研究了不可压缩、快速旋转的湍流中的动能和动能螺旋度在谱上的传递过程。本文提出了一个适用于三维快速旋转湍流的Fjortoft定理的类比。结果表明，与二维湍流相似，二维湍流中同时存在两个级联：动能的逆级联和动能螺旋度的正级联，在二维湍流中对应于涡度拟能的级联。所提出的方案与我们以前的计算，最近的一些数值模拟，和旋转湍流的物理实验是一致的。
2018-09-06 physics.flu-dyn
Exact law for compressible pressure-anisotropic magnetohydrodynamic turbulence: toward linking energy cascade and instabilities
本文导出了可压缩压力各向异性磁流体动力学湍流的第一精确定律。对于一个gyrotropic压力张量，我们研究了双绝热的情况下，并显示存在新的通量和源项的确切法律，让人想起的等离子体不稳定条件，由于压力各向异性。霍尔长期示出，使离子尺度修正的确切法律，而不明确影响的压力项。在压力各向同性的限制，我们恢复所有已知的等温和多方封闭的结果。不可压缩极限的回旋系统导致的推广的Politano和Pouquet的法律，其中一个新的{ \it不可压缩}源项被发现，并反映了交流的磁场和动能与不再保守的内能。我们强调了新的法律提供的可能性，以调查湍流级联和不稳定性之间的潜在联系广泛观察到的实验室和天体物理等离子体。
2022-03-24 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Non-equilibrium time-relaxation kinetic model for compressible turbulence modeling
首次提出了非平衡时间松弛动力学模型（NTRKM）用于不可分辨网格上的可压缩湍流模拟。在非平衡时间弛豫框架下，将NTRKM推广为修正的Bhatnagar-Gross-Krook模型。NTRKM基于一阶Chapman-Enskog展开式，与六变量宏观控制方程相联系。前五个控制方程对应于质量、动量和总能量的守恒定律，而第六个方程控制未解决的湍流动能Kutke的演化。NTRKM中的未知量，包括湍流弛豫时间和源项，通过基本梯度型假设和标准动力学模拟方法确定。因此，目前的不可分辨网格上的广义动力学模型为可压缩大涡模拟中的一方程亚网格尺度湍流动能Ksgs模型提供了一个深刻的介观理解。为了精确、鲁棒地求解NTRKM，在已有的求解纳维-斯托克斯方程的气体动力学格式的基础上，发展了一种非平衡气体动力学格式。在不可分辨网格上模拟了三维衰减可压缩各向同性湍流和时间可压缩平面混合层，以评价广义动力学模型和非平衡气体动力学格式。二阶统计量的关键湍流量的性能证实了NTRKM与广泛使用的涡粘性Smagorinsky模型（SM）和动态Smagorinsky模型（DSM）。在时间可压缩平面混合层中，与DNS解相比，NTRKM的性能更接近DSM，优于SM。该研究为不可分辨网格上可压缩湍流的数值模拟提供了一种可行的方法。
2021-12-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Compressible Turbulence: The Cascade and its Locality
我们证明了可压缩湍流中尺度间的动能传递是由局部相互作用决定的。特别是，我们的研究结果排除了动能从大尺度直接转移到耗散尺度，如进入冲击，在高雷诺数湍流是普遍认为。我们对结构函数标度的假设是弱的，并享有令人信服的经验支持。在一个更强的假设下，压力膨胀共谱，我们表明，平均动能和内能预算统计解耦超出过渡“转换”范围。我们的分析建立了一个随后的惯性范围内，平均SGS动能通量成为常数，独立的规模的存在。在这个惯性范围内，平均动能局部地以保守的方式级联，尽管不是不变量。
2011-01-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Non-premixed Flame-Turbulence Interaction in Compressible Turbulent Flow
非预混湍流反应流动由于湍流运动与反应之间的强耦合而难以建模。典型的碳氢化合物火焰释放的大量热量导致热力学变量和分子输运系数的显著修改，从而改变了流体动力学。此外，在非预混燃烧中，火焰具有复杂的空间结构。局部的膨胀和收缩发生，增强了平行运动。因此，流动的可压缩性和热释放密切相关。然而，关于可压缩性对标量混合和反应的作用的基础研究却很少。在本文中，我们提出的结果有关的非预混火焰和可压缩湍流之间的相互作用的基本方面。
2002-03-13 physics.flu-dyn
A high-resolution DNS study of compressible flow past an LPT blade in a cascade
