Bubble drag reduction requires large bubbles
在船舶工业中，将气泡注入船体下的湍流边界层中被视为最有前途的降低总体燃料消耗的技术之一。然而，气泡减阻背后的确切机制是未知的。在这里，我们表明，气泡阻力减少湍流显着依赖于气泡的大小。通过将微小浓度（6ppm）的表面活性剂Triton X-100添加到包含气泡的另外完全不变的强烈湍流的Taylor-Couette流中，我们将阻力减小从超过40%显著地减小到约4%，对应于气泡对液体的密度和粘度的微不足道的影响。这一惊人行为的原因是，添加表面活性剂防止气泡聚结，导致气泡小得多。我们的研究结果表明，气泡变形是至关重要的气泡减阻在湍流，并打开了大门，优化的过程。
2016-06-21 physics.flu-dyn
Experimental observations and modeling of sub-Hinze bubble production by turbulent bubble break-up
我们目前的实验大的空气腔跨越范围广泛的尺寸相对于欣兹规模$d_\mathrm{H}$，在该规模的湍流应力平衡的表面张力，瓦解在湍流。对于初始尺寸$d_0$远大于$d_\mathrm{H}$（探测到$d_0 / d_\mathrm{H} = 8.3$）的空腔，小于$d_\mathrm{H}$的气泡尺寸分布遵循$N(d) \propto d^{-3/2}$，其中$d$为气泡直径。在大气泡的变形中所涉及的韧带的毛细血管不稳定性在视觉上显示为负责小气泡的产生。转向动态的，三维测量的个别分手事件，我们描述了分手的孩子的大小分布和作为一个函数的$d_0 / d_\mathrm{H}$形成的子气泡的数量。然后，为了模拟由湍流气泡破裂产生的气泡群体的演化，我们提出了一个群体平衡框架，其中破裂涉及两个物理过程：设置大的子气泡的大小的父气泡的惯性变形，以及设置小的子气泡的大小的毛细管不稳定性。一个Monte Carlo方法是用来构建的孩子的大小分布，与模拟随机破碎约束我们的实验测量和理解毛细作用在小气泡生产的作用。这种方法再现了实验的时间演变的气泡尺寸分布在大的空气空腔在湍流中解体。
2022-05-02 physics.flu-dyn
Physical mechanisms governing drag reduction in turbulent Taylor-Couette flow with finite-size deformable bubbles
通过将气泡注入湍流载流流体中而引起的减阻现象已经被人们知道很长时间了;然而，对支配控制参数和基本物理学还没有很好地理解。在本文中，我们使用三维数值模拟揭示的影响，变形的气泡注入湍流泰勒-库埃特流的总阻力经历的系统。我们考虑两种不同的雷诺数的载体流，即$Re_i=5\times 10^3$和$Re_i=2\times 10^4$ ;通过韦伯数的范围内变化的$We=0.01 - 2.0$的气泡的变形性进行控制。我们的数值模拟表明，增加气泡的变形能力，$We$导致减阻增加。我们看看不同的物理效应，有助于减阻和分析他们的个人贡献，增加气泡变形能力。局部角速度通量的分布表明，在气泡的存在下，湍流增强的内筒附近，而在本体和外筒附近衰减。我们连接的阻力减少的增加，减少耗散的高度变形的气泡附近的内圆筒的尾流。
2018-05-10 physics.flu-dyn
Bubble breakup probability in turbulent flows
本文利用随机线性模型研究湍流中气泡破碎概率，提出考虑停留时间的临界韦伯数定义，揭示破碎率随We^{-1}指数变化，并阐明短停留时间下破碎的随机性主导而长停留时间下恢复Kolmogorov-Hinze经典图像。
2025-05-08 physics.flu-dyn
Energy spectra in turbulent bubbly flows
我们在湍流泡状流中进行实验，以研究单相湍流的经典$-$ 5/3能谱标度与静止液体中气泡群上升和气泡主导湍流的$-$ 3标度之间的过渡性质。气泡参数是气泡注入前气泡诱导的动能与湍流液体波动诱导的动能之比，常用于描述气泡流。我们将气泡参数从$b = \infty$（伪湍流）改变到$b = 0$（单相流），改变2-3个数量级（$0.01 - 5$），研究其对湍流能谱和液体速度脉动的影响。液体速度波动的概率密度函数（PDF）显示出与$b > 0$的高斯分布的偏差，即当系统中存在气泡时。PDF是不对称的，在正尾的概率更高。的能谱被发现遵循$-$ 3标度在长度尺度小于气泡的大小泡状流。这种$-$ 3光谱标度不仅适用于伪湍流的公认情况，而且令人惊讶地适用于系统中存在气泡的所有情况（$b > 0$）。因此，它是湍流泡状流的一个普遍特征，而泡状参数可能不是描述泡状湍流能谱的合适参数。物理原因是气泡输入的能量只传递到更高的波数，并且气泡产生的能量可以直接由气泡尾流中的粘性耗散来平衡，如Lance $\&$ Bataille（1991）所建议的。此外，我们提供了另一种解释，通过平衡的能量产生的气泡与粘性耗散在傅立叶空间。
