Analysis of the Taylor dissipation surrogate in forced isotropic turbulence
本文从Lin方程表示的波数空间能量平衡出发，导出了实空间中受迫各向同性湍流的局部Karman-Howarth方程的一种新形式。这个方程，然后铸造成一个无量纲的形式，从一个组合的分析和数值研究导致我们推导出一个新的模型的尺度无关的无量纲耗散率$\Ceps$，它采取的形式$\Ceps = \Cinf + C_L/R_L$，其中的渐近值$\Cinf$可以从三阶结构函数进行评估。发现这与$\Cinf = 0.47 \pm 0.01$和$C_L= 18.5 \pm 1.3$的数值数据拟合。通过考虑对数尺度上的$\Ceps - \Cinf$，我们表明，$R_L^{-1}$确实是正确的雷诺数行为。该模型与文献中以前的尝试相比，令人鼓舞的协议。的惯性和粘性项，由于有限强迫的尺度依赖性的影响，然后被认为是相互补偿，这样的模型方程是适用于有限强迫系统。此外，我们还表明，自由衰减湍流的情况下，$\Ceps$随雷诺数增加的特征下降是由于\emph{increase}在代理表达式$U^3/L$ ;耗散率被保持恒定的结果，固定的强迫率。对于低雷诺数的数值模拟，采用负阻尼作为能量注入的方法，发现存在一个长时间的非湍流稳定状态。
2013-07-17 physics.flu-dyn
Subcritical dynamo bifurcation in the Taylor Green flow
我们报告直接数值模拟发电机产生的流量使用泰勒-格林强迫。我们发现该分岔是次临界的，并给出了其分岔图。我们将相关的滞后行为与由洛伦兹力的作用引起的流体力学变化联系起来。我们展示了发电机磁场的几何形状，并讨论了如何发电机过渡时，可以诱导的外部场施加到流。
2007-07-24 astro-ph physics.flu-dyn
Kolmogorov scaling and intermittency in Rayleigh-Taylor turbulence
采用高分辨率数值模拟方法研究了Rayleigh-Taylor（RT）湍流。这里讨论的主要问题是，RT现象是否可以被认为是纳维-斯托克斯方程的普遍性的表现形式的强制机制。在理论层面上，这种情况还远没有得到牢固的确立，事实上，已经提出了相反的预测。我们的第一个目标是通过深入分析相关统计观测量的标度行为来澄清上述争议。本文还讨论了不透明度对平均场标度预报的影响。
2009-02-09 nlin.CD physics.flu-dyn
Forcing homogeneous turbulence in DNS of particulate flow with interface resolution and gravity
我们考虑的情况下，有限大小的球形颗粒是在重力作用下，在均匀的湍流背景流。湍流是被迫与援助的随机强迫方法Eswaran和教皇[计算。Fluids，16（3）：257-278，1988]，而固体颗粒用浸没边界方法表示。强迫计划是用来产生各向同性湍流在垂直细长的盒子，以保证更好的去相关的拉格朗日信号在重力方向。由于只有有限数量的傅立叶模式被强制，因此可以直接在物理空间中评估强制场，从而避免全尺寸变换。从受迫动量方程出发，导出了箱平均动能的收支。中等规模的模拟稀悬浮液在低泰勒尺度雷诺数$Re_λ=65$，小密度比$ρ_p/ρ_f=1.5$和两个伽利略数$Ga=0$和120进行了长时间间隔，以排除缓慢发散的可能性。结果表明，在零重力下的结果是完全符合以前的实验测量和可用的数值参考数据。有限重力情况下的具体特点进行了讨论，相对于减少的平均沉降速度，加速度统计和拉格朗日自相关。
2015-11-26 physics.flu-dyn
Life stages of wall-bounded decay of Taylor-Couette turbulence
本文用数值方法研究了雷诺数为$Re=3.5\times 10^4$的两个同轴独立旋转圆柱间的Taylor-Couette湍流的衰减。壁面摩擦的影响进行了分析，通过比较三个单独的情况下，其中的圆筒是突然无滑移或无应力。在衰变过程中观察到不同的生命阶段。在第一阶段，衰变以大规模滚动为主。反直觉地，当这些卷消失时，如果流动惯性小，则发生能量的重新分布，方位角速度的能量表现为非单调的：首先减少几乎两个数量级，然后在重新分布期间增加。第二阶段主要是轴向（展向）扰动的非正常瞬态增长。一旦这种机制被耗尽，流动进入最后的生命阶段，粘性衰减，这是由壁摩擦占主导地位。我们表明，这一阶段可以模拟一个一维的热方程，自相似的速度分布崩溃的理论解。
2017-09-22 physics.flu-dyn
Angular momentum transport and flow organisation in Taylor-Couette flow at radius ratio of $η=0.357$