使用内部开发的用于求解三维可压缩纳维-斯托克斯方程的代码，求解了在$Re \approx 52000$和冲角$α= 45.5^{0}$下叶栅中低压涡轮叶片的流动。该程序ANUROOP是在有限体积框架下采用保动能的二阶中心差分格式进行通量计算而开发的，与混合网格兼容。ANUROOP是根据马赫数范围从0.1（泰勒-格林涡）到1.5（可压缩湍流通道流）的几个测试用例进行验证和确认的。计算结果表明，该程序具有较好的鲁棒性和稳定性，动能衰减服从可压缩纳维-斯托克斯方程。涡轮叶片模拟采用混合网格，在边界层采用高分辨率六面体正交网格，在其余区域采用非结构（也是六面体）单元。总网格大小（1.6亿）比以前相同流动条件下使用类似数值方法的模拟高出约一个数量级。在早期的研究中的压力分布与实验数据相比的差异已被删除，在这个模拟。后缘分离泡的特点和表面曲率的影响进行了详细的讨论。
2016-11-29 physics.flu-dyn
Pseudo-turbulence models for compressible flow through random particle suspensions
基于颗粒解析模拟数据，将不可压缩伪湍流雷诺应力模型扩展至亚音速可压缩流动，并提出局部拉格朗日模型及能量方程闭合相关模型，用于欧拉-拉格朗日模拟。
2025-05-08 physics.flu-dyn
Exact Relation with Two-point Correlation Functions and Phenomenological Approach for Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence
在统计均匀性假设下，在大的运动和磁雷诺数的渐近极限下，分析了可压缩等温磁流体动力学湍流。在Kolmogorov之后，我们导出了一些两点关联函数的精确关系，它推广了最近发现的流体力学表达式。我们表明，磁场带来了新的源和通量项的动力学可能会对惯性范围类似的源或汇的平均能量传输率。均匀磁场的引入大大简化了可以给出简单现象学的精确关系。最后提出了轴对称能谱的预测。
2013-01-11 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Compressible Relativistic Magnetohydrodynamic Turbulence in Magnetically-Dominated Plasmas And Implications for A Strong-Coupling Regime
在这封信中，我们报告可压缩模式的影响，相对论磁流体动力学（RMHD）湍流坡印廷占主导地位的等离子体使用3维数值模拟。采用Cho & Lazarian（2002）的模式分解方法，将湍流中的涨落分解为快、慢和Alfvén三种MHD模式，并分别分析了它们的能谱和结构函数。分析了可压缩模态能量与Alfvén模态能量之比随其马赫数的变化关系。结果表明，可压缩模的比例不仅随Alfvén马赫数的增大而增大，而且随背景磁化强度的增大而增大，这表明在坡印廷主导的等离子体中，快模和Alfvén模之间存在强耦合，并出现了不同于非相对论MHD情形的新的RMHD湍流区.这一发现将影响通过假设Alfvénic临界平衡湍流获得的粒子加速效率，并将改变由非热电子产生的光子谱。
2016-10-17 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Transition to dilatation-dominated isothermal compressible turbulence
Technische Universität Ilmenau（埃尔福特工业大学）；Australian National University（澳大利亚国立大学）
通过能量耗散率矩分析，发现等温可压缩湍流在均方根马赫数大于1时从不可压缩行为转变为与马赫数无关的Burgers湍流标度，证实激波统计主导。
2026-06-26 physics.flu-dyn
Exact relation for correlation functions in compressible isothermal turbulence
在均匀性假设和高雷诺数的渐近极限下，分析了可压缩等温湍流。推导出某些两点关联函数的精确关系，揭示了与不可压缩情况的根本区别。主要的区别在于存在一种新的类型的长期的作用在惯性范围类似的源或汇的平均能量转移率。当假定各向同性时，可压缩湍流可由关系式$- {2 \over 3} ε_{\rm{eff}} r = {\cal F}_r(r)$描述，其中${\cal F}_r$是两点关联函数的径向分量，而$ε_{\rm{eff}}$是有效平均总能量注入率。通过尺寸参数，我们预测，如果使用密度加权流体速度，$ρ^{1/3} \uu$，在$k^{-5/3}$中的频谱可能仍然保留在小尺度。