2016-01-26 physics.flu-dyn
Towards direct numerical simulation of turbulent co-current Taylor bubble flow
本文提出了一种湍流并流泰勒泡状流的数值模拟策略。本文是文献[2]中对并流湍流Taylor泡状流的大涡模拟（LES）工作的继续。据观察，主要挑战之一是物理上准确预测泰勒气泡裙的行为，以及相关的气泡脱落。在LES的结果中观察到的泰勒气泡的尾流中的湍流波动的低估。有人认为，这是由于LES网格分辨率不足以准确捕获破碎和气泡形成引起的气泡脱落导致的Taylor气泡空隙损失的过度预测。为了解决这个问题，在目前的工作中，我们提出了一个DNS的方法，并流湍流泰勒气泡流称为RK-Basilisk，Basilisk代码与本地自适应网格细化的基础上。该策略允许在气泡界面附近具有非常高的网格分辨率，而在其他地方允许网格更粗糙。每个时间步，网格是适应的基础上的空隙率标准。Basilisk的底层数据结构基于“八叉树”，与使用更通用的OpenFOAM代码进行的LES模拟相比，它允许更快的求解过程，因此网格点的数量要多得多。我们将结果与相同设置的实验数据以及并行LES OpenFOAM结果进行比较。湍流泰勒气泡流在并流条件下的设置允许低阶湍流模型的开发和更一般的两相建模策略的验证。泰勒泡状流本身也与特定的两相流情况相关。目前的工作有助于提高这种情况下的模拟能力。
2020-10-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Burns turbulent dispersion considers the dispersed phase as a passive scalar
本研究揭示双流体RANS泡状流中常用的Burns湍流弥散力等效于将气相视为跟随湍流涡的被动标量，验证了其适用于低空泡份额压水堆管流的气泡弥散表征。
2024-03-11 physics.flu-dyn
Two-Point Vorticity Statistics in the Inverse Turbulent Cascade
本文对定常二维湍流逆叶栅中产生的涡量场的两点涡量概率密度进行了统计分析。
2012-12-11 nlin.CD physics.flu-dyn
Cascade coalescence dynamically sustains bubble retention near gas-evolving surfaces
East China University of Science and Technology（华东理工大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；University of Alberta（阿尔伯塔大学）
该研究揭示高气通量下气泡滞留于产气表面的新机制：不同大小气泡的级联聚并产生的净向下冲量累积成可抵消高浮力的滞留力，为清洁能源技术的传质优化提供了新方向。
2026-09-04 physics.chem-ph physics.flu-dyn
On universal features of the turbulent cascade in terms of non-equilibrium thermodynamics
对三种不同的湍流流场进行了实验研究。分析的重点是发展的湍流是否表现出普遍的小尺度特征。为了回答这个问题，纵向速度增量的两点统计和联合多尺度统计进行了分析。湍流级联的马尔可夫属性的证据，这对应于一个3点封闭，减少了联合多尺度统计简单的条件概率密度函数（cPDF）。cPDF在尺度上由Fokker-Planck方程及其Kramers-Moyal系数（KMCs）描述。KMCs是通过自洽优化程序从测量数据中获得的，并导致每个数据集的福克-普朗克方程。这些随机级联方程的知识，使利用非平衡态热力学的概念，从而确定沿个别级联轨迹的熵产生。除了这个新的概念，它表明，局部熵产生几乎完美平衡的所有数据集的积分波动定理（IFT）。因此，IFT的有效性可以作为湍流叶栅的一个新定律，同时独立地证实了湍流叶栅的物理过程是一个无记忆的尺度马尔可夫过程。IFT作为一种新的工具被用来证明Fokker-Planck方程的最优泛函形式，并由此研究小尺度湍流的普适性问题。分析结果表明，湍流叶栅具有普适性和非普适性特征。我们确定小规模的不稳定性作为一个普遍性的突破功能。我们的结论是，特定的湍流有自己的特定的多尺度级联，换句话说，他们自己的随机指纹。
2018-04-11 physics.flu-dyn
The energy cascade at the turbulent/non-turbulent interface
