Long time correlations in Lagrangian dynamics: a key to intermittency in turbulence
如果人们从流体质点的角度（称为拉格朗日方法）而不是从速度场的角度（欧拉观点）考虑流动运动，就会发现湍流的新方面。使用一种新的实验技术，基于超声波的散射，我们已经获得了直接测量的颗粒速度，解决了在所有尺度上，在一个完全湍流。它使我们能够从动力学的角度来接近湍流中的不稳定性，并在随机游走的框架内分析拉格朗日速度波动。我们发现实验中的基本步骤的“行走”有随机不相关的方向，但幅度是非常长的范围内的时间相关。从理论上讲，我们研究了朗之万方程，结合这些功能，我们表明，所产生的动态占所观察到的一个和两个点的统计特性的拉格朗日速度波动。我们的方法将湍流的间歇性统计性质与流动的动力学联系起来。
2002-06-05 physics.flu-dyn
Subgrid-scale energy transfer and associated coherent structures in turbulent flow over a forest-like canopy
大涡模拟允许通过森林或植被样冠层纳入重要的驱动物理湍流。本文研究了涡旋拉伸和相干结构对亚网格尺度湍流动能的影响。我们提出了三个模拟（SGS-D/S/W）的冠层相互作用的影响。SGS-d假设SGS生产与SGS耗散的局部动态平衡。SGS-s平均拉格朗日轨迹上相干结构的SGS贡献。SGS-w假设TKE从大尺度到小尺度的平均叶栅发生在涡拉伸过程中。我们比较的后果，考虑森林的相同形态浸没固体或浸没树冠。我们的研究结果表明，流动和湍流的特性有明显的差异，而这两种情况下表现出冠层混合层。计算结果还表明，考虑涡拉伸后的TKE比经典的Deardorff TKE模型多解了约$18$ %。这些观测结果表明，森林冠层的空气动力学响应与森林覆盖的形态有关。讨论了森林中空间间歇相干结构的扫掠和喷射事件及其在动量、能量和标量传输中的作用。
2020-10-04 physics.flu-dyn
Lagrangian one-particle velocity statistics in a turbulent flow
我们提出了拉格朗日单粒子统计从里索PTV实验的湍流。我们估计的拉格朗日Kolmogorov常数$C_0$，并发现它是由流动的大尺度不均匀性的影响。时间速度增量的PDF是高度非高斯的小时间，我们解释为一个后果的不稳定性。使用扩展的自相似性，我们设法量化的不确定性，并发现从Kolmogorov 1941年相似标度的偏差是较大的拉格朗日框架比欧拉。通过多重分形模型计算了多重分形维数谱。
2006-10-19 physics.flu-dyn
Origin of Lagrangian Intermittency in Drift-Wave Turbulence
研究了耗散漂移波湍流的拉格朗日速度统计。对于绝热性（或小碰撞性）的大值，拉格朗日加速度的概率密度函数显示指数尾，而不是拉伸指数或代数尾，通常观察到的高度间歇性加速的Navier-Stokes湍流。这种指数分布被证明是一个强大的功能独立的雷诺数。对于较小的绝热性，代数尾巴观察，这表明强的影响点涡状动力学的加速度。的概率密度函数的形状和自相关的规范的加速度之间的因果关系。
2010-09-28 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Experimental Lagrangian structure functions in turbulence
本文介绍了在中等雷诺数下用粒子跟踪测速仪在湍流中进行的实验所得到的拉格朗日性质。为了获得拉格朗日结构函数和测量小时间尺度的不稳定性，对粒子轨迹的精确采样是必不可少的。测量体积的有限性会使结果产生显著的偏差。我们提出了一个强大的方法来克服这个障碍。尽管没有充分发展的惯性范围内，我们观察到强大的耗散尺度的不稳定性。多重分形模型只能部分再现结果。
2009-05-15 physics.flu-dyn
Cascade and Intermittency of the Sea Surface Temperature in the Oceanic System
本文分析了全球漂流者计划获得的海表温度。实验傅立叶功率谱在频域中表现为$E_θ(f)\propto f^{-7/3}$的二十次方幂律行为。量纲参数表明，在一个二维类拉格朗日前向级联，其中涉及拟能耗散$ε_Ω$。利用Hilbert-Huang变换和多层次分段分析，高阶统计量和相应的奇异性谱证实了双曲性的存在，其双曲性参数为$μ_θ\simeq0.10$，比传统结构函数法预测的结果弱得多.
