Layering and vertical transport in sheared double diffusive convection in the diffusive regime
本文对双扩散对流（DDC）在受剪切作用的扩散区进行了二维和三维数值模拟。流动被限制在两个水平板之间，这两个水平板保持在不同的恒定温度、盐度和不同的速度下，从而在流动中建立剪切。下层板块固定在较高的温度和盐度，而整体（未扰动）密度梯度是静态稳定的。对于一个广泛的控制参数，并为足够强的扰动的导电初始状态，我们发现，阶梯状结构自发发展，与相对良好的混合层分离的尖锐的界面增强标量梯度。这样的楼梯似乎是强大的，即使在很长一段时间的强剪切的存在下，虽然我们通常观察到的早期观测层的数量粗化。对于同一组控制参数，不同的渐近分层状态，具有显着不同的垂直标量通量，可以出现不同的初始扰动结构。施加的剪切显着的时空修改的垂直传输的各种标量。通量比（即，密度通量与总通量之比（对流和扩散）盐通量和总热通量）在稳态下基本上等于盐扩散率与热扩散率之比的平方根，与Linden和Shirtcliffe（1978）最初提出的物理模型和Stern（1982）提出的变分论点一致非剪切双扩散对流。
2021-12-01 physics.flu-dyn
Exact dispersion relation for linear surface waves on arbitrary vertical shear
Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）
本文推导了在任意垂直速度分布下的线性表面波色散关系，通过格林函数框架求解Rayleigh方程，得到隐式方程，包含速度分布、波频和波数，适用于系统近似。
2026-04-27 physics.flu-dyn
A minimal model for vertical shear instability in protoplanetary accretion disks
垂直切变不稳定性是一种轴对称效应，被认为是驱动原行星吸积盘磁不活跃区湍流的原因。在这里，我们研究它的物理机制，在分析易处理的“极小模型“在三个设置，包括一个均匀密度的流体，一个分层的大气，和一个剪切盒部分的原行星盘。每一个这些分析表明，垂直切变不稳定的本质是类似的倾斜对流对称不稳定在中纬度地球大气中，斜压急流的垂直切变的存在下，以及混合在墨西哥湾流的顶层。我们表明，为了获得不稳定的流体包的斜率应该超过在磁盘径向垂直平面的平均绝对动量的斜率。我们提供了一个详细的和相互自洽的物理解释，从三个角度：角动量守恒，作为流体的径向和方位角涡分量之间的动态相互作用，并从能量的角度来看，涉及一个广义的Solberg-Høiland瑞利条件。此外，我们解释了为什么滞弹性动力学产生振荡的不稳定模式和分离的振荡机制的不稳定。
2021-06-08 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Weakly nonlinear dynamics of a follower-force active filament in simple shear flow
Imperial College London（帝国理工学院）
本文用弱非线性理论分析简单剪切流对随从力活性细丝自发动力学的影响，发现剪切抑制振荡并驱动从圆形到椭圆旋转、横向拍动直至稳态偏转的转变。
2026-09-09 physics.flu-dyn
Instability cascade of strongly nonlinear gravity waves in a vertically sheared atmosphere
针对垂直切变大气中的准一维稳态内重力波，研究识别出多种相互竞争或相继发生的不稳定性机制构成的级联，并发现其局部动力学取决于背景切变符号。
2023-09-29 physics.flu-dyn physics.geo-ph
On strongly nonlinear gravity waves in a vertically sheared atmosphere, Part I: Spectral stability of the refracted wave
本研究探讨了垂直剪切大气中强非线性定常重力波的折射问题，发现其稳定性不仅取决于各层经典调制稳定性判据，还受新的不稳定性判据制约，且上层平均流水平风强于下层是不稳定性的必要条件。