在湍流/非湍流界面附近的尺度间能量传递是从小尺度到大尺度，在接近界面的切平面的方向上，运动主要是拉伸，但从大尺度到小尺度，在其他方向上，运动主要是压缩，并与平方角动量显着相关。这种优势的一个重要作用是由极端压缩运动发挥的，即使在运动平均拉伸的情况下，极端压缩运动也比极端拉伸运动更有可能。当界面尽可能远离尾流中心线时，发生最强烈的尺度间传输率和耗散。
2020-04-05 physics.flu-dyn
Scale-dependent anisotropy, energy transfer and intermittency in bubble-laden turbulent flows
本文采用直接数值模拟的方法研究了垂直通道中分散泡状流的流动特性。一种新的方法的开发，重心地图的方法的基础上，允许量化的各向异性和组件的流量在任何尺度。使用此气泡被发现显着提高流动各向异性在所有尺度相比，空载的情况下，和一些气泡的情况下，非常强的各向异性持续到最小的流量尺度。最强的各向异性观察到的情况下，涉及小气泡。关于尺度间的能量传递，我们的研究结果表明，对于气泡的情况下，能量传递是从大到小的尺度，正如为空的情况下。然而，当考虑与速度场的特定分量相关的能量转移时，有证据表明存在高档转移。虽然有气泡和没有气泡的能量传递的方向是相同的，但对于充满气泡的情况，能量传递要强得多，这表明气泡在增强流动中的非线性项的活性方面起着重要作用。的第四和第六阶结构函数的归一化形式也被认为是，并揭示了引入气泡到流中强烈增强的耗散范围内的不稳定性，但抑制它在更大的尺度。这种耗散尺度不稳定性的强烈增强对于理解气泡如何改变湍流的混合特性具有重要意义。
2021-04-01 physics.flu-dyn
Bubble entrainment in turbulent jets leaping from liquid surface
本研究通过实验发现湍流水射流跃出液面时的气泡卷吸仅由出口速度决定，受剪切力与开尔文-亥姆霍兹不稳定性驱动，与射流形态无关，为空气卷吸机制提供了新见解。
2025-10-10 physics.flu-dyn
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。
2017-08-10 physics.flu-dyn
Turbulent Diffusion-Cascade Interaction
CNRS（法国国家科学研究中心）
研究了湍流扩散与级联相互作用，发现湍流耗散率与传输率成反比，比例常数受涡和位置影响。
2026-01-08 physics.flu-dyn
Drag Reduction by Microbubbles in Turbulent Flows: the Limit of Minute Bubbles
微气泡减阻是一种很有前途的改善船舶性能的工程方法。然而，这种现象的基本理论缺乏，使得实际设计相当冒险。我们在这里提供了一个理论的减阻由微气泡在非常小的气泡的限制，当气泡的效果主要是归一化的密度和粘度的载体流体。该理论的高潮与减阻程度的预测给定的浓度分布的气泡。与实验的比较进行了讨论，并勾画了前进的道路。
2004-07-09 nlin.CD physics.flu-dyn
Role of the forcing dimensionality in thin-layer turbulent energy cascades
本文研究了在薄层湍流中，通过改变强迫函数形式和薄层厚度，从正能量级联到逆能量级联的转变。我们发现，作为强制功能变得更加三维，逆级联被抑制和临界高度HC，发生过渡，减少。我们研究了这个临界高度对参数r的依赖性，参数r是衡量强迫的维数，从而在参数空间r-h中构建了一个相空间图。我们讨论了雷诺数和磁畴尺寸的影响。
2020-03-25 physics.flu-dyn
Modification of the turbulent energy cascade by polymer additives
通过跟踪大量的强烈的湍流中的小颗粒，我们表明，即使是一个非常小的浓度的长链聚合物破坏通常的湍流能量级联。聚合物影响的尺度远大于其物理尺寸，从耗散范围到惯性范围。该效应强烈地依赖于聚合物浓度。虽然耗散尺度统计随着聚合物浓度的增加而连续变化，但是当浓度高于阈值（对于我们使用的聚合物，按重量计约百万分之五）时，惯性范围能量传递速率仅被聚合物添加剂改变。
2007-12-31 physics.flu-dyn
Bubble shape oscillations in a turbulent environment
通过直接数值模拟研究均匀各向同性湍流中气泡变形，发现低Weber数下各球谐模式可由受迫随机线性振子建模，耗散因厚边界层增加15倍且界面变形与流动单向耦合。
2024-07-23 physics.flu-dyn
