Wilson-Fisher renormalization of discrete gravity-capillary wave turbulence in viscous fluids
Translational Biophysics, Instituto de Investigaci\'on Sanitaria Hospital 12 de Octubre, 28041 Madrid, Spain
本研究通过实验实现了在粘性流体中离散重力-毛细波湍流中的威尔逊-费舍尔重整化，揭示了非线性转移与粘性阻尼之间的平衡关系，并验证了相关标度定律。
2026-01-15 physics.flu-dyn
Spatio-temporal correlations in 3D homogeneous isotropic turbulence
本研究通过直接数值模拟（DNS）分析了三维均匀各向同性湍流中速度场的时空关联函数，发现小时间延迟下的高斯衰减与重整化群（FRG）预测一致，并揭示了速度模量关联在大时间延迟下从高斯到指数衰减的交叉现象。
2021-02-04 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
An Exact Renormalization Group analysis of 3-d Well Developed turbulence
本文利用三维不可压湍流的特殊性质，提出了一种非标准精确重整化群方法。利用保持伽利略不变性的正则化过程，并采用场截断来检验该方法。结果令人鼓舞：在惯性范围内的能谱E（k）的指数为-1.666+/-0.001，计算的几种（实际）搅拌力相关器形状的Kolmogorov常数C_K与实验数据一致。
1997-07-31 adap-org chao-dyn cond-mat.stat-mech
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
Spatio-temporal spectra in the logarithmic layer of wall turbulence: large-eddy simulations and simple models
基于对壁面湍流时空结构的研究，本文利用大涡模拟（LES）数据研究了流向速度分量的波数-频谱特性。LES数据用于测量作为两个壁平行波数和平衡（对数）层中的频率的函数的光谱。然后，我们重新制定一个最简单的模型，能够重现的意见：随机扫描模型与高斯大规模的波动速度和额外的平均流量。与LES数据的比较表明，该模型捕捉到所观察到的时间去相关，这是与多普勒展宽的频率。我们还介绍了整个波数-频谱$E_{11}(k_1,k_2,ω;z)$的参数化，其中$k_1$，$k_2$是流向和展向波数，$ω$是频率，$z$是到壁面的距离.计算结果与大涡模拟数据吻合较好。
2015-03-16 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
Renormalization of shell model of turbulence
本文将重整化群方法应用于湍流壳模型，推导出满足RG方程的速度与黏性标度关系，得到与Navier-Stokes方程研究一致的常数，并用数值模拟验证了理论预测。
2023-06-03 cond-mat.stat-mech hep-th physics.flu-dyn
Investigation of renormalization group methods for the numerical simulation of isotropic turbulence
重整化群在统计物理的其他领域也取得了成功。然而，它的应用湍流面临着一些技术上的困难，这不得不绕过不受控制的近似。实际上，考虑到纳维-斯托克斯方程的确定性，很明显，在保持低波数模式不变的同时平均高波数模式的操作不能严格地进行，并且其本身只能是一种近似。考虑到这一点，我们最近采用直接数值模拟作为工具，用于探测使用RG技术，以减少需要进行数值模拟的自由度的数量的基本可行性。在本文中，我们提出了一些这种方法的第一个结果。
1998-06-19 physics.flu-dyn
Numerical renormalization group of vortex aggregation in 2D decaying turbulence: the role of three-body interactions
在本文中，我们介绍了一个数值重整化群程序，它允许长时间模拟的旋涡动力学和合并在二维湍流衰减流体。涡的数量以$N\sim t^{-ξ}$的形式减少，用$ξ\approx 1$代替了朴素的动力学理论所预测的值$ξ=4/3$。在短时间内，我们找到了一个有效的指数$ξ\approx 0.7$与以前的模拟和实验一致。我们发现，幸存的涡的均方位移的增长作为$<x^2>\sim t^{1+ξ/2}$。引入两体和三体碰撞的有效动力学，我们证明，只有后者成为相关的小涡面积覆盖。与该机理一致的动力学理论导致$ξ=1$。我们发现动力学参数之间的理论关系与实验符合得很好。
