Strong polymer-turbulence interactions in viscoelastic turbulent channel flow
本文着重研究了粘弹性湍流导致聚合物诱导湍流减阻现象的基本机理。在这个问题上的一个巨大挑战是粘弹性湍流的计算,因为对聚合物物理的理解仅限于力学模型。一个有效的国家的最先进的数值方法来解决建模为非线性弹簧的聚合物的控制方程,而不使用任何人为的假设,像往常一样,在这里实施的第一次在一个三维通道流动几何。该算法捕捉强聚合物-湍流动力学相互作用的能力被描绘的结果,这是更接近定性的实验观察。这使得更详细的研究的聚合物湍流的相互作用,从而产生一个增强的图片上的聚合物湍流能量转移的机制。
2011-11-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Energy transport due to pressure diffusion enhanced by helicity and system rotation in inhomogeneous turbulence
众所周知,与非旋转情况相比,在旋转系统中,湍流能量在旋转轴的方向上快速传递。在这项研究中,这一现象是作为一个问题的能量扩散表示的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模型。传统的湍流能量通量的梯度扩散近似不能解释旋转非均匀湍流中观察到的增强的能量输运。为了充分描述这种现象,我们提出了一个新的模型的能量通量,由于与流体的旋转运动的压力。能流模型表示成正比于湍流螺旋度。这一性质与快速旋转流体中惯性波的群速度密切相关。该模型的有效性进行了评估,使用旋转下的非均匀湍流的直接数值模拟(DNS)。结果表明,系统旋转增强的湍流能量输运大部分归因于压力扩散项。与系统旋转有关的压力能通量的空间分布与负螺旋度相似。因此,新的模型,这是成比例的湍流螺旋度是能够定性地占增强的能量通量,由于系统的旋转。最后,螺旋Rossby数的建议,以估计的湍流螺旋度和旋转增强的能量通量的相对重要性,在比较传统的梯度扩散近似。
2018-09-21 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Enhanced Activity Reduces the Duration of Intermittent Lévy Walks in Bacterial Turbulence
该研究通过实验揭示了细菌悬浮液中微观动力学与集体运动涌现的相关性,发现细菌在集体运动中经历弹道动力学、间歇性Lévy游走至随机涨落的转变,且增强的活性会缩短Lévy游走持续时间,微观动力学转变受流动有效活性的内在时间尺度控制。
2023-07-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Error estimates for the Smagorinsky turbulence model: enhanced stability through scale separation and numerical stabilization
在目前的工作中,我们展示了一些结果的影响Smagorinsky模型上的相关扰动方程的稳定性。我们表明,在存在一个谱间隙,使流可以分解在一个大规模的中等梯度和一个小振幅的精细尺度与任意梯度,Smagorinsky模型承认稳定性估计扰动,指数增长性只取决于大尺度梯度。然后,我们表明,在稳定的有限元法的背景下,相同的结果结转的近似,并在这种情况下,适当选择的有限元空间的Smagorinsky模型作为一个稳定器产生接近最佳的误差估计的$L^2$ -规范在前渐近高雷诺数制度的光滑流动。
2021-01-29 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Multiscale preferential sweeping of particles settling in turbulence
在一篇开创性的文章中,\citet [J. Fluid Mech.,174:441-465]{maxey 87}提出了一种理论分析,其表明通过优先扫掠机制发生湍流中增强的颗粒沉降速度,这取决于惯性颗粒对流体速度梯度场的优先采样。然而,最近的直接数值模拟(DNS)导致\citet [J. Fluid Mech.,796:659- 711]{Ireland 16 b}表明,即使在不存在这种优先取样的参数空间的一部分中,颗粒仍然表现出增强的沉降速度。此外,有几个突出的问题,关于不同的湍流尺度的作用,对增强沉降,泰勒雷诺数$R_λ$的作用。马克西的分析并没有解释这些问题,部分原因是它仅限于粒子斯托克斯数$St\ll1$。为了解决这些问题,我们已经开发了一个新的理论结果,有效的任意$St$,揭示了多尺度的性质产生的机制增强沉降速度。特别地,它示出了优先扫描机制操作的尺度范围如何取决于$St$。这种分析是由DNS的结果,我们研究的作用,不同的流量尺度上的颗粒沉降速度粗粒化的底层流。结果表明,有助于增强沉降的流量尺度如何取决于$St$,并且与先前的权利要求相反,不可能存在表征增强沉降速度的单一湍流速度尺度。结果解释了颗粒沉降速度对$R_λ$的依赖性,并显示了在足够大的$R_λ$下这种依赖性的饱和如何取决于$St$。结果还显示…