Bubbles in Turbulent Flows: Data-driven, kinematic models with memory terms
我们提出了数据驱动的运动学模型的气泡在高Re湍流流动的基础上与长期短期记忆增强的递归神经网络。该模型扩展了经验关系，如Maxey-Riley（MR）及其变体，当气泡尺寸较大或流动非常复杂时，其适用性有限。递归神经网络的训练上获得的气泡的轨迹的直接数值模拟（DNS）的纳维-斯托克斯方程的两个组成部分的不可压缩流模型。长短期记忆元件利用气泡沿其轨迹遇到的流场的时间历史，并且通过对其结构施加旋转不变性来进一步增强网络。我们首先训练和验证制定的模型使用DNS数据湍流泰勒-格林涡。然后，我们研究模型的预测能力和它的推广雷诺数是不同的基准问题的训练数据，包括一个稳定的（希尔的球形涡）和不稳定的（高斯涡环）流场。我们发现，开发的模型的预测显着改善相比，由MR方程得到的。我们的研究结果表明，数据驱动的模型与历史条款是非常适合捕捉气泡的轨迹在湍流。
2019-10-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Spatio-temporal dynamics of turbulent separation bubbles
采用直接数值模拟方法研究了平板上充分发展的湍流边界层（雷诺数为边界层动量厚度的490倍）中诱导分离气泡形成的时空动力学过程。两种不同的分离气泡进行检查：一个引起的吸吹速度剖面上的顶部边界和其他的，由一个只吸速度剖面。后一种情况允许在没有外部施加的有利压力梯度的情况下发生再附着，并导致分离气泡，更能代表翼型和扩压器上发生的分离气泡。仅抽吸分离气泡表现出一系列清晰可区分的模式，包括在一些先前的实验中已经观察到的高频模式和低频“呼吸”模式。高频模式的特点是经典的频率缩放的平面混合层，并与展向定向涡辊的形成和脱落。与低频运动相关的拓扑结构通过应用动态模式分解从模拟的数据显示，并示出由高度细长的结构在流向方向。Görtler不稳定性诱导的上游端的分离泡的流向曲率作为这些结构和相关的低频率的潜在机制的可能性进行了探讨。
2019-08-27 physics.flu-dyn
Large-scale self-organisation in dry turbulent atmospheres
研究通过高分辨率直接数值模拟发现，旋转与分层流动在三维中支持能量双向级联，证实干燥大气可通过逆向级联产生大尺度自发有序结构。
2024-11-13 physics.ao-ph physics.flu-dyn
TURB-Scalar. A large database of passive scalar fields advected by 2D Navier-Stokes in the turbulent inverse cascade regime
本文推出开放数据库TURB-Scalar，包含约400个由二维湍流逆级联区DNS生成的被动标量场快照，为湍流输运建模提供基准资源。
2025-08-18 physics.flu-dyn
Triad interactions and the bidirectional turbulent cascade of magnetic helicity
使用直接数值模拟，我们表明，磁螺旋度表现出双向湍流级联在高，但有限的磁雷诺数。尽管在流动中注入了正的磁螺旋度，我们观察到大小尺度之间产生了相反符号的磁螺旋度。我们解释这些意见进行分析的磁流体动力学方程减少到三重相互作用，使用傅立叶螺旋分解。在这个框架内，正磁螺旋度的直接级联是通过与小尺度发电机作用相关的三元相互作用产生的，而负磁螺旋度在大尺度上的发生则是通过与拉伸-扭曲-折叠动力学和小尺度发电机作用相关的三元相互作用来解释的，它们与正磁螺旋度的逆级联竞争。我们的分析和数值结果表明，磁螺旋度的直接级联是一个有限的磁雷诺数$Rm$效应，将消失在极限$Rm \to \infty$。
2017-05-19 physics.flu-dyn
Spatio-temporal intermittency of the turbulent energy cascade
在不可压缩和周期性统计稳定湍流中，湍流能量跨尺度和空间的交换的特征在于时间导数项、波动能量的空间湍流传输和压力-速度项在零附近的非常强烈和间歇性的时空波动。这些波动是相互关联的，并与强烈的间歇性波动的尺度间的能量转移率。这些相关性所造成的清扫效果，非线性和非局部性之间的联系，也涉及到两点波动压力力差和两点波动速度差的尺度间传输速率和压力-速度项之间的相关性的情况下的几何对齐。在统计平稳的均匀湍流中，所有这些过程都不存在于湍流级联的时空平均图像中。
2018-07-21 physics.flu-dyn
The effect of bubble induced turbulent structures on the mass transfer of non-spherical bubbles