2000-01-19 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Spatio-Temporal Signatures of Intermittency in Helically Rotating Turbulence through Topological Data Analysis
International Institute of Information Technology, Bangalore（印度班加罗尔国际信息技术学院）
本文通过拓扑数据分析方法，揭示了低分辨率螺旋旋转湍流中间歇性现象的空间-时间特征，该方法能够更敏感地检测局部和短暂的流体变化，从而更清晰地识别间歇性行为。
2026-05-17 physics.flu-dyn
Functional Renormalization for Elastic Burgulence
利用Martin-Siggia-Rose路径积分形式，提出源扩展对称性算法推导Ward恒等式，并建立扩展Burgers方程作为弹性湍流的降维模型，通过Ward恒等式约束闭包方案并揭示标度行为。
2026-04-20 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Height-dependence of spatio-temporal spectra of wall-bounded turbulence - LES results and model predictions
本文通过大涡模拟研究壁面湍流时空谱的高度依赖性，验证了基于随机扫描假设的平流模型及解析模型谱，并量化了网格分辨率的影响。
2016-06-08 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
Spatio temporal analysis of waves in compressively driven magnetohydrodynamics turbulence
采用直接数值模拟方法，研究了可压缩磁流体动力学（CMHD）方法下线性波与湍流的相互作用。进行了一组三维DNS，空间分辨率为$128^3$和$256^3$。进行了参数研究，改变音速马赫数，平均磁场和压缩性振幅的强制。的磁能的时空谱的建立和分析，允许直接识别CMHD湍流系统中的所有波模式和量化的能量在每个模式的波数的函数。因此，检测到线性波，即阿尔文波和快、慢磁声波。此外，根据马赫数或平均磁场的变化，发现不同的等离子体的响应。另一方面，利用时空谱和两种不同的积分方法，我们准确地量化了每个正常模式中存在的能量。最后，虽然观察到线性波的存在，但在所有研究的情况下，系统主要由等离子体的非线性动力学主导。
2021-07-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Spatio-temporal Signatures of Elasto-inertial Turbulence in Viscoelastic Planar Jets
本研究结合纹影成像和激光多普勒测速探索稀聚合物平面射流中的弹性惯性湍流（EIT），发现流体弹性非单调地影响射流稳定性，在完全湍流区表现出独特的相干结构和-3幂律频谱特征。
2023-05-23 physics.flu-dyn
Fourier neural operators for spatiotemporal dynamics in two-dimensional turbulence
Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Stony Brook University（石溪大学）
针对湍流直接数值模拟的计算挑战，提出结合Fourier神经算子（FNO）与偏微分方程求解器的方法以加速流体动力学模拟，并探讨了构建湍流预训练模型的数据要求及纯数据驱动方法的局限性。
2024-09-25 cs.LG nlin.CD physics.flu-dyn
The quantum vortices dynamics: spatio-temporal scale hierarchy and origin of turbulence
本研究基于量子理论第一性原理推导出更宽泛的环量量子化方案，在涡旋量子演化中引入层级化时空尺度，并利用随机哈密顿量方法探索了量子流体流动中湍流的起源。
2024-10-28 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Bayesian Conditional Diffusion Models for Versatile Spatiotemporal Turbulence Generation
University of Notre Dame（圣母大学）；Harvard University（哈佛大学）；Tufts University（塔夫茨大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
