Strong Universality in Forced and Decaying Turbulence
湍流普适性的弱形式是指$n$阶结构函数的标度指数与强迫统计无关。强版本包括各向同性部门的结构函数的系数的普遍性，一旦归一化的平均能通量。我们证明了湍流的壳模型对强迫湍流和衰减湍流都具有很强的普适性。指数{ \em}和归一化系数在衰减湍流中与时间无关，在强迫湍流中与强迫无关，并且对于衰减和强迫湍流相等。我们推测，这也是Navier-Stokes湍流的情况。
2003-02-18 nlin.CD 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
Experimental study of turbulent thermal diffusion of particles in an inhomogeneous forced convective turbulence
本研究通过实验探究振荡网格驱动的非均匀对流湍流中微米颗粒的湍流热扩散现象，对比稳定分层湍流的相关结果，验证了颗粒在低温区聚集的效应及有效扩散系数，结果符合理论预测。
2023-06-20 physics.flu-dyn
Laminar and turbulence forced heat transfer convection correlations inside tubes. A review
本文综述了管内层流和湍流强制对流传热关联式，系统评估了公开文献中实验与计算研究的既有及最新成果，涵盖不同管形与纳米流体建模，旨在优化热设计并提升性能。
2024-01-04 physics.flu-dyn
TURB-Hel: an open-access database of helically forced homogeneous and isotropic turbulence
本研究提出开放获取的TURB-Hel螺旋湍流数据库，含两个完全螺旋强迫维持的均匀各向同性湍流数据集，可展现螺旋度级联现象，支持多种湍流分析，已开放下载。
2024-04-11 physics.flu-dyn
Layer formation in horizontally forced stratified turbulence: connecting exact coherent structures to linear instabilities
我们认为湍流分层的“Kolmogorov”流，驱动水平剪切的正弦体强迫的形式中存在一个强加的背景线性稳定分层在第三个方向。这种流动结构允许对相干结构的形成进行受控调查，相干结构在这里通过随着分层强度的增加而使背景切变倾斜来将流动组织成水平层。通过数值收敛精确的稳定状态从直接数值模拟的混沌流，我们表明，第一次，一个强大的连接线性理论预测不稳定性从无穷小扰动的强大的有限振幅非线性分层状态中观察到的湍流。我们调查所观察到的垂直长度尺度是如何与主要的线性不稳定性，并与先前考虑的剪切不稳定性导致在其他水平剪切流层形成的例子进行比较。
2017-09-11 physics.flu-dyn
Sudden relaminarisation and lifetimes in forced isotropic turbulence
我们展示了各向同性湍流和壁面剪切流之间的意想不到的连接。我们进行直接数值模拟的各向同性湍流被迫在大尺度在中等雷诺数和观察突然过渡从混沌动力学的空间简单的流，类似于在壁有界剪切流的层流状态。我们发现，湍流的生存概率是指数和典型的寿命增加的雷诺数的超指数。我们的研究结果表明，各向同性湍流和壁边界剪切流定性共享相同的相空间动力学。
2015-09-24 nlin.AO physics.flu-dyn
On the energy spectrum of rapidly rotating forced turbulence
在本文中，我们调查的统计特征的充分发展，强制，快速旋转，{湍流}系统使用数值模拟，和模型{的}能量{频谱}，{拟合}以及与数值数据。在大于Kolmogorov耗散波数的波数（$k$）中，能量被分布为使得适当无量纲化的能谱是${\bar E}({\bar k})\approx \exp(-0.05{\bar k})$，其中上条表示适当无量纲化。{For当波数小于强迫波数时，水平面上的能量远大于垂直旋转轴上的能量。{For}这样的波数，我们发现，各向异性能谱，$E(k_\perp,k_\parallel)$遵循幂律标度，$k_\perp^{-5/2}k_\parallel^{-1/2}$，其中“$\perp$”和“$\parallel$”分别指的是垂直和平行于旋转轴的方向，这一结果是在与Kuznetsov-Zakharov-Kolmgorov谱的弱惯性波湍流理论预测的旋转流体。
2018-10-16 physics.flu-dyn
Influence of an external magnetic field on forced turbulence in a swirling flow of liquid metal
本文报道了封闭容器中外加磁场对液态镓受迫三维湍流的影响。我们观察到一个指数阻尼的湍流速度波动的相互作用参数N的函数（在纳维-斯托克斯方程惯性项的洛伦兹力的比率）。流动结构发展出一些各向异性，但不会变成二维的。从动力学的观点来看，阻尼首先均匀地发生在整个频谱上。对于较大的N值，在最高频率处出现非常强的附加阻尼。然而，注入的机械功率保持独立于所施加的磁场。感应磁场和电势差的同时测量表明，磁场和速度波动之间的相关性很弱。所观察到的减少的波动是在协议与先前提出的机制为饱和的湍流发电机和冯卡门钠发电机磁场的数量级。
