Extreme vorticity growth in Navier-Stokes turbulence
根据统计湍流理论，系综平均平方涡度rho_E的增长速度不超过drho_E/dt ~ rho_E^{3/2}。通过求解最大体涡度拟能（E）增长的变分问题，我们找到了增长率高达dE/dt ~ E ^[3]的速度场。使用数值模拟，以及解决小尺度和准拉格朗日平流跟踪流体子体积迅速增长的涡量，我们研究空间分辨的统计涡量增长。我们发现，体积系综平均增长的约束是满足当地的一个显着的准确度。dE/dt ~ E^3的元素也可以被识别出来，但是当强度变得太大时，它们的增长倾向于被系综平均定律所取代。
2009-11-27 physics.flu-dyn
Three-dimensional fluid motion in Faraday waves: creation of vorticity and generation of two-dimensional turbulence
我们研究了法拉第波中二维湍流的产生，通过研究该系统中空间周期性涡旋的产生。耦合漫射光成像技术和粒子跟踪算法的测量允许同时观察三维流体运动和波场地形的时间变化。准驻波被发现与空间扩展的流体输运共存。更具体地说，破坏的规则模式的粒子与出现一个复杂的流体运动，其统计数据是类似的二维湍流。我们发现，格子的dronons产生涡在dronon尺度的水平流。这些涡流的相互作用解释了二维湍流如何被几乎驻波所推动。值得注意的是，拉格朗日轨迹的曲率揭示了充分发展的湍流中强迫尺度涡的“足迹”。二维Navier-Stokes湍流应被视为法拉第波中的无序源。这些发现也提供了一个新的模式，在二维流动中的涡量创建。
2014-03-31 physics.flu-dyn
Alignment of vorticity and rods with Lagrangian fluid stretching in turbulence
连续介质力学中的拉伸自然是用柯西-格林应变张量来描述的。这些张量量化了材料元素所经历的拉格朗日拉伸，并提供了一种强有力的方法来研究湍流流体流动中涉及拉伸的过程，如涡旋拉伸和各向异性颗粒的排列。从各向同性湍流的模拟分析数据，我们观察到各向异性粒子和涡量之间的优先对齐。我们表明，这种对齐的出现，因为这两个量独立地倾向于与最强的拉格朗日拉伸方向，定义的左柯西-格林应变张量的最大特征向量。特别是，各向异性颗粒接近几乎完美的排列与最强的拉伸方向。涡度与拉伸的对齐较弱，但仍然比以前观察到的涡度与欧拉应变率张量的本征向量的对齐强得多。强涡度的排列几乎与经历相同拉伸的杆的排列相同。
2013-11-04 physics.flu-dyn
Statistical mechanics of 2D turbulence with a prior vorticity distribution
我们适应的情况下，Casimir约束被取代的先验涡度分布的规格的二维湍流的统计理论的形式主义。得到了粗粒涡度演化的唯象弛豫方程。该方程单调增加广义熵泛函（由先验确定），同时保持循环和能量。它可以作为二维强迫湍流的数值参数化，或作为数值算法来构造（i）Ellis-Haven-Turkington意义上的任意统计平衡态（ii）Miller-Robert-Sommeria意义上的特定统计平衡态（iii）根据Ellis-Haven-Turkington，形式上非线性动态稳定的2D Euler方程的任意定态解。Turkington稳定性判据完善了Arnold定理。
2009-04-14 physics.flu-dyn
Refuting the claim of conformal invariance for a zero-vorticity characteristic equation in 2D turbulence
尽管Grebenev等人（2021 a）的当前回复使他们在Grebenev等人（2017）中的原始分析更加透明，但实际问题仍然存在。他们声称已经解析证明了零涡度特征方程在2D湍流中的共形不变性，但这并不正确。我们在Frewer & Khujadze（2021 a，b）中反驳了这一主张，我们将在这里再次简要总结所提出的答复。特别地，我们关于积分归一化约束的破环性质的证明被错误地表述和误解，特别是在他们的第二个回复中（Grebenev等人，2021 b）。尽管该杂志唯一选定的专家审稿人在他的最终结论中明确同意我们的证明，但该杂志仍然决定发表这些回复。
2021-10-21 physics.flu-dyn
Sign cancellation and scaling in the vertical component of velocity and vorticity in rotating turbulence
我们研究了旋转湍流的速度和涡度的笛卡尔分量、螺旋度和垂直平均场分量的符号变化和标度律。分析所需的数据是通过旋转湍流的高分辨率直接数值模拟提供的，这些湍流具有不同的强迫函数，网格点多达1536^3个，雷诺数在~1100和~5100之间，适度的Rossby数在~0.06和~8之间。当旋转可以忽略不计时，速度的所有笛卡尔分量都显示出类似的缩放，与预期的各向同性流一致。然而，在旋转的存在下，只有场的垂直分量显示出清晰的标度律，在无限雷诺数的极限下可能存在符号奇异性的证据。速度的水平分量是平滑的，并且对于任意小的尺度不显示快速波动。垂直速度和涡度，以及垂直平均的垂直速度和涡度，在误差条内显示出相同的比例，与预测这些量具有相同的动力学方程非常强的旋转的理论一致。
2013-06-04 physics.flu-dyn