提出贝叶斯条件扩散模型，统一无条件与条件采样，实现多用途时空湍流生成，支持长序列自回归采样，无需重训练，实验验证了从URANS合成LES、整体生成壁湍流及超分辨率生成高速边界层流动的能力。
2023-11-14 cs.LG physics.flu-dyn
Spatiotemporal perspective on the decay of turbulence in wall-bounded flows
使用一个简化的模型集中在平面Couette流的平面内的依赖性，它表明，顺时针到层流松弛过程可以被理解为一个成核问题，类似于发生在一个热力学一阶相变。该方法，易于处理的大规模扩展的系统考虑，挑战目前的解释，在典型的时间混沌的混沌瞬态。对湍流中层流区域尺寸分布的研究证明，在雷诺数R_{low}的某一给定值下，无论低维动力系统理论中设想的局部混沌寿命是否在有限R处偏离R_{low}，都可以发生从持续时空混沌到层流的突然过渡。
2011-02-28 nlin.CD physics.flu-dyn
Spatio-temporal characterization of non-linear forcing in turbulence
该研究将Navier-Stokes方程的二次对流项视为非线性强迫，在傅里叶域通过三波数-频率三元组相互作用分析其时空特性，提出相互作用系数量化贡献，验证了QL和GQL假设的有效性，为湍流非线性建模提供工具。
2023-04-28 physics.flu-dyn
Wind farms as sensor arrays of turbulent boundary layer spatio-temporal flow structure
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本文提出扩展分析框架预测风电场功率波动谱，结合LES验证，可准确预测总功率频谱，助力风电场电网整合。
2026-08-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Anisotropic turbulent viscosity and large-scale motive force in thermally driven turbulence at low Prandtl number
众所周知，充分发展的湍流Boussinesq对流会形成大规模的卷，通常被称为“大规模环流”（LSC）。这是一个有趣的问题，如何创建这样一个大规模的流动，特别是在系统中，当能量输入发生在小尺度，当逆级联是必需的，以便将能量转移到大规模的模式。在这里，通过随机的、随机分布的热源（比如辐射）引入小尺度驱动。平均流方程是通过简化的重整化群技术导出的，由于在所研究的各向异性情况下完全重整化是不可能实现的，因此在每一步的递归过程中只考虑首阶项，可称为“弱非线性重整化过程”。得到的有效，各向异性的粘度，它示出，通过一个有效的“原动力”，它采取的形式的瞬态负，垂直扩散的逆能量级联发生。
2022-05-26 physics.flu-dyn
Spatio-temporal fluctuations of interscale and interspace energy transfer dynamics in homogeneous turbulence
本文通过亥姆霍兹分解和两点扫掠概念，系统分析了均匀湍流中尺度间与空间间能量传递的涨落动力学，揭示了压力涨落及均匀/非均匀分解在级串统计中的作用。
2023-04-11 physics.flu-dyn
Convolutional autoencoder for the spatiotemporal latent representation of turbulence
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；The Alan Turing Institute（艾伦·图灵研究所）
本文提出三维多尺度卷积自编码器，用于高效获取具有极端事件的湍流降阶潜在表示，其自由度少于本征正交分解的10%，并能准确重建极端事件相关状态。
2023-06-20 cs.LG nlin.CD physics.flu-dyn
Renormalization of viscosity in wavelet-based model of turbulence
本文用尺度相关场$\mathbf{u}_a(x)$来描述粘性不可压缩流体中湍流的统计理论，该场定义为速度场$\mathbf{u}$在点$x$上的小波系数，分辨率为$a$。应用随机流体力学的量子场论方法，对随机场$\mathbf{u}_a(x)$的生成泛函，通过构造随机搅拌力作用在指定大尺度$L$上的速度场矢量$\langle \mathbf{u}_{a_1}(x_1)\ldots \mathbf{u}_{a_n}(x_n)\rangle$，证明了速度场矢量是有限的.研究在$d=3$维度中进行。由于没有发散，不需要正则化，重整化群不变性变成仅仅是一种对称性，它根据湍流发展的柯尔莫哥洛夫-理查森图像将不同尺度的速度波动联系起来。从外部尺度$L$向下到观测尺度$A$（位于柯尔莫哥洛夫范围$l \ll A \ll L$内），对尺度变元进行积分。我们过于简化的模型是完全耗散的：尺度之间的相互作用仅由梯度顶点$(\mathbf{u}\nabla) \mathbf{u}$局部提供，忽略了可能导致能量后向散射的任何效应或宇称违反。在单圈近似下计算了粘度修正和对速度相关修正。这给出了湍流粘性对观测尺度的依赖性，并描述了速度场相关性的尺度依赖性。