2019-05-07 physics.flu-dyn
Inertial Range Scaling, Karman-Howarth Theorem and Intermittency for Forced and Decaying Lagrangian Averaged MHD in 2D
我们提出了一个推广的Karman-Howarth定理的拉格朗日平均磁流体动力学（LAMHD-alpha）方程。在数值模拟中研究了作为该定理推论的标度律，以及纵向结构函数指数的标度。本文对磁普朗特数等于1的自由衰减和受迫二维MHD湍流进行了数值模拟，直接求解MHD方程，并采用1/2和1/4分辨率的LAMHD α方程。观察到三阶结构函数随长度的线性标度。的LAMHD-α方程还捕获的纵向结构函数指数的异常标度高达8阶。
2006-04-03 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Lagrangian Particle Statistics in Turbulent Flows from a Simple Vortex Model
本文在一个简单的涡模型框架内考虑了湍流中拉格朗日粒子的统计特性。在这里，湍流速度场是由不同的流通，应变和方向的伯格斯涡的时间序列。基于对涡的统计特性的适当假设，导出了速度增量的统计特性。特别是，在这个模型中的小尺度不稳定性的起源和性质进行了研究数值和分析。
2007-07-03 physics.flu-dyn
Lagrangian Statistics and Intermittency in Gulf of Mexico
由于海流、中尺度涡旋、波浪等不同流型之间的非线性相互作用，海洋运动是极其复杂的，其中涉及到多尺度统计。在这项工作中，高时间分辨率的速度与时间步长15分钟的拉格朗日漂流器部署在墨西哥湾（GoM）从2012年7月至2012年10月被认为是。实测的拉格朗日速度关联函数显示出强烈的日周期，由于昼夜潮汐周期。估计的傅立叶功率谱$E(f)$意味着一个双幂律的行为，这是分开的日常周期。相应的标度指数分别接近于$-1.75$和$-2.75$的时间尺度较大（分别为。$0.1\le f\le 0.4\,{day^{-1}}$）和更小（分别$2\le f\le 8\,{day^{-1}}$）超过1天。一个基于希尔伯特的方法，然后应用到这个数据集，以确定可能的多重分形属性的级联过程。结果表明，在大于1天的时间尺度上，该地区的大气环流具有间歇性，而在小于1天的时间尺度上，该地区的大气环流具有较弱的间歇性。据推测，部分能量通过昼夜潮汐运动注入，然后通过复杂的级联过程转移到较大和较小的尺度，这需要在不久的将来进行更多的研究。
2018-09-20 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Revisiting the framework for intermittency in Lagrangian stochastic models for turbulent flows: a way to an original and versatile numerical approach
湍流中的不稳定性的表征有其根源的K62理论，如果没有适当的定义是在文献中找到的，不稳定性的统计特性进行了研究，并开发了模型，试图重现it. First贡献这项工作是提出一个要求列表中的拉格朗日框架内设计的模型来满足。多重分形随机过程是恢复耗散的多重分形性质的自然选择。其中，在\cite{Mandelbrot1968}的基础上，我们研究了高斯乘性混沌的形式，它要求构造一个对数相关的随机过程$X_t$。Hurst参数$H = 0$的分数高斯噪声导致了过程对数的对数相关性，这引起了人们极大的兴趣。受分数布朗运动用相关Ornstein-Uhlenbeck过程的无限加权和近似的启发，我们的第二个贡献是提出了一个新的随机模型：$X_t = \int_0^\infty Y_t^x k(x) d x$，其中$Y_t^x$是具有均值回复速度的Ornstein-Uhlenbeck过程$x$，$k$是核。需要对$k(x)$进行正则化以确保平稳性、有限方差和对数自相关。各种正则化是可以想象的，我们表明，他们导致上述多重分形models.To模拟的过程中，我们最终设计了一种新的方法，依靠有限数量的模式近似积分通过正交$X_t^N = \sum_{i=1}^N ω_i Y_t^{x_i}$，使用传统的正交方法。这种方法可以检索预期的行为，每十年只有一个模式，使这种策略的通用性和计算模拟这样的过程中的吸引力，同…
2021-03-24 math.PR physics.class-ph physics.flu-dyn
A Corrsin type approximation for Lagrangian fluid Turbulence
在拉格朗日湍流中，人们面临着这样一个难题：尽管在二维欧拉湍流的逆叶栅中不存在不连续性，但二维纳维尔-斯托克斯流几乎与三维流一样是间歇性的。此外，惯性范围很难探测，它是否存在也值得怀疑。在这里，我们调查的过渡欧拉拉格朗日概率密度函数（PDF），导致一种新的类型的拉格朗日结构函数。这拥有一个扩展的惯性范围类似的情况下，示踪粒子在冻结的湍流速度场。这允许连接到欧拉横向结构函数的缩放。
2007-05-22 physics.flu-dyn
Instanton Theory of Burgers Shocks and Intermittency
Burgers湍流的拉格朗日方法是沿着随机流体力学的场理论Martin-Siggia-Rose形式主义进行的。我们从基于伽利略不变性假设的分析中导出了负速度差概率分布函数的渐近形式。Burgers不稳定性的起源被发现依赖于冲击之间的动力学耦合，确定为瞬子，和非相干的背景波动，然后，不能被丢弃在一个一致的统计描述的流量。