2009-08-26 physics.flu-dyn
Experimental properties of continuously-forced, shear-driven, stratified turbulence. Part 2. Energetics, anisotropy, parameterisation
在第二部分中，我们进一步研究了分层倾斜管道（SID）中的两层交换流的实验特性，这是湍流的，强分层的，剪切驱动的，和连续强迫的。我们使用与第1部分中相同的核心剪切层方法分析相同的最先进的数据集，但我们在这里关注湍流能量学和混合统计。动能和标量能量预算的详细分析揭示了SID湍流的特异性和缩放，而能量谱提供了我们的实验数据的电流强度和局限性的洞察。流动在不同尺度下的各向异性表征了湍流动能的产生和Holmboe波和湍流的耗散机制。然后，我们评估标准的混合parameterisations模型依赖于均匀的涡流扩散系数，混合长度，通量参数，浮力雷诺数或湍流弗劳德数，我们比较有代表性的值与分层混合文献。这些措施的可控流动参数的混合的依赖性也阐明，提供渐近估计，可以外推到更强烈的湍流，量化的产品的倾斜角的管道和雷诺数。这些见解可以作为未来一代的实验数据的基准，具有优越的时空分辨率，需要探测日益激烈的湍流。
2021-03-16 physics.flu-dyn
Forced and natural dynamics of a clamped flexible fiber in wall turbulence
本研究通过直接数值模拟探究壁湍流中夹持柔性纤维的动力学特性，发现两种拍动状态，首次揭示湍流主导区纤维摆动频率与流动最大尺度的正比关系，以及夹持端对涡同步的阻碍作用。
2023-11-15 physics.flu-dyn
Nonlinear superposition of direct and inverse cascades in two-dimensional turbulence forced at large and small scales
我们询问的性质的二维Navier-Stokes湍流同时被迫在小尺度和大尺度。背景动机来自于对大气湍流的观测结果。我们表明，速度场是服从于两个辅助速度场的总和被迫在大，小尺度和表现出直接拟能和逆能量级联，分别。值得注意的是，这两个辅助领域调和通量的普遍性质与正统计相关的惯性范围内。
2011-10-26 physics.ao-ph 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
On the influence of forced homogeneous-isotropic turbulence on the settling and clustering of finite-size particles
Institute for Hydromechanics, Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院水力学研究所）
研究强制湍流对有限大小粒子沉降和聚集的影响，发现湍流可降低聚集强度，但非单调衰减，且可能引发与湍流谱能量涡旋的共振。
2026-01-26 physics.flu-dyn
Nonlinear dynamical systems and linearly forced isotropic turbulence
在本文中，我们提出了一个广泛的研究线性强迫各向同性湍流。通过使用分析方法，我们确定了两个参数的选择，是新的我们的知识。我们证明了线性强迫各向同性湍流的基本非线性动力系统是具有线性阻尼的立方Lienard方程的一般情况（Dumortier和Rousseau 1990）。
2013-01-22 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Experimental investigation of turbulence and turbulent thermal diffusion in strongly inhomogeneous and anisotropic forced convection
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
本研究通过实验探讨强不均匀和各向异性对流中湍流及湍流热扩散特性，发现温度梯度与粒子数密度分布存在反相关关系。
2025-10-13 physics.flu-dyn
Scale-dependent cyclone-anticyclone asymmetry in a forced rotating turbulence experiment
我们在一个定常强迫旋转湍流实验中描述了气旋-反气旋非对称性的统计和几何特性。湍流是由一组垂直襟翼产生的，这些襟翼向安装在旋转平台上的罐的中心连续注入速度波动。我们首先从传统的单点涡度统计特征的气旋反气旋不对称。我们提出了一个唯象模型来解释实验中出现的不对称性，从中我们预测的标度律的均方根速度与实验数据吻合良好。我们进一步量化的气旋反气旋不对称使用一组三阶两点速度相关。我们专注于非零的相关性，只有当气旋-反气旋对称性被打破。与单点涡度统计相比，它们有两个优点：第一，它们仅由速度测量定义，因此不需要精确的柯尔莫哥洛夫尺度;第二，它们提供了气旋-反气旋不对称性的尺度依赖性信息。我们计算这些关联函数分析的随机分布的独立相同的旋涡。这些模式关联式较好地描述了实验关联式，表明气旋-反气旋不对称性是由大尺度长寿命气旋主导的。