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
采用前追踪方法和亚网格尺度模型模拟了Eötvös数为2、Morton数为10^-11的摇摆气泡的传质过程，发现气泡产生的涡旋结构受物性影响并改变传质，同时涡旋结构形成输运屏障阻碍尾流与液体主体的对流传质。
2026-08-24 physics.flu-dyn
Energy spectra and passive tracer cascades in turbulent flows
我们研究了能量谱对湍流中被动示踪剂级联范围的影响。有趣的情况下，当有两个不同的频谱在潜在的范围内的示踪剂级联（在2D中，当示踪剂强迫是在逆能量级联范围内，和在3D中，当施密特数Sc是大的）。示踪剂级联范围的程度则受到两个能谱中较浅的能谱的范围宽度的限制。然而，我们发现，在维度$d=2,3$的示踪剂级联范围延伸（对数）到$κ_{d\text{D}}^{p}$，其中$κ_{d\text{D}}$是波数超过扩散应占主导地位和$p$是任意接近1，提供Sc大于一定的权力（取决于$p$）的Grashof数。我们还得到的估计表明，在2D中，对于Sc ${}\sim1$一个广泛的示踪剂级联可以共存于一个显着的逆能量级联在Grashof数大到足以产生湍流。
2016-11-23 math.AP physics.flu-dyn
Turbulent Rayleigh-Bénard convection with bubbles attached to the plate
我们数值研究湍流瑞利-贝纳德对流与气泡附着在热板，模仿电解，催化，或沸腾的核心功能。板上气泡的存在由于气体与液体相比低得多的热导率而降低了整体热传递，并且改变了边界层的结构。在普朗特数Pr=4.38（水）和瑞利数$10^7\le Ra \le10^8$下进行了三维数值模拟。为了简单起见，我们假设气泡大小相等，并且具有固定的接触线。我们改变总气体覆盖面积分数$0.18 \le S_0 \le 0.62$、相对气泡高度$0.02\le h/H \le0.05$（其中$H$是瑞利-贝纳德单元的高度）、气泡数量$40 \le n \le 144$及其空间分布。在所有的情况下，观察到不对称的温度分布，我们定量解释的基础上，在每个水平部分的热通量守恒。我们进一步提出了使用一个等效的单相设置来模仿系统与附加气泡的想法。根据这种等效性，我们可以计算热传递。在不引入任何自由参数的情况下，对Nusselt数、上、下热边界层厚度和中心平均温度的预测与数值结果吻合较好。最后，我们的预测也适用于更大的Pr（例如$400$）的情况下，这表明我们的结果也可以应用于预测在水电解与气泡附着到电极表面或催化的传质。
2022-05-23 physics.flu-dyn
Spectrum of turbulent Kelvin-waves cascade in superfluid helium
为了解释在极低温度下观察到的超流湍流的衰减，有人提出开尔文波的级联（类似于经典的柯尔莫哥洛夫级联）将动能转移到足够小的长度尺度上，使得声音可以辐射出去。我们报告的量子化涡丝的相互作用的数值模拟结果。我们观察开尔文波级联的发展，并计算曲率，振幅谱（我们与竞争理论比较）和分形维数的统计。
2011-07-04 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Turbulent jet computations based on MRT and Cascaded Lattice Boltzmann models
本文对湍流射流进行了数值研究。比较了格子玻尔兹曼方法（LBM）的两种不同变体的模拟结果。第一个是完善的D3Q19 MRT模型扩展的Smagorinsky大涡模拟（LES）模式。第二种是D3Q27因式级联格子玻尔兹曼（FCLB）模型，没有任何额外的显式湍流模型。对于该模型，目前还没有在非均匀网格上进行高分辨率的湍流研究。底层的计算过程使用时间嵌套细化技术和具有超过十亿自由度的网格。模拟是用并行多物理场求解器VIRTUALFLUIDS进行的。结果表明，这两种模型都是可行的，目前的流动情况下，但FCLB优于传统的方法在某些方面。
2012-06-02 physics.flu-dyn
Enhancing thermal mixing in turbulent bubbly flow by adding salt
本研究通过实验证明，在湍流泡状流中添加盐可减小气泡直径并增强热能谱，从而提升热混合效果。
2023-09-01 physics.flu-dyn
An investigation of anisotropy in the bubbly turbulent flow via direct numerical simulations