2020-10-23 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Pressure drop reduction due to coupling between shear-thinning fluid flow and a weakly deformable channel wall: A reciprocal theorem approach
本文利用洛伦兹互易定理推导出剪切稀化流体与弱变形通道壁耦合引起压降降低的闭式表达式，并以幂律和Ellis模型验证其适用性。
2024-11-22 physics.flu-dyn
Surface waves on arbitrary vertically-sheared currents
采用分段线性近似方法研究了在深度变化的海流剖面上沿任意方向传播的线性表面重力波的频散特性，并建立了一个实用的数值计算框架。该方法已被大量使用在过去的情况下，沿相同的轴传播的波作为背景电流，我们在这里扩展和应用它与波的传播和电流方向之间的任意角度的问题。该方案适用于所有波长而不损失精度，特别适合于解决涉及广泛波矢量的问题，例如船波和Cauchy-Poisson初值问题。我们研究了在不同的波长制度和电流配置文件的组和相速度，突出的特点，由于深度可变涡。我们展示了一个应用程序的例子船波在任意的电流剖面，并展示了定性差异的唤醒模式之间的凹下和凹上的配置文件相比，一个恒定的剪切配置文件具有相等的深度平均涡量。我们还讨论了使用分段线性模型时色散关系的附加解的性质。这些是涡度波，漂移的涡结构，是分段模式的人工产物。它们不存在于平滑的轮廓中，并且在目前的背景下是虚假的。
2017-03-16 physics.flu-dyn
Modelling the transition from shear-driven turbulence to convective turbulence in a vertical heated pipe
本研究针对加热管道流中浮力引发的流动间歇性问题，构建时变背景轴向温度梯度模型，通过DNS探究不同管长与边界条件下的流动转变规律，证实局部剪切湍流衰减的无记忆特性及对流湍流的触发机制。
2025-01-14 physics.flu-dyn
A note on the shear-forced dynamics of tornadoes
Center for Climate Research Singapore, Department of Weather Research, Core Modeling Development team（新加坡气候研究中心天气研究部核心建模开发团队）；Department of Earth and Atmospheric Sciences（地球与大气科学系）；Indiana University Bloomington（印第安纳大学布卢明顿分校）
本研究提出含内部垂直风切变的龙卷风状涡旋轴对称模型，获其精确粘性Feynman-Kac表示，揭示垂直切变下涡旋变形规律及长时间极限特征，或可解释龙卷风着陆后迅速减弱的现象。
2026-08-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Internal shear layers generated by a vertically oscillating cylinder in unbounded and bounded rotating fluids
本文研究了旋转流体中垂直振荡圆柱在无界域和圆柱壳几何中激发的内部剪切层，通过渐近匹配导出相似解参数，揭示了无粘强迫下振幅标度随Ekman数减小而发散的特性。
2025-05-18 physics.flu-dyn
Intrinsic viscosity of a suspension of weakly Brownian ellipsoids in shear
本文分析了在弱热噪声作用下剪切流场中三轴椭球的角动力学。通过数值积分的过阻尼角朗之万方程，我们发现稳定的角概率分布的范围内的三轴颗粒形状。从这个分布，我们计算出三轴颗粒稀悬浮液的特性粘数。我们确定如何粘度依赖于粒子形状的限制，弱热噪声。虽然确定性角动力学非常敏感地依赖于颗粒的形状，我们发现，形状依赖性的特性粘度是较弱的，在一般情况下，和悬浮液的棒状颗粒是最敏感的轴对称的打破。三轴颗粒稀悬浮液的特性粘数小于具有相同体积和相同长短轴长度比的轴对称颗粒悬浮液的特性粘数。
2018-06-13 physics.flu-dyn
Spherical particle sedimenting in weakly viscoelastic shear flow
