Chaotic behavior of Eulerian MHD turbulence
在欧拉坐标系下，利用直接数值模拟方法研究了湍流导电流体的混沌特性。最大李雅普诺夫指数测量模拟与不同的雷诺数和磁普朗特数。我们扩展的Ruelle理论的流体动力学湍流磁流体动力学湍流作为一个工作假设，并找到广泛的协议与结果。在其他模拟中，我们引入了磁螺旋度，这些模拟显示出减少的混乱，预计将被消除在最大螺旋度。我们还发现，两个最初接近的字段之间的差异线性增长的后期，这也是最近发现的流体力学。这种线性增长率被认为是依赖于相关领域的耗散率。我们讨论了这种线性增长对可预测性的重要影响。我们推断系统中的混沌完全由速度场主导，并将这项工作与太阳天气和受限等离子体等实际磁系统联系起来。
2019-04-08 astro-ph.CO nlin.CD physics.flu-dyn
Multiplicity of routes from deterministic chaos to turbulence in the flows induced by Rayleigh-Taylor instability
本文用分布混沌的概念研究了由Rayleigh-Taylor不稳定性引起的流动中局部反射对称性自发破缺所引起的从确定性混沌到湍流的多重路径。数值模拟的结果，以及实验室和海洋测量已被用于这一目的。本文简要讨论了小尺度混沌MHD发电机和混沌Richtmyer-Meshkov混合层。
2023-02-22 physics.flu-dyn
Ultra-chaotic property of Navier-Stokes turbulence
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；State Key Laboratory of Ocean Engineering（海洋工程国家重点实验室）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
研究通过二维湍流柯莫戈洛夫流示例，揭示初始条件微小变化对湍流时空轨迹、对称性和统计特性的影响，提出纳维-斯托克斯湍流可能具有超混沌性质，但存在统计扰动与理论模型间的逻辑矛盾。
2025-10-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Edge of Chaos and Genesis of Turbulence
混沌的边缘分析在一个空间扩展的系统，建模的正则化长波方程，在过渡到永久时空混沌。当存在共存吸引子时，由于光滑分形变形，在盆地边界产生混沌鞍。当控制参数变化时，混沌瞬态通过一系列分形-分形变态演化为发展良好的瞬态湍流。负责混沌的边缘和湍流的起源的边缘状态是一个不稳定的行波在实验室框架中，对应于鞍点躺在盆地边界的傅立叶空间。
2013-12-09 physics.flu-dyn
Logistic map and micro-structure of isotropic turbulent flow
混沌动力系统理论发展的主要目标之一是在湍流的理解方面取得进展。Ruelle和Takens的著名论文有力地推动了将湍流与混沌运动联系起来的尝试。主要在湍流的开始这一领域取得了相当大的成功。对于充分发展的湍流，许多问题仍然没有答案。这封信的目的是要表明，有动力系统比纳维-斯托克斯方程简单得多，但仍然可以有湍流状态，许多概念发展的动力系统理论可以成功地应用。在这方面，我们主张更广泛地利用各向同性湍流现象的普遍性质。即使对于充分发展的湍流的情况下，其中包含一个极端的范围内的相关长度尺度，它是可能的，通过使用本模型，再现令人惊讶的各种相关功能，如多重分形级联，不连续性。这封信回到了纳维-斯托克斯方程在湍流性质研究中的可能应用。
2010-07-15 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Discontinuous transition to active nematic turbulence
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）；University of Cape Town（开普敦大学）；Cluster of Excellence Physics of Life, TU Dresden（德累斯顿工业大学生命物理卓越集群）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Universitat de Barcelona Institute of Complex Systems (UBICS)（巴塞罗那大学复杂系统研究所）；Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)（加泰罗尼亚研究高级学院）
研究发现无约束条件下活性取向流体的湍流过渡是不连续的，通过模拟发现活动性参数A*≈4900时出现突变，且存在双稳性和滞后效应。
2026-01-07 cond-mat.soft nlin.CD physics.bio-ph