2014-03-10 physics.flu-dyn
Nonlinear dynamical systems and bistability in linearly forced isotropic turbulence
在这封信中，我们提出了一个广泛的研究线性强迫各向同性湍流。通过使用分析方法，我们确定了两个参数选择，据我们所知，它们似乎是新的。我们证明了线性强迫各向同性湍流的基本非线性动力系统是具有线性阻尼的立方Lienard方程的一般情况。我们还讨论了一个福克-普朗克方法，这个新的动力系统，这是不对称的，并表现出两个渐近稳定的平稳概率密度。
2013-04-18 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Dynamical model of steadily forced isotropic turbulence
提出了一个动力学模型的各向同性湍流驱动的稳定强迫，产生一个粘度独立的小尺度（惯性）制度的动态。这再现了完全发展（静止）阶段中两点速度关联函数的柯尔莫戈罗夫谱，同时预测了高阶时刻的间歇性校正。该模型还产生了一个瞬态阶段的幂律时间演化。完全发展湍流的交叉时间与湍流系统尺寸成比例，为$\sim L^{11/3}$。解释了瞬态行为的物理起源。
2006-01-16 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Turbulence of capillary waves forced by steep gravity waves
实验研究了在实验室机械产生的随机陡重力波作用下毛细波的动力学和统计特性。毛细波是由非线性波相互作用产生的重力波。使用的自由表面的时空测量，我们统计特征的随机制度的毛细波在空间和时间傅立叶空间。对于一个显着的波陡度（$0.2-0.3$），幂律谱观察在空间和时间，定义的湍流制度的毛细波转移能量从大尺度到小尺度。空间谱的时间涨落分析表明，当毛细波列以类似于寄生毛细波产生机制的方式产生时，毛细幂律谱是由间歇性的强非线性事件在快速时间尺度上向小尺度传递能量的时间平均结果。波谱的频率和波数幂律指数与弱非线性波湍流理论的结果一致。然而，通过尺度的能量通量不是恒定的，与此通量的波浪谱标度是不符合湍流理论。这些结果表明，超越经典波动湍流理论的理论发展是必要的，以描述自然环境中的毛细波的动力学和统计。特别是，在存在大尺度粘性耗散和强非线性的情况下，可以重新考虑非局部和非共振相互作用的作用。
2018-04-17 physics.flu-dyn
Preconditioned Adjoint Data Assimilation for Two-Dimensional Decaying and Forced Turbulence
San Diego State University（圣地亚哥州立大学）
通过预条件共轭数据同化方法，改进了二维衰减各向同性湍流中初始条件的重建精度。
2026-08-11 physics.flu-dyn
Experimental properties of continuously-forced, shear-driven, stratified turbulence. Part 1. Mean flows, self-organisation, turbulent fractions
我们研究了分层倾斜管道（SID）中的交换流的实验性质，这些交换流同时是湍流的，由平均垂直密度梯度强烈分层的，由平均垂直剪切驱动的，并且连续地由重力强迫。我们专注于核心剪切层远离管道壁，这些流量是优秀的实验可实现的近似规范双曲正切分层剪切层，其迫使允许平均和湍流特性达到准稳态。我们分析了国家的最先进的数据集的时间分辨密度和速度在三维子体积的管道在16个实验，涵盖了一系列的流态（霍姆波，间歇性湍流，全湍流）。在第1部分中，我们首先揭示了多维参数空间（雷诺数，体理查森数，速度密度层厚度比）中的允许区域，以及它们与实验可控参数的联系。哈罗德平均余额，然后揭示了微妙的动量强迫和耗散机制，在每一层中，扩大或锐化的密度接口，以及这些流量的流向非周期性的重要性。平均流量表明自相似的速度和密度分布的趋势，增加湍流，梯度理查森数统计支持以前的内部混合理论的平衡理查森数，边际稳定性和自组织临界。湍流体积分数拟能和翻转阈值的基础上量化不同制度之间的湍流的性质，同时突出了在时空间歇性流动中获得代表性统计数据的挑战。这些见解可能会刺激和协助发展的数值模拟与更高程度的实验现实主义。
2021-03-16 physics.flu-dyn
TURB-MHD: an open-access database of forced homogeneous magnetohydrodynamic turbulence
University of Rome Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学）；INFN（意大利国家核物理研究所）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
TURB-MHD数据库提供了强制均匀磁流体动力学湍流的数据集，用于研究总能量 cascade 和部分逆动能 cascade 的现象。
2025-12-14 physics.flu-dyn
Non-local modulation of the energy cascade in broad-band forced turbulence