本文通过实验和数值模拟研究了在不同剪切雷诺数（$4.5\times 10^3 \leq Re_S \leq 1.2 \times 10^5$）和角速度比（$-0.5 \leq μ\leq 0.2$）下，小半径比$η=0.357$的独立旋转圆柱湍流Taylor-Couette流中的角动量输运。\red{The momentum transport in terms of the pseudo-Nusselt number ${Nu}_ω$ does not show a pure power law scaling with the forcing $Re_S$ and features non-constant effective scaling between $1.3\times 10^4 \leq Re_S \leq 4 \times 10^4$. This transition lies in the classical turbulent regime and is caused by the curvature-dependent limited capacity of the outer cylinder to emit small-scale plumes at a sufficient rate to equalize the angular momentum i…
2019-07-28 physics.flu-dyn
Sustaining processes from recurrent flows in body-forced turbulence
通过直接从体强迫三维湍流中提取不稳定的不变解，我们研究了当强迫是大尺度的并且在动量或涡量方程中是单向的时，在起作用的动力学过程。在前一种情况下，从最近关于线性稳定剪切流的工作中所熟悉的动力学过程--不同地称为自持过程（Waleffe 1997）或涡波相互作用（Hall & Smith 1991; Hall & Sherwin 2010）--即使在基流是线性不稳定的情况下也是重要的。在后一种情况下，强迫驱动泰勒-格林涡，从各种类型的周期性轨道孤立的观察到一些机制。特别是，两种不同的瞬态生长机制进行了讨论，以解释更复杂的状态。
2016-11-15 physics.flu-dyn
Electrocapillary flow in Melcher-Taylor experimental setup
研究Melcher-Taylor实验装置中电毛细管驱动的两相流，发现非等温下热毛细和浮力作用增强，验证了Lippmann方程并证明两相模型对获取正确流动模式是必须的。
2023-11-23 physics.flu-dyn
Atwood effects on nonlocality of the scalar transport closure in three-dimensional Rayleigh-Taylor mixing
本文将 MFM 扩展至三维变密度问题，测量不同 Atwood 数下 RT 混合的涡扩散核矩，发现随 A 增大非局域性增强，为有限 Atwood 数 RT 闭合建模提供了依据。
2025-10-31 physics.flu-dyn
Pressure-driven dynamics of liquid plugs in rectangular microchannels: influence of the transition between quasi-static and dynamic film deposition regimes
本文从实验和理论上研究了单向和循环压力作用下矩形微通道内液塞的动力学行为。在这两种情况下，它表明，准静态和动态膜沉积之间的过渡后面的液体塞导致一个显着的加速度的插头，迅速导致其破裂。这种行为正确的渠道与尖角恢复从降维模型的基础上以前的理论和数值的发展。此外，它示出的周期性强迫的插头经历稳定的周期性振荡，如果它仍然在准静态膜沉积制度在第一个周期期间，而否则它周期性地加速和破裂。这两个政权之间的过渡发生在一个压力依赖的临界初始长度，其值可以从理论上预测。
2018-08-23 physics.class-ph physics.flu-dyn
Helicity dynamics in stratified turbulence in the absence of forcing