2018-09-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stationary, isotropic and homogeneous two-dimensional turbulence: a first non-perturbative renormalization group approach
本文首次利用非微扰重整化群方法研究二维平稳湍流的直接能级联，揭示了Navier-Stokes作用量的两个新扩展对称性，推导Ward恒等式并精确求解了2点函数的固定点方程。
2018-09-04 cond-mat.stat-mech hep-th physics.flu-dyn
Interaction renormalization and validity of kinetic equations for turbulent states
研究四波弱相互作用波湍流中动力学方程的失效机制，发现红外发散导致有效耦合增强，强湍流特征取决于耦合符号，可能由多波束缚态主导。
2024-03-17 cond-mat.stat-mech hep-th nlin.CD
Transition to turbulence in shear flows
管流和许多其它剪切流在层流剖面对无穷小扰动稳定的流速下表现出向湍流的转变。在这篇简短的评论中，我们将总结最近在理解这种转变方面的进展，重点是驱动转变的线性和非线性状态，出现的扩展和局部模式，以及时空动力学及其与定向渗透的关系。
2018-01-28 nlin.CD 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
Distributed chaos and turbulence in Bénard-Marangoni and Rayleigh-Bénard convection
利用实验室实验和直接数值模拟的结果，研究了Bénard-Marangoni对流和Rayleigh-Bénard对流中的时间和时空（湍流）分布混沌的有效扩散系数（粘性）和作用。它示出，对于这两种情况下，衰减部分的功率谱已拉伸指数形式-时间谱$E(f) \propto \exp-(f/f_β)^{1/2}$和空间谱$E(k) \propto \exp-(k/k_β)^{2/3}$，其中的$f_β$和$k_β$代表低频（大规模）相干振荡。
2019-03-12 physics.flu-dyn
Spatiotemporal linear stability of viscoelastic free shear flows: non-affine response regime
我们提供了一个详细的比较的二维，时间和时空的线性化分析的粘弹性自由剪切流动的限制在低到中等的雷诺数和弹性数服从四种不同类型的应力-应变本构方程：Oldrophil-B，上对流Maxwell，Johnson-Segalman（JS）和线性Tanner-Thien Tanner（PTT）。由此产生的四阶Orr-Sommerfeld方程转化为一组六个辅助方程，通过复合矩阵法进行数值积分。时间稳定性分析表明，（a）弹性稳定在较高的弹性数值，（b）非单调的不稳定模式，在低到中间值的弹性数的JS以及PTT模型。为了理解弹性、雷诺数和粘度对PTT模型的时间稳定性曲线的影响，我们考虑第四个参数，中心线剪切速率，$ζ_c$。“JS行为”在低于$ζ_c$的临界值时恢复，在高于该临界值时，PTT基底应力（相对于JS模型）减弱，从而解释了弹性的稳定影响。布里格斯的思想解析延续部署到分类区域的时间稳定性，绝对和对流不稳定性，以及倏逝模式，并与以前进行的实验结果进行比较，牛顿流体以及粘弹性流动通过一个圆柱体。相图揭示了两个熟悉的区域的惯性湍流修改弹性和弹性湍流以及（最近证实）区域的弹性惯性湍流和陌生的时间稳定区域的中间值的雷诺数和弹性数。
2021-03-05 physics.flu-dyn
Space-Time Resolved Capillary Wave Turbulence
我们报道了在空气-水界面处的毛细管波湍流的全空间和时间分辨统计的实验。自由界面的三维形状作为时间的函数通过使用与快速相机相关联的漫射光摄影的光学方法来测量。线性和非线性色散关系提取波振幅的时空功率谱。当达到波动湍流状态时，我们观察到频率和波数的幂律谱，发现其指数与毛细波湍流理论的预测一致。最后，空间能量谱的时间动力学突出了通过空间尺度传递波能量的随机突发的发生。
2013-03-15 physics.flu-dyn
Persistence in Active Turbulence
本研究利用广义流体力学模型探究了active turbulence中的持久性问题，发现相干涡旋内被动示踪粒子的持久时间遵循由活性强度决定的Weibull分布，而湍流背景下呈指数分布，并揭示了不同区域内驱动持久性的不同机制。