Polymeric diffusive instability leading to elastic turbulence in plane Couette flow
本文在 Oldroyd-B 和 FENE-P 模型中证明，聚合物应力的微小扩散可在无惯性平行剪切流中引发线性不稳定性，进而产生三维自持混沌状态，首次在壁面约束平行粘弹性流中实现弹性湍流。
2023-08-07 physics.flu-dyn
Chaotic mixing in plane Couette turbulence
本文将平面 Couette 流不变解的欧拉速度场作为动力系统，分析拉格朗日示踪粒子轨迹、驻点、流形及异宿连接，揭示其对三维湍流混沌混合的拓扑骨架作用。
2024-12-06 math-ph math.MP nlin.CD
Chaotic self-sustaining structure embeded in turbulent-laminar interface
研究了二维槽道流中湍流与层流的界面结构。这种空间局域结构不仅维持着自身的稳定，而且还主动地将层流状态转化为湍流状态。换句话说，这种相干结构具有通过其内部动态产生不均匀性的功能。这个功能相干结构的动力学是孤立的使用过滤模拟，其动力学的物理视角总结在一个现象学模型称为“喷射-射流”循环，其中包括多尺度相互作用过程。
2015-03-16 nlin.CD physics.flu-dyn
Increasing lifetimes and the growing saddles of shear flow turbulence
在线性稳定的剪切流中，湍流以随雷诺数变化的特征寿命自发地衰减。寿命随雷诺数的增加而急剧增加，因此讨论了在临界点处可能出现的发散现象，这标志着向持续湍流的转变。我们提出了一种机制，其中的寿命增加：在系统的状态空间中，湍流运动是由一个混乱的鞍。在这个鞍形空间中，产生了一个局部吸引的周期轨道，并经历了一个传统的分岔序列，从而产生混沌。形成的新的“湍流气泡”最初是一个吸引子，支持持续的混沌动力学。在其创建后不久，它就与自己的边界发生碰撞，通过边界，它变得泄漏并与周围的结构动态连接。支持瞬态湍流的混沌鞍的复杂性因此通过并入新气泡的残余而增加。结果，轨迹离开鞍形物并衰减到层流状态所需的时间增加。我们证明了这一现象在平面Couette流，并表明，特征寿命随雷诺数的非光滑和非单调变化。
2013-10-31 nlin.CD physics.flu-dyn
Emerging mesoscale flows and chaotic advection in dense active matter
本文通过研究二维过阻尼自推进圆盘模型，发现稠密活性流体中由拥挤效应与持续推进竞争所驱动的介尺度混沌平流，揭示了一种区别于其他活性系统集体流动的新型活性湍流。
2023-06-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Twist-induced crossover from 2D to 3D turbulence in active nematics
虽然二维活性向列相的研究已经揭示了活性物质的流态和拓扑结构的各个方面，但拓扑缺陷和混沌流的三维特性仍然没有被探索。通过限制在两个平行板之间的活动向列相的膜，我们使用连续模拟和分析参数来证明从准二维到三维混沌流的交叉是由向错线的形态控制的。对于小的板分离，主动湍流表现为准2D材料，具有跨越通道高度的直拓扑向错线，并有效地表现出2D主动湍流。在增加通道高度，我们发现一个交叉到3D混沌流由于扭曲的向错以上的临界活动。我们进一步表明，这些扭曲所产生的扭曲扰动产生急剧变化的曲率向错。
2018-06-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Turbulence Physics Governs a Scaling Law for the Machine-Learning Predictability Ceiling in Chaotic Flow
Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；Peking University（北京大学）；Westlake University（西湖大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究揭示混沌流中机器学习预测精度随预报时长恶化的标度律，源于湍流理论而非模型缺陷，并通过钝体绕流高保真仿真验证。
2026-06-23 physics.flu-dyn
Chaotic measures as an alternative to spectral measures for analysing turbulent flow
本文综述了利用混沌测度（如最大Lyapunov指数和有限时间Lyapunov指数）分析湍流的进展，表明其在小尺度模拟中比谱测度更可靠，并展示了其在相变和二维薄层湍流中的应用价值。
2024-08-27 hep-th nlin.CD physics.flu-dyn