对衰减稳定分层流进行了数值研究。被认为是相对较高的分层和中等雷诺数，并特别强调螺旋度（速度涡度相关性）的作用。该问题是通过集成Boussinesq方程在一个周期性的立方域使用不同的初始条件：一个非螺旋泰勒-格林（TG）流，一个完全螺旋贝尔特拉米（ABC）流，和随机流与可调螺旋度。我们表明，分层ABC流螺旋度经历了一个实质性的衰减比非分层ABC流。这一事实可能与层结和大尺度相干结构的综合作用有关。事实上，当后者缺失时，如在随机流中，螺旋度会被引力波的出现迅速破坏。一种类型的大规模耗散“旋”平衡可以用来解释这种行为。当螺旋度在系统中存在时，它强烈地影响能量的时间衰减和傅立叶模之间的能量分布。我们发现，事实上，分层的螺旋流的能量衰减率比分层的非螺旋流慢得多，可以考虑与一个唯象模型的方式类似的是什么做的非分层旋转流。我们还表明，螺旋度，当强，有一个可测量的影响傅立叶光谱，特别是在尺度大于浮力尺度，它显示了一个相当平坦的缩放与垂直剪切。
2012-11-13 physics.flu-dyn
On the lack of universality in decaying magnetohydrodynamic turbulence
利用Taylor-Green流的三维磁流体动力学（MHD）湍流的计算，在没有强迫函数或施加均匀磁场的情况下，我们发现对于三种不同的初始磁场，可以出现三种不同的能谱惯性范围，所述选择参数是阿尔芬与涡流周转时间的比率。等效计算网格的范围从128^3到2048^3点，单位磁普朗特数和泰勒雷诺数在耗散峰值时高达1500。我们还表明我们的结果与雷诺数的收敛性。我们的研究结果是一致的，在MHD湍流的各种能量谱的研究中进行的强迫项与给定的相关时间和强，均匀的磁场的存在下。然而，与以往的研究相比，这里的特征时间尺度的比例只能归因于所研究的流动的内在非线性动力学。
2009-06-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Unified Spectrum for Turbulence in Microfluidic Flow
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；The University of Sydney（悉尼大学）
本文提出一个预测性主频谱，用于描述微流体系统中的湍流类流动，通过扩展Pao的粘性范围闭合模型，引入自适应惯性范围斜率和物理特定截止，统一了电动力学、主动、界面和压缩性湍流 regime。
2026-06-29 physics.flu-dyn
Intermittency in the isotropic component of helical and non-helical turbulent flows
我们分析了跨越很宽雷诺数范围的湍流的各向同性分量。其目的是确定在不同的机械强迫下的流动中的标度律及其雷诺数依赖性。为此，我们应用SO（3）分解的数据来自直接数值模拟的空间分辨率范围从64^3到1024^3网格点，并研究了速度场的高阶矩的标度。对两种不同的流动进行了研究，这两种不同的流动迫使系统具有泰勒-格林涡或Arn'old-Beltrami-Childress流动。我们的结果表明，螺旋度没有显着的影响标度指数。间歇性的影响增加的雷诺数的参数范围内的研究，并大于可以预期的文献中的几个模型。最后，我们证实了以前的结果表明，使用SO（3）分解提高了收敛的标度指数。
2009-07-07 physics.flu-dyn
Response maxima in time-modulated turbulence: Direct Numerical Simulations
通过对纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟，研究了湍流对时间调制强迫的响应。大尺度强迫通过频率为$ω$的周期性能量输入变化进行调制。响应是最大的大涡周转时间的倒数范围内的频率，证实了冯德Heydt，Grossmann和Lohse（物理评论E 67，046308（2003））的平均场预测。根据该理论，响应最大值仅显示出对雷诺数的较小依赖性，并且对所监测的特定流量也相当不敏感，例如，动能、耗散率或泰勒-雷诺数。在足够高的频率下，动能响应的幅度随着$1/ω$而减小。对于超出最大响应范围的频率，观察到相对于时间调制强迫的相移的显着变化。
2005-09-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A quadratic Reynolds stress development for the turbulent Kolmogorov flow
本文采用直接数值模拟的方法研究了周期区域内受低单波数正弦力作用的三维湍流Kolmogorov流动，即纳维-斯托克斯方程。这个经典的模型系统是各向异性和非均匀流体动力学湍流的实现。检查了Boussinesq的涡流粘度线性关系，发现在系统体积的一半以上大致有效。一个更一般的非线性二次雷诺应力的发展，提出和它的参数估计在不同的泰勒尺度为基础的雷诺数在流动中的值200。强迫与不同的形状，这里选择高斯的情况下，被认为是与正弦强迫的差异被强调。