Gothenburg University（哥德堡大学）
研究弱粘弹性剪切流中球形颗粒的沉降动力学，推导了运动和阻力的解析解，发现升力和阻力的量级与剪切方向有关，提出新的张量基集用于扰动计算。
2017-05-11 physics.flu-dyn
On the vertical-shear instability in astrophysical discs
我们探讨的线性稳定性的天体物理光盘表现出垂直剪切，这是出现时，有一个径向变化的温度或熵。这样的磁盘受到“垂直剪切不稳定性”，最近的非线性模拟显示，驱动器的MRI稳定区域的原行星盘的流体动力学活动。我们首先使用Nelson等人（2013）推导的准全局简化模型重新审视局部等温盘。这种分析，然后扩展到全球轴对称扰动的圆柱形域。我们还推导和研究了一个简化的模型，描述光盘与幂律径向熵分布（“局部多变光盘”），这是有点更现实的，因为他们拥有物理（而不是数值）表面。在所有情况下，增长最快的模式具有非常短的波长，并且局限于圆盘表面（如果存在），在那里垂直剪切最大。另一类适度增长的垂直全球体模式被激发，对应于不稳定的经典惯性波（“r-模式”）。我们讨论这两种类型的模式的属性，并强调那些增长最快的发生在最短的可用长度尺度（由数值网格或物理粘性长度确定）。这种不适定性使得对不稳定性的模拟难以解释。最后，我们对非线性饱和和由此产生的角动量输运进行了一些简短的推测。
2015-03-24 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Weakly adhesive suspension shows rate-dependence in oscillatory but not steady shear flows
我们报告的非胶体颗粒悬浮液中的牛顿溶剂在40%的固体体积分数的流变测量。在振荡剪切（OS）流中发现了一个异常的、频率依赖的复数粘度，而在稳态剪切（SS）流中在相同的剪切速率下发现了一个恒定的动态粘度。我们发现，这种矛盾产生于OS和SS之间的微观结构差异，介导的弱粒子间的力量。代理颗粒悬浮液的离散元模拟证实了这一假设，并揭示了粘附诱导的剪切变稀机制，仅在OS中具有-1/5的斜率，与实验一致。
2020-06-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Heat Flux and Wall Shear Stress in Large Aspect-Ratio Turbulent Vertical Convection
本文对大展弦比湍流垂直对流进行了理论分析，得到了两种热流密度与壁面切应力的关系，分别用努塞尔数来度量（$\text{Nu}$）和剪切雷诺数（$\text{Re}_τ$），根据瑞利（$\text{Ra}$）和普朗特数（$\text{Pr}$）：在$\text{Ra}$高限值中的$\text{Re}_τ^2 \text{Nu} = f(\text{Pr}) \text{Pr}^{-1} \text{Ra}$和$\text{Nu} \approx C \text{Pr}^{\varepsilon} \text{Re}_τ$，对于PDMATHAMT使用$\varepsilon=1/3$，对于$\text{Pr} \ll 1$使用$\varepsilon=1$，其中，$f(\text{Pr})$不是$\text{Pr}$的幂律，$C$是常数。这些关系意味着$\text{Nu} \approx [C^2f(\text{Pr})]^{1/3} \text{Pr}^{-(1-2\varepsilon)/3} \text{Ra}^{1/3}$和高$\text{Ra}$的$\text{Re}_τ\approx[f(\text{Pr})/C]^{1/3}\text{Pr}^{-(1+\varepsilon)/3}\text{Ra}^{1/3}$。
2023-02-02 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Weakly nonlinear internal waves by tidal flow over a ridge in a shear current
Peking University（北京大学）
该研究推广Thorpe近似展开，分析切变流中海脊上潮汐产生的弱非线性内波，揭示离散谱模的非线性修正规律，解释线性模型与全非线性模拟吻合的原因。
2026-08-21 physics.flu-dyn
Asymmetric vertical transport in weakly forced shallow flows