Characterizing the Reynolds number dependence of the chaotic attractor in two-dimensional turbulence with dimension-minimizing autoencoders
本文提出结合 dense-block、隐式秩最小化与对称性约化的自编码器，用于估计二维 Kolmogorov 湍流在 $25\leq Re\leq400$ 下的混沌吸引子维数，发现其按 $Re^{1/3}$ 标度，并揭示潜空间结构及不稳定周期轨道的动力学无关性。
2025-10-21 physics.flu-dyn
Chaos and predictability of homogeneous-isotropic turbulence
通过高分辨率直接数值模拟，研究了不同雷诺数下湍流的混沌性和可预报性。我们发现，李雅普诺夫指数的湍流，这措施的指数分离的两个最初接近的解的纳维-斯托克斯方程，增长与雷诺数的流动，具有异常的标度指数，大于一个获得的尺寸的理由。对于大扰动，误差被转移到更大、更慢的尺度，在那里它代数地增长，在惯性范围内产生扰动的“逆级联”。在这种情况下，我们的模拟证实了基于湍流闭合模型的经典预测。我们展示了如何将混沌性和湍流的可预测性联系在一起的李雅普诺夫指数的有限尺寸扩展。
2017-07-06 nlin.CD physics.flu-dyn
Self-Replication of Turbulent Puffs: On the edge between chaotic saddles
本研究利用直接数值模拟探究管流中湍流puff从一到二的自复制过程，识别出介导该转变的相空间边缘状态，并证实自复制遵循以该边缘状态为临界点的机制。
2025-08-12 nlin.CD physics.flu-dyn
Elastic turbulence in straight confined geometries
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Finnish Meteorological Institute（芬兰气象研究所）；University of Oxford（牛津大学）
研究直受限几何中弹性湍流，发现管道与圆管均存在持续混沌动力学且对应同一弹性湍流态，确立其为几何无关吸引子，揭示圆管独特转变机制。
2026-09-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the role of initial velocities in pair dispersion in a microfluidic chaotic flow
混沌流驱动流体的混合和有效传输，以及我们从日常生活经验中熟悉的相关美丽复杂模式。从理论和工程的角度来看，在小尺度下产生这种流动是非常具有挑战性的。这可以通过引入极少量的长柔性聚合物来克服，从而产生称为\textit{elastic turbulence}的混沌流。其研究的理论框架的基础在于一个空间平滑和随机的时间速度场的假设。以前对弹性湍流的测量仅限于二维。使用一种新的三维粒子跟踪方法，我们进行了微流控实验，使我们能够探索弹性湍流的角度来看，颗粒随流动。我们的研究结果表明，平滑假设已经打破规模小于十分之一的系统大小。此外，我们提供了确凿的实验证据表明，\textit{ballistic}分离盛行的动力学对示踪剂在很长的时间和距离，表现出记忆的初始分离速度。弹道弥散具有普遍性，但在小尺度混沌流中却一直被忽视。
2017-10-06 nlin.CD physics.flu-dyn
Transition route to elastic and elasto-inertial turbulence in polymer channel flows
通过二维FENE-P流体直接数值模拟，发现弹性湍流和弹惯性湍流共享Ruelle-Takens过渡路径，由聚合物扩散不稳定性触发，经大尺度次级不稳定性最终分岔至两种混沌状态。
2024-08-21 physics.flu-dyn
Chaotic electro-convection flow states of a dielectric liquid between two parallel electrodes
采用双弛豫时间格子玻尔兹曼方法研究了两个平行平板电极间介质液体的二维规则和混沌电对流态.在位于介电液体层底部的金属平面电极处注入的正电荷通过流动和电场的协同作用而朝向接地的上电极传输。不同的流动状态可以用一个无量纲参数，即电瑞利数来表征。逐渐增加的电瑞利数，流动系统依次演变通过准周期，周期和混沌流状态与五个确定的分叉。湍流动能谱显示为在流动接近湍流时遵循-3定律。当流动为周期性流动时，频谱遵循-5定律。
2021-07-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A physics-aware machine to predict extreme events in turbulence
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