2019-04-20 physics.flu-dyn
PEST: Physics-Enhanced Swin Transformer for 3D Turbulence Simulation
University of Alabama(阿拉巴马大学);University of Pittsburgh(匹兹堡大学)
PEST通过物理增强的Swin Transformer实现三维湍流模拟,利用自注意力机制和频率域自适应损失,提高模拟精度与物理一致性。
2026-02-09 cs.AI math.AP physics.flu-dyn
Effect of enhanced dissipation by shear flows on transient relaxation and probability density function in two dimensions
我们报告了一个非微扰研究的剪切流的影响湍流减少衰减在二维湍流。通过考虑不同的初始功率谱和剪切流(纬向流,结合纬向流和流光),我们演示了剪切流如何快速产生小尺度,导致湍流振幅的快速阻尼。特别是,湍流振幅的双指数下降示出发生由于波数的指数增加。的有效耗散时间尺度$τ_{e}$,以前采取的混合时间尺度$τ_{e} \propto τ_Ω^{2/3} τ_η$的缩放,示出依赖于剪切流的类型以及初始功率谱的类型。这里,$τ_Ω$和$τ_η$分别是剪切和分子扩散时间。此外,我们提出了时间相关的概率密度函数(PDF),并讨论了增强耗散对PDF和动态时标$τ(t)$的影响,它代表了系统通过统计上不同的状态的时间尺度。
2017-11-14 cs.IT math.IT physics.flu-dyn
Mixing with viscoelastic waves at low Reynolds numbers
Lund University(隆德大学);SciLife Lab, Lund University(瑞典国家生命科学中心,隆德大学)
本文研究了在低雷诺数条件下,通过粘弹性湍流提高微流控通道中分子和聚合物的混合效率,展示了粘弹性波动对反应速率和大分子混合的增强作用,并探讨了优化策略。
2026-03-16 physics.flu-dyn
Restricted Euler dynamics in free-surface turbulence
该研究推导了自由表面湍流的受限欧拉模型,经实验验证其可捕捉部分速度梯度特征,同时揭示了自由表面对湍流能量级联及速度梯度间歇性的影响。
2024-12-04 physics.flu-dyn
Dynamo efficiency with shear in helical turbulence
为了阐明剪切流对产生磁场(发电机效应)的影响,我们研究了磁场不反作用于速度场的运动学极限。通过非微扰纳入剪切螺旋强迫湍流的影响,我们表明,湍流强度和湍流输运系数(湍流粘度,$α$和$β$效果)增强弱剪切,而强烈抑制强剪切。特别地,$β$显示出比$α$效应更强的抑制。我们讨论了其重要的影响发电机效率,即缩放的发电机数量与差分旋转。
2009-07-07 physics.flu-dyn
Quantitative prediction of sling events in turbulence at high Reynolds numbers
该研究基于粒子路径上的速度梯度历史提出湍流弹射事件判据,将其归结为一维局域化问题,并通过全解析模拟验证,揭示高雷诺数、小Stokes数条件下弹射显著增强。
2022-08-10 physics.flu-dyn
Lagrangian Attention Tensor Networks for Velocity Gradient Statistical Modeling
针对高雷诺数湍流直接模拟计算受限的问题,结合VGT演化与流体形变关联提出拉格朗日注意力张量网络,在两类指标上达最优,还发现应变率张量历史与压力海森矩阵的新关联。
2025-05-16 physics.flu-dyn
Inversion formula of multifractal energy dissipation in 3D fully developed turbulence
近年来,湍流中的逆统计概念引起了人们的广泛关注。证明了正结构函数和逆结构函数的标度指数满足反演公式。这一命题已经被使用壳模型的数值数据所验证。然而,没有直接证据的实验三维湍流的报道。我们建议用三维充分发展湍流的实验数据来检验反演公式,通过考虑能量耗散率来代替通常对结构函数的努力。出射距离的矩表现出很好的多重分形。验证了正指数和逆指数之间的反演公式。
2006-03-18 physics.flu-dyn
A lower bound on adiabatic heating of compressed turbulence for simulation and model validation