2008-12-09 cond-mat.stat-mech hep-th physics.flu-dyn
Scaling of acceleration statistics in high Reynolds number turbulence
湍流中的加速度统计的缩放检查结合从文献中得到的数据与新的数据，从良好解决的直接数值模拟的各向同性湍流，显着扩展的雷诺数范围。在更高的雷诺数的加速度方差偏离以前的预测的基础上的多重分形模型，其特征拉格朗日不连续性作为一个天真的扩展欧拉不连续性。对于加速度的高阶矩，这种分歧甚至更加突出。相反，从一个已知的确切关系，我们涉及到的欧拉四阶速度梯度和速度增量统计的加速度方差的缩放。该预测与方差数据非常一致。我们的工作突出了需要考虑拉格朗日不确定性独立的欧拉对应的模型。
2022-06-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Scale invariance of intermittency in LES turbulence
本文证明大涡模拟中的经典亚格子模型在所有尺度上保持Navier-Stokes湍流隐藏的尺度不变性，并通过数值模拟验证，使LES成为基础湍流研究的有力工具。
2025-07-07 physics.flu-dyn
Comment on "The wave-driven current in coastal canopies" by M. Abdolahpour et al
过去十年的实验室和实地测量表明，在淹没植被冠层中存在着强烈的波浪驱动的平均流。Luhar等人（2010年）认为，这种平均流类似于裸露海床上波浪边界层中产生的流动，并开发了一个简单的能量和动量平衡模型来预测其大小。然而，该模型预测平均电流的大小不取决于冠层空间密度，这与Abdolahpour等人（2017）在最近的实验室实验中所做的测量不一致。受观测结果的启发，波驱动的平均流在冠层界面最明显，Abdolahpour等人（2017）对其起源提出了另一种解释：它是由冠层阻力产生的轨道运动的垂直不均匀性驱动的。这种不均匀性可以引起不完整的粒子轨道附近的冠层界面和拉格朗日平均流类似于斯托克斯漂流的方向上的波传播。由这种物理洞察力和维度分析指导的模型能够生成更准确的预测。本文旨在调和这两种不同的模式波驱动的平均流淹没檐篷。
2020-05-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Multi-time structure functions and the Lagrangian scaling of turbulence
我们定义和表征多时间拉格朗日结构函数使用的数据来自两个旋流的平均流量和湍流波动：泰勒-格林数值流，和冯卡门实验室实验。数据是从数值积分的示踪剂在前一种情况下，从三维粒子跟踪测速测量在后者。多时间统计量被证明可以减少惯性距离标度中大尺度的污染。一个时间尺度，在该时间尺度上的平均流量污染成为主导，这个尺度分离两个不同的拉格朗日标度范围。多时间结构函数的结果还表明，拉格朗日不稳定性不是大尺度流动效应的结果。多时间拉格朗日结构函数可以在没有强迫机制或边界条件的先验知识的情况下使用，允许它们在不同的流动几何形状中的应用。
2022-06-13 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
Onset of Intermittency and Multiscaling in Active Turbulence
该研究通过流体动力学模型，揭示了主动湍流中随细菌活性变化产生的间歇性起始与结构函数多标度特性，衔接了高低雷诺数流动研究，为探索流动间歇性成因提供了新方向。
2025-03-25 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Saturation and multifractality of Lagrangian and Eulerian scaling exponents in 3D isotropic turbulence
通过高雷诺数直接数值模拟，本文发现拉格朗日与横向欧拉标度指数的饱和可由同一多重分形谱统一描述，揭示拉格朗日间歇性源于横向欧拉间歇性。
2024-03-02 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Intermittency of bubble deformation in turbulence
本文通过分析变形气泡尖端速度，揭示了强湍流中气泡变形能量主要来自与气泡尺寸相近的涡旋，并提出了解释极端变形间歇性的模型。
2024-10-28 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
Lagrangian Statistics of Navier-Stokes- and MHD-Turbulence
我们报告的高分辨率数值模拟的拉格朗日粒子平流不可压缩湍流水和磁流体动力学（MHD）流的比较。在Navier-Stokes情况下，数值模拟使用了多达$1024^3$配置点和1000万个粒子，在MHD情况下，使用了多达$512^3$配置点和100万个粒子。在流体动力学的情况下，我们的研究结果与最近的实验从Mordant等人。[1]和Xu等人。[2]。它们与Biferale等人的模拟不同。[3]由于用于评估结构函数所选择的范围的差异。在Navier-Stokes湍流中，不稳定性比[3]中的多重分形方法预测的要强，而在MHD湍流中，多重分形方法的预测比我们模拟中观察到的更间歇。此外，我们的模拟表明，拉格朗日Navier-Stokes湍流是更间歇性比MHD湍流，而在欧拉的情况下，情况正好相反。这些发现不能一致地描述的多重分形模型。关键的一点是，耗散结构的几何形状有不同的含义拉格朗日和欧拉的不连续性。应用多重分形方法对加速度PDF进行建模，对于Navier-Stokes情况效果很好，但在MHD情况下，只对尾部进行了很好的描述。