我们提出了一种物理感知的机器学习方法来准确地预测湍流中的极端事件。该方法结合了两种完全不同的方法：基于水库计算的经验建模，仅从数据中学习混沌动力学，以及基于守恒定律的物理建模。我们表明，这两种方法的结合是能够预测的发生和幅度的极端事件的自我维持过程中的连续性的突然转变，从湍流准层流状态，这不能通过单独使用任何一种方法来实现。这为增强协同数据驱动方法与物理知识的可能性开辟了新的可能性，以准确预测混沌动力系统中的极端事件。
2019-12-23 cs.LG nlin.CD physics.flu-dyn
Bypass transition and subcritical turbulence in plane Poiseuille flow
平面Poilluille流显示湍流的雷诺数低于Tollmien-Schlichting波的临界雷诺数。向湍流的过渡遵循与边界层中的旁路过渡相同的路线，即需要有限振幅扰动，并且在过渡区域中，流动由下游涡流和条纹主导。为了将平面Poiffille流中的现象与我们先前对平面Couette流的研究（Kreilos & Eckhardt，2012）联系起来，我们研究了平面Poiffille流的对称子空间，其中分叉级联明显突出。通过跟踪系统的边缘状态（在该系统中为行波）及其分岔，我们可以跟踪混沌吸引子的形成、增加受流动影响的相空间体积的内部危机以及危机分岔中最终转变为混沌鞍的过程。在边界危机之后，我们可以观察到具有指数分布寿命的瞬态混沌。
2015-06-14 nlin.CD physics.flu-dyn
Scaling and Predictability in Surface Quasi-Geostrophic Turbulence
本文通过高分辨率直接数值模拟研究表面准地转系统，揭示 Lyapunov 指数相对 Reynolds 数的异常标度，并发现大 Reynolds 数下 Cramér 函数的自相似性。
2025-07-25 physics.flu-dyn
Friction dynamics of elasto-inertial turbulence in Taylor-Couette flow of viscoelastic fluids
在Taylor-Couette几何中研究了弹性惯性湍流的动力学特性。EIT是在不可忽略的惯性和粘弹性的基础上发展的混沌流动状态。直接流动可视化和扭矩测量的组合允许验证与纯惯性不稳定性（和惯性湍流）相比EIT的早期发生。本文首次讨论了具有惯性和弹性的伪Nusselt数的标度。摩擦系数，时间频谱和空间功率密度谱的变化突出了EIT在过渡到其完全发展的混沌状态之前经历了中间行为，该混沌状态需要高惯性和弹性。在此过渡期间，二次流对整体摩擦动力学的贡献是有限的。这对于在低阻力和低但有限的雷诺数下实现有效混合的目标是非常有意义的。
2023-01-05 physics.flu-dyn
Topological entropy of stationary three-dimensional turbulence
Indian Institute of Technology - Madras（印度理工学院马德拉斯分校）
本研究提出了一种基于欧拉框架的计算静止三维湍流拓扑熵的方法，利用局部应变率张量的特征值分布及其去相关时间，避免了拉格朗日粒子跟踪的复杂性。
2026-03-11 physics.flu-dyn
Model-Free Forecasting of Partially Observable Spatiotemporally Chaotic Systems
水库计算是一个强大的工具，预测湍流，因为其简单的架构具有计算效率，以处理大型系统。然而，它的实施，往往需要完整的状态矢量测量和系统的非线性知识。我们使用非线性投影函数将系统测量扩展到高维空间，然后将其馈送到水库以获得预测。我们展示了应用程序的时空混沌系统，模型湍流的几个功能，这样的水库计算网络。我们表明，使用径向基函数作为非线性投影仪，使复杂系统的非线性被捕获鲁棒性，即使只有部分观测，而不知道的控制方程。最后，我们表明，当测量是稀疏或不完整和嘈杂的，这样，即使控制方程变得不准确，我们的网络仍然可以产生相当准确的预测，从而为实际湍流系统的无模型预测铺平了道路。
2022-10-13 physics.data-an physics.flu-dyn
Growth of small localized perturbations in Surface Quasi-Geostrophic turbulence
University of Rome “Tor Vergata”（罗马托尔维加塔大学）；INFN “Tor Vergata”（意大利国家核物理研究所“托尔维加塔”分部）；Istituto dei Sistemi Complessi, CNR（复杂系统研究所，意大利国家研究委员会）；Università degli Studi di Torino（都灵大学）；INFN - Università degli Studi di Torino（意大利国家核物理研究所-都灵大学）
研究表面准地转湍流中局部小扰动的增长特性，发现扰动能量在初始阶段会下降，其持续时间取决于扰动初始位置。