Lighthill's mechanism and vorticity cascade in the logarithmic layer of wall turbulence
本研究通过高雷诺数槽道流数据验证了Lighthill关于近壁涡量集中的机制，并证实对数层涡量输运为级联过程，其中发卡涡与披肩涡各贡献一半。
2025-09-09 physics.flu-dyn
Analysis of scalar dissipation in terms of vorticity geometry in isotropic turbulence
通过标量梯度产生促进标量耗散的机制从涡度相对于应变主轴的对准方面进行了仔细研究。为此，使用速度梯度张量和标量梯度矢量的随机拉格朗日模型。模式结果表明，标量耗散的主要部分发生在拉伸涡度，即当涡度矢量与拉伸和中间应变特征向量对齐。更具体地说，它似乎是很好地代表了平均标量耗散的样品定义的对齐与拉伸应变，而最强烈的标量耗散是由一组事件的涡度对齐与中间应变。这种差异是由相当微妙的机制，涉及的应变强度和标量梯度对齐的统计结果，从这些特殊的涡度对齐解释。考虑局部流动结构的分析证实了应变和旋转主导事件的后一种情况。然而，尽管普遍的作用，应变在促进标量耗散，标量耗散的水平的差异时，涡对准无论是拉伸或中间应变主要来自旋转为主的事件。
2016-12-01 physics.flu-dyn
On the role of vorticity stretching and strain self-amplification in the turbulence energy cascade
湍流由于大尺度能量注入而产生细尺度运动的趋势通常被看作是由涡量拉伸驱动的动能的尺度级联。这最近已经通过精确的空间-局部关系进行了评估[Johnson，P. L. 2020年，物理学评论快报，\textbf{124}，104501]，这也突出了菌株自扩增的贡献。在本文中，这两个机制的作用进行了更详细的探讨。在相同尺度下过滤的速度梯度之间的涡量拉伸和应变放大相互作用约占能量级联速率的一半，直接将受限的欧拉动力学与能量级联联系起来。然而，多尺度应变放大和涡度拉伸同样重要，并且更类似于涡动粘性物理。此外，随之而来的证据的幂律衰减的能量转移的贡献，从不同的规模支持的概念，能源级联，虽然是一个'漏'的。除了涡量拉伸和应变自放大之外，还引入了第三种能量传递机制，并与二维逆叶栅中重要的涡变薄机制相关。模拟结果表明，这种机制也提供了一个净源的三维湍流的后向散射，在与瓶颈效应的尺度范围内。总之，这些结果为大涡模拟建模提供了丰富的内涵。
2021-02-13 physics.flu-dyn
A parametrization of two-dimensional turbulence based on a maximum entropy production principle with a local conservation of energy
在二维（2D）湍流的情况下，我们应用最大熵产生原理（MEPP），通过强制执行本地能量守恒。这导致了一个方程的涡度分布，保持所有的卡西米尔，能量，并单调增加的混合熵（$H$ -定理）。此外，粗粒涡度方程单调耗散所有的广义拟能。这些方程可以提供2D湍流的参数化。它们一般不会向最大熵态弛豫。对于二维欧拉方程的任何定常状态，涡量流都为零。有趣的是，从MEPP得到的粗粒涡度方程原来是一致的，经过一些代数运算，与预期的涡度方法得到的。这表明了当局部地处理能量守恒时，这两种方法之间的联系。此外，新导出的方程，它包含了一个扩散项和漂移项，有一个很好的物理解释的选择性衰减原则。这为MEPP和预期涡度方法提供了新的思路。
2015-11-30 physics.flu-dyn
Hilbert Statistics of Vorticity Scaling in Two-Dimensional Turbulence
本文分析了二维湍流涡度场$ω(x,y)$的逆能量级联和正涡度拟能级联的标度特性。这是通过应用一个基于希尔伯特的技术，即希尔伯特-黄变换，从$8192^2$网格点直接数值模拟的二维湍流与强迫尺度$k_f=100$和埃克曼摩擦获得的涡量场。用强迫尺度$k_f$将观测到的涡度$ω$和瞬时波数$k(x)$的$C_i(x)$模态的联合概率密度函数$p(C,k)$分解为两部分，分别对应于逆能量级联和正向涡度拟能级联。发现在给定的波数$k$下，所有的条件pdf $p(C\vert k)$都有指数尾.在逆能量级联中，$p(C\vert k)$的形状确实彼此坍缩，表明是非间歇性级联。测量的标度指数$ζ_ω^I(q)$与统计阶数$q$是线性的，即，$ζ_ω^I(q)=-q/3$，证实了非间歇性级联过程。在前向涡度拟能级联中，$p(C\vert k)$的核心部分随波数$k$的变化而变化，表现为间歇性的前向级联。测量的标度指数$ζ_ω^F(q)$与$q$是非线性的，并且可以通过对数泊松拟合来很好地描述：$ζ_ω^F(q)=\frac{1}{3}q+0.45\left(1-0.43^{q}\right)$。然而，提取的涡度标度指数$ζ_ω(q)$的逆能量级联和前向涡度拟能级联是不一致的Kraichnan \rq{}的理论预测。需要新的理论来解释所观察到的标度行为的涡度场的二维湍流。
2014-01-16 physics.flu-dyn
Characterizing Turbulence at a Forest Edge: A Vorticity Budget Analysis around a Canopy
利用 HIGRAD/FIRETEC 推导并离散涡度输运方程，通过均质林冠模拟发现阻力倾斜与拉伸项在林冠边缘对涡度生成贡献显著。
2024-09-09 physics.flu-dyn