当压缩发生在比湍流耗散时间短的时间尺度上时,湍流中的能量可以通过压缩而放大。这种机制可能在维持各种天体物理系统(包括分子云)中的湍流中发挥作用。湍流放大的量取决于压缩强迫和湍流耗散的净效应。通过对这种耗散的一个界的论证,我们给出了压缩湍流中湍流速度随压缩比的标度的一个下界。也就是说,受到压缩的湍流将至少与这里给出的边界一样多地被增强,这取决于将概述的一组警告。作为一个验证检查,这个下限表明,一些压缩天体物理湍流的模拟和模型是太耗散。所使用的技术突出了压缩湍流和衰减湍流之间的关系。
2017-04-09 astro-ph.GA astro-ph.IM physics.flu-dyn
Zonal flow generation in ion temperature gradient mode turbulence
本文研究了考虑伸长效应的环形离子温度梯度(ITG)模式湍流中的带状流(ZF)增长率。典型的托卡马克参数值与等离子体参数的ZF增长的缩放检查。用于环形ITG驱动模式的物理模型是基于离子连续性和离子温度方程,而ZF演变描述的涡度方程。结果表明,一个大的ZF增长被发现接近边缘的稳定性和峰值的密度分布,这些影响可能会增强伸长。
2009-01-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Low MHD turbulence: the role of boundaries
在这篇简短的综述中,我们介绍了低磁雷诺数下MHD湍流的主要已知特征,对于低磁雷诺数下的MHD湍流,流动既不强烈也不导电,不足以干扰外部施加的磁场。重点是故意放在这些流动的非常具体的物理机制,而不是他们的数值模拟。我们也专注于均匀磁场,已收到最多的关注。由于这些流动的基本性质已经被彻底审查了很多次,这篇评论是故意偏向有界域中的流动,在MHD流动中观察到的二维趋势铸造域的边界成为主导作用。
2020-06-15 physics.flu-dyn
A priori tests of turbulence models for compressible flows
本研究利用直接数值模拟数据对可压缩RANS湍流模型进行先验检验,评估多种闭合模型与修正,重点关注湍流热通量、膨胀耗散及高焓条件下的湍流-化学和湍流-振动弛豫相互作用。
2023-10-15 physics.flu-dyn
Coherence does not always imply causality in wall-bounded turbulence
1 School of Aeronautics, Universidad Polit \'e nica de Madrid, 28040 Madrid, Spain.
研究壁面湍流中相干结构因果关系,发现因果假设不成立,仅约一半结构比非相干湍流因果性更强。通过分析表明其因果性取决于局部流环境,如 Q2、Q4 事件各有不同主导指标,强调解释相干结构需考虑其与周围湍流相互作用。
2026-07-13 physics.flu-dyn
Local flame displacement speeds of hydrogen-air premixed flames in moderate to intense turbulence
对湍流预混火焰中局部火焰位移速度$S_d$的全面了解对下一代氢燃料发动机的设计和开发至关重要。预混氢-空气火焰的特征在于与其他常规燃料相比显著更高的层流火焰速度。此外,在存在湍流的情况下,$S_d$被增强得远远超过其相应的未拉伸的平面层流值$S_L$。在这项研究中,高Karlovitz数($Ka$)湍流的影响,密度加权火焰位移速度,$\widetilde{S_d}$,在H $_2$ -空气火焰进行了研究。最近,人们已经确定,火焰-火焰相互作用在区域的大负曲率支配大偏差的$\widetilde{S_d}$从$S_L$,为中度湍流火焰。还提出了用于相同的交互模型。在这项工作中,我们试图测试的相互作用模型的适用性强湍流火焰的特点是大$Ka$。为此,我们调查的局部火焰结构:热,化学结构,曲率的影响,沿所选等温表面的法线方向。此外,还分析了传输和化学项对$\widetilde{S_d}$的相对贡献。结果发现,不像中度湍流预混火焰,其中增强的$\widetilde{S_d}$驱动的完整的火焰结构之间的相互作用,$\widetilde{S_d}$增强高$Re_t$和高$Ka$火焰主要是由局部的相互作用的等温线。结果表明,在负曲率较大的区域内,由于这些相互作用,$\widetilde{S_d}$的增强现象发生了,表明该相互作用模型对高$Ka$湍流预混火焰也是有用的。
2021-06-15 physics.flu-dyn
Front structure and dynamics in dense colonies of motile bacteria: Role of active turbulence
我们研究了一个细菌菌落的传播经历湍流一样的集体运动。我们提出了两个最低限度的模型来研究人口增长和湍流产生的相干结构之间的相互作用。利用直接数值模拟(DNS)的建议的模型,我们发现,湍流有两个突出的影响殖民地的空间增长:(a)前的速度提高,(b)前变得皱巴巴的。这两种效应,我们强调使用统计工具,在我们的两个模型中是显着不同的。我们还表明,在某些制度下,在随机流的褶皱前结构和被动标量锋。