2021-09-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Global climate modeling of Saturn's atmosphere. Part III: Global statistical picture of zonostrophic turbulence in high-resolution 3D-turbulent simulations
我们进行了深入的分析，统计流特性计算参考高分辨率土星模拟获得的全球气候模拟第二部分。在这个参考模拟的稳定状态下，出现了强能量的、区域主导的、大尺度结构，其与莱茵尺度成比例。频谱分析揭示了一个强的各向异性的动能谱，与纬向湍流制度。通过计算谱能量和涡度拟能通量，我们证实了与二维湍流理论相关的双级联方案的存在。为了诊断土星湍流大气中的相关三维动力学机制，我们使用我们的全球气候模型的理想化版本运行了一组四个模拟，该模型没有辐射转移，具有定义明确的泰勒-格林强迫和几个旋转速率（4，1，0.5和0.25倍土星旋转速率）。这使我们能够识别三个不同的惯性范围内的动力学：（1）“剩余主导”范围，其中非轴对称结构占主导地位，光谱斜率为-5/3;（2）“纬向旋转惯性”范围，由轴对称喷流占主导地位，其特征是具有更陡（近-3）光谱斜率的强纬向模堆积;和（3）一个“大尺度”范围，超出莱茵河的典型长度尺度，其中参考土星模拟和我们的理想化模拟不同。在后一个范围内，动力学是占主导地位的长寿命的纬向模式2和3时，土星一样的季节性强迫被认为是（参考模拟），和一个陡峭的能量减少与理想化的泰勒-格林强迫。最后，瞬时光谱通量显示的共存的高档和降尺度拟能/能量转移在大尺度上，特定的三维大气中的层转湍流的制度。
2020-01-08 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Coherent structure modulation and recovery in drag-reduced turbulent boundary layers
Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学航空航天学院）
本研究基于展向壁面方波激励减阻实验，分析不同流向波长下的湍流结构，揭示后最优减阻下小尺度猝发导致的湍流恢复机制，证实该调制具有尺度选择性。
2026-08-04 physics.flu-dyn
Non-local interactions in hydrodynamic turbulence at high Reynolds numbers: the slow emergence of scaling laws
我们分析了在2048^3个规则间隔点的网格上进行的强制不可压缩流体动力学模拟的数据，泰勒雷诺数为Re~1300。强迫是由泰勒-格林流，它与几个实验室实验中的流动有相似之处，计算在湍流稳定状态下运行了十个周转时间。在此雷诺数下，各向异性大尺度流动模式、惯性范围、瓶颈和耗散范围清晰可见，从而为研究自然界中出现的湍流提供了一个很好的测试案例。三元相互作用，局部的能量通量，和结构函数的速度增量计算。与运行在较低的雷诺数进行比较，并显示出出现的局部和非局部相互作用的相对振幅在谱空间的标度律。的Kolmogorov常数的缩放，以及速度增量的偏斜度和平坦度，以及执行，并与以前的实验结果是一致的。此外，在小尺度上与瓶颈的能量积累似乎发生在一个跨度的波数是独立的雷诺数，可能排除了惯性范围的解释it. Finally，不透明度指数似乎偏离标准模型在高Re，离开不透明度的解释一个悬而未决的问题。
2007-09-12 physics.flu-dyn
On the stationarity of linearly forced turbulence in finite domains
一个迫使湍流远离衰变的简单方案是由Lundgren在不久前提出的，即“线性强迫”，它相当于在速度场中具有常数系数的线性力项。线性强迫湍流的演变对一个固定的最终状态，所示的直接数值模拟（DNS），从理论的角度来看，基于对称性参数进行检查。为了密切关注DNS的流量被假定为生活在一个立方域周期性的边界条件。线性强迫方案的简单性允许将问题重写为粘性减小的衰减湍流问题。标度对称性的考虑表明，系统演化到一个稳定的状态，演化可以被理解为一个更大的近似对称性逐渐打破一个更小的精确对称性。同样的论点表明，域的有限性是密切相关的系统演化到一个稳态在晚些时候，以及这种状态的一致性与高度的各向同性强加的域本身的对称性。在DNS中观察到的所有定态量的波动可以与各向同性的偏差相关联。事实上，自我保存的各向同性湍流模型被用来研究从一个直接的动力学的角度来看，强调自然的泰勒微尺度作为一个自相似尺度在这个系统中的演变。在这种情况下，定态作为稳定的不动点出现。自我保护似乎是一个值得注意的相似性的三阶结构函数之间的线性强迫和自由衰减的湍流，再次域的有限性起着重要的作用的原因。