2023-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Model-based multi-sensor fusion for reconstructing wall-bounded turbulence
由于这种流动固有的空间和时间尺度的宽度，在实验中测量壁边界湍流可能具有挑战性。能够获得时间分辨数据的仪器（例如，热线风速计）往往限于空间定位点测量;同样，能够实现空间分辨场测量的仪器（例如，粒子图像测速法（Particle Image Velocimetry）往往缺乏在许多这样的流中获得时间分辨率所需的采样率。在这项研究中，我们建议融合多速率和多保真度传感器的测量与基于物理的模型的预测，以重建有壁湍流的时空演变。一个“快速”过滤器制定同化高速率点测量与估计从线性模型推导出的纳维-斯托克斯方程。此外，“慢”滤波器用于在每次新的现场测量变得可用时更新重建。通过在时间上向前和向后行进通过数据，我们能够以比单独的感测模态更大的时空分辨率来重建湍流。我们证明了这种方法使用直接的数值模拟的湍流通道流从约翰霍普金斯湍流数据库。基于模型的多传感器融合方法的统计分析也进行了。
2021-01-13 physics.flu-dyn
Quantum-inspired information entropy in multi-field turbulence
该研究受量子力学启发，基于多场奇异值分解推导多场湍流的冯·诺依曼熵与纠缠熵，发现湍流等离子体中vNE的新转变阈值，提出能量-信息结合的湍流态新分类，并验证EE可同时表征非线性耦合强度与净能转移方向。
2024-07-12 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Emergence of isotropy and dynamic scaling in 2D wave turbulence in a homogeneous Bose gas
该研究在均匀二维玻色气体中观测波激发湍流级联，通过全尺度刻画揭示各向同性涌现与耗散前的动态时空标度。
2022-11-03 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Dual cascade and dissipation mechanisms in helical quantum turbulence
在经典湍流中，螺旋度会减少非线性，并能改变湍流的演化，而在量子湍流中，螺旋度的作用还没有完全被理解。本文采用Gross-Pitaevskii方程对螺旋量子湍流的自由衰减进行了高空间分辨率的数值模拟。这一演化过程与经典流动有着显著的相似之处，经典流动表现出不可压缩动能和螺旋度向小尺度的双重转移。时空分析表明，这两个数量耗散在小尺度上通过非线性激发开尔文波和随后的声子发射。在衰减开始时，产生的湍流显示出极化的大尺度结构和非极化的静止斑块，这让人想起在非常大的雷诺数下模拟经典湍流时观察到的那些。
2017-05-12 physics.flu-dyn
The ultimate state of elastic turbulence
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
本研究通过直接数值模拟发现，对于Oldroyd-B和FENE-P两种本构模型，随德博拉数增大，弹性湍流会达到终极状态，此时流体耗散等体相量与聚合物松弛时间无关。
2026-08-28 physics.flu-dyn
Simplifying the complexity of pipe flow
过渡管流被模拟为一维可激发和可压缩介质。模型中提出了两个变量，湍流强度和平均剪切，演变根据过渡湍流的既定属性。一个连续的模型捕捉的本质，从兴奋性的变化，双稳态的喷气段塞过渡。一个离散的模型，另外将湍流局部作为一个混乱的排斥，再现几乎所有的大规模的过渡管流的功能。特别是，它捕获亚稳态局部泡芙，泡芙分裂，段塞，通过时空不连续性（定向渗透）持续湍流的连续过渡，以及随后的湍流分数增加到均匀，无特征的湍流。
2011-05-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulence: A Nonequilibrium Field Theory
本文综述湍流场论研究成果，对比平衡与非平衡场论在湍流建模中的应用，介绍粘度重整化等关键结论及方法的推广应用，还涉及弱湍流与间歇性内容。
2025-02-21 cond-mat.stat-mech hep-th nlin.CD
Velocity-Gradient Probability Distribution Functions in a Lagrangian Model of Turbulence
本文在Martin-Siggia-Rose泛函理论框架内，用路径积分语言对拉格朗日湍流的新近流体变形闭合（RFDC）模型进行了改造。为了推导出速度梯度概率分布函数（vgPDF）的解析表达式，我们在低频区域进行噪声重整化，并找到Martin-Siggia-Rose有效作用的近似极值。我们验证，借助蒙特卡罗模拟，这样得到的vgPDF产生一个密切的描述的单点的统计特征所隐含的原始RFDC随机微分方程。