本文通过界面解析DNS结合CLSVOF方法，研究通道内泡状湍流在不同气泡数量、流动方向和Eotvos数下的各向异性特征，揭示气泡近壁聚集或中心聚集对湍动能收支和雷诺应力平衡的影响机制。
2024-06-06 physics.flu-dyn
Mass-Transfer Control With Microbubbles in Highly Turbulent Decaying Flows
George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology（乔治·W·伍德拉夫机械工程学院，佐治亚理工学院）；Renewable Bioproducts Institute, Georgia Institute of Technology（可再生生物制品研究所，佐治亚理工学院）
通过结合极端湍流与微小表面张力降低，实现微泡尺寸控制，从而提高工业多相流的质量传递效率。
2026-04-27 physics.flu-dyn
Turbulent Cascades and the alpha Dynamo
本文结合实验室实验，对湍流驱动发电机的平均场模型进行了评述。有人认为，在这样的实验中，驱动发电机场的α效应将远小于耗散的β效应。因此，平均场发电机不能维持。这一结论得到了最近在麦迪逊发电机实验中对α和β效应的测量的支持。
2012-10-13 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The effect of tilt on turbulent thermal convection for a heated soap bubble
本文采用直接数值模拟（DNS）方法研究了倾斜对赤道加热的半肥皂泡上二维湍流热对流的影响。在DNS中，气泡倾斜一个角度$δ\in[0^{\circ},90^{\circ}]$，Rayleigh数在$Ra\in[3\times10^6, 3\times10^9]$之间变化，Prandlt数固定在$Pr=7$。DNS揭示了两种性质不同的流动状态：动态羽流区（DPR）和稳定羽流区（SPR）。在DPR中，小的动态羽流不断地从赤道上的随机位置出现并在气泡上消散。在SPR中，流动由从气泡下缘上升的单一大而稳定的羽流控制。Nusselt数$Nu$和雷诺数$Re$在这两个区域中是不同的，其中$Nu\propto Ra^{0.3}$用于DPR，而$Nu\propto Ra^{0.24}$用于SPR。关于$Re$，DPR中的缩放取决于$Ra$和$δ$而位于$Re\propto Ra^{0.48}$和$Re\propto Ra^{0.53}$之间，而在SPR中，缩放取决于$δ$而位于$Re\propto Ra^{0.44}$和$Re\propto Ra^{0.45}$之间。（$ε_{T^{\prime}}$和$ε_{u^{\prime}}$，的概率密度函数（PDF）也有很大的不同。对于小的波动，归一化的$\logε_{T^{\prime}}$和$\logε_{u^{\prime}}$接近于高斯PDF，但是…
2022-08-05 physics.flu-dyn
Large Scale GPU Based Simulations of Turbulent Bubbly Flow in a Square Duct
本文给出了周期性垂直方管内气水两相湍流泡状流的数值研究结果。该研究是使用一种新的数值技术，利用流体体积法的接口捕获和夏普表面力的方法精确表示的表面张力力。在求解界面方程时，采用了三维几何构造法，保证了气液两相之间的绝对质量守恒和清晰界面。整个算法在多个图形处理单元（GPU）上以数据并行模式实现，利用了大量的可用内核。我们研究了一群球形气泡与向上的湍流共同流动的动力学，并与空载湍流的结果进行了比较。空载$Re_τ$的摩擦雷诺数为360，足以维持湍流。在平均流中，我们观察到了由湍流驱动的二次流，以及复杂的瞬时湍流涡结构。这些二次流与向上上升的气泡的相互作用是非常复杂的，并导致瞬时和时间平均流场的显着变化。给出了沿壁面、角平分线和壁面平分线的平均含气率分布、平均速度、纵向和横向湍流强度。观察到在壁附近的空隙率分布中的峰值，代表气泡向管道的优选部分的迁移。讨论了湍流驱动的二次流和瞬时大涡对气泡优先浓度的影响。分散的气泡打破了通常在空载湍流中观察到的细长湍流结构。
2022-12-24 physics.flu-dyn
The Numerical Simulation of a 3D Flow in the VKI-Genoa Turbine Cascade Taking into Account the Laminar-Turbulent Transition