Viscous vortex layers subject to more general strain and comparison to isotropic turbulence
粘性涡层受到更普遍的均匀应变被认为是。它们包括汤森的平面应变定常解（对应于参数$a = 1$），其中层平面内的所有应变都朝向涡量拉伸，以及米格达尔最近的轴对称应变定常非对称解（$a = 1/2$），其中一半应变进入涡量拉伸。除了考虑非对称、对称和反对称定常解$\forall a \ge 0$外，还证明了对于$a < 1$，即，如果不是汤森德的情况，涡量本身随时间衰减：只有在一端或两端保持涡量供应的边界条件才导致非零稳态。对于超汤森情况$a > 1$，定常状态有一个相反符号的涡鞘。与各向同性湍流的比较，在这种情况下的平均涡的应变本征框架是层状的，有翅膀相反的涡，和应变配置被发现是超级汤森。只有零积分扰动的$a > 1$稳定的解决方案是稳定的，否则，解决方案的增长。最后，附录表明，应变本征框架中的平均流动（除了一个附加项）是雷诺平均的纳维-斯托克斯方程。
2021-02-28 physics.flu-dyn
Evolution of Rayleigh-Taylor turbulence under vorticity and strain-rate control
本研究通过针对高涡量或高应变率区域的优先流动控制和数值模拟，揭示小尺度结构对 RT 湍流统计、混合、各向异性及能量级串的关键作用。
2025-06-08 physics.flu-dyn
On the Two-point Correlation of Potential Vorticity in Rotating and Stratified Turbulence
发展了一个描述Boussinesq方程描述的旋转和分层湍流中位涡两点统计的框架。位涡两点关联函数动力学的Karman-Howarth方程揭示了在Rossby、Froude、Prandtl和Reynolds数参数的某些区域中惯性范围动力学的可能性。对于大Rossby数和Froude数的情况，以及准地转动力学的情况，我们导出了位涡与速度之间的三阶混合相关的具有2/3前因子的线性标度律，这一结果类似于湍流理论中三阶速度结构函数的Kolmogorov 4/5律。
2006-03-15 nlin.CD physics.flu-dyn
Joint statistics of acceleration and vorticity in fully developed turbulence
我们报告的结果，从一个高分辨率的数值研究的流体颗粒运输的充分发展的湍流。单粒子轨迹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间尺度到一个大涡周转时间。我们目前的结果有关的加速度统计和统计的涡丝条件下的涡度和涡度拟能的本地值的捕获。我们区分了涡量和向心加速度或涡量和纵向加速度的联合统计量之间的两种不同行为。
2005-03-05 nlin.CD physics.flu-dyn
Clustering of vector nulls in homogeneous isotropic turbulence
我们分析了矢量零的速度，拉格朗日加速度，涡量，来自强迫均匀各向同性湍流在$Re_λ\in [40-610]$的直接数值模拟。我们发现，速度零的聚类比加速度零和涡度零的聚类强得多。然而，这些加速度和涡度零值比速度零值更密集。我们研究了这些零点与$Re_λ$和特征湍流lengthscales集群的标度。我们还分析了点惯性粒子的数据集与斯托克斯数$St = 0.5$，3和6，在$Re_λ= 240$。惯性粒子显示优先浓度的聚类程度，类似于一些性质的聚类的拉格朗日加速零点，在协议与建议的扫杆机制的聚类形成。
2021-03-07 physics.flu-dyn
A Stochastic Representation of the Local Structure of Turbulence
基于欧拉方程在短时间内的力学，我们表明，最近的流体变形（RFD）封闭的涡量场，忽略了流体粒子的平流的早期阶段，允许建立一个三维不可压缩的速度场，共享许多属性与经验湍流，如泪滴形状的R-Q平面。不幸的是，非高斯性是弱的（即，没有不稳定性），涡度优先与变形的错误特征向量对齐。然后，我们表明，稍微修改前矢量场，以施加的长期相关性质的湍流允许再现的主要性能的固定流。这样做，我们最终得到了一个现实的不可压缩，倾斜和间歇性的速度场，再现了惯性范围内的三维湍流的主要特征，包括正确的涡度对齐属性。
2010-03-28 physics.flu-dyn
Geometrical statistics of the vorticity vector and the strain rate tensor in rotating turbulence
我们报告的结果的涡矢量的几何统计从实验中获得的电磁强迫旋转湍流。旋转速率$Ω$的范围被认为是从非旋转到快速旋转的湍流，最大背景旋转速率为$Ω=5$ rad/s（Rossby数远小于1）。通常，在我们的实验中，${\rm{Re}}_λ\approx 100$。测量体积位于底部边界层上方的流体容器的中心，其中对于非旋转情况，湍流可以被认为是局部统计各向同性和水平均匀的，参见van Bokhoven等人，Phys. Fluids 21，096601（2009）。基于全套的速度导数，在拉格朗日的方式测量的3D粒子跟踪测速仪，我们已经能够量化统计系统旋转对几个流动特性的影响。实验结果显示了湍流是如何从几乎各向同性的三维湍流（$Ω\lesssim 0.2$ rad/s）演变为准二维湍流（$Ω\approx 5.0$ rad/s）的，以及这是如何通过几个统计量来反映的。特别地，我们研究了涡度矢量相对于局部应变率张量的三个本征矢量和相对于涡拉伸矢量的取向。此外，我们已经量化了系统旋转的自放大项的拟能和应变率方程的作用和这些演化方程的背景旋转的直接贡献。的主要影响是极端事件的强烈减少和相关的（强）减少偏度的PDF的几个数量，如，例如，中间特征值的应变率张量和拟能自放大项。