2011-08-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Inverse transfer of magnetic helicity in direct numerical simulations of compressible isothermal turbulence: helical transfers
通过傅立叶壳-壳传递分析，研究了磁场和速度场的不同螺旋分量在磁螺旋度逆谱传递中的作用。磁螺旋度和能量传递分析的选择数据从均匀等温可压缩磁流体动力学湍流的直接数值模拟，受到大规模的机械强迫和小规模的螺旋电动驱动。作为初始条件的流体动力学湍流定常状态的均方根马赫数从0.1变化到大约11。在磁螺旋度向更大空间尺度的谱转移的一般情况下，可以区分三种物理现象：局部逆转移、非局部逆转移和局部直接转移。壳分解允许将这三种现象与明显不同的速度尺度相关联，而螺旋分解允许建立不同的螺旋分量和速度场的压缩部分对不同的传递过程的作用。不同螺旋贡献的位置和相对强度主要由三重螺旋几何因子决定。
2020-12-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
A thermodynamics-based turbulence model for isothermal compressible flows
本研究结合Favre平均与耗散守恒形式理论，提出一种用于等温可压缩流动的新湍流模型。该模型为双曲型一阶偏微分方程系统，本征满足热力学定律，克服了经典抛物型模型的非物理信息无限传播悖论，准确刻画可压缩性与湍流耗散的相互作用，并在低马赫数极限下与Prandtl单方程模型兼容。
2025-04-26 math.AP physics.flu-dyn
Acceleration of tracer and light particles in compressible homogeneous isotropic turbulence
利用直接数值模拟（DNS）的数据，研究了可压缩均匀各向同性湍流（CHIT）中示踪粒子和轻粒子的加速度，湍流马赫数达到$M_t =1$。对于示踪粒子，加速度分量的平坦因子$F_a$对于$M_t \in [0.3, 1]$逐渐增加。相反，轻粒子的$F_a$在$M_t \sim 0.6$附近出现最大值。随着$M_t$的增加，示踪剂纵向加速度的PDF越来越偏向负值。对于轻粒子，随着$M_t$的增大，纵向加速度偏度因子$S_a$先变负，当$M_t$大于$0.6$时，偏度因子又回到$0$.同样，示踪剂和轻粒子之间的差异也出现在加速度相关的过零时间。有人认为，所有这些现象是密切相关的压缩区域，如接近激波的流动结构。
2021-07-11 physics.flu-dyn
Stochastic Wavevector Model for Rapidly-Distorted Compressible Turbulence
本文提出了一种用于快速畸变可压缩湍流的随机波矢模型，通过引入随机视角与等熵假设简化了输运方程，并在多种畸变条件下验证了其与LIA、DNS及RDT数据的良好一致性。
2025-01-29 physics.flu-dyn
Energy transfer in compressible magnetohydrodynamic turbulence for isothermal self-gravitating fluids
三维，可压缩，磁流体动力学湍流的等温，自引力流体分析使用两点统计在大雷诺数（动力学和磁）的渐近极限。根据S. Banerjee和S. Galtier（Phys.Rev.E，93，033120，2016）和S. Banerjee和S. Galtier（J. Phys. A，Math. and Theor.，50，015501，2017），已经推导出总能量转移的精确关系。这种方法的结果在一个更简单的关系表示完全在混合的二阶结构函数。动力学，热力学，磁和重力的能量转移率的贡献可以很容易地分离在本形式。通过构造，新的形式主义包含了整体旋转、感应方程中的Hall项等附加效应。分析表明，固体旋转不能改变可压缩湍流的能流率。然而，一个均匀的背景磁场的通量的贡献被证明是不平凡的，不像在不可压缩的情况下。最后，可压缩的，湍流的能量通量率不会完全消失，由于简单的对齐，这导致在不可压缩的情况下，湍流的能量通量率为零。
2018-02-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Scale decomposition in compressible turbulence