2026-09-02 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Measuring the effect of spatial dimension on hydrodynamic turbulence using direct numerical simulation
本研究通过直接数值模拟，探讨了不同空间维度对流体湍流特性的影响，发现高维情况下湍流性质和混沌特性存在变化。
2025-11-29 hep-th nlin.CD physics.flu-dyn
Modeling the transition to turbulence in shear flows
一维模型过渡剪切流。该模型有两个变量，分别对应于湍流强度和平均切变。这些变量根据基于过渡湍流已知特性的简单方程进行演化。考虑的第一个模型是管流。先前的研究使用混沌帐篷映射来模拟湍流。在目前的工作中，湍流被建模为乘性噪声。该模型捕捉了过渡管流的特征，并包含亚稳态喷流、喷流分裂和段塞。这些想法被扩展到一个有限的平面库埃特流模型。
2011-07-19 nlin.PS physics.flu-dyn
Tensor networks enable the calculation of turbulence probability distributions
本研究提出利用张量网络（TN）参数化高维湍流概率密度函数（PDFs），在单核CPU上实现内存和计算成本大幅降低，为直接模拟湍流等混沌系统的高维PDFs开辟了新路径。
2025-01-29 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Data-driven low-dimensional model for the onset of turbulence in plane Couette flow
Graduate School of Engineering Science, the University of Osaka（大阪大学工学研究科）；Fluids Laboratory, Department of Mechanical Engineering, University of the Philippines Diliman（菲律宾大学迪利曼分校机械工程系流体实验室）
本研究用核分位数回归从直接数值模拟数据构建平面库埃特流低雷诺数湍流的低维模型，准确再现周期、混沌动力学及统计特性，并开发参数依赖模型重现分岔结构，验证了机器学习降阶建模的有效性。
2026-09-22 physics.flu-dyn
The statistical geometry of material loops in turbulence
材料元素--作为被动、非扩散标记的线、面或体积--为混沌流的复杂动力学提供了一个固有的几何窗口。它们的拉伸和折叠动力学对海洋或大气中的混合以及天体物理环境中自我维持的发电机的出现有直接的影响。在这里，我们发现强大的统计特性的合奏材料循环在湍流环境中。我们的方法结合了Navier-Stokes湍流的高分辨率直接数值模拟，随机模型和动力系统技术，以揭示这些复杂物体的可预测性，普遍性特征。我们表明，环路曲率统计成为固定的高曲率褶皱的动态形成过程中，导致分布与幂律尾部的指数是由有限时间的大偏差统计流的李雅普诺夫指数。这种预测适用于平流物质线在广泛的混沌流。为了补充这一动态图片，我们确认我们的理论在分析上易于处理的Kraichnan模型与精确的福克-普朗克方法。
2022-05-10 nlin.CD physics.flu-dyn
Uncertainty Growth in Stably Stratified Turbulence
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究院）
研究了统计稳态稳定层化三维湍流中的不确定性增长和混沌动力学，通过双模拟和去相关诊断量化初始微扰的发散，发现层化强度增加会单调降低李雅普诺夫指数，但不确定性增长仍保持与各向同性湍流相似的时间序列。
2025-12-05 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Chaotic Lagrangian models for turbulent relative dispersion
引入并讨论了确定性多尺度动力系统作为稳态、均匀和各向同性湍流中相对弥散的原型模型。与随机扩散模型不同，这里的轨迹传输和混合特性完全由拉格朗日混沌控制。异常的“清扫效果”，一个已知的缺点常见的运动学模拟，被删除由于使用准拉格朗日坐标。通过计算离散度标度特性的最佳度量--拉格朗日尺度李雅普诺夫指数（FSLE），精确地分析了模型的拉格朗日离散统计量。FSLE标度指数提供了一个严格的测试，以确定模型模拟是否与理论预期和/或观察一致。我们的数值实验的结果涵盖了广泛的“雷诺数”，并表明混沌确定性流可以是非常有效的，数值低成本，模型的湍流轨迹在静止，均匀和各向同性条件。该模型的数学计算相对简单，在地球物理方面，潜在的应用可能涉及大气环流模型、混合层和/或边界层湍流模型以及拉格朗日可预测性研究中的小尺度参数化问题。
2017-04-18 nlin.CD physics.flu-dyn