2013-12-17 physics.flu-dyn
Lagrangian time correlations of vorticity alignments in isotropic turbulence: observations and model predictions
受最近湍流中粒子跟踪实验结果的启发（Xu等人，Nat.Phys.7，709（2011）），我们研究了涡度排列与变形率张量的三个特征向量的拉格朗日时间相关性。我们使用直接数值模拟（DNS）的数据，并探讨速度梯度张量的拉格朗日模型的预测。我们发现，用拉格朗日模式精确地再现了徐等观测到的涡度方向与最广泛本征方向相关的初始增长，以及与其他两个本征方向相关的演化。相反，涡度方向与压力Hessian张量的本征标架的时间相关性与模型显示出差异。
2011-10-31 nlin.CD physics.flu-dyn
Vorticity-strain rate dynamics and the smallest scales of turbulence
建立在Navier-Stokes动力学的内在属性，即强烈的涡结构的流行和涡度和应变率之间的相互关系，我们提出了一个简单的框架来量化的极端事件和最小尺度的湍流。我们证明，我们的方法是在良好的协议与最好的数据直接数值模拟的各向同性湍流，泰勒尺度雷诺数高达1300。我们还强调了一个缺点，由于其断开的涡度和应变之间观察到的相关性，现行的不稳定性模型。我们的工作强调了这种相关性的重要性，这是准确理解湍流不稳定性的关键一步。
2022-02-03 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Correlation and decomposition framework for identifying and disentangling flow structures: canonical examples and application to isotropic turbulence
本文提出结合相关度量与 Helmholtz 分解的流动结构识别解耦框架，并用于各向同性湍流，发现高动能射流主要由中间强度涡量非局域诱导。
2020-11-15 physics.flu-dyn
Enstrophy transfers in helical turbulence
本文采用直接数值模拟的方法研究了螺旋湍流中的涡度拟能转换。我们观察到，螺旋度注入没有显着的影响，惯性范围内的能量和螺旋度谱（$\sim k^{-5/3}$）和通量（常数）。我们还计算了速度到涡度和涡度到涡度通道对涡度拟能转移的单独贡献。有四个不同的涡度拟能通量与前一个通道或涡度拉伸，和一个通量与后一个通道或涡度平流。在惯性范围内，涡度拉伸引起的通量大于平流引起的通量。这些转移也对螺旋度注入不敏感。
2020-04-22 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Trajectory statistics and turbulence evolution
本文的目的是了解二维理想流体中湍流的组织趋势。结果表明，能量和涡度浓度的逆级联等非线性过程本质上是由轨迹捕获或涡动决定的。用半解析方法研究了涡量元轨迹的统计特性。正负涡度的分离是由于大尺度涡对同号小尺度涡的吸引作用。更准确地说，一个大尺度的速度，以确定平均横向漂移，这有相反的方向为正，负涡。它们出现在存在捕获的情况下，并由于大涡旋环流的增加而导致能量流向大尺度流动。本文讨论了磁约束等离子体中漂移湍流演化的最新结果，以强调逆级联和轨道捕获之间存在联系的观点。由于流体和等离子体系统的非线性类型不同，其物理机制也不同，但轨道捕获在两种情况下都起主要作用。
2015-07-29 physics.flu-dyn
Vorticity, Defects and Correlations in Active Turbulence
我们描述了一个连续模型的一个积极的湍流，集中在制度的积极湍流的数值调查。结果的三个参数，活性，弹性常数和旋转扩散常数，对序参量和流场的效果。指向矢场中的缺陷和畸变是涡量的来源，因此涡量与指向矢场密切相关。特别是涡度和序参量相关性的特征衰减长度受缺陷密度的控制。相反，速度相关的衰减是由活动和耗散之间的平衡决定的。我们强调的作用，微观流生成机制，在确定流动模式和特征尺度的主动湍流和对比的行为的伸缩性和收缩性的主动向列。
2014-02-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Rotations of small, inertialess triaxial ellipsoids in isotropic turbulence
小，惯性三轴椭球体的旋转运动的统计计算沿拉格朗日轨迹提取均匀各向同性湍流的直接数值模拟。在\citet{ChevillardMeneveau13}的基础上，考虑了粒子的角速度及其沿三个主轴方向的分量。粒子的角速度，称为粒子拟能的方差，被发现与细长形状的粒子增加。考虑涡量和应变率对粒子旋转的贡献，解释了这种趋势。结果表明，大部分粒子涡拟能是由流体涡引起的。应变率引起的旋转，这是敏感的形状，主要是由应变涡相互作用取消。其余的应变率引起的旋转是负责弱变化的粒子拟能。对于所有形状的粒子，大部分的拟能是在最长轴的旋转，这是由于最长轴和流体涡之间的对齐。粒子绕每个轴的角速度的积分时标表明，绕最长轴的旋转是最持久的，但完整的旋转是罕见的。