传统上，大尺度强迫湍流的特征在于通过非线性相互作用将能量从大尺度转移到小尺度。我们已经研究了这种能量传递过程中的变化，在宽带强迫湍流中，在较小尺度上引入了额外的扰动。通过在较小尺度上引入强迫的能量动力学的调制不仅发生在强迫区域中，而且由于非局部三元组相互作用而发生在强迫带之外的宽范围的长度尺度中。宽带强迫改变能量分布和能量传递函数的特征方式，导致显着的调制的湍流。我们研究了当改变小尺度强迫支持的强度和位置时，这种能量转移的变化。大尺度的能量含量减少，而在大尺度和小尺度强迫区之间的尺度的能量输送能力增强。这是进一步调查的详细传递函数之间的三合会的贡献和观察的长期统计流量。能量不仅通过与大尺度强迫湍流情况下相似大小的波数，而且通过可以外部控制的更宽范围的尺度向更小的尺度转移。
2006-04-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Hysteretic behavior between quasi-two-dimensional flow and three-dimensional flow in forced rotating turbulence
数值研究了强迫均匀旋转湍流中气旋性涡旋的形成与各向同性的矛盾。众所周知，系统的大旋转速率诱导柱状涡，从而导致准二维（Q2D）流动，而小旋转速率允许湍流是三维（3D）的。结果表明，在不同的转速下，均存在从Q2D湍流向3D湍流的转变和反向转变。在中等转速下，观察到这两个统计稳态的双稳态。对于外力的振幅的变化也观察到这种滞后行为。
2017-09-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Energy transfer and dissipation in forced isotropic turbulence
从无量纲Kármán-Howarth方程推导出无量纲耗散率$C_{\varepsilon}$的雷诺数依赖性模型，得到$C_{\varepsilon}=C_{\varepsilon, \infty} + C/R_L + O(1/R_L^2)$，其中$R_L$为积分尺度雷诺数。系数$C$和$C_{\varepsilon,\infty}$来自无量纲二阶和三阶结构函数的渐近展开。通过对积分尺度雷诺数高达$R_L=5875$的强迫各向同性湍流的直接数值模拟（DNSs），补充了这一理论工作（$R_λ=435$），用于确定无量纲耗散随雷诺数增加的衰减呈指数值为$n = -1.000\pm 0.009$的幂律$R_L^n$，并且$C_{\varepsilon}$的这种衰减实际上是由于泰勒替代物$U^3/L$的增加。将模型方程与DNS数据拟合，得到$C=18.9\pm 1.3$值和$C_{\varepsilon,\infty} = 0.468 \pm 0.006$无限雷诺数极限下$C_\varepsilon$的渐近值。
2015-04-16 physics.flu-dyn
Numerical study of experimentally inspired stratified turbulence forced by waves
用伪谱三阶周期模拟方法研究了类似于Coriolis平台（LEGI，Grenoble，France）\cite{Savaro2020}中得到的内波强迫的分层流动。实验强迫机制，包括在大的振动垂直面板是模仿的惩罚方法。时间和时空谱的分析表明，在实验中最强的强迫流是由两个叠加的大的和准定常的水平涡，在盒模式的内波和模式外的弱得多的波。空间谱和谱能量收支证实，非常小的水平弗劳德数$F_h$和浮力雷诺数$R$接近1的流动是在一个中间制度。由于强迫频率$ω_f$仅略小于Brunt-Väisälä频率$N$，因此存在向慢波和大涡旋的能量转移，这对应于水平方向上的高能量通量。另外两个实验可行的参数集进行了研究。更大的振幅强迫表明，对于小的$F_h$和10阶浮力雷诺数$R$，确实有可能在像科里奥利平台这样的大型装置中产生由波浪强迫的分层湍流。通过与$ω^{-2}$斜率一致的时间谱的弱非线性相互作用，迫使$ω_f = 0.40 N$的较慢波在$ω_f$和$N$之间留下空间用于"向下时间尺度"转移。然而，对于这组参数，大尺度的流动是强耗散的，并且没有下尺度的能量级联。
2022-10-06 physics.flu-dyn
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
Data-driven subgrid-scale modeling of forced Burgers turbulence using deep learning with generalization to higher Reynolds numbers via transfer learning
发展数据驱动的亚网格尺度（SGS）模式用于大涡模拟（LES）已受到广泛关注。尽管取得了一些成功，特别是在先验（离线）测试中，但已经确定了挑战，包括后验（在线）测试和泛化（即，外推）训练的数据驱动的SGS模型，例如更高的雷诺数。在这里，使用随机强迫Burgers湍流作为测试平台，我们证明了使用适当预处理（增强）数据训练的深度神经网络可以产生稳定和准确的后验LES模型。此外，我们还证明了迁移学习可以准确/稳定地推广到雷诺数高10倍的流动。
2020-12-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