2007-02-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Lagrangian statistics in fully developed turbulence
采用高分辨率直接数值模拟方法研究了充分发展的湍流中流体颗粒输运的统计特性。单轨迹统计调查的时间范围跨越三十多年，从不到十分之一的柯尔莫哥洛夫时标到一个大涡周转时间。加速度和速度统计数据与最近的实验结果显示出整齐的定量一致性。涡丝的捕获效应增强了拉格朗日观测量的小尺度不透明度。
2004-02-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Lagrangian statistics of particle pairs in homogeneous isotropic turbulence
本文详细研究了均匀各向同性湍流中粒子对的分离过程。我们使用的数据直接数值模拟泰勒的雷诺数280以下的演变约200万被动示踪剂平流的流量在大约三十年的时间跨度。我们目前的数据的分离距离和相对速度的统计。沿着粒子对轨迹测量统计量，作为时间的函数和作为它们的分离的函数，即在固定的尺度上。我们比较和对比这两组统计数据，以便深入了解分离过程的机制。我们发现非常高的水平，在早期阶段，也就是说，旅行时间高达10 Kolmogorov时间尺度。固定尺度的统计使我们能够量化的异常校正理查森扩散的惯性范围内的尺度，这些对迅速分离。它还允许对相对速度统计的不稳定性校正进行定量分析。
2005-01-31 nlin.CD physics.flu-dyn
Eulerian and Lagrangian Statistics from high resolution Numerical Simulations of weakly compressible turbulence
本文详细研究了各向同性弱可压缩湍流的高分辨率直接数值模拟中的欧拉和拉格朗日统计。泰勒微尺度下的雷诺数估计约为600。欧拉和拉格朗日统计评估了一个巨大的数据集，由$1856^3$空间配置点和1600万个粒子，其次是一个大规模的涡流翻转时间。我们目前的数据欧拉和拉格朗日结构函数高达十阶。我们分析了在惯性范围和粘性范围内的局部标度性质。欧拉分析结果与以往的数据吻合较好。拉格朗日统计不同于现有的实验和数值结果，六阶和更高的时刻。我们解释这一点，在一个可能的污染，从粘性规模影响估计的缩放性能在以前的研究。我们表明，一个简单的桥梁关系的多重分形理论的基础上是能够连接的标度性质的欧拉和拉格朗日观测量，提供的横向和纵向的欧拉结构函数之间的微小差异被适当地考虑。
2009-05-01 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
Lagrangian Cascade in Three-Dimensional Homogeneous and Isotropic Turbulence
在这项工作中，沿拉格朗日轨迹的耗散的标度统计研究通过使用流体示踪粒子从高分辨率直接数值模拟与$Re_λ=400$。能量耗散率$ε$和局部时间平均$ε_τ$都符合对数正态分布假设。然后检查了几个统计数据。发现$\ln(ε(t))$的自相关函数$ρ(τ)$和$\ln(ε_τ(t))$的方差$σ^2(τ)$服从对数律，其标度指数$β'=β=0.30$与非线性参数$μ=0.30$相容. $ε_τ$的$q$阶矩在惯性范围$10<τ/τ_η<100$上具有明显的幂律。测量的标度指数$K_L(q)$与$q-ζ_L(2q)$显著一致，其中$ζ_L(2q)$是使用希尔伯特方法估计的标度指数。所有这些结果表明，沿拉格朗日轨迹的耗散可以模拟的乘法级联。
2014-01-17 physics.flu-dyn
Instantons and Fluctuations in a Lagrangian Model of Turbulence
我们进行了详细的分析研究，最近的流体变形（RFD）模型的拉格朗日不稳定性的发病情况下，马丁-Siggia-Rose-Janssen-de Dominant（MSRJD）的路径积分形式主义。该模型的基础上，作为一个关键点，局部封闭的压力海森和粘性耗散项的速度梯度张量的随机动力学方程。我们进行了一个功率计数的层次分类的几个扰动的贡献与周围的瞬子评估MSRJD行动的波动，沿着累积量扩展的线。最相关的费曼图，然后整合到重整化有效作用量，计算速度梯度概率分布函数（vgPDF）。虽然子前导微扰校正不会以明显的定性方式影响vgPDF的全局形状，但事实证明，它们在精确描述其非高斯核中具有重要作用。
2018-10-07 physics.flu-dyn
On the origin of non-Gaussian statistics in hydrodynamic turbulence
众所周知，湍流很难根据第一原理来描述和理解。原因之一是湍流包含高度间歇性的涡量和应变率的突发，具有高度非高斯统计。在点对之间的速度增量的概率密度函数中，数量性、不连续性表现为高度拉长的尾部。从纳维-斯托克斯方程预测非高斯统计和非线性的起源是一个长期存在的问题。本文从纳维-斯托克斯方程出发，导出了一个简单的纵向和横向速度增量的拉格朗日演化的非线性动力学系统。从这个系统中，我们能够表明，无处不在的非高斯尾在湍流中有其起源的固有的自放大的纵向速度增量，和交叉放大的横向速度增量。
2005-08-29 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