本文通过数值模拟研究持续受迫浅水流中示踪粒子的垂向输运，揭示上升流与下降流在强度、尺度及粒子捕获时间上的非对称性及其随流动三维化而减弱。
2024-04-04 physics.flu-dyn
Changes in the boundary-layer structure at the edge of the ultimate regime in vertical natural convection
在非常大的瑞利数（$Ra$）的热对流中，热和粘性边界层（BL）经历从经典状态到极限状态的转变。在前一种状态下，BL厚度遵循层状Prandtl-Blasius-Polhausen标度，而在后一种状态下，BL是湍流的，具有Prandtl和von Kármán意义上的对数修正。在这里，我们报告的证据表明，这种过渡通过垂直自然对流（VC），这是一个浮力驱动的流动之间的差异加热垂直壁的BL结构的变化。数据集涵盖$Ra$ -值从$10^5$到$10^9$，普朗特数值为0.709。对于该$Ra$范围，VC流在全局意义上表现出经典状态行为。然而，随着$Ra$的增加，我们观察到近壁高剪切斑块占据越来越大的份额的壁面积，这表明BL正在经历从经典状态的过渡到最终的剪切主导状态。条纹结构的存在-让人想起在规范壁有界双折射近壁条纹-进一步支持这种转变的概念。在较高的剪切补丁，有条件的平均统计产生的局部平均温度分布的对数变化，与平均温度的壁的对数律一致，和一个有效的局部努塞尔数的幂律缩放的$Ra^{0.37}$，符合几何校正的1/2幂律缩放预测的最终热对流非常大的$Ra$。总的来说，从这项研究的结果表明，湍流和层状BL共存VC在中等到高$Ra$和这种过渡从经典状态到最终状态表现为越来越大的剪切为主的补丁，与瑞利-贝纳德对流和泰勒-库埃特流的研究结果报告一致。
2018-06-21 physics.flu-dyn
Weakly non-linear transient waves on a shear current: Ring waves and skewed Langmuir rolls
本文研究了无限深瞬态重力波在随深度线性变化的剪切流影响下的弱非线性动力学。允许通过积分欧拉方程的解析解。虽然类似的问题在20世纪60年代和70年代的特殊情况下的共振进行了调查，这是我们所知的第一个一般波相互作用（模式耦合）的解决方案，推导出二阶与剪切流存在。波的相互作用在谱卷积中是可积的，以产生初始值问题的二阶动力学。二阶，无旋波动力学与背景涡度场相互作用的方式，创造新的涡结构。一个值得注意的例子是，当斜平面波与洋流相互作用时，驱动朗缪尔环流的大型平行涡旋。我们还研究了与剪切流错位的波对的影响。与Leibovich（1983）的一个猜想相反，除了当平均波方向垂直于水流方向时，我们在每种情况下都发现了类似的，但偏斜的涡旋结构。类似的非线性波剪切相互作用也被发现产生近场涡结构的Cauchy-Poisson问题与初始表面高程。除了线性理论中存在的那些之外，这些相互作用产生了更多的色散环波。二阶解是在一个一般的方式，它适用于任何初始条件，通过模式耦合在一个连续波谱。因此，它适用于一系列问题，包括特殊情况下的共振。作为一般理论的一个副产品，本文首次导出了单色波与均匀涡量流成斜角传播时的Stokes漂移的一个简单表达式。
2018-11-23 physics.flu-dyn
A high resolution simulation of protoplanetary disk turbulence driven by the vertical shear instability
本研究采用268.4 M网格点和四阶Padé格式模拟了垂直剪切不稳定性驱动的3D原行星盘湍流，揭示了3D流动中的湍流剪切层、角动量阶梯结构及动能谱特征，并发现轴对称VSI在后期存在伪影。
2024-11-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Suppression of the Rayleigh-Plateau instability on a vertical fibre coated with wormlike micelle solutions
我们报告的瑞利高原不稳定性膜的巨胶束溶液涂层的垂直纤维。我们观察到，薄膜涂层的纤维的动力学可能是非常不同的牛顿或标准的非牛顿的情况下。通过改变溶液组分的浓度和取决于膜厚度，我们首次表明，瑞利-高原不稳定性可以稳定使用表面活性剂溶液。使用全球流变学和光学可视化，我们表明，剪切诱导结构的发展是需要稳定沿纤维的胶束膜。假设剪切引起的状态的粘弹性性质可以通过一个简单的模型来描述，我们建议，除了剪切引起的结构的存在下，后者必须有一个弹性模量大于从线性稳定性分析评估的临界值。最后，我们的分析提供了一种方法来估计剪切诱导状态的体弹性。