本文提出了一个基于粗粒化的严格框架来分析高度可压缩湍流。我们展示了粘性对大尺度动量和动能动力学的影响可以忽略不计的要求-一个无粘性的标准-自然地支持密度加权的速度场的粗粒化。这种粗粒化方法在文献中已经被称为Favre滤波;然而，其使用主要是由吸引人的建模特性而不是潜在的物理考虑所激发的。我们还证明，动能注入可以本地化到最大规模的适当搅拌，并认为搅拌与外部加速场，而不是体力将产生一个更长的惯性范围内的模拟。然后，我们讨论的特殊情况下，浮力驱动的流动受到空间均匀的引力场。我们的结论是，可以存在的尺度范围内的平均动能预算占主导地位的惯性过程，是免疫的贡献，由于分子粘度和外部搅拌。
2012-12-22 physics.flu-dyn
Scale locality and the inertial range in compressible turbulence
我们使用粗粒化的方法来证明，在可压缩湍流的动能的尺度间传递是由本地相互作用。在这里，局部性意味着不同尺度之间的相互作用衰减的速度至少与尺度差异比的幂律函数一样快。特别是，我们的研究结果排除了动能从大尺度直接转移到耗散尺度，如进入冲击，在高雷诺数湍流的限制，是普遍认为。在任何马赫数下，对于任何状态方程，且不要求均匀性或各向同性，这些结果具有广泛的普遍性。我们在证明中对速度、压力和密度结构函数的标度所作的假设是很弱的，并且得到了令人信服的经验支持。在一个更强的假设压力膨胀共谱，我们表明，\emph{mean}动能和内能预算统计解耦超出过渡“转换”范围。我们的分析表明，存在一个随之而来的惯性尺度范围内，平均SGS动能通量成为常数，独立的规模。在这个惯性范围内，平均动能局部地以保守的方式级联，尽管不是不变量。
2010-12-30 physics.flu-dyn
Statistical theory of isotropic turbulence Part IV: multiscales and cascade
本文是我们系列工作的第四部分，致力于基于新的Sedov型解的各向同性湍流统计理论的多尺度和级联方面的分析。本文用显式映象方法分析了各向同性湍流中叶栅的非线性动力学行为。这种演绎尺度分析提供了著名的Richardson级联的第一个直观证据，并揭示了其多尺度特征。结果还表明，能量级联过程与逻辑斯蒂映射的确定性构造规则具有显著的相似性。在这个各向同性的湍流系统中可以看到级联的倍周期分岔，表现出混沌行为。“级联”表现为无限序列的倍周期分岔。
2010-12-23 physics.flu-dyn
Three dimensional high-order gas-kinetic scheme for supersonic isotropic turbulence II: coarse-grained analysis of compressible $K_{sgs}$ budget
本文采用高阶气体动力学格式（HGKS）[{$Ma_{t} = 1.2$} \& { \it{Fluids, 192, 2019} }]对可压缩各向同性湍流进行了直至超声速的直接数值模拟。本文对亚网格尺度湍流动能收支的粗粒度分析方法$K_{sgs}$进行了全面的分析，以建立可压缩大涡模拟中的单方程亚网格湍流动能收支模型。HGKS在更高的湍流马赫数下得到了高达$Ma_{t} = 2.0$的DNS，证实了HGKS的超鲁棒性。在此基础上，采用密度加权滤波方法，导出了精确的可压缩SGS湍流动能输运方程$K_{sgs}$。基于可压缩$K_{sgs}$输运方程，采用Box滤波器在三组不可分辨网格上实现了粗粒化处理。对可压缩$K_{sgs}$预算的粗粒度分析表明，在当前系统中，所有未分辨的源项都是主导项。特别地，在初始声学时间尺度内，SGS压胀项的量级与SGS螺线管耗散项的量级相当。因此，可以得出结论，SGS的压力膨胀项不能像以前的工作被忽略。通过对可压缩$K_{sgs}$方程SGS扩散项的精细粗粒度分析，证实了脉动速度三重相关项和压力-速度相关项都是主导项。目前的粗粒度分析给出了可压缩$K_{sgs}$预算中所有SGS项的数量级，这为高马赫数湍流中可压缩LES模拟提供了坚实的基础。
2020-05-25 physics.flu-dyn
Role of the sonic scale in the growth of magnetic field in compressible turbulence
本文研究了超声速湍流中磁场小涨落的增长，即小尺度发电机。增长是由于最快的湍流涡以上的电阻规模。我们观察到，对于超音速湍流，这些涡是有效的不可压缩的，这会产生一个强大的增长结构。涡流位于声波尺度$l_s$以下，该尺度定义为湍流涡流的典型速度等于声速的尺度。因此，在$l_s$下面的流动实际上是不可压缩的，并且场的增长与不可压缩流动一样进行。在大马赫数下，$l_s$远小于湍流的积分尺度，因此磁场增长最快的模式属于小尺度湍流。我们推导出这种模式和相关的增长率数值白噪声湍流模型。该模型的相关性依赖于考虑湍流的演化时间大于相关时间。