How gravity and size affect the acceleration statistics of bubbles in turbulence
我们报告了在湍流中的非常轻（水中气泡）和大颗粒（D/η >> 1）的区域中的第一个系统的拉格朗日实验研究的结果。利用横向摄像机和粒子跟踪技术，研究了水洞中直径约为3 mm的气泡的拉格朗日加速度统计特性。雷诺数Re_λ在145 ~ 230之间变化，尺寸比D/η在7.3--12.5之间，其中η为柯尔莫哥洛夫长度尺度。实验表明，重力增加加速度方差，降低PDF在垂直方向上的不稳定性。一旦减去重力偏移，水平和垂直加速度分量的方差约为5 \pm 2倍，大于流体示踪剂在相同流中测量的方差。此外，对于这些轻的粒子，实验加速PDF显示出在不断增长的尺寸比，在中性浮力或重粒子的折射率大幅减少。所有这些结果与Faxén修正的有限尺寸气泡的数值模拟结果非常吻合。
2012-07-19 physics.flu-dyn
Spontaneous stochasticity in the presence of intermittency
本文研究间歇性对湍流中自发随机性的影响，发现增加间歇性水平会导致从自发随机到确定性行为的转变，粗糙度反而抑制了自发随机性。
2023-06-19 math-ph math.MP nlin.CD
Intermittency and non-universality of pair dispersion in isothermal compressible turbulence
University of Oxford（牛津大学）；Indian Institute of Science（印度科学学院）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）
研究等温可压缩湍流中偶极子散射的间歇性和非普遍性，发现倍增时间标度指数依赖马赫数和多分形模型，而减半时间标度指数则普遍且独立于搅拌性质。
2026-02-12 physics.flu-dyn
A public turbulence database cluster and applications to study Lagrangian evolution of velocity increments in turbulence
本文描述了一个公共数据库系统，该系统保存了各向同性强迫湍流的直接数值模拟（DNS）数据集。该数据集由DNS输出的$1024^3$空间点和1024个时间样本跨越约一个大规模的周转时间尺度。这一完整的$1024^4$时空历史的动荡是远程访问的用户通过一个接口，是基于Web服务模型。用户可以在他们的主机上编写和执行分析程序，而程序则进行类似子例程的调用，通过网络请求所需的数据部分。因此，用户能够通过使用笔记本电脑等常规平台访问27 TB的DNS数据来进行数值实验。数据库的架构进行了解释，因为是一些本地定义的功能，如微分和插值。进行测试计算，以说明该系统的使用，并验证方法的准确性。然后，该数据库被用来分析湍流中的小尺度不稳定性的动力学模型。具体而言，使用从数据库中的DNS数据计算的条件平均值的速度增量的拉格朗日演化的压力和粘性项的动力学效应进行评估。结果表明，这些影响之间有很大的不同，因此需要不同的建模策略，在拉格朗日模型的速度增量和粘性。
2008-04-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Hidden spatiotemporal symmetries and intermittency in turbulence
我们考虑一般无限维动力系统的伽利略和时空标度对称群。引入等价关系的时间缩放和伽利略变换，我们定义了一个代表集，每个等价类内包含一个单一的元素。时间尺度和伽利略变换不与演化算子（流）交换，因此等价关系不是不变的。尽管如此，我们证明了具有不变概率测度的归一化流可以在代表集上引入，从而在统计意义上保持对称性。我们专注于隐藏的对称性，这是打破了原来的系统，但恢复在规范化的系统。这一结构的主要动机和应用是湍流中的非线性现象。我们发现，隐藏的对称性产生幂律缩放的结构功能，并推导出公式，其指数的归一化措施。在等价关系中使用伽利略变换导致准拉格朗日描述，使得所发展的理论适用于欧拉和Navier-Stokes系统。
2022-06-08 math-ph math.MP 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 statistics of light particles in turbulence
研究了均匀各向同性湍流中轻粒子（水中微气泡）的拉格朗日速度和加速度统计特性。将直径为340微米且斯托克斯数为0.02至0.09的微气泡分散在以泰勒-雷诺数（Re）为160至265的湍流水洞中。我们采用三维粒子跟踪测速（PTV）重建气泡的轨迹。研究发现，微气泡加速度的概率密度函数（PDF）表现出高度非高斯的行为与平坦度值在23-30的范围内。加速度平坦度值显示出随Re增加的趋势，与先前的实验一致（Voth等人，JFM，2002）和数值（Ishihara等人，JFM，2007年）。与示踪剂相比，这些加速度PDF显示出更高的重复性（Ayyalasomayajula等人，Fluids，2008）和重粒子（Ayyalasomayajula等人，物理学评论快报，2006）在风洞实验中。此外，微气泡加速度自相关函数的解相关较慢，随着Re的增加。我们还比较了我们的结果与实验在冯卡门流和点粒子直接数值模拟与周期性边界条件。
2012-02-06 physics.flu-dyn
Intermittency of velocity circulation in quantum turbulence