2016-08-03 cond-mat.soft nlin.CD physics.bio-ph
The effect of shear-thinning on the scalings and small-scale structures of turbulence
本文用 Carreau 模型研究剪切稀化流体的均匀各向同性湍流,证明经正确平均定义后 Kolmogorov 标度仍成立,但可变黏度显著增强小尺度间歇性。
2025-05-09 physics.flu-dyn
TNT: Vision Transformer for Turbulence Simulations
众所周知,湍流由于其多尺度性质和对小扰动的敏感性而难以建模。湍流模拟的经典求解器通常在更精细的网格上操作,并且计算效率低。在本文中,我们提出了湍流神经Transformer(TNT),这是一个学习模拟器的基础上的Transformer架构,预测湍流动力学粗网格。TNT将vanilla Transformers的位置嵌入扩展到时空设置,以学习3D时间序列域中的表示,并应用时间相互自注意(TMSA)来捕获相邻的依赖关系,以提取深度和动态特征。TNT是能够产生相对长期的预测稳定和准确,我们表明,TNT优于国家的最先进的U-网模拟器在几个指标。我们还测试了模型的性能与不同的组件删除,并评估不同的初始条件下的鲁棒性。虽然需要更多的实验,我们得出结论,TNT有很大的潜力,优于现有的求解器和推广到其他模拟数据集。
2022-07-11 physics.flu-dyn
Intermittency enhancement in quantum turbulence
间歇性是湍流的一个重要特征,它不仅存在于经典粘性流体的湍流流动中,而且也存在于诸如超流$^4$ He等量子流体的流动中。尽管经典流体中的湍流与超流$^4$ He中的准经典湍流之间存在相似性,但人们已经预测,超流$^4$ He中的不稳定性与温度有关,并且在一定温度下会增强,这与经典湍流中几乎与流动无关的不稳定性形成鲜明对比。该理论预测的实验验证具有挑战性,因为它需要在$^4$ He中良好控制量子湍流的产生以及具有高空间和时间分辨率的流量测量工具。在这里,我们报告了一个实验研究的量子湍流所产生的拖曳网格通过一个静态样品的超流体$^4$他。将新近发展起来的He $^*_2$分子示踪线标记测速技术与传统的二次声衰减方法相结合,对衰减湍流量子流进行了研究。我们观察到准经典衰减的湍流动能在正常的流体和涡线密度的超流组件。对于衰变过程中的几个时刻,我们计算了横向速度结构函数。使用扩展的自相似性假设推导出的标度指数显示出非单调的温度依赖性非线性增强,与Biferale等人最近的理论/数值研究非常一致[Phys. Rev. Fluids 3,024605(2018)]。
2018-06-29 physics.flu-dyn
Wall-sheared thermal convection: heat transfer enhancement and turbulence relaminarization
本研究通过在二维和三维Rayleigh-Bénard单元中施加三种壁面剪切,发现增加壁面剪切强度可增强传热效率并引发湍流再层化,且层流态因形成更稳定的对流通道而具有比湍流态更高的传热效率。
2023-03-31 physics.flu-dyn
Evaluation of explicit and implicit LES closures for Burgers turbulence
在这项工作中,我们进行了隐式和显式大涡模拟封闭模型求解Burgers湍流问题的后验误差分析。我们的闭合建模工作包括配备各种低通滤波器的功能和结构模型。我们引入离散二项式平滑滤波器和增强版的Van Cittert算法,以加速近似反卷积过程的收敛,包括正则化和松弛滤波方法。我们的隐式建模工作包括各种高阶格式,包括紧凑和非紧凑的五阶迎风格式,以及加权基本无振荡(WENO)和紧凑的重建WENO(CRWENO)计划,所得到的计划被证明有效地收敛到直接数值模拟(DNS),以提高分辨率。与DNS和欠解析DNS计算相比,我们的数值评估说明了这些方法捕获网格截止尺度附近的能量含量的能力。
2016-04-28 physics.flu-dyn
Analytical modelling of wind-turbine wake turbulence in neutral atmospheric boundary layers
IFP Energies nouvelles(IFP能源新动力);Durham University(杜伦大学)
本文提出一种新的尾涡附加湍流强度模型,基于TKE和流体方向雷诺应力预算,结合经典RANS假设和远尾涡近似,实现简单实用且与LES和风洞实验一致的风场建模工具。
2026-04-30 physics.flu-dyn
Anisotropy and intermittency in drift-wave turbulence with zonal flows: a two-dimensional continuous wavelet analysis