On the Dissipation Rate Coefficient in Homogeneous Isotropic Decaying and Forced Turbulence
对各向同性均匀衰减和强迫定常湍流的归一化无量纲von Kármán-Howarth方程进行积分，得到耗散率系数$C_ε=(L ε)/< u^2 >^{3/2}$的表达式，其中$L$表示纵向积分长度尺度，$ε$表示平均耗散率，$< u^2 >$表示纵向速度脉动的平均方差。对于衰减湍流，低雷诺数和高雷诺数极限下$C_ε$的最终精确表达式取决于衰减指数$n$，已知衰减指数取决于湍流产生时的初始速度结构。对$n$的依赖性导致非通用系数。定常受迫情形的表达式取决于受迫机制，因而也不具有普适性。尽管如此，当采用类似的强迫算法时，与衰减湍流情况相比，应预期较低的值和相当少的散射。
2011-08-02 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Drift of interfaces in forced stably-stratified turbulence and the role of vertically-sheared helical structures
Department of Physics & INFN, University of Rome “Tor Vergata”（罗马第二大学物理系及意大利国家核物理研究所）；INFN Sezione di Lecce（意大利国家核物理研究所莱切分部）；CNR NANOTEC（意大利国家研究委员会纳米技术研究所）
研究强迫稳定分层湍流中界面粗化动力学现象，通过直接数值模拟和长时间积分，发现界面垂直漂移和合并与打破镜面对称性的垂直剪切螺旋结构有关，还建立了螺旋度耗散率与垂直浮力通量的联系。
2026-07-10 physics.flu-dyn
Cross-helically forced and decaying hydromagnetic turbulence
本文研究了强交叉螺旋度存在下磁流体动力学流中动能谱和磁能谱的演化。对于强迫湍流，我们发现弱的反向传递的动能向最小波数。这可以通过注入波数和域的最小波数之间的尺度分离的有限性来解释，在这里最小波数是15倍。在衰减的情况下，在最小波数处有轻微的增加，这可能是由于在最小波数处动能对磁能的支配作用。在一个范围内的波数覆盖几乎一个数量级的衰减是纯粹的指数，这被认为是一个后果的抑制非线性由于存在强交叉螺旋。
2019-02-19 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mixing across stable density interfaces in forced stratified turbulence
本文通过受迫分层湍流的直接数值模拟，发现显著标量混合集中在静力稳定的密度界面而非混合层内，且界面处极端通量系数会偏斜总体统计，提示现有海洋混合参数化可能因采样偏差而高估常见混合事件的重要性。
2023-04-19 physics.flu-dyn
Experimental study of temperature fluctuations in forced stably stratified turbulent flows
本文对稳定分层强迫湍流中的温度脉动进行了实验研究。在有垂直温度梯度的实验中，湍流是由两个位于腔室侧壁附近的振荡格栅产生的。用粒子图像测速仪测量湍流场和平均速度场，用专门设计的带灵敏热电偶的温度探头测量温度场。我们发现，比例$\big[(\ell_x \nabla_x \bar{T})^2 + (\ell_y \nabla_y \bar{T})^2 + (\ell_z \nabla_z \bar{T})^2\big] / <θ^2 >$几乎是恒定的，是独立的网格振荡的频率，并具有相同的幅度，稳定和不稳定的分层湍流，其中$\ell_i$是沿$x, y, z$方向的湍流的积分尺度，$\bar{T}$和$θ$是流体温度的平均和湍流波动分量。我们证明了，对于大频率的网格振荡，温度场可以被认为是一个被动标量，而对于较小的频率的温度场的行为作为一个主动场。基于湍流动能、湍流位能（$\propto <θ^2 >)$）和湍流热通量收支方程的理论预测与实验结果符合较好。与先前在不稳定分层强迫湍流中获得的实验结果进行了详细的比较。
2012-11-27 physics.flu-dyn
Kinetic helicity decay in linearly forced turbulence
动力学螺旋度的衰减研究强迫湍流的数值模型中使用外部强加的强迫函数作为方程中的非齐次项，或者，作为替代，一个长期的线性速度引起的线性不稳定。外部强加的强迫功能注入能量在最大的尺度上，产生一个湍流的惯性范围，几乎恒定的能量通量，而线性强迫湍流的谱能量是最大的耗散波数附近。动力学螺旋度注入一次达到统计稳定状态，但它被发现衰减的湍流时间尺度上的强迫的性质和雷诺数的值无关。
2012-04-06 astro-ph.SR nlin.CD physics.ao-ph
Stationary states of forced two-phase turbulence
本研究通过数值模拟强迫两相各向同性湍流，提出了三种强迫方法以消除第二相初始化的任意性，系统分析了不同密度比、黏度比等参数下混合物的全局统计特性，为两相湍流分析和亚网格尺度模型开发奠定了基础。
2025-04-07 physics.flu-dyn