2014-01-03 physics.flu-dyn
From temporal to spatiotemporal dynamics in transitional plane Couette flow
实验结果表明，当雷诺数R变化时，在平面Couette流中存在着由层流和湍流交替形成的斜带。许多以前的理论和数值工作的问题都认为小的纵横比系统受到周期性的边界条件，而实验对应于相反的限制大的纵横比。在这里，通过完全解决的直接数值模拟的纳维-斯托克斯方程在减少R，我们仔细检查过渡从时间到时空行为的系统中的中间尺寸。我们证明存在L_x~70- 80 h量级的流向交叉尺寸（其中2 h是驱动流动的板之间的间隙），超过该间隙，PCF中向/从湍流的转变无疑是一个时空过程，具有典型的场景“[湍流]->[筛状区]->[倾斜模式]->[层流区”，而低于该大小，则更像是一个时间过程，可以用具有"[混沌流]->[层流]“（通过混沌瞬变）场景的有限维动力系统来描述。在交叉区域，“[斜模式]”阶段被跳过，这使我们建议，在实验中观察到的模式的适当渲染需要一个忠实的帐户在尺度上的流向相关性至少该交叉大小的顺序。
2011-01-27 nlin.PS physics.flu-dyn
Emulating Spatio-Temporal Realizations of Three-Dimensional Isotropic Turbulence via Deep Sequence Learning Models
Duke University（杜克大学）
我们使用数据驱动的方法，使用尖端的深度学习技术对三维湍流进行建模。深度学习框架结合了对流的物理约束，例如保持速度梯度张量的不可压缩性和全局统计不变量。使用统计和基于物理的度量来评估模型的准确性。该数据集来自于对立方体箱中不可压缩、统计稳定、各向同性湍流的直接数值模拟。由于数据集的大小是内存密集型的，我们首先生成速度数据的低维表示，然后将其传递给序列预测网络，该网络学习底层数据的空间和时间相关性。通过使用矢量量化自动编码器（VQ-AE）进行提取来执行降维，该矢量量化自动编码器学习离散潜变量。对于序列预测，使用了来自自然语言处理的Transformer架构的思想，并将其性能与更标准的递归网络（如卷积LSTM）进行了比较。这些架构被设计和训练为执行序列到序列的多类分类任务，其中它们采用具有固定长度（k）的输入序列并预测具有固定长度（p）的序列，表示流的未来时刻。我们的短期预测结果表明，由于预测的自回归性质，这两个模型的结果的准确性在预测快照中恶化。根据我们的诊断测试，经过训练的Conv-Transformer模型优于Conv-LSTM模型，并且可以在定量和定性方面准确地保留大尺度并很好地捕获流的惯性尺度，但无法恢复小的和间歇的流体运动。
2021-12-07 cs.LG physics.flu-dyn
Autoregressive Transformers for Data-Driven Spatio-Temporal Learning of Turbulent Flows
提出了一种基于卷积编解码器的Transformer模型，用于湍流时空数据的自回归训练。未来流体流场的预测基于先前预测的流体流场，以确保长期预测而不发散。卷积神经网络和Transformer架构的组合被用来处理数据的空间和时间维度。为了评估模型的性能，进行了先验评估，并发现与地面实况数据的显着协议。后验预测，这是相当数量的模拟步骤后产生的，表现出预测的方差。后验状态的自回归训练和预测被认为是开发更复杂的数据驱动湍流模型和模拟的关键步骤。所提出的模型可以处理湍流的高度非线性和混沌动力学，并且可以产生长时间范围内的准确预测。总的来说，这种方法证明了使用深度学习技术来提高湍流建模和模拟的准确性和效率的潜力。所提出的模型可以进一步优化和扩展，以纳入额外的物理和边界条件，为更逼真的模拟复杂的流体动力学铺平了道路。
2023-03-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Towards a self-consistent Boltzmann's kinetic model of fluid turbulence
基于对流体动力学和湍流脉动的双平均过程，给出了流体湍流Boltzmann-BGK动力学方程有效弛豫时间的一个封闭式。由此产生的有效弛豫时间似乎同意通过重整化群处理的纳维-斯托克斯方程获得的值，只有在低值的$k/T$，湍流动能流体温度的比率。对于$k/T>0.1$，动力学处理提供显著更长的有效弛豫时间。
2020-04-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Disentangling inertial waves from eddy turbulence in a forced rotating turbulence experiment