2019-06-24 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Fourier neural operator for large eddy simulation of compressible Rayleigh-Taylor turbulence
本文首次将Fourier神经算子应用于三维可压缩Rayleigh-Taylor湍流大涡模拟，在多种统计量和瞬时结构预测上优于传统LES方法，并展现出高计算效率和跨Reynolds数泛化能力。
2024-07-02 physics.flu-dyn
Cascades and Dissipative Anomalies in Compressible Fluid Turbulence
本文研究了可压缩纳维-斯托克斯方程控制的湍流中的耗散反常现象。我们遵循一个确切的方法开创了Onsager，我们解释为一个非微扰应用的原则重整化群不变性。在高雷诺数和Péclet数的限制下，发现流动实现被描述为可压缩欧拉方程的分布或“粗粒度”解，湍流异常打破了标准守恒定律。动能的异常耗散不仅是由于局部级联，但也被称为压力功亏损的一个独特的机制。在具有理想气体状态方程的静止平面激波中的不可逆加热证实了第二种机制。熵守恒异常也被发现发生两种机制：一个异常输入的负熵（负熵）的压力工作和级联的负熵小尺度。我们推导出“4/5定律”型表达式的异常，这使我们能够描述的奇异性（结构功能标度指数），以维持级联。我们比较我们的方法与替代理论和经验证据。本文认为，在星际介质电子密度涨落中观察到的“天空中的大幂律”是一种正向负熵级联的表现，或通常热力学熵的逆级联。
2017-04-11 astro-ph.GA math-ph math.MP
Scale-to-scale energy transfer rate in compressible two-fluid plasma turbulence
本文导出了三维可压缩双流体等离子体湍流中能量传递的精确关系式。在长时间的限制，我们得到了一个精确的法律表示的尺度到尺度的平均能量通量率的两个点增量的流体变量的每个物种，电场和磁场和电流密度，并提出了一个强有力的约束湍流动力学。在适当的假设下，恢复了不可压缩单流体和双流体极限以及可压缩单流体极限。在单一流体的限制下，分析是在忽略和不忽略电子质量的情况下进行的，从而使精确的关系适合于更广泛的应用。在可压缩的两个流体政权，总的能量通量率，不像单流体的情况下，被发现是不变的背景磁场的存在下。精确的关系提供了一种方法来测试是否在等离子体的尺度范围是惯性或耗散，是必不可少的理解空间和稀释天体物理等离子体的非线性性质。
2020-04-29 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The contribution of dilatational motion to energy flux in homogeneous compressible turbulence
本研究推广不可压缩湍流能量通量分解方法，揭示可压缩湍流中膨胀运动影响能量传递的三类机制，经中等马赫数模拟验证其标度关系，并指出常用涡粘性假设存在的偏差。
2025-02-11 physics.flu-dyn
Molecular Fluctuations Inhibit Intermittency in Compressible Turbulence
分子波动抑制压缩湍流中的间歇性，改变化了耗散范围内的湍流统计特性。
2025-11-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence: mode coupling, scaling relations, anisotropy, new regime and astrophysical implications
我们提出了数值模拟和探索可压缩磁流体动力学（MHD）湍流的标度和各向异性。我们的研究涵盖了在不同的马赫数的气体压力为主（高β）和磁为主（低β）等离子体。此外，我们提出了superAlfvenic湍流的结果，并讨论在何种方式下，它是类似于subAlfvenic湍流。我们描述了一种分离不同的磁流体动力学（MHD）模式（慢，快和阿尔芬）的技术，并将其应用到我们的模拟。结果表明，在高β和低β情况下，Alfven模和慢模都具有Kolmogorov谱（指数=-5/3）和尺度相关的Goldreich-Sridhar各向异性，而快模具有指数=-3/2和各向同性的谱.本文讨论了在不同区域由MHD湍流引起的密度涨落的统计特性。我们的发现涉及许多天体物理学的含义，从宇宙射线传播到伽马射线暴和恒星形成。特别是，我们表明，早期研究人员报道的湍流的快速衰减是不相关的压缩性和模式耦合MHD湍流。此外，我们发现，磁场增强和密度增强是轻微相关的。在AU尺度上解决部分电离星际气体的密度结构，我们表明，新的制度的MHD湍流，我们以前报告的不可压缩流持续可压缩湍流，因此可能会提供一个解释这些神秘的结构。