2011-05-08 physics.flu-dyn
An experimental study on the settling velocity of inertial particles in different homogeneous isotropic turbulent flows
本文对不同背景湍流下稠密亚Kolmogorov惯性颗粒的重力沉降速度进行了实验研究。我们报告相位多普勒粒子分析仪测量在低速风洞均匀播种微米尺度的水滴。湍流由三种不同的网格生成（两种由不同的主动网格协议组成，而第三种是常规的静态网格），使我们能够涵盖基于泰勒尺度的雷诺数（$Re_λ\in [30-520]$），劳斯数（$Ro \in [0-5]$）和体积分数（$ϕ_v \in[0.5\times10^{-5} - 2.0\times10^{-5}]$）方面的非常广泛的湍流条件。我们发现，在协议与以前的工作，增强的沉降速度发生在低的Rouse数，而阻碍的沉降发生在较高的Rouse数为降低湍流能级。广泛的流动参数的探索，使我们能够观察到，增强显着降低与泰勒雷诺数，并显着影响的体积分数$ϕ_v$。我们还研究了大尺度强迫对沉降速度修正的影响。通过使用不同的网格来改变流入条件的可能性使我们能够测试具有固定$Re_λ$和湍流强度但不同积分长度尺度的情况。最后，我们评估了二次流的存在，在风洞和颗粒沉降的作用。这是通过表征两个不同位置（中心线和靠近壁）的沉降速度来实现的，具有相同的流向坐标。
2022-07-14 physics.flu-dyn
Derivative moments in stationary homogeneous shear turbulence
一个统计上稳定的和几乎均匀的湍流剪切流建立了一个额外的体积强迫结合无应力边界条件的剪切方向。湍流能量和涡度拟能都是静止的，比以前使用网格重新划分的模拟更接近。随雷诺数的增加，时间波动减小。能谱和剪应力共谱表明，局部各向同性是令人满意的遵守在二阶矩的水平。然而，对于泰勒雷诺数为59<R_lambda<99的范围内的展向涡量和流向速度的横向导数，n ≥ 4时，n=7的高阶导数矩产生增加的矩。这些发现，这是在明显违反当地的各向同性，同意最近的测量。
2001-07-29 nlin.CD physics.flu-dyn
A regularity criterion for solutions of the three-dimensional Cahn-Hilliard-Navier-Stokes equations and associated computations
我们考虑三维Cahn-Hilliard方程耦合，并驱动，强制，不可压缩的三维纳维-斯托克斯方程。这个组合，被称为Cahn-Hilliard-Navier-Stokes（CHNS）方程，在统计力学中用于模拟二元流体的运动。在序参量$ϕ$的等值线上奇点的潜在发展（爆破）是一个开放的问题。为了解决这个问题，我们已经证明了一个定理，该定理紧密地模仿了用于$3D$不可压缩欧拉方程的Beale-Kato-Majda定理[Beale et al. Commun.数学物理，Commun.数学物理，${\rm 94}$、$ 61-66 ({\rm 1984})$ ]。通过采取$L^{\infty}$规范的能量的完整的二元系统，指定为$E_{\infty}$，我们已经表明，$\int_{0}^{t}E_{\infty}(τ)\,dτ$管理的规则性的完整的3D系统的解决方案。我们的直接数值模拟（DNSs），三维CHNS方程，（a）重力驱动的瑞利泰勒不稳定性和（b）恒定的能量注入强迫，$128^3$ $512^3$配置点，并在我们的DNSs的持续时间，确认$E_{\infty}$保持有界，只要我们的计算允许。
2016-12-17 physics.flu-dyn
Transitions in large eddy simulation of box turbulence
湍流动力学的一个很有前途的分解是将其分解为平衡和周期解以及连接这些解的轨道等构建块。虽然这种构件的数值近似对于小区域和低雷诺数下的流动是可行的，但由于在所有相关空间尺度上表示Navier-Stokes流所需的大量自由度，因此目前无法进行发展湍流的计算。我们减轻这个问题，通过应用大涡模拟（LES），其目的是模型，而不是解决，运动尺度低于过滤器的长度，这是固定的模型参数。通过考虑一个周期性的空间域，我们避免了复杂的出现在大涡模拟中存在的边界层。我们认为LES流体的运动受到一个恒定的体力的泰勒-格林型的强迫长度尺度和过滤器长度之间的分离增加。特别是，我们讨论了从层流到弱湍流运动的过渡，由简单的不变的解决方案，在网格上的$32^3$点。
2017-11-07 nlin.CD physics.flu-dyn