Institute of Materials and Systems for Sustainability, Nagoya University(名古屋大学材料系统可持续研究所);Institut de Mathématiques de Marseille (I2M), Aix-Marseille Université, CNRS(马赛数学研究所(I2M),艾克斯-马赛大学,法国国家科学研究中心);National Institute for Fusion Science(国立核聚变科学研究所)
研究带状流漂移波湍流中小尺度下的各向异性和空间间歇性,采用二维方向连续小波变换,应用于修正长谷川-若谷模型涡度场,得出二阶矩在垂直带状流方向增强、空间间歇性在沿带状流方向更显著的结论。
2026-07-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulence enhancement of coagulation: the role of eddy diffusion in velocity
给出了一个Smoluchowski型的湍流流体中的凝聚模型,首先表示通过一个随机模型,然后在一个合适的比例限制作为一个确定性模型,在速度分量中的增强扩散。通过数值模拟得到了平均湍流速度场强度与混凝强化之间的精确联系,并通过一种新的方法证明了与气体动力学模型一致的平均速度差公式。
2023-03-14 math-ph math.MP math.PR
Scaling laws and diffuse locality of balanced and imbalanced MHD turbulence
近年来,将强MHD湍流理论推广到非零交叉螺旋度(或能量不平衡)的研究引起了人们极大的兴趣。在我们早期的出版物中,我们进行了三维数值模拟,并表明一些现有的模型与数值不一致。在本文中,我们把注意力集中在低不平衡限制,并进行了新的高分辨率模拟。结果强烈表明,在小的不平衡的限制,我们顺利过渡到一个标准的Goldreich-Sridhar(1995)平衡模型。我们还声称,Perez-Boldyrev(2009)模型预测,由于所谓的“动态对齐”,两个组件的非线性时间尺度相同,强烈矛盾的数字证据。
2010-05-03 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Photon Bubble Turbulence in Cold Atom Gases
湍流辐射流在具有强的、非相干的光-物质相互作用的系统中是常见的。在天体物理学的背景下,光子泡湍流被认为是增强辐射传输的关键机制,其重要性已被广泛断言为各种高能物体,如吸积盘和大质量恒星。我们在这里证明,类似的条件下,密集的天体物理对象可以获得在大型云的冷原子驱动接近尖锐的电子共振。通过访问空间分辨的原子密度,我们能够识别光子泡不稳定性和由此产生的光子泡湍流的制度。我们还开发了一个理论模型,描述了光子和原子气体的耦合动力学,它准确地描述了湍流制度的统计特性。因此,这项研究开启了在冷原子实验中模拟辐射主导的天体物理系统的可能性。
2021-07-05 astro-ph.SR physics.atom-ph physics.flu-dyn
Recent Developments in Theories of Inhomogeneous and Anisotropic Turbulence
理解非均匀和各向异性流体流动需要数学和计算工具,这些工具是针对此类流动定制的,并且不同于用于理解均匀和各向同性湍流的典型问题的方法。本文综述了非均匀和各向异性湍流理论的一些最新进展,特别强调了几种拟线性近似及其相应的统计公式。方面的准线性理论,在文献中没有得到足够的重视进行了讨论,并提出了开放的问题。
2022-05-31 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Ion Heat and Parallel Momentum Transport by Stochastic Magnetic Fields and Turbulence
本文提出了随机磁场与湍流相互作用的平行动量和离子热的湍流输运理论。注意力集中在确定动应力和压缩能通量。一个关键参数被确定为湍流散射率的比率的平行声色散。当参数较大时,动应力表现为粘性应力.当参数较小时,准线性残余应力得到恢复。实际上,粘性应力是相应的形式,并且准线性极限是不可观测的。这是本文的主要预测。一个简单的物理图片开发和显示恢复的详细分析的结果。
2021-11-05 nucl-th physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Harnessing elastic instabilities for enhanced mixing and reaction kinetics in porous media
Princeton University(普林斯顿大学)
通过添加柔性聚合物引发弹性不稳定性,有效增强多孔介质中溶质混合与反应动力学,实现混合效率提升和反应速率增强。
2023-11-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft nlin.CD