Coexistence of active and hydrodynamic turbulence in two dimensional active nematics
在主动液晶中，活动能够驱动混沌时空流，称为主动湍流。通过理论和实验工作，主动湍流被表征为低雷诺数现象。我们表明，在二维，单独的主动强迫是能够触发流体动力学湍流导致的共存的主动和惯性湍流。这种类型的流动发展为足够活跃和可延伸的流动对齐向列相。我们观察到，一个extensile的小的和大的值的流动对齐参数的组合效果导致的弹性能谱，促进能够触发逆能量级联的动能的增长扩大。
2022-10-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Quad-cascade picture of electrokinetic turbulence
State Key Laboratory of Photon-Technology in Western China Energy, International Collaborative Center on Photoelectric Technology and Nano Functional Materials, Institute of Photonics & Photon Technology, Northwest University（西北大学）；School of Automation, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学自动化学院）；School of Physics, Northwest University（西北大学物理学院）
针对外体积力影响下湍流标度行为无法被柯尔莫哥洛夫定律充分描述的问题，研究提出耦合动能与标量方差通量的通用四级联湍流框架，经微流控电动湍流实验验证吻合良好，深化了相关级联过程的理解。
2024-11-22 cond-mat.dis-nn physics.flu-dyn
Generative Modeling of Turbulence
University of Wuppertal（伍珀塔尔大学）；Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）
我们提出了一个数学上有充分依据的方法，利用生成对抗网络（GAN）的湍流的综合建模。基于对混沌确定性系统遍历性的分析，我们概述了一个数学证明，即GAN实际上可以学习从混沌系统的不变测度中采样状态快照。在此基础上，我们从Lorenz吸引子出发，研究了一类混沌系统，并利用GAN对湍流进行了建模。作为训练数据，我们使用从大涡模拟（LES）获得的速度波动场。两个架构进行了详细研究：我们使用一个深，卷积GAN（DCGAN）合成的湍流周围的圆柱。此外，我们使用pix2pixHD架构模拟低压涡轮定子周围的流动，以定子前面的旋转尾流的位置为条件的条件DCGAN。对抗训练的设置和使用特定GAN架构的效果将得到解释。因此，我们表明，GAN是有效的模拟湍流在技术上具有挑战性的流动问题的基础上，适量的训练数据。当与经典数值方法（特别是LES）相比时，GAN训练和推理时间显著缩短，同时仍然以高分辨率提供湍流。我们进一步分析了合成流场和LES流场的统计特性，两者吻合得很好。我们还展示了条件GAN的能力，通过生成不包括在训练数据中的尾流位置的湍流场来概括几何形状的变化。
2022-03-04 cs.CV physics.flu-dyn
Intermittency, fluctuations and maximal chaos in an emergent universal state of active turbulence
本文研究低雷诺数活性悬浮液流体力学模型，发现在超过临界活性时会涌现具有普适谱标度和间歇性涨落的渐近态，该状态类似于高雷诺数惯性湍流，且极大混沌态与该相变密切相关。
2022-07-25 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.bio-ph
Preserving large-scale features in simulations of elastic turbulence
本研究针对弹性湍流模拟的数值难题，比较构象张量的两种分解方法，发现带对数变换的乔列斯基方法能保留大尺度特征，而对称平方根方法和局部人工扩散会引入误差，为准确模拟提供了方向。
2023-12-14 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Structured pathways in the turbulence organizing recent oil spill events in the Eastern Mediterranean
针对东地中海不明来源漏油事件，利用拉格朗日相干结构在海洋混沌中识别传输路径，结合卫星观测与计算建模反演了泄漏的原始位置与释放时间。
2024-12-23 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Particle-resolved lattice Boltzmann simulations of 3-dimensional active turbulence