2013-06-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The linear instability of the stratified plane Couette flow
本文研究了在垂直于水平剪切方向上稳定分层的平面Couette流的稳定性。这种流动的兴趣来自地球物理和天体物理的应用背景剪切和垂直稳定分层通常共存。我们执行的线性稳定性分析的流在一个区域，这是周期性的流向和垂直方向和限制在横流方向。稳定性图被构造为雷诺数Re和弗劳德数Fr的函数，比较剪切和分层的重要性。我们发现，流动变得不稳定时，剪切和分层是相同的顺序（即Fr $\sim$ 1）和以上的雷诺数Re $\gtrsim$ 700的中等值。不稳定性的结果从共振机制已经知道在渠道流动的背景下，例如在浅水近似的非分层平面Couette流。结果证实了完全非线性直接数值模拟，并尽我们所知，构成了第一个证据的线性不稳定的垂直分层平面Couette流。我们还报告了一个实验室流的研究所产生的透明带夹带的两个垂直的圆柱体，并沉浸在一个充满盐水线性分层密度的坦克。我们观察到一个强大的时空模式的出现，接近由线性分析表示的Fr和Re的阈值，并探索可访问的稳定图的一部分。在数值模拟的支持下，我们得出结论，所观察到的图案是由线性理论预测的相同的不稳定性的签名，虽然略有修改，由于流向限制。
2017-11-30 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of 3D Salt Fingers: From Secondary Instability to Chaotic Convection
本文用直接数值模拟方法模拟了三维盐指在温度和盐度的无限均匀垂直梯度中的放大和平衡过程。模拟的流体动力学视频显示，增长最快的方形平面指状模式的二次不稳定性是二维指状模式[Holyer，1984]的众所周知的垂直剪切不稳定性和一种新的水平剪切模式的组合。
2009-10-15 physics.flu-dyn
Turbulent mixed convection in vertical and horizontal channels
本文利用直接数值模拟研究了由压力梯度和浮力共同驱动的垂直通道湍流混合对流，发现其与混合Rayleigh-Bénard对流响应高度一致，并揭示了中等剪切对小尺度热羽流的抑制作用。
2024-06-28 physics.flu-dyn
Comparison of the slip of a PDMS melt on weakly adsorbing surfaces measured by a new photobleaching-based technique
我们提出了一种实验方法，允许量化在粘性聚合物流体的壁滑移，根据观察的演变在简单的剪切流动的光漂白图案内的荧光标记的聚合物熔体。这种简单的方法提供了在1 $μ$ m至1 mm范围内的顶部和底部界面处的滑移长度以及流体所经历的实际剪切速率的访问。基于简单的光学成像和图像分析技术，这种方法提供了一个改进相比，以前报道的方法，其中剪切前后的光漂白荧光强度分布进行了比较，并通过扫描光电倍增管测量。本方法依赖于从整个光漂白图案的3D演变的分析中直接确定聚合物流体内部的位移分布。我们证明了这种方法的潜力与测量的滑移长度的纠缠的PDMS熔体，作为剪切速率的函数，在接触几个弱表面，即端栓系的PDMS或聚苯乙烯（PS）链，自组装单层（SAM）的三甲氧基（十八烷基）硅烷（OTS），和玻璃状PS薄膜。
2017-07-24 physics.flu-dyn
Vertical shear instabilities in rotating stellar radiation zones: effects of the full Coriolis acceleration and thermal diffusion
本文通过数值与渐近WKBJ线性稳定性分析，研究完整Coriolis加速度和热扩散对恒星辐射区垂直剪切不稳定性的影响，并提出对应湍流输运的涡黏模型。
2025-01-09 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Comment on "Migration of an electrophoretic particle in a weakly inertial or viscoelastic shear flow"