2016-11-29 physics.flu-dyn
Experimental evidence of accelerated energy transfer in turbulence
本文利用声波散射研究了湍流涡旋中的涡度动力学。两个超声波束进行调整，同时探测两个空间尺度在一个给定的流量，从而允许相干涡结构的动态的双通道记录。我们的研究结果表明，这允许测量不同空间长度尺度之间的平均能量转移时间，并且这种转移在较小的尺度上进行得更快。
2007-05-29 physics.flu-dyn
Generation of large-scale vorticity in rotating stratified turbulence with inhomogeneous helicity: mean-field theory
本文讨论了具有非均匀动力螺旋度的旋转密度分层发展湍流中大尺度涡量产生的平均场论。我们指出，大尺度非均匀流动是由密度分层旋转湍流和均匀动力螺旋度的联合作用或旋转不可压湍流和非均匀动力螺旋度的联合作用产生的。这些效应导致大尺度剪切的形成，并且由于大尺度剪切和雷诺应力诱导的平均涡量的产生的组合效应，其与小尺度湍流的相互作用又引起大尺度不稳定性的激发（称为涡量发电机）。后者是由于大尺度剪切对雷诺应力的影响。快速旋转抑制了这种大规模的不稳定性。
2018-05-13 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Vorticity Locking and Pressure Dynamics in Finite-Temperature Superfluid Turbulence
本研究通过涡旋丝模型数值模拟有限温度超流湍流，发现涡旋锁定随温度增强，影响超流极化与间歇性，并尝试验证压力谱中的 $k^{-7/3}$ 量子特征。
2023-05-10 cond-mat.other physics.flu-dyn
Machine learning-based vorticity evolution and superresolution of homogeneous isotropic turbulence using wavelet projection
本文提出基于小波投影的机器学习方法，结合三维CNN与LSTM预测均匀各向同性湍流涡量演化并进行超分辨率重构，结果与DNS高度吻合，有效恢复小尺度涡结构。
2024-04-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Tomographic long-distance microPIV to investigate the small scales of turbulence in a jet at high Reynolds number
为了克服传统层析PIV装置的光学局限性，采用\textmu PIV装置对高雷诺数射流（$Re_λ \approx 350$）中的小尺度湍流进行了研究。为了验证层析成像长距离\textmu PIV的性能，进行了小尺度湍流统计方面的分析。该技术进行了评估，并将数据基准化，以应用于大尺度流域中任何三维小尺度现象的分析。
2021-11-25 physics.flu-dyn
Magnetically assisted vorticity production in decaying acoustic turbulence
本研究通过三维数值模拟探究磁场在衰减声学湍流中的涡量产生，发现动能级联遵循柯尔莫哥洛夫唯象学，洛伦兹力可将声能转化为涡旋能，磁场对宇宙学流涡量产生至关重要。
2025-04-11 astro-ph.CO physics.flu-dyn
Folding of the frozen-in-fluid di-vorticity field in two-dimensional hydrodynamic turbulence
自由衰减的二维流体动力学湍流的涡度转子场${\bf B}=\mbox{rot}\,\mathbfω$（双涡度）由于破裂的趋势而集中在对应于涡度准激波位置的线附近。在准激波形成阶段，离涡量$B_{max}$的最大值随时间呈指数增长，而最大面积在矢量${\bf B}$的横向上的厚度$\ell(t)$也随时间呈指数减小。数值计算表明，$B_{max} (t)$取决于厚度根据幂律：$B_{max}(t)\sim \ell^{-α}(t)$，其中指数$α\approx 2/3$。这一行为表明，对于无辐散的离涡矢量场，有利于折叠。
2018-12-10 nlin.PS physics.flu-dyn physics.geo-ph
An application of tomographic PIV to investigate the spray-induced turbulence in a direct-injection engine