悬浮液中的微型游泳者的集体行为往往是由长期的流体动力学相互作用的影响。这些现象包括主动湍流，其中足够密度的推进细菌悬浮液表现出大规模的混沌流动。为了研究这种集体现象，我们使用大规模（高达$N=3\times 10^6$）的粒子分辨晶格玻尔兹曼模拟模型microsomymer描述的扩展应力。这样的系统尺寸使我们能够获得定量信息的过渡到活跃的湍流和湍流状态本身的特征。在稀释极限，我们测试分析预测的静态和动态特性对我们的模拟结果。对于较高的游泳者密度，游泳者-游泳者的相互作用变得显着，我们数值计算表明，湍流的长度和时间尺度急剧增加附近的预测有限系统的过渡密度。
2019-08-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A Koopman-based framework for forecasting the spatiotemporal evolution of chaotic dynamics with nonlinearities modeled as exogenous forcings
我们介绍了一个数据驱动的方法，并显示其技能的时空预测高维混沌动力学和湍流。该方法是基于一个有限维近似的Koopman运营商的观测值是向量值和延迟嵌入，和非线性被视为外部强迫。该方法的预测能力被证明为著名的原型的混乱，如Kuramoto-Sivashinsky方程和洛伦兹-96系统，数据驱动的预测是准确的几个李雅普诺夫时间尺度。在高雷诺数下，二维盖驱动空腔流也有类似的性能。
2019-08-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lyapunov dimension of elastic turbulence
低雷诺数的聚合物溶液表现出一种混乱的行为称为“弹性湍流”时，Weissenberg数超过一个临界值。二维Oldrophil-B模型是再现这种现象的最简单的本构模型。为了对动态的分辨率尺度进行实际估计，需要假设存在Oldrophil-B模型的吸引子：数值模拟表明，该假设所基于的量是有界的。我们估计的李雅普诺夫维数，这个假设的吸引作为一个函数的Weissenberg数相结合的数学分析模型与直接的数值模拟。
2017-04-21 nlin.CD physics.flu-dyn
Neural Network Complexity of Chaos and Turbulence
Université du Québec à Montréal（魁北克大学蒙特利尔分校）；Jagiellonian University（雅盖隆大学）；Tel-Aviv University（特拉维夫大学）
本研究从深度神经网络视角出发，通过分类流体剖面等图像、以内部特征本征维度量化计算复杂度，识别出混沌与湍流涡量的两点关联谱为分类特征，为二者复杂度度量提供了新方法。
2023-07-20 cs.LG hep-th nlin.CD
Chaotic properties of a turbulent isotropic fluid
通过跟踪两个初始关闭轨迹在相空间中的欧拉方法强迫湍流的发散，最大李雅普诺夫指数$λ$之间的关系，和雷诺数$Re$测量使用直接数值模拟，进行高达$2048^3$配置点。李雅普诺夫指数被发现完全依赖于雷诺数与$λ\propto Re^{0.53}$和经过一个短暂的时期，在所有尺度的轨迹的发散增长在相同的速度。最后一个线性发散被认为是依赖于能量强迫率。与其他混沌系统建立了联系。
2017-12-20 hep-th nlin.CD physics.flu-dyn
The role of periodic orbits and bubbles of chaos during the transition to turbulence
从探索相空间中的宽区域的湍流开始，我们发现了嵌入在混沌湍流鞍的子区域内的几个相对周期轨道（RPO）。我们还提取直接从模拟，几个行波（TW）。这些TW连同RPO是不稳定的状态，并被认为是提供的骨架的混沌鞍。早期的研究已经表明，这种不变解可以帮助解释壁面剪切流，其中的一个有限子集预计将主导动力学（Faisst & Eckhardt 2003; Pringle & Kerswell 2007; Hof et al. 2004）。对称性的引入对于促进这种方法通常是必要的。仅应用平移-反射对称，几何形状比以前在管流中的研究受到的约束更少。一个“长周期”的RPO被确定为只有非常弱的排斥。湍流轨道被发现经常接近并经常遮蔽这个轨道。此外，轨道的特征是由此产生的混沌“气泡”，本身就是一个鞍，在湍流的海洋深处（Kreilos等人，2014）。我们明确地分析了合并的两个鞍，并显示它是如何导致一个相当大的增加的总寿命。观察到气泡的出口和入口，因为内鞍和外鞍的稳定流形相互交错。我们观察到，湍流的典型寿命受到内外鞍之间切换的影响，因此取决于它是否“阴影”或“访问”长周期RPO附近（Cvitanovic等人，2014）。这些观察，以及流动结构的比较，表明RPO在结构化湍流动力学中起着重要的作用。