Laminarising turbulent pipe flow by linear and nonlinear optimisation
本文利用非线性优化与线性TG最小化设计圆管流主动体积力，揭示变平剖面通过抑制近壁条纹形成而破坏湍流自维持机制。
2024-10-25 physics.flu-dyn
Emergence of long-range correlations and thermal spectra in forced turbulence
本研究探讨了受迫湍流中热平衡谱和长程关联的涌现机制，证明其源于线性动量湍流扩散且尺度随时间缓慢增长，并指出具有显著线性动量的受迫会产生更平缓谱，且受迫后衰减遵循 Saffman 衰减定律。
2023-08-01 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Inverse Energy Cascade in Forced 2D Quantum Turbulence
我们在一个受迫二维量子涡旋湍流的极小模型中证明了一个逆能量级联。我们模拟的Gross-Pitaevskii方程的运动超流体强迫由一个固定的网格的障碍电位，和阻尼由一个固定的热云。强迫注入大量的涡旋能量到系统中的规模在几个愈合长度。强迫和阻尼的制度，涡能被有效地传输到大的长度尺度通过一个逆能量级联与集群的增长相同的循环涡，柯尔莫哥洛夫标度律在动能频谱在一个很大的惯性范围内，和频谱凝聚的动能在系统大小的规模。我们的研究结果提供了明确的证据，以前在各种经典系统中观察到的逆能量级联现象，也可以发生在量子流体中。
2013-02-18 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Spectral analysis of structure functions and their scaling exponents in forced isotropic turbulence
伪谱方法，结合一种新的技术，用于获得标度指数$ζ_n$从结构函数$S_n(r)$，作为一种替代的扩展自相似性（ESS）方法和使用广义结构函数。我们建议根据分析实验数据的标准技术绘制$|S_n(r)/S_3(r)|$比与$r$分离的图。该方法与ESS技术不同，ESS技术在假设$S_3(r) \sim r$的情况下绘制$S_n(r)$与$S_3(r)$。对于$S_2(r)$的特殊情况，我们得到了新的结果，即指数$ζ_2$随Taylor-Reynolds数的增加而减小，其中$ζ_2 \to 0.679 \pm 0.013$为$R_λ \to \infty$ .这支持的想法，有限粘度修正的K41预测$S_2$，是相反的ESS得到的结果。伪谱方法也允许强制考虑到正是通过计算的能量输入在真实空间中的工作频谱的搅拌力。
2014-11-06 physics.flu-dyn
Saturation of large-scale dynamo in anisotropically forced turbulence
由于磁螺旋度平衡的限制，湍流发电机理论在获得短动力学时间尺度上的大尺度磁场演化方面遇到了困难。这对于理解太阳、恒星和星系等天体物理系统中的大尺度磁场演化具有重要意义。直接数值模拟（DNS）在过去的各向同性强迫螺旋湍流表明，大规模发电机饱和时间尺度依赖于磁雷诺数（Rm）。在这项工作中，我们已经进行了周期性的盒DNS的螺旋强制湍流导致一个大规模的发电机与两种强迫功能，一个各向同性的基础上使用的PENCIL代码和各向异性的基于Galloway-Proctor流。我们表明，当湍流被迫各向异性，非线性（饱和）行为的大型发电机只有弱依赖于RM。事实上，各向异性情况下的磁螺旋度在小尺度和大尺度上的演化与各向同性情况下的磁螺旋度演化有明显的不同。这一结果可能为缓解灾难性淬火等重要问题带来希望。
2021-12-02 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Clustering and preferential concentration of finite-size particles in forced homogeneous-isotropic turbulence
在雷诺数Re-λ =115-140范围内，对球形颗粒稀悬浮液中的强迫湍流各向同性湍流进行了界面分辨直接数值模拟。将固体-流体密度比设定为1.5，将重力设定为零，并且研究了对应于约5和11个柯尔莫哥洛夫长度的两种颗粒直径。请注意，这些粒子的大小显然超出了点粒子近似的有效范围，正如Homann & Bec（2010）所示。在目前的参数点上，颗粒对流体流动的整体影响很弱。我们观察到，分散相表现出中等强度的聚类。聚集的趋势，这是定量的Voronoi细胞体积的标准偏差，随着粒径的减小。我们分析了颗粒位置与强涡流结构位置之间的关系。结果未显示任何显著的统计相关性。首先，我们已经检测到一个小的，但统计上显着的优先位置的颗粒相对于Goto和Vassilicos（2008年）提出的“粘性点”，即点的流体加速度场的作用，如增加局部颗粒浓度在单向耦合点粒子模型下斯托克斯阻力。目前发现的统计相关性之间的“粘点”和颗粒的位置进一步增加时，集中在高局部浓度的区域。我们的研究结果表明，小的有限尺寸的粒子可以一起带来沿流体加速度场的扩展方向，如以前观察到的最简单的模型子柯尔莫哥洛夫粒子。我们进一步讨论了密度比和集体粒子运动对基本欧拉统计和拉格朗日统计的影响。
2016-12-01 physics.flu-dyn