速度环量是对封闭路径内流体旋转的一种度量，是经典和量子流中的基本观测。它确实是无粘经典流体的拉格朗日不变量。在量子流中，环流是量子化的，它取的离散值直接与路径所包围的细涡丝的数量和方向有关。通过改变这种闭合回路的大小，环流提供了一种衡量流动结构对所考虑尺度的依赖性的方法。在这里，我们考虑的尺度依赖的流通统计量子湍流，使用高分辨率的直接数值模拟的广义Gross-Pitaevskii模型。结果进行了比较，从不可压缩的纳维-斯托克斯方程模拟得到的环流统计。当积分路径小于平均涡间距离时，由于环流的量子化，量子湍流中的环流统计显示出极端的间歇性行为，与经典流动的粘性尺度形成鲜明对比。相比之下，在更大的尺度上，环流力矩与经典湍流惯性范围内的统计数据显示出惊人的相似性。这包括出现的幂律标度预测从柯尔莫哥洛夫的1941年的理论，以及严格遵循最近提出的双分形模型在经典流的流通时刻的不透明度偏差。迄今为止，这是在大尺度量子湍流中最有说服力的证据。此外，我们的研究结果强烈加强了经典和量子湍流之间的相似性，突出了惯性范围动力学的普遍性，包括不连续性，在这两个先验非常不同的系统。
2021-01-29 cond-mat.other physics.flu-dyn
Acceleration scaling and stochastic dynamics of a fluid particle in turbulence
众所周知，流体-颗粒加速度与湍流耗散率密切相关，符合Kolmogorov假设。另一方面，各种实验和数值计算工作也报道了它对动能的依赖性，这通常归因于小尺度动力学与大尺度动力学的不一致性和非独立性。本文着重分析了局部耗散率和动能共同作用下的流体-颗粒加速度的统计特性。结果表明，这个量呈现指数依赖于动能的增长率独立的雷诺数，除了预期的幂律行为与耗散率。指数增长，这显然偏离了以前的命题，反映了额外的运动学效应的流动结构上的加速度。关于不稳定性，占的持久性的大尺度上的耗散率的影响，它进一步提出了比例律的雷诺数依赖的条件和无条件的加速度方差使用巴伦布拉特的不完全相似性框架。然后，它表明，这些不稳定性和运动学效应可以结合在一个乘法级联过程的加速取决于动能和耗散率。在这些观察的基础上，我们介绍了一个矢量随机模型的动态示踪剂在湍流。该模型采用了分数对数正态过程的耗散率最近提出的，以及一个额外的假设，关于非对角项的扩散张量，自然导致切向和向心加速度之间的分解。该模型与直接数值模拟结果吻合较好，反映了近年来拉格朗日湍流的基本特征，即（i）非高斯加速度，（ii）加速度及其分量的范数之间的尺度分离，（iii）拉格朗日速度谱的反常标度律，（iv）机械功率增量的负偏度，反映了动态的时间不可逆性。
2022-08-19 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
Measurement of Lagrangian velocity in fully developed turbulence
我们发展了一种新的实验技术，测量示踪粒子在湍流中的拉格朗日速度，基于超声多普勒跟踪。该方法可直接获得湍流雷诺数为$R_λ = 740$的单个颗粒的速度。它的动态分析与二十年的时间分辨率，低于拉格朗日相关时间。我们观察到，拉格朗日速度谱有一个洛伦兹形式$E^{L}(ω) = u_{rms}^{2} T_{L} / (1 + (T_{L}ω)^{2})$，在一致的Kolmogorov的惯性范围内的标度。的概率密度函数（PDF）的速度时间增量显示的形状从准高斯积分时间尺度拉伸指数尾在最小的时间增量的变化。当从结构函数的相对标度指数测量时，这种不稳定性比在欧拉框架中更明显。
2001-07-30 physics.data-an physics.flu-dyn
Lagrangian Structure Functions in Turbulence: A Quantitative Comparison between Experiment and Direct Numerical Simulation
详细比较了湍流中拉格朗日速度结构函数的实验测量数据和数值模拟数据。通过整合实验和数值计算的信息，可以定量地了解各种时间尺度和雷诺数下的速度标度特性。实验和数值计算数据的拉格朗日速度增量的局部标度性质是在所有的时间滞后良好的定量协议。当测量接近Kolmogorov时间尺度或在更大的时间滞后时，不稳定性的程度发生变化。这项研究解决了实验和数值之间的明显分歧。
2007-08-02 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Lagrangian Statistics for Navier-Stokes Turbulence under Fourier-mode reduction: Fractal and Homogeneous Decimations
本文研究了傅立叶模约化条件下三维流动中的小尺度高频湍流脉动。纳维-斯托克斯方程是在一组有限的模式上发展的，这些模式是作为在分形或齐次傅立叶集上的投影而获得的。我们发现一个强大的灵敏度（减少）的拉格朗日速度波动的高频可变性的模式抽取的程度，类似于已经报道的欧拉统计。这是量化的趋势，对一个准高斯统计，即，在所有尺度和频率下，这可以归因于涡丝的强烈消耗和涡拉伸机制。然而，我们发现，欧拉和拉格朗日系综仍然连接的维桥关系，这是独立的傅立叶模式抽取的程度。
2017-01-02 nlin.CD physics.flu-dyn
Stochastic Multiscale Reconstruction of Lagrangian Turbulence via Guided Diffusion Models