2015-01-08 physics.flu-dyn
Passive directors in turbulence
在实验和数值模拟中，我们测量了湍流中平流的小球体（“被动导向器”）的对称轴之间的角度。由于湍流应变倾向于使附近的椭球体对齐，人们可能会认为它们的相对角度很小。我们表明，这种直觉失败，一般来说，因为附近的粒子的对称轴之间的角度是非常大的。我们确定了导致这种现象的两种机制。首先，尽管流体速度在小尺度上是空间平滑的，但动力学演化为分形吸引子。其次，这种分形形成的步骤类似于随机或混沌二维映射的指向矢图案中观察到的疤痕线。
2019-02-12 physics.flu-dyn
Sensitive dependence on initial conditions in transition to turbulence in pipe flow
Darbyshire和Mullin（J.Fluid Mech.289，83（1995））关于管流中向湍流转变的实验表明，在触发湍流的初始条件和不触发湍流的初始条件之间没有明显的边界。在这里，我们将这种行为的可能性，过渡到湍流连接与形成一个混乱的鞍在相空间的系统。我们量化的敏感依赖于初始条件，并发现在统计分析中，在过渡区的湍流寿命的分布遵循指数规律。分布的特征平均寿命随雷诺数迅速增加，当雷诺数超过约2200时，平均寿命变得非常大。合适的实验，以进一步探讨这一概念提出。
2004-01-14 nlin.CD physics.flu-dyn
Data-driven Spatio-temporal Prediction of High-dimensional Geophysical Turbulence using Koopman Operator Approximation
我们展示了一个数据驱动的低维线性模型在预测湍流瑞利-贝纳德对流时空演化中的技巧。该模型是基于动态模式分解与延迟嵌入，它提供了一个数据驱动的有限维近似系统的Koopman算子。该模型使用直接数值模拟的矢量值观测量构建，可以提供准确的预测。类似的高预测技能的Kuramoto-Sivashinsky方程在强混沌制度。
2019-03-02 math.DS math.OC nlin.CD
Transition and self-sustained turbulence in dilute suspensions of finite-size particles
本文研究了低体积分数下有限尺寸颗粒悬浮液（$Φ\approx 0.001$）槽道流向湍流的转变。在存在少量颗粒的情况下，与初始条件无关，维持湍流的临界雷诺数降低到$Re \approx 1675$，该值低于相应的单相流，即$Re\approx1775$。在稀悬浮液中，颗粒的初始排列对于在固定的雷诺数和颗粒体积分数下触发转变是重要的。在单相流中，最初在流动中诱导流向细长扰动。如果粒子在一定时间内产生足够高能量的斜向扰动，则条纹将被破坏，流动将经历向湍流的转变，粒子的运动轨迹将变得混沌。否则，条纹随时间衰减，并且颗粒以层流向通道芯迁移。
2015-01-26 physics.flu-dyn
How do chaos and turbulence affect the predictability of natural complex fluid flow systems?
该研究利用KC、PE和LE等复杂度度量，分析多国河流径流的混沌与湍流行为，通过Lyapunov时间评估可预测性，并聚类出四种湍流-混沌关系模式。
2023-08-05 nlin.CD physics.data-an physics.flu-dyn
Deterministic and stochastic aspects of the transition to turbulence
这篇文章的目的是总结和讨论最近的进展，关于剪切流中的湍流的发病。没有一个明确的不稳定机制，时空间歇性的特点和极长的寿命瞬变是在这些流动中遇到的一些主要困难，并阻碍了理解过渡过程的进展。对于管流，我们将证明非线性动力学和统计物理学的概念有助于解释湍流的发生。特别是湍流结构（“泡芙”）观察到接近发病空间局部混沌瞬态和它们的寿命增加超指数与雷诺数。同时，单个湍流喷流的波动可能（尽管很少）导致新喷流的成核。这两个随机过程之间的竞争引起非平衡相变，其中湍流从超瞬态变为持续状态。
2014-03-18 physics.flu-dyn
Scaling of Lyapunov Exponents in Homogeneous Isotropic Turbulence
李雅普诺夫指数测量混沌系统中典型线性扰动的平均指数增长率，最大指数的倒数是可以预测系统演化的时间范围的度量。在这里，李雅普诺夫指数确定强制均匀各向同性湍流的雷诺数范围。结果表明，最大指数随雷诺数的增加比逆Kolmogorov时间尺度的增加更快，表明不稳定过程可能作用于小于Kolmogorov尺度的长度和时间尺度上.对用于计算李雅普诺夫指数的线性扰动及其瞬时增长的分析表明，正如所预期的那样，不稳定性确实作用于最小的涡流，并且在任何时候，都有许多局部不稳定性的位置。
2017-08-01 physics.flu-dyn