Forced Stratified Turbulence: Successive Transitions with Reynolds Number
数值模拟的强制湍流的雷诺数，R，保持固定的强稳定，体积平均密度分层的值的序列。在较小的R值，湍流速度主要是水平的，和动量平衡近似旋和静水。这是一个由所谓的煎饼涡主导的区域，只有内部重力波的弱激发和局部理查森数Ri的大值。在较高的R值有连续的过渡到（a）倾覆运动与局部逆转的密度分层和小或负值的Ri;（b）增长的水平均匀的垂直剪切流分量;和（c）增长的大规模的垂直流分量。在这些转变过程中，饼状涡继续主导湍流的大尺度部分，而重力波分量除了在小尺度上外仍然很弱。
2003-04-22 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Dynamic multiscaling in stochastically forced Burgers turbulence
本文详细研究了随机强迫一维Burgers方程在湍流非平衡但统计稳定状态下的动态多尺度性。我们引入了$\textit{interval collapse times}$ $τ_{\rm col}$的概念，即由一对拉格朗日示踪剂划分的长度为$\ell$的区间在一次冲击中坍缩所需的时间。通过计算$τ_{\rm col}$的$p$阶矩的动态标度指数，我们证明了（a）存在$\textit{not one but an infinity of characteristic time scales}$，（b）$τ_{\rm col}$的概率分布函数是非高斯的，具有幂律尾.我们的研究是基于（a）一个理论框架，使我们能够获得动态多尺度指数解析，（b）广泛的直接数值模拟，（c）（a）和（b）的结果进行了仔细的比较。我们讨论了可能的推广我们的工作尺寸$d >1 $，随机强迫Burgers方程，和其他可压缩流，表现出湍流与冲击。
2022-06-07 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Conversions between kinetic and surface energy in periodically forced multiphase turbulence
CNRS, CORIA, UMR 6614, Normandy Univ., UNIROUEN, INSA Rouen（法国国家科学研究中心，CORIA，联合研究实验室6614，诺曼底大学，鲁昂大学，鲁昂国立应用科学学院）
通过周期性强迫多相湍流数值模拟，研究动能与表面能之间的动态转换，提出改进的Ka-Pi-bara模型捕捉非平衡效应和相位滞后。
2026-07-14 physics.flu-dyn
Revisiting Bolgiano-Obukhov scaling for moderately stably stratified turbulence
根据著名的Bolgiano-Obukhov中等稳定分层湍流的\citep{Bolgiano_1959,Obukhov_1959}现象学，惯性范围内的能谱显示出双重标度;动能遵循（i）对于$k < k_B$的$\sim k^{-11/5}$，和（ii）对于$k > k_B$的$\sim k^{-5/3}$，其中$k_B$是Bolgiano波数。类似于被动标量湍流的$k^{-5/3}$标度是假定浮力对$k>k_B$来说不重要的直接结果。我们重新审视了这个假设，并利用动能和势能通量的恒定性和简单的理论分析，我们发现$ k^{-5/3}$谱是不存在的。这是因为小尺度下的速度场太弱，无法像被动标量湍流那样建立恒定的动能通量。本文还导出了第二区存在的定量条件。
2019-06-25 physics.flu-dyn
Forcing homogeneous turbulence in DNS of particulate flow with interface resolution and gravity
我们考虑的情况下，有限大小的球形颗粒是在重力作用下，在均匀的湍流背景流。湍流是被迫与援助的随机强迫方法Eswaran和教皇[计算。Fluids，16（3）：257-278，1988]，而固体颗粒用浸没边界方法表示。强迫计划是用来产生各向同性湍流在垂直细长的盒子，以保证更好的去相关的拉格朗日信号在重力方向。由于只有有限数量的傅立叶模式被强制，因此可以直接在物理空间中评估强制场，从而避免全尺寸变换。从受迫动量方程出发，导出了箱平均动能的收支。中等规模的模拟稀悬浮液在低泰勒尺度雷诺数$Re_λ=65$，小密度比$ρ_p/ρ_f=1.5$和两个伽利略数$Ga=0$和120进行了长时间间隔，以排除缓慢发散的可能性。结果表明，在零重力下的结果是完全符合以前的实验测量和可用的数值参考数据。有限重力情况下的具体特点进行了讨论，相对于减少的平均沉降速度，加速度统计和拉格朗日自相关。
2015-11-26 physics.flu-dyn
Lagrangian statistics and flow topology in forced two-dimensional turbulence