Hangzhou International Innovation Institute, Beihang University（北京航空航天大学杭州创新研究院）；Department of Physics and INFN, University of Rome ‘Tor Vergata’（罗马第二大学物理系及INFN）；Fluid Mechanics Key Laboratory of Ministry of Education, Institute of Fluid Mechanics, Beihang University（北京航空航天大学流体力学研究所教育部流体力学重点实验室）
利用扩散模型以小波粗粒化的大尺度动力学为条件，从粗粒化轨迹中重建未解析的细尺度拉格朗日湍流波动，恢复间歇性统计和跨尺度相关性。
2026-06-04 physics.flu-dyn
Vertical drafts and mixing in stratified turbulence: sharp transition with Froude number
我们调查的垂直速度和温度的大规模的不稳定性，和稳定分层的湍流的混合特性，使用拉格朗日和欧拉场直接数值模拟，在一个参数空间的大气和海洋。在一个范围内的弗劳德数的地球物理的兴趣（$\approx 0.05-0.3$），我们观察到非常大的波动的垂直分量的速度和潜在的温度，本地化的空间和时间，与急剧过渡导致非高斯翼的概率分布函数。这种行为被捕获的一个简单的模型表示之间的竞争重力波在一个快速的时间尺度和非线性陡峭的较慢的时间尺度。共振制度的存在，其特征在于增强大规模的不稳定性，所提出的模型的框架内理解，然后链接到出现的结构中的速度和潜在的温度场，局部翻转和混合。最后，在同一制度中，我们观察到的混合效率与弗劳德数的线性缩放和增加其值的大约一个数量级。
2018-09-18 physics.flu-dyn
A multifractal model for the velocity gradients dynamics in turbulent flows
我们开发了一个随机模型的速度梯度动力学沿拉格朗日轨迹。与文献中提出的不同尝试相比，本模型以引入湍流现象学中的一个自由参数作为代价，给出了任意雷诺数下速度梯度统计的真实图像。为了达到这种精度水平，我们使用作为第一个建模步骤的正则化的自拉伸项的框架中的最近流体变形（RFD）近似，给出了一个现实的画面，小尺度的湍流统计只有中等雷诺数。作为第二步，我们按照Girimaji & Pope（1990）的精神，对动力学进行约束，以便对拉格朗日粒子所看到的耗散施加一种特殊的统计结构。这种概率闭合使用满足不规则性（即多重分形）现象的统计描述的随机场作为构建块。为了做到这一点，我们定义并推广到一个统计平稳的框架由施密特（2003）提出的命题。这些考虑使我们提出了一个非线性和非马尔可夫封闭动力学的元素的速度梯度张量。我们对这种动力学进行了数值积分，并观察到确实达到了一个稳定的状态，其中（i）梯度方差与雷诺数成正比，（ii）梯度通常在（小）柯尔莫哥洛夫时间尺度上相关，并且梯度在（大）积分时间尺度上范数相关两个非零不变量$Q$和$R$的联合概率分布函数再现了特征泪滴形状，（iv）涡度优先与变形张量的中间本征方向对齐;（v）梯度是强非高斯和间歇性的。
2018-02-21 physics.flu-dyn
Lagrangian Curvature Statistics from Gaussian Subensembles in Turbulent Flows
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Brandenburgische Technische Universität (BTU)（勃兰登堡工业大学）；German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）
本研究针对湍流示踪粒子轨迹曲率的间歇性效应，推导了曲率概率密度函数的精确表达式与闭式近似，经实验验证吻合良好，且方法可扩展至等离子体湍流等复杂系统。
2026-08-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Extreme vertical drafts as drivers of Lagrangian dispersion in stably stratified turbulent flows
本研究利用数值模拟探讨了极端垂直气流对稳定分层湍流中拉格朗日粒子对相对扩散的加速作用，并量化了其与经典Richardson标度的偏差，对大气海洋混合及污染物输运具有重要意义。
2025-09-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
An exploration of Homogeneous Isotropic Turbulence in He II Using Particle Tracking Velocimetry
尽管是一个量子双流体系统，超流氦-4（He II）被观察到在机械力产生的流动时表现出与经典流体相似的行为。考虑到He II的小运动粘度，这种相似性带来了利用He II进行高雷诺数经典湍流研究的可行性。然而，有人建议，在He II在小尺度的非经典耗散机制可能会改变其湍流统计和湍流度。在这项工作中，我们报告了我们的研究，一个几乎均匀的和各向同性的湍流（HIT）所产生的拖曳网格在他II。我们用固体氘粒子作为示踪剂，用粒子跟踪测速技术测量了流场。通过将在不同颗粒轨迹上同时测量的速度或沿相同颗粒轨迹在不同时间测量的速度相关联，我们能够进行欧拉和拉格朗日流动分析。通过欧拉分析得到的空间速度结构函数在惯性子区的标度行为与经典HIT相似，但具有增强的不稳定性。拉格朗日分析使我们能够检查流量统计到耗散长度尺度以下。有趣的是，强烈偏离经典的标度行为观察到在这一制度。我们将讨论这些偏差可能与量子化的旋涡在超流分量在他II的运动。
2020-04-12 cond-mat.other physics.flu-dyn