最近的一篇文章（Khair和Kabarowski; Phys. Rev. Fluids 5，033702）研究了电泳颗粒在具有弱惯性或粘弹性的无界剪切流中的横向流线迁移。这项工作将他们的结果与我们以前的两项研究（Choudhary等人：J. Fluid Mech.874; J. Fluid Mech.898），并报告了导出的分析表达式中的不一致。在这篇评论中，我们解决了这个矛盾。对于粘弹性流动，我们表明，Khair和Kabarowski没有占主导地位的聚合物应力在他们的计算一阶粘弹性升力的表面积分。当这个积分包括在内时，所得到的迁移速度与我们的工作（J. Fluid Mech.898）中报道的完全匹配。这定性地改变了Khair和Kabarowski报告的粘弹性流动的迁移方向。对于惯性流，我们澄清Khair和Kabarowski发现升力系数为1.75 $π$，而我们以前的工作（J. Fluid Mech.874）中为2.35 $ π$。我们表明，这种差异的发生，因为Khair和Kabarowski准确地包括快速衰减的$ \sim O(1/r^{4}) $速度场的影响（一个修正的应力场$ \sim 1/r^{2} $），这是被忽略在我们以前的工作（J.流体机械。874）。
2021-02-11 physics.flu-dyn
Influence of shear-flow vorticity on wave-current interaction. Part 1: Surface gravity waves without surface tension effect
本文研究了具有常涡度的背景切变流上表面波的传播，并与背景流深度均匀的情况作了比较。对于垂直剖面为线性的剪切流，详细分析了有限深度流体的表面重力波频散关系。在假定背景流沿水平方向逐渐变化的条件下，着重研究了波阻现象，详细讨论了涡量对波阻现象的影响。得到了波阻塞的条件，并对不同的无量纲参数值进行了分类。
2013-10-14 physics.flu-dyn
Analytic construction of baroclinic tori by non-linear summation
本文提出了构造斜压气流的解析方法。所提出的方法允许构造具有显著垂直切变的斜压环面，该环面根据Solberg-Høiland准则是稳定的。该方法可用于研究背景结构对垂直剪切和熵驱动不稳定性的影响。
2017-08-29 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Finite-size evaporating droplets in weakly compressible homogeneous shear turbulence
本研究通过界面分辨模拟探究弱可压缩均匀剪切湍流中有限尺寸蒸发液滴的蒸发特性，分析不同热力学模型、湍流及韦伯数等对蒸发速率的影响，揭示了湍流增强蒸发及曲率与蒸发速率正相关的规律。
2022-02-09 physics.flu-dyn
Oblique waves on a vertically sheared current are rotational
在研究存在切变流的表面波时，一个有用的和研究得很多的模型是切变流具有恒定涡度的模型。最近，它被康斯坦丁[Eur。J. Mech. B/Fluids 30（2011）12-16]，恒定涡度的流动只能允许波精确地向上游或下游行进，但不能以相对于水流的倾斜角度行进，并且此后已经出现了相同效果的若干证据。然而，物理波不可能遵守这样的限制。我们解决的悖论表明，一个斜平面波传播的恒定涡量的电流顶部根据线性化的欧拉方程进行了起伏扰动的涡量场，因此不禁止的康斯坦丁定理，因为涡量不是恒定的。涡量场的扰动很容易用拉格朗日的观点解释为当波经过时，波动使涡线轻轻地移动和扭曲。在上游或下游传播的特殊情况下，涡线的波动平流不影响欧拉涡度场，与定理一致。我们的结论是，斜波的剪切流的研究需要一个形式主义允许起伏扰动的涡度场，和恒定涡度模型是有帮助的，只有在某些二维系统。
2015-11-09 nlin.PS physics.ao-ph physics.flu-dyn
Instability of tilted shear flow in a strongly stratified and viscous medium