本文研究了流体湍流中拉格朗日统计量与流动拓扑之间的关系。的拓扑结构的特点是使用Weiss标准，提供了一个简化的工具来划分成拓扑不同的区域：椭圆形（涡为主），双曲线（变形为主），和中间（湍流背景）的流量。流对应于强迫二维Navier-Stokes湍流在双周期和圆形有界域与非滑移边界条件。在双周期域中，Weiss场的概率密度函数（PDF）表现出负偏度，这与在周期域中流动由相干涡旋结构主导的事实一致。另一方面，在圆形域中，椭圆和双曲区域似乎在统计上相似。我们遵循拉格朗日方法，并通过跟踪大的被动平流示踪剂合奏获得统计数据。拓扑不同区域中的停留时间的pdf使用拉格朗日外斯场计算，即，沿着粒子轨迹计算的外斯场在椭圆和双曲区域，停留时间的概率密度函数具有自相似的代数衰减尾。另一方面，在中间区域，pdf具有指数衰减的尾部。拉格朗日速度的条件（相对于流拓扑）pdf在周期域和有界域中表现出高斯行为。与自由衰减湍流情况相反，强迫湍流中拉格朗日加速度的条件PDF在周期域和有界域中显示出相当的不稳定性水平。拉格朗日曲率的条件概率密度函数的特征在于，在所有情况下，自相似幂律行为与阶-2的衰减指数。
2010-09-15 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Effect of temperature-dependent thermophysical properties on turbulent forced convection under constant heat flux boundary condition
在这项研究中，我们进行了高分辨率的大涡模拟（LES）调查的影响，可变属性的强制湍流对流通道。恒定热流边界条件允许壁面温度波动，从而引起流体性质的变化。由于粘度对流动的影响表现出$Re_τ^{-1}$标度，我们在本研究中只考虑了$Re_τ= 180$。结果表明，与定常流动相比，变物性对平均速度和温度分布、雷诺切应力、壁面法向热流密度以及小尺度湍流特性的影响很小。然而，我们还观察到，湍流强度，低速条纹，突发运动，以及预算的温度变化和壁面法向热通量的可变属性修改以可感知的方式。此外，我们表明，经典的壁缩放是一个很好的选择，流动与流体性质的小，中等变化。
2023-01-10 physics.flu-dyn
Turbulence of capillary waves revisited
毛细波湍流的动力学机制是经典的三波相互作用，其功率能谱指数为$ν=-7/4$（二维情况）。我们表明，一些必要的假设，这种制度的发生是无法实现的。应该考虑毛细管波的四波相互作用，这导致相应的一维和二维波矢的指数$ν=-13/6$和$ν=-3/2$。因此，对于一般的色散函数的衰减类型，三波动力学制度不需要占上风，高阶共振可能发挥主要作用。接受出版。
2013-03-22 physics.flu-dyn
Discrete Filters for Large Eddy Simulation of Forced Compressible MHD Turbulence
本文讨论了在尺度相似模型下，离散滤波器在强迫可压缩磁流体湍流大涡模拟（LES）方法中的适用性。在物理空间中，使用有限差分数值格式的离散过滤器的形状上的尺度相似模型的影响和效果进行检查。我们将自己限制在高斯滤波器和礼帽滤波器。这种亚网格尺度模型，对应于不同的3-和5-点近似的高斯和礼帽过滤器的参数$ε$（网格大小的比率，以截止的过滤器的长度尺度）的值进行了研究。离散滤波器产生更多的磁场差异。结果表明，高斯滤波器比礼帽滤波器对可压缩受迫MHD湍流中的参数$ε$更敏感。$ε=2$和$ε=3$上的3点滤波器给出的结果精度最低，而5点高斯滤波器在$ε=2$上显示出最佳结果。
2013-11-08 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Lambda-effect from forced turbulence simulations
目的：我们确定的组件的$Λ$效果张量，量化的贡献，即使是均匀旋转的湍流动量输运。研究方法：利用三维数值模拟方法研究了旋转和各向异性强迫作用下三重周期立方体中的湍流输运。通过所谓的最小τ近似得到的分析结果进行比较。结果：在垂直方向湍流强度占主导地位的情况下，垂直应力始终为负。这种情况预计将发生在恒星对流区。应力的水平分量较弱，并在纬度30度处显示出最大值-无论旋转有多快。最小τ近似捕获了数值结果的许多定性特征，只要弛豫时间τ接近于周转时间，即Strouhal数是单位阶。
2008-06-24 astro-ph physics.flu-dyn
Prandtl number effects on extreme mixing events in forced stratified turbulence
该研究通过直接数值模拟探讨了Prandtl数对强迫分层湍流极端混合事件的影响，发现随Prandtl数增大界面变细且对整体混合贡献降低，但极端混合事件始终优先发生于静态稳定界面中。
2023-10-23 physics.flu-dyn
Lyapunov spectrum of forced homogeneous isotropic turbulent flows
为了更好地理解湍流偏离平衡的情况，表征湍流的动力学特性而不是湍流的统计特性是有意义的。为此，李雅普诺夫理论通过对扰动动力学的研究，提供了一个有用的描述湍流。本文计算了强迫均匀各向同性湍流的李雅普诺夫谱。利用不同雷诺数下的流的李雅普诺夫指数，首次通过直接计算得到了三维均匀各向同性流（HIT）混沌吸引子维数的标度.对得到的Gram-Schmidt矢量（GSV）进行了分析。对于研究的条件范围内，它被发现，该流的混沌响应与区域的大速度梯度在较低的雷诺数和拟能在较高的雷诺数，但不符合区域的大动能。此外，随着雷诺数的增加，流动对扰动的响应越来越局部化。最后，GSV的能量谱计算和示出几乎是不敏感的李雅普诺夫指数。
2019-10-25 physics.flu-dyn