燃料喷雾产生高速、喷射状的流，其将湍流施加到环境流场上。喷雾诱导的湍流增强了燃料-空气混合，这在控制发动机中的污染物形成和循环可变性方面具有主要作用。本文介绍了层析粒子图像测速（TPIV）测量分析的三维喷雾诱导湍流在进气冲程的直喷发动机。喷雾在远场产生强烈的喷雾诱导射流，其穿过圆柱体并将湍流施加到周围的流上。在4.8 kHz的平面高速PIV测量与TPIV在3.3 Hz相结合，以评估喷雾颗粒分布和验证TPIV测量的颗粒负载流。进行不确定性分析，以评估与涡度和应变率组件的不确定性。TPIV分析量化了与SIJ相关的湍流空间域，并描述了湍流特征（如湍流动能、应变率和涡度）如何演变到周围流场中。访问完整的张量有助于评估单个喷雾事件的湍流。TPIV图像显示存在强剪切层（可视化的高S级）和口袋的升高涡沿SIJ的直接边界。从SIJ以1 mm增量延伸的空间域中提取值。湍流水平在距SIJ边界0- 1 mm区域内最大，并随径向距离消散。个别应变率和涡度分量进行了详细分析，以描述局部应变率和三维涡结构内产生的强剪切层的SIJ之间的关系。分析的目的是了解负责快速燃料-空气混合的流动特征，并为数值模型的开发提供有价值的数据。
2020-09-03 physics.flu-dyn
Generation of a large-scale vorticity in a fast rotating density stratified turbulence or turbulent convection
在滞弹性近似下，我们发现了一种不稳定性，这种不稳定性会导致在快速旋转的小尺度湍流或湍流对流中产生大尺度涡量，并且沿旋转轴具有非均匀流体密度。大尺度不稳定导致两种模态的激发：（i）以垂直涡度为主的模态，其平均速度与垂直坐标无关;（ii）以水平涡度为主的模态，其平均动量与垂直坐标无关。在快速旋转的密度分层流体动力学湍流或湍流对流中，可以激发出以垂直涡量为主的模态。对于这种模式，平均熵在气旋性涡旋内部耗尽，而在反气旋性涡旋内部增强。只有在快速旋转的密度分层湍流对流中才能激发出以水平涡为主的模态。发展的理论可能与解释在大行星中观察到的巨大风暴的大斑点的起源有关，例如，木星的大红斑和土星的大斑点。它也可能有助于解释快速旋转的晚型恒星中高纬度斑点的起源。
2019-11-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Measurements of the coupling between the tumbling of rods and the velocity gradient tensor in turbulence
我们提出了同步实验测量的动力学各向异性颗粒运输的湍流和周围的流动的速度梯度张量。我们使用立体粒子跟踪来跟踪棒状粒子和小球形流示踪剂。通过使用扫描照明，我们能够获得足够高的示踪剂播种密度来测量杆附近的全速度梯度张量。与涡量和应变率的特征向量的杆的对齐显示与数值模拟一致。一个完整的描述翻滚的杆在湍流中需要指定一个七维联合概率密度函数（PDF）的五个标量的速度梯度张量和两个标量描述的相对方向的杆。如果这七个参数是已知的，那么杰弗瑞的方程指定的棒翻滚率和棒旋转的任何统计可以获得作为一个加权平均超过联合PDF。为了寻找一个低维投影来简化问题，我们探索了均方翻滚率的条件平均值。均方翻滚速率对涡量和应变速率的大小的条件依赖性很强，正如预期的那样，并且相似。杆和涡量之间的取向也有很强的依赖性，因为与涡量矢量对齐的杆由于应变而不是涡量而翻滚。当以杆与应变率的本征向量对准为条件时，当杆以与对应于最小本征值的本征向量成一定角度定向时，获得最大的翻滚率，因为这种特定定向使来自涡度和应变的贡献最大化。
2014-11-22 physics.flu-dyn
On the structure of Vorticity and Turbulence Fields in a separated flow around a finite wing; analysis using Direct Numerical Simulation
本文利用直接数值模拟（DNS）方法，研究了在$Re_c=10^4$和$10^{\circ}$迎角下，NACA 0018有限长方形翼尖机翼周围涡量和湍流动能的空间分布和产生机理。分析的重点是高度不均匀的区域周围的尖端和近尾流，这个区域是高度卷积，强烈的三维，远离自相似。气流在靠近前缘处分离，在机翼中部周围形成一个大的开放式回流区。在翼尖附近，流动保持附着，但在靠近后缘处形成了另一个较小的回流区;该回流区强烈影响主翼翼尖涡的发展。对前缘附近三个涡的早期形成机制进行了阐述和讨论。更具体地说，我们分析了涡流拉伸/压缩和倾斜的作用，以及它如何影响每个涡流的强度，因为它接近后缘。我们发现，三维流动分离的尖锐的顶部接近前缘起着重要的作用，在随后的旋涡流动的发展吸力面。湍流动能和雷诺应力的生产也进行了研究和讨论，结合所确定的涡模式。维持涡度和湍流动能的机制的详细分析，提高了我们对这些高度三维，非平衡流的理解，并可以导致更好的驱动方法来操纵这些流。
2022-05-17 physics.flu-dyn
Local vortex line topology and geometry in turbulence
本文扩展局部流线拓扑分类方法至涡线几何，发现涡量梯度张量不变量的联合PDF呈普适钟形，并揭示涡重连桥两侧拓扑几何一致。
2020-11-04 physics.flu-dyn
Flamelet Connection to Turbulence Kinetic Energy Dissipation Rate
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
本文提出将湍流动能耗散率ε用于闭合子网格非预混火焰let模型，通过关联湍流非预混燃烧的物理过程，提升燃烧计算的准确性。
2025-11-20 physics.flu-dyn
Is Vorticity Amplification Essential for Anomalous Dissipation and Intermittency in Turbulence?