本文对低雷诺数下强分层流体中倾斜平行尾迹进行了线性稳定性分析。本研究的一个特别重点是对最近实验观察到的低弗劳德数模式的理解（Meunier，J. Fluid Mech.，第699卷，2012年，pp. 174-197）。在低Froude数的限制下，线性化的运动方程可以简化为水平面上的Orr-Sommerfeld方程，除了包含垂向耗散的粘性项。基于该方程，提出了低弗劳德数模态是一种水平屈曲不稳定性，在小倾角时应保持二维。为了支持这一主张，渐近制度，这个方程将是严格有效的，随后讨论了有关以前的参数在适当的垂直长度尺度。此外，对平行尾迹的绝对和对流不稳定性进行了分析，定性地与实验结果吻合较好。低弗劳德数模式被发现是稳定的弗劳德数增加，在实验中。在有限弗劳德数下出现的小垂向流速，其大小与弗劳德数的平方成正比，在稳定中起着关键作用。它修改了弯曲的不稳定性，也与矛盾的稳定浮力增加弗劳德数。最后，我们提出了底流在倾斜角变化时的一些可能的行为，它们可以提供一个更好的近似，以产生与实验一致的行为。
2019-09-25 physics.flu-dyn
Understanding and modeling turbulent fluxes and entrainment in a gravity current
本文对重力流在斜面上的混合过程进行了实验研究。动量和密度的湍流输运可以用一个非常直接和紧凑的形式来描述，由普朗特混合长度模型：湍流的动量和密度的垂直通量被发现与速度和密度的垂直平均梯度成二次比例。比例系数，混合长度的平方，是近似恒定的混合区的分层剪切层。我们展示了在不同的流动构型中，这个长度如何与流动的剪切长度（$ε$ / $\partial$ z u ^3）^[1/2]相关。我们还研究了动量和密度湍流通量的波动，展示了它们如何与混合和夹带/分离平衡。我们提出了一个定量的措施，来自所观察到的密度通量和密度或垂直速度波动的条件相关性的本地夹带和detrainment。
2015-06-19 physics.flu-dyn
Horizontal shear instabilities in rotating stellar radiation zones: I. Inflectional and inertial instabilities and the effects of thermal diffusion
旋转混合是恒星演化的关键过程，它在恒星辐射带中传递角动量和化学元素。在过去的二十年里，人们一直把重点放在由垂直切变不稳定引起的湍流输送。然而，不稳定性所产生的水平剪切和强度的各向异性湍流运输，他们可能会触发仍然相对未开发。本文研究了恒星辐射带中稳定层结、自转和热扩散对水平剪切不稳定性的综合影响。数值求解了描述双曲切线水平剪切剖面流动线性不稳定性的特征值问题。作为第一步，我们考虑一个极$f$平面的重力和旋转矢量对齐。确定了两种类型的不稳定性：弯曲和惯性不稳定性。当垂直波数为零且沿外加流方向流向波数为有限时，由拐点引起的弯曲不稳定性是最不稳定的。三维弯曲不稳定性是不稳定的分层，而它是稳定的热扩散。惯性不稳定性是旋转驱动的，WKBJ分析表明，其增长率达到最大值$\sqrt{f(1-f)}$在无粘极限的垂直波数趋于无穷大，其中$f$是无量纲科里奥利参数。当层结增加时，有限垂直波数的惯性不稳定性稳定，而热扩散则使其不稳定。此外，我们发现了一个自相似的屈曲和惯性不稳定性的基础上重新标度参数$PeN^2$与Péclet数$Pe$和Brunt-Väisälä频率$N$。
2020-02-06 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Vertical transport and confinement of weakly buoyant particles in a convective ocean mixed-layer model
Univ. Lille, ULR 7512–Unité de Mécanique de Lille Joseph Boussinesq (UML)（里尔大学，ULR 7512——约瑟夫·傅立叶力学单元）
本研究通过直接数值模拟揭示，在两层流体模型中，弱浮力颗粒的垂直分布受密度分层与混合层湍流共同控制，并提出了随机模型解释其积累层厚度变化。
2026-09-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Path-following methods for calculating linear surface wave dispersion relations on vertical shear flows
Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）