本研究提出了一种数值模拟的三维粘性流在VKI热那亚叶栅，考虑到层流湍流过渡。数值模拟采用雷诺平均的纳维-斯托克斯方程和两方程k-ω SST湍流模型。代数生产项修正模型用于模拟层流-湍流转捩。计算了完全湍流和过渡流。给出了马赫数、湍流动能、熵函数和极限流线的等值线。通过对数值结果的分析，揭示了层流-湍流转变对二次流流型的影响。计算结果与已有的实验和数值计算结果的比较表明，该方法充分反映了涡轮叶栅中层流-湍流转捩的物理过程。
2016-12-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Microbubbles and microparticles are not faithful tracers of turbulent acceleration
本文报道了在湍流中Stokes数St << 1的小气泡和示踪粒子加速度的拉格朗日统计。在降低雷诺数，气泡加速度显示的示踪剂粒子的偏差，即他们偏离海森堡-Yaglom预测，并显示出更快的去相关，尽管他们的小尺寸和分钟ST。使用直接数值模拟，我们表明，这些效果出现由于这些粒子通过湍流的漂移。我们从理论上预测这种重力驱动的效果发达的各向同性湍流，与斯托克斯弗劳德数或等效的粒子漂移速度的比例控制的加速度方差的增强和相关时间和不稳定性的减少。我们的预测与实验和数值结果吻合得很好。目前的发现与一系列场景有关，包括在湍流的海洋和大气中漂流的微小气泡和液滴。他们还质疑在湍流研究中通常使用微气泡和微液滴作为示踪剂。
2016-06-07 physics.flu-dyn
Dual channels of helicity cascade in turbulent flows
螺旋度作为三维湍流中仅有的两个无粘不变量之一，对湍流的产生和演化起着重要的作用。传统观点认为，螺旋度叶栅与动能叶栅类似，只存在一个通道。通过理论分析，我们发现螺旋度级联过程有两个通道。第一通道主要来源于涡旋扭曲过程，第二通道主要来源于涡旋拉伸过程。通过对典型湍流的直接数值模拟数据的分析，我们发现这两种通道的行为是不同的。在均匀和各向同性湍流中，不同通道螺旋度通量的系综平均值相等，而在其他类型的湍流中，不同通道螺旋度通量的系综平均值不同。第二个通道更间歇，更像一个标量，特别是在小尺度上。此外，我们还发现了一种新的受阻偶逆能量级联机制，这种机制可以归因于第二通道的大振幅螺旋度通量。
2019-07-08 nlin.CD physics.flu-dyn
The Exact Solution of one Fokker-Planck Type Equation used by R. Friedrich and J. Peinke in the Stochastic Model of a Turbulent Cascade
本文给出了R.在M. Friedrich和J.Peinke的框架下，将湍流叶栅看作是一个马尔可夫型随机过程。铃木接近。
1998-07-12 cond-mat math-ph math.MP
Data-driven derivation of the turbulent energy cascade generator
在充分发展的湍流的随机乘性能量级联模型的框架内，推导出两点扩散器和累积量的表达式，同时考虑到从超度量到欧几里得两点距离的适当转换。从各种风洞和大气边界层记录中提取的替代能量耗散与两点统计的比较，允许多尺度指数和累积量的精确推导。这些指数作为概率级联发生器的参数估计的输入。
2003-12-18 cond-mat physics.flu-dyn
On the turbulent energy cascade in anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
基于非线性相互作用的弱性和级联能量在波矢空间的各向异性，用唯象理论讨论了太阳风等离子体中Alfvénic湍流能量级联的发生问题.在这里，这个悖论是审查通过正式推导的Yaglom关系从各向异性磁流体动力学方程。Yaglom关系式涉及由速度和磁场计算的三阶矩，并涉及两个Elsässer矢量场，就湍流的航天器观测而言，特别有用。
2010-03-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Log-Poisson Cascade Description of Turbulent Velocity Gradient Statistics
采用Log-Poisson唯象描述湍流能量级联，讨论了不同雷诺数下速度导数的高阶统计特性及其概率分布函数之间的映射关系。理论预测的惊人确认表明，在低/中等雷诺数下获得的流动的数值解可以在实验高雷诺数现象的分析中发挥重要的定量作用，其中小尺度波动通常无法从直接数值模拟中获得。
2009-06-15 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Is vortex stretching the main cause of the turbulent energy cascade?