Politecnico di Milano（米兰理工大学）
通过改进的纳维-斯托克斯系统直接数值模拟，发现涡量放大是维持经典能量级联和反常耗散的必要条件，而涡量倾斜单独足以维持多重分形间歇性。
2026-10-01 physics.flu-dyn
Velocity-vorticity correlation and turbulent diffusivity in buoyancy driven fluid dynamics
速度-涡度相关积分（Chkhetiani不变量）是粘性Karman-Howarth方程的不变量。在三维空间中，该不变量可以自然地确定湍流扩散率（粘性）。直接数值模拟的结果表明，由该积分控制的分布混沌可以充分描述Prandtl数$Pr \sim 1$下的湍流Rayleigh-Bénard对流、稳定分层湍流和Rayleigh-Taylor混合.
2019-02-18 physics.flu-dyn
Stochastically generated turbulence with improved kinematic properties
我们提出了一个随机湍流发生器的基础上的涡量制定所产生的湍流场隐含地满足不可压缩流的运动学约束。该发生器允许直接访问湍流速度和涡度场。强制执行附加约束，如无发散涡量场和流场的特定可微性，也可以直接在此公式中实现。由此产生的湍流场包含改进的运动学特性，并可以导入到数值模拟中，而没有过多的能量损失。
2017-02-07 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Probing dynamics of elliptical vortex rings via direct vorticity measurements with digital inline holography
本文利用数字内联全息涡量测量技术研究不同纵横比椭圆涡环演化中的涡量分布与脉动，揭示纵横比对涡量演化和不稳定性的非单调影响，验证了该方法在非定常涡流中的有效性。
2023-10-30 physics.flu-dyn
Extreme vorticity events in turbulent Rayleigh-Bénard convection from stereoscopic measurements and reservoir computing
利用体视粒子图像速度场（PIV）技术对空气中瑞利-贝纳德对流湍流体区的离面涡量分量$ω_z$的高幅值事件进行了分析。瑞利数${\rm Ra}$从$1.7 \times 10^4$到$5.1 \times 10^5$不等。实验研究与$ω_z$和个体速度导数$\partial u_i/\partial x_j$的长期时间序列的综合统计分析有关。一个统计收敛导数矩的顺序为6证明。在相同的参数范围内，我们的结果与已有的高分辨率直接数值模拟结果吻合得很好，包括出现在相应概率密度函数远指数尾的极端涡度事件。实验证实了对流中速度导数统计量从高斯分布到非高斯分布的转变。实验数据被用来训练水库计算模型，递归神经网络的一个实现，再现高度间歇性的实验时间序列的涡度，从而重建极端的平面外涡度事件。在使用高分辨率PIV数据训练模型之后，机器学习模型在重建阶段使用稀疏种子、连续可用且不可见的测量数据运行。重建质量的部分观测的稀疏性的依赖性也被记录。我们的后者的结果铺平了道路，机器学习-辅助实验分析的小尺度湍流的时间序列缺失的速度导数可以提供生成算法。
2022-03-14 physics.flu-dyn
The Lundgren-Monin-Novikov Hierarchy: Kinetic Equations for Turbulence
我们提出了一个概述的统计描述的湍流的概率密度函数（PDF）的框架下的Lundamart-Monin-Novikov（LMN）的层次结构的最近的工作。在此框架内，PDF的演化方程来自流体运动的基本方程。封闭问题的出现，无论是在耦合到多点PDF或条件的平均值进入演化方程作为未知函数。我们主要集中在后者的情况下，并使用直接数值模拟（DNS）的数据来指定的未封闭的条款。除了介绍基本的分析技术外，还讨论了二维涡量统计、三维湍流的单点速度和涡量统计、Rayleigh-Bénard对流的温度统计和Burgers湍流的应用。
2012-10-22 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
Small-scale dynamics and structure of free-surface turbulence
本文通过高浓度漂浮粒子实验研究自由表面湍流的小尺度结构，揭示散度、涡量和应变率的间歇统计、拓扑特征及标度规律，并发现含能尺度对小尺度量的影响强于三维湍流。
2024-12-05 physics.flu-dyn
Geometric characterization of vortex lines in turbulence
湍流中的涡量通常被组织成影响动力学的复杂几何形状。我们使用一种相对新颖的方法来描述这些几何形状：获得嵌入在流中的涡线的片段。这使我们能够量化这些对象的几何特征。涡线的行为差异很大，但我们发现一些统一的功能。从高水平的涡度的衰减示出发生在一小部分的涡长。局地曲率与涡度大小成反比关系。涡线的强部分束在一起。我们希望，这第一项工作将产生兴趣，这种量化和物理学的涡流动力学湍流。
2023-01-17 physics.data-an physics.flu-dyn
Tetrahedron deformation and alignment of perceived vorticity and strain in a turbulent flow