2003-07-03 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Artificial neural network subgrid models of 2-D compressible magnetohydrodynamic turbulence
我们探索了深度学习的适用性，以捕获磁化Kelvin-Helmholtz不稳定性的2-D模拟的亚网格尺度理想磁流体力学湍流的物理学。我们以不同的分辨率进行模拟，以系统地量化神经网络模型的性能，从而重现这些复杂模拟的物理特性。我们比较了我们的神经网络的性能与梯度模型，这是广泛使用的广泛的磁流体动力学文献。我们的研究结果表明，神经网络显着优于梯度模型再现磁流体湍流的影响。据我们所知，这是第一次探索性研究使用深度学习来学习和再现磁流体力学湍流的物理学。
2020-08-26 astro-ph.IM physics.comp-ph physics.flu-dyn
Inverse cascade of energy in helical turbulence
采用直接数值模拟的水动力湍流与螺旋度强迫施加在所有尺度上，一个近最大的螺旋湍流状态，与逆能量级联的尺度大于能量强迫尺度和一个向前的螺旋度级联的尺度小于能量强迫尺度。与以前的研究相比，我们的模拟包含所有可能的三和弦。通过计算壳-壳层能流，我们发现反能级联是由同手性三单元组之间的弱非局域相互作用引起的。通过改变尺度的螺旋度注入范围，得到了获得逆能量级联的必要条件。
2020-05-10 physics.flu-dyn
High-order semi-Lagrangian kinetic scheme for compressible turbulence
紊流可压缩流传统上是用显式时间积分器来模拟的，该积分器应用于纳维-斯托克斯方程的离散化版本。然而，相关的Courant-Friedrichs-Lewy条件严重限制了最大时间步长。利用玻尔兹曼方程的物质导数的拉格朗日性质，我们现在引入一个可行的三维半拉格朗日格子玻尔兹曼方法（SLLBM），它绕过了这个限制。由于三维中离散速度的数量巨大，许多用于可压缩流的格子玻尔兹曼方法被限制在二维中，而SLLBM仅使用45个离散速度。基于可压缩泰勒-格林涡模拟，我们表明，新的方法准确地捕捉激波或小激波以及湍流在3D中，而不使用额外的滤波或稳定技术，即使当时间步长的大小是两个数量级以上的文献中的模拟相比。因此，我们的新方法使研究人员第一次研究可压缩湍流的一个完全明确的计划，其范围内的容许的时间步长大小只由物理决定，而从空间离散解耦。
2021-05-17 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.flu-dyn
The power spectrum of compressible turbulence: A story in symmetries
本文从微观作用量的对称性和线性变换出发，推导出可压缩湍流中关联函数及其生成元的精确关系，约束了动能谱的标度行为，并证明作用量可分解为与随机Navier-Stokes理论相同的不可压缩部分和类似三维Burgers方程的纵向部分。
2025-09-15 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Evidence for multiplicative cascades as the origin of small-scale intermittency in turbulence
本研究提供了小尺度湍流中强烈事件的动力学与能量级联之间关系的证据。我们使用广义（Hölder）的手段来跟踪强烈的事件的涡度拟能和耗散的各向同性湍流的直接数值模拟的时间演化。我们表明，这些事件调制的大规模波动，它们的演变是一致的本地乘法级联，假设由一个广泛的类湍流的不稳定性模型。
2021-05-16 nlin.CD physics.flu-dyn
The Properties of Compressible MHD and Cosmic Ray Transport
湍流是天体物理流动最常见的状态。在典型的天体物理流体中，湍流伴随着强磁场，这对湍流级联的动力学有很大的影响。近年来，磁流体动力学（MHD）湍流理论取得了重大突破。这是我们第一次有一个尺度模型，是由观测和数值模拟支持。本文综述了不可压缩湍流和可压缩湍流的研究进展。我们比较Iroshnikov-Kraichnan和Goldreich-Sridhar模型，并讨论阿尔芬，慢，快波的标度。我们讨论了这一新的见解的影响，MHD湍流宇宙线运输。
2002-11-22 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