本文提出了一种路径追踪方法，用于高效计算垂直剪切流中线性表面波的色散关系曲线，通过将色散关系的解析性利用，采用连续方法，利用配点方案离散化问题，参数化波矢平面中的径向或角路径，并通过求解ODEs系统来获得色散曲线，从而将多次QZ分解替换为一次QZ分解和少量矩阵线性求解，同时提供二维插值方法以处理散射数据查询点，并通过与现有数值方法的比较，证明该方法在查询点数量上比现有方法快两个数量级。
2019-05-05 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
On physical optics approximation of viscous stratified shear flows
针对含湍流粘性涡系数的分层剪切平均流扰动问题，推导了仅考虑水平粘性的修正四阶Taylor-Goldstein方程，用WKB方法给出其缓变条件下的几何与物理光学近似，分析了渐近解在奇异值附近的行为。
2021-03-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Mixing in stratified gravity currents: Prandtl mixing length
分层流中剪切引起的垂直混合是温盐环流的一个重要组成部分。我们实验确定的垂直通量的动量和密度的强制重力流使用高分辨率的速度和密度测量。一个恒定的涡流粘度模型提供了一个穷人的物理混合的描述，但普朗特混合长度模型的动量和密度通量的平均速度和密度梯度的作品。对于$<Ri_g > \approx 0.08$和$Re_λ\approx 100$，混合长度是相当恒定的，大约相同的大小，与湍流剪切长度相当。
2009-03-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Sheared stably stratified turbulence and large-scale waves in a lid driven cavity
为了确定控制平均流和湍流的参数，并了解它们对动量和热传递的影响，我们对具有非零垂直平均温度梯度的盖驱动腔中的稳定分层湍流进行了实验研究。我们发现，平均速度模式（例如，大尺度环流的形式和大小）强烈地取决于温度分层的程度。在强稳定层结情况下，强湍流区位于主大尺度环流附近。在强稳定层结的情况下，我们发现了大尺度的非线性振荡，这种振荡可以解释为非线性的重力波。在非线性阶段，速度场和温度场中这些波的主要含能频率之比约为2。波的振幅在弱湍流区域（靠近空腔的底壁）增加，由此垂直平均温度梯度增加。
2014-08-26 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Predicting vortex merging and ensuing turbulence characteristics in shear layers from initial conditions
在环境和工业流动中，不稳定剪切层卷起形成一系列旋涡，这些旋涡往往形成复杂的非线性合并模式，如成对和三联体。这些模式决定了随后的湍流，混合和标量传输。我们发现，后期的时间，高度非线性的合并模式是可预测的线性化的初始状态。垂直速度场的连续波长之间的初始不对称性提供了涡合并的强度和模式的有效测量。使用直接数值模拟证实了这一措施的预测。我们还表明，这一措施有显着的影响，在确定路线的湍流和随之而来的湍流特性。
2019-08-28 nlin.PS physics.flu-dyn
Wave interference as the origin of the cyclic magnetorotational dynamo in accretion disks: insights from weakly nonlinear theory and local shearing box simulations
Institute for Advanced Study（高等研究院）；Princeton University（普林斯顿大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（基础物理研究所）
本文通过弱非线性理论和局部剪切箱模拟，揭示了磁旋转不稳定性在吸积盘中产生大尺度循环发电机的波干涉机制，预测了周期和振幅的标度关系。
2026-05-08 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