我们描述的结构和动力学的湍流的尺度相关的感知速度梯度张量支持以下四个示踪剂，即流体粒子，最初形成一个正四面体。我们报告的结果，从实验中的冯卡门旋转水流和不可压缩的纳维-斯托克斯方程的数值模拟。我们分析了从耗散到积分尺度的大小为$r_0$的初始正四面体的应变张量和涡度的感知速率的统计和动力学。就像真实速度梯度一样，在任何时刻，感知涡度也优先与感知应变率的中间特征向量对齐。然而，在给定时间$t=0$处固定的感知应变率本征框架中，感知涡度随时间演变，以便与$t=0$处的最强本征方向对准。这也适用于真实的速度梯度。在较高雷诺数下的实验数据表明，在惯性范围内存在自相似区。特别地，感知到的涡度和应变的对齐的动态可以通过$t_0$重新缩放，当尺度$r_0$在惯性范围内时，流动的湍流时间尺度。对于较小的雷诺数，我们发现的动力学尺度依赖。
2013-01-14 physics.flu-dyn
Hidden drifts in turbulence
本文定义并讨论了二维湍流中隐漂的概念。这些是轨迹的有序分量，平均为零，不产生直接传输。它们的影响表现在湍流的演变中，作为一种特殊类型的通量，它包括在相反方向上的正波动和负波动的平均运动。我们表明，这些通量有重要的非线性效应在湍流流体和封闭的等离子体。在第一种情况下，它们通过根据涡度波动的符号分离涡度波动的过程，以牺牲小尺度波动为代价来确定大尺度涡度和速度的增加。在第二种情况下，它们提供了一种机制，为纬向流的产生和涡通量，影响剪切旋转的等离子体。
2018-10-24 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Simulations of turbulence over compliant walls
对一刚性壁面和一粘弹性壁面通道内的湍流进行了直接数值模拟。采用Eulerian-Eulerian模型和水平集方法识别流体柔性材料界面。重点关注瑞利波在柔性材料中的传播，其速度取决于弹性剪切模量，其主波长取决于粘弹层的厚度。选择这些参数以确保柔顺表面和湍流之间的耦合。当瑞利波的相速度与近壁压力波动的平流速度相当时，涡量片在临界层附近被抬起并分离，并导致局部压力最小值。这些事件是由波谷附近的弯曲速度廓线引起的，并受弹性表面净涡度通量的控制。这种现象是理解的统计特性的流量，包括表面变形压力的相关性和增强的随机湍流剪切应力的中心。作用在流体上的压力在表面处是正的，这增加了湍流强度和壁面法向混合，而没有任何流向动量增益。最后，我们讨论了三维的表面地形上产生的流向涡，二次运动，和横向湍流输送的影响。
2021-11-01 physics.flu-dyn
Vortex stretching and enstrophy production in high Reynolds number turbulence
湍流的一个重要组成部分是涡拉伸机制，它源于涡量和应变率张量的非线性相互作用，并导致极端事件的形成。我们分析了涡量和应变率之间的统计相关性，通过使用一个庞大的数据库产生的非常好的解决直接数值模拟强迫各向同性湍流在周期域。网格分辨率达到$12288^3$，泰勒尺度雷诺数在$140-1300$范围内。为了了解极端涡度波动的形成和结构，我们获得了以涡度拟能（涡度平方）为条件的统计。应变的大小，以及它的特征值，是近似恒定的条件下，弱拟能，而他们的增长近似为幂律的强拟能，这成为陡峭的增加$R_λ$。我们发现，众所周知的涡度和应变张量的中间特征向量之间的优先对齐是更强的大拟能，而涡度表现出的倾向是弱正交的最广泛的特征向量（大拟能）。然而，大涡度拟能事件产生的主要贡献来自于最广泛的本征方向，随着$R_λ$的增加，这种贡献越大。然而，在强烈的涡度区域的拉伸显着耗尽，与弱弯曲管的运动学特性，他们组织一致。进一步的分析表明，强烈的涡度拟能主要是通过粘性扩散来消耗的，尽管粘性耗散也很重要。对建模的影响在名义上是适当的。
2020-09-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Transient vortex events in the initial value problem for turbulence
一个涡量浪涌事件，可能是一个广泛的一类突发事件在湍流的范例进行了研究，以研究如何建立能量级联，以及如何将此事件可以作为一个新的测试LES湍流模型。在直接数值模拟中，通过湍流能量级联的传统特征（如接近-5/3的谱和强烈的贝尔特拉姆涡管），该涡量浪涌事件与能量级联的形成有关。一个连贯的机制，建议几乎同时发展的最大峰值涡度$\|ω\|_\infty$，增长的耗散，一个螺旋对齐的本地涡配置和强大的，瞬态振荡的螺旋波数谱的外观。这种一致性也检查两个LES模型，一个传统的纯耗散涡粘性模型和现代方法（LANS $-α$），尊重流体的非线性输运特性。这两个LES模式正确地代表了频谱能量和能量耗散与这个涡量激增事件。然而，只有保留非线性流体输运特性的模型才能再现螺旋特性，包括贝尔特拉米式涡流管。
2002-01-27 nlin.CD physics.flu-dyn
Comment on 'Conformal invariance of the zero-vorticity Lagrangian path in 2D turbulence'
Grebenev等人[J. Phys. A：Math. Theor. 52，335501（2019）]，即零涡拉格朗日路径上的无粘性和未闭合的2D Lundle-Monin-Novikov（LMN）方程承认共形不变性，是基于Grebenev等人（2017）早些时候发表的有缺陷和误导性的分析。以前在欧拉图像中所做的所有错误结果和结论现在都被Grebenev等人（2019）扩展到拉格朗日图像。虽然我们已经对这些错误进行了评论，并一直反驳他们以前的研究（Frewer & Khujadze，2018），但我们认为有必要在Grebenev等人的新公式和符号中再次解决和讨论这些错误。
2020-08-17 cond-mat.stat-mech hep-th physics.flu-dyn