在三维湍流中，从最大尺度到最小尺度的流动平均存在一系列动能。虽然主流观点认为叶栅是通过涡流拉伸的物理过程发生的，但对此的证据仍存在争议。在两点湍流动能的Karman-Howarth方程的框架内，我们导出了流动中两点之间平均动能通量的新结果，揭示了涡旋拉伸的作用。然而，结果表明，涡拉伸实际上不是平均能量级联的主要贡献者，主要贡献者是应变率场的自放大。为了正确理解叶栅的物理性质，我们强调必须正确区分而不是混淆涡拉伸和应变自放大的作用，同时也要解决涡拉伸对能量叶栅和能量耗散率机制的不同作用的悖论。直接数值模拟被用来确认的结果，以及提供进一步的结果和见解的旋涡拉伸和应变自放大在不同尺度的流动。有趣的是，结果表明，虽然涡拉伸在平均叶栅中起着次主导作用，但在能量叶栅关于其平均行为的大波动期间，它可能起着主导作用。
2019-06-17 physics.flu-dyn
The turbulent cascade in five dimensions
用肉眼看，湍流表现出许多不同大小的旋涡。每一个尺寸或尺度，都对应着由五维级联产生的总能量的一小部分：尺度、时间和三维空间。理解这一过程对于地球物理和工业流程的建模策略至关重要。通过跟踪包含不同尺度能量的流动区域，我们已经证明了跨尺度联系的统计优势，即尺度$Δ$的流体能量块出现在尺度$2Δ$的块中，并在尺度$Δ/2$的块中死亡。我们的方法揭示了简单的水状流体中的能量级联，为湍流模型提供了新的见解，同时为导电流体，量子流体和等离子体中的类似分析铺平了道路。
2017-08-16 physics.flu-dyn
Intermittency in Shell Models of Turbulent Cascades: from Single-Branch to Multi-Branch
Laboratoire de Physique de l’École normale supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎高等师范学院物理实验室，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎西岱大学）；LISN, AO team, Bâtiment 660, Université Paris-Saclay, CNRS（巴黎萨克雷大学 LISN 实验室，法国国家科学研究中心）；Inria Saclay, TAU team, Bâtiment 660, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学 Inria 萨克雷中心 TAU 团队）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）
通过多分支壳模型研究湍流间歇性，发现分支结构增强了间歇性，并建议简化描述需保留非线性动力学和几何组织。
2026-06-18 physics.flu-dyn
The Exact Solutions of Some Multidimensional Generalizations of the Fokker-Planck Equation used by R. Friedrich and J. Peinke for the Description of a Turbulent Cascade
对R. Friedrich和J. Peinke把湍流叶栅描述为一个马尔可夫型随机过程。用算子方法求出了这类方程柯西问题的精确解。
1998-08-11 cond-mat math-ph math.MP
Criticality and the fractal structure of -5/3 turbulent cascades
在这里，我们展示了一个程序来生成一个分析结构，产生一个级联的各向同性均匀湍流的能量谱的规模。我们得到一个函数，揭示了一个非自相似分形的级联的起源。结果表明，$-5/3$级联的主干是由确定性嵌套多项式构成的，其参数在一个Hopf分岔临界点上进行调整.级联标度是完全可获得的（而不是通过数值模拟）从确定性低维非线性动力学。因此，它不应该只限于流体，也存在于其他复杂现象中。在确定性和随机性的情况下都可以获得缩放。
2021-03-16 nlin.AO nlin.CD physics.flu-dyn
Salts promote or inhibit bubbly drag reduction in turbulent Taylor-Couette flows
本研究通过湍流Taylor-Couette流实验考察不同盐类对气泡减阻的影响，发现抑制气泡聚并的盐类会削弱减阻效果，而不抑制聚并的NaCH3COO反而增强减阻，并揭示气泡可变形性对有效减阻至关重要。
2024-11-20 physics.flu-dyn
Surface bubble lifetime in the presence of a turbulent air flow, and the effect of surface layer renewal
本研究通过模拟海风湍流的实验装置，探究含表面活性剂与盐溶液中表面气泡的排液及寿命，证实表层更新的必要性，明确蒸发、杂质等因素对气泡寿命及分布的调控规律。
2025-09-03 physics.flu-dyn
Conformal Invariance in Inverse Turbulent Cascades
本文研究了一类描述二维不可压缩流传输的标量场的非线性模型中湍流逆叶栅的统计特性。这类方程的特点是输运场和速度之间的线性关系，包括几种物理意义上的情况，如Navier-Stokes方程、表面准地转方程和Charney-Hasegawa-Mima方程。我们发现，在这样的系统中的逆湍流级联的一些统计特性是共形不变的。特别是，零等值线的标量场是统计等价的共形不变曲线的分辨率内，我们的数值。我们表明，共形类的选择是由一个传输速度的属性，而不是一个传输场的属性，并发现一个相变时，速度从一个大规模的字段变成一个小规模的。
2010-12-17 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Ensemble of Fixed Points in Multi-branch Shell Models of Turbulent Cascades
Laboratoire de Physique de l’École normale supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎高等师范学院物理实验室）；Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique, LISN, Université Paris-Saclay, CNRS, CentraleSupélec, Inria（数字科学跨学科实验室）
多分支壳模型通过固定点集合研究湍流级联的非线性能量传输特性。
2026-01-08 physics.flu-dyn
Linking turbulent waves and bubble diffusion in self-aerated open-channel flows: Two-state air concentration
针对高弗劳德数自掺气明渠流的含气浓度剖面，提出结合湍流边界层与湍流波浪层弱相互作用的双态理论，经500余组剖面验证一致性佳，为相关数值建模奠基。
2023-07-19 physics.flu-dyn
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。
2016-05-06 math-ph math.MP nlin.CD