我们提出了一个时空分析的统计平稳旋转湍流实验，旨在提取惯性波的签名，并确定它们可以被检测到的尺度和频率。该分析使用两点空间相关的时间傅立叶变换的速度场的时间分辨立体粒子图像测速测量在旋转框架。我们将湍流的各向异性程度量化为频率和空间尺度的函数。我们表明，这种时空相关的各向异性是很好地描述了线性惯性波在大尺度上的色散关系，而较小的尺度主要是由在较大尺度上的流体运动的波的扫描。这种扫掠效应主要是由于湍流的低频准二维分量，这是我们实验的一个突出特征，波动湍流理论没有考虑到这一点。这些结果的相关性的旋转湍流在实验室实验中，这是相关的大多数地球物理和天体物理流量的适度Rossby数的理论提出了质疑。
2015-04-09 physics.flu-dyn
Free-surface deformations induced by three-dimensional turbulence
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）
研究通过实验表征三维湍流引起的自由表面变形，发现表面变形标准差与 subsurface 速度波动线性相关，表面变形谱显示两种机制共存，发展了基于自由表面到湍流压力波动的线性响应模型。
2026-05-13 nlin.CD physics.ao-ph physics.class-ph
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
On the decay of turbulence in plane Couette flow (long version)
当雷诺数降低时，在某一上阈值Rt以下，平面Couette流动首先由无特征的湍流形成交替的湍流和层流斜带。这些带存在到全局稳定性阈值R_g，在该阈值以下层流最终占优势。我们研究的碎片和衰减的系统中，这些频带扩展到足够的几个频带存在。我们使用直接的数值模拟适当地定制，以处理这样的大系统在足够长的时间。我们指出了一个两阶段的过程，涉及到一个带的破裂，其次是它的缓慢收缩。以前的解释湍流衰减在壁有界的流动内的混沌瞬态或时空不稳定性的范例进行了讨论。
2011-09-05 nlin.PS physics.flu-dyn
Mitigating adjoint chaos in wall turbulence
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；San Diego State University（圣地亚哥州立大学）
针对壁湍流中基于表面测量反演历史事件的不适定性问题，引入线性涡粘闭合模型计算平均依赖域，揭示了壁应力测量的依赖域与扰动影响域的通用标度行为及其结构差异。
2026-06-25 physics.flu-dyn
On the decay of turbulence in plane Couette flow
本文用直接数值模拟方法研究了平面Couette流动下转捩区湍流和层流斜带的衰减。我们认为，系统扩展到足以存在几个波段，由于温和的壁正常下分辨率被认为是一个一致的和经过充分验证的建模策略。我们指出了一个两阶段的过程，涉及一个乐队的破裂，然后由一个缓慢的回归的碎片离开。以前的方法湍流衰减壁有界的流动，利用混沌瞬态范式重新解释在时空的角度来看，在一个潜在的随机过程的大偏差。
2011-07-27 nlin.PS physics.flu-dyn
Auto-Encoded Reservoir Computing for Turbulence Learning
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；The Alan Turing Institute（艾伦·图灵研究所）；Imperial College London（伦敦帝国学院）
提出了一种自动编码水库计算（AE-RC）的方法来学习二维湍流的动力学。AE-RC由一个自动编码器和一个回声状态网络组成，自动编码器发现流状态的有效流形表示，回声状态网络学习流形中流的时间演化。AE-RC能够学习流的时间精确动力学并预测其一阶统计矩。AE-RC方法为利用机器学习进行湍流的时空预测开辟了新的可能性。
2021-03-24 cs.LG physics.flu-dyn
Ecological collapse and the emergence of traveling waves at the onset of shear turbulence
向湍流的过渡表现出显着的时空行为，继续挑战详细的理解。在管道中的湍流开始附近，瞬态湍流区域直接衰减，或者在较高的雷诺数下通过分裂衰减，其特征时间尺度表现出对雷诺数的超指数依赖性。在这里，我们报告过渡管流的数值模拟，显示带状流出现在大尺度上，激活各向异性湍流波动，反过来，带状流抑制小尺度湍流导致随机捕食者-猎物动态。我们表明，这种“生态”模型的过渡湍流再现超指数的寿命统计和管流实验的现象。我们的工作表明，湍流边缘的流体在数学上类似于灭绝边缘的生态系统，并提供了一个完整的联系之间的流体动力学方程和定向渗流普适类。
2015-05-31 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