A phenomenological theory of Eulerian and Lagrangian velocity fluctuations in turbulent flows
本文提出了一个关于充分发展的均匀各向同性湍流中速度脉动的唯象理论。重点是在波动的空间（欧拉）和时间（拉格朗日）的速度增量。在实验测量和数值模拟中观察到的不稳定性现象的普遍性被证明是充分考虑到由多重分形形式主义提出的多尺度图片，其扩展到耗散尺度和拉格朗日框架。这篇文章致力于介绍这些论点，并将其与经验数据进行比较。特别是，明确的预测的统计，如概率密度函数和高阶矩，速度梯度和加速度的推导。在欧拉框架中，在一个给定的雷诺数，他们被证明取决于一个单一的参数函数称为奇异谱和一个通用常数之间的惯性和耗散范围的过渡。拉格朗日奇异谱比较以及与其欧拉对应的不可压缩性，均匀性和各向同性的基础上的变换和剩余的常数是难以估计的经验数据。最后强调了增量的局限性，以准确量化的奇异性拉格朗日速度。这是确认使用高阶增量无偏线性趋势的存在，因为它们是观察到的速度沿轨迹。
2012-12-03 nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulence in Fluid and Plasma: Search for a New Paradigm
第一原理解释的起源的不稳定性和非线性结构形成的拉格朗日速度增量的湍流的背景下，最近正在开发的尺度不变的分析形式主义。在结构函数中，幂律和非线性指数的大量产生在本形式中表现得很自然。
2011-10-27 math.CA math.DS physics.flu-dyn
Lagrangian statistics and flow topology in forced two-dimensional turbulence
本文研究了流体湍流中拉格朗日统计量与流动拓扑之间的关系。的拓扑结构的特点是使用Weiss标准，提供了一个简化的工具来划分成拓扑不同的区域：椭圆形（涡为主），双曲线（变形为主），和中间（湍流背景）的流量。流对应于强迫二维Navier-Stokes湍流在双周期和圆形有界域与非滑移边界条件。在双周期域中，Weiss场的概率密度函数（PDF）表现出负偏度，这与在周期域中流动由相干涡旋结构主导的事实一致。另一方面，在圆形域中，椭圆和双曲区域似乎在统计上相似。我们遵循拉格朗日方法，并通过跟踪大的被动平流示踪剂合奏获得统计数据。拓扑不同区域中的停留时间的pdf使用拉格朗日外斯场计算，即，沿着粒子轨迹计算的外斯场在椭圆和双曲区域，停留时间的概率密度函数具有自相似的代数衰减尾。另一方面，在中间区域，pdf具有指数衰减的尾部。拉格朗日速度的条件（相对于流拓扑）pdf在周期域和有界域中表现出高斯行为。与自由衰减湍流情况相反，强迫湍流中拉格朗日加速度的条件PDF在周期域和有界域中显示出相当的不稳定性水平。拉格朗日曲率的条件概率密度函数的特征在于，在所有情况下，自相似幂律行为与阶-2的衰减指数。
2010-09-15 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Scaling of conditional Lagrangian time correlation functions of velocity and pressure gradient magnitudes in isotropic turbulence
通过量化各向同性湍流中速度梯度和压力梯度的关联函数及其特征时间尺度，研究了它们的拉格朗日统计量。已经发现，拉格朗日时间相关的速度和压力梯度张量和矢量元素的规模与本地定义的Kolmogorov时间尺度，定义从箱平均耗散率和粘度。在这项工作中，我们研究的拉格朗日时间相关的速度和压力梯度的绝对值。我们探索适当的时间尺度，目的是实现崩溃的关联函数。本研究中使用的数据是从网络服务可访问的公共湍流数据库（http：//www.example.com）中采样的。turbulence.pha.jhu.edu该数据库存档了泰勒尺度雷诺数为433的强迫各向同性湍流的伪谱直接数值模拟，并支持数据库内部的空间微分和空间/时间插值。分析表明，绝对值的自相关的时间演变不是由当地的Kolmogorov时间尺度，而是由当地的涡旋翻转时间尺度。然而，相当大的散射仍然存在，并且似乎只有在引入$(r/L)^χ$形式的进一步（不均匀性）校正因子后才减少，其中$L$是湍流积分尺度。指数$χ$因变量而异。然而，对于绝对值的关联函数的崩溃不如对于更快速衰减的应变率张量元素关联函数观察到的崩溃令人满意。
2009-12-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effects of non-universal large scales on conditional structure functions in turbulence
我们报告测量的条件欧拉和拉格朗日结构函数，以评估非普遍性质的大尺度上的小尺度湍流的影响。我们研究了1米$\times$ 1米$\times$ 1.5米之间的振荡网格，产生$R_λ=285$，同时包含区域的近均匀和高度不均匀的湍流流动。利用立体高速摄像机和实时图像压缩技术，采集了大量的三维示踪粒子速度数据。欧拉和拉格朗日结构函数的测量在均质和非均质区域的流动。我们的结构函数的条件上的瞬时大尺度速度或网格相位。在所有尺度下，结构函数强烈依赖于大尺度速度，但与网格相位无关。我们在振荡网格附近看到了明显的不均匀性特征，但即使在中心的均匀区域，我们也看到了对大尺度速度的惊人的强烈依赖，这种依赖在所有尺度上都存在。以前的工作表明，类似的相关性延伸到非常高的雷诺数。在实验室流动中对这些效应的全面测量为评估湍流中大尺度的剪切、不均匀性和不均匀性对小尺度的影响提供了有力的工具。
2009-12-01 physics.flu-dyn
