Efficient data-driven flow modeling for accurate passive scalar advection in submesoscale domains
本研究针对亚中尺度域海面平流过程难以准确高效模拟的问题，提出融合两种简化2D流模型、迭代调整边界条件的数据驱动框架，经漂流浮标实验验证可替代计算密集型瞬态模拟，实现高效精确的被动标量平流建模。
2025-03-10 math.OC physics.flu-dyn
Long-Time Asymptotics of Passive Scalar Transport in Periodically Modulated Channels
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究周期性调制通道中被动标量输运的长时渐进行为，通过Floquet-Bloch型特征函数展开推导标量场渐近展开，并估计其有效时间尺度，扩展了Taylor扩散理论。
2026-04-07 physics.flu-dyn
Anomalous diffusion via iterative quantitative homogenization: an overview of the main ideas
本综述介绍了研究者构建的具备完全湍流速度场特性的不可压缩矢量场，其对应标量平流-扩散方程呈反常扩散，并提出通过重整化涡粘度反向级联研究反常扩散的分析框架。
2025-09-03 math-ph math.AP math.MP
An iterative scheme to include turbulent diffusion in advective-dominated transport of delayed neutron precursors
提出一种迭代特征线法，在缓发中子先驱体输运中引入湍流扩散，经高雷诺数二维反应堆验证，并量化了扩散项对先驱体分布及反应性的影响。
2024-11-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Averaging and spectral properties for the 2D advection-diffusion equation in the semi-classical limit for vanishing diffusivity
我们考虑二维对流扩散方程的有界域上的Dirichlet或冯诺依曼边界条件和研究时间无关和时间周期的情况下，涉及刘维可积哈密顿满足条件有利于应用平均原理。向动作角度坐标的变换允许对时间和角度进行平均，从而产生一个底层特征值方程，该方程允许分离角度和动作坐标。其结果是一个一维二阶方程，涉及反对称虚势。对于圆盘或圆环上的径向流动，我们严格应用现有的复平面WKBJ方法来研究扩散系数消失的半经典极限下的谱特性。在此极限下，谱是由与Stokes图有关的谱线组成的复杂集合。这些图的邻域中的特征值表现出相对于扩散率的非线性缩放，导致对流增强的耗散率（松弛，混合）的初始数据是平均自由的角度坐标。这些分支与扩散分支共存，扩散分支的特征值与扩散率成线性关系，并包含主特征值（无耗散增强）。
2013-09-27 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Lagrangian chaos and scalar advection in stochastic fluid mechanics
我们研究了拉格朗日流的速度场所产生的各种模型的流体力学受到白色的时间，$H^s$ -在空间随机强迫在一个周期性的盒子。我们证明了在许多情况下，这些流是混沌的，即最高李雅普诺夫指数是严格正的。我们的主要结果是关于$\mathbb T^2$上的斯托克斯方程和$\mathbb T^3$上的超粘性正则化斯托克斯方程（在任意雷诺数和超粘性参数下），在高频下受到非退化的强迫。作为应用，我们研究了在这些速度驱动下的被动标量平流-扩散方程在随机源作用下的统计平稳解。混沌拉格朗日动力学被用来证明一个版本的异常耗散的极限消失的扩散，这反过来又意味着标量满足Yaglom的标量湍流定律-模拟的Kolmogorov 4/5定律。我们的研究的主要特点是使用的工具，从遍历论和随机动力系统，即乘法遍历定理和一个版本的Furstenberg的标准，结合hypoellipticity通过Malliavin演算和近似控制参数。
2018-09-18 math.AP math.DS math.PR
Emergent scar lines in chaotic advection of passive directors
我们研究了由二维流体流平流的细长纤维的取向的空间场。这些被动指向矢的定向场在广泛的工业和地球物理流中是重要的。在混沌流中，我们引入了作为被动指向矢取向场中主导相干结构的涌现痕线。以前的工作已经确定了疤痕线的存在，其中方向在短距离内旋转π，但随着时间的推移，被确定的线消失了。其结果是，早期的工作集中在拓扑奇点的方向领域，我们发现在很长一段时间内发挥的作用可以忽略不计。我们使用的标准映射作为一个简单的时间周期二维（2D）流，产生拉格朗日混沌。这类流动产生持久的模式，被动标量平流，我们发现，一种不同的持久模式的发展中的被动导演方向场。我们确定的机制，紧急疤痕线增长，以主导这些模式在很长一段时间内在复杂的流量。在流体元素最近的拉伸垂直于先前的拉伸的地方形成了浮现的疤痕线。因此，这些疤痕线可以用它们的年龄来标记，定义为它们的拉伸达到最大值的时间。
2017-12-04 physics.flu-dyn
Topological Chaos in Spatially Periodic Mixers
拓扑混沌流体平流检查在二维流动的一个或两个方向的空间周期。拓扑混沌是由驱动流动与移动搅拌器的轨迹选择，以形成各种辫子。对于空间周期性流动，除了通常的搅拌器交换编织运动，还有额外的拓扑非平凡运动对应于搅拌器遍历周期性方向。这导致了对圆柱和环面上的辫群的研究。寻找这种流动的拓扑熵下界的方法进行检查。这些界限，然后比较数值搅拌模拟斯托克斯流，以评估其锋利度。正弦流也检查从拓扑的角度来看。
2006-08-11 nlin.CD physics.flu-dyn
Effect of Ionic Advection on Electroosmosis over Charge Modulated Surfaces: Beyond the Weak Field Limit
本文研究了当经典的弱场限制放宽时，离子平流对电荷调制表面电渗流的影响。超越通常描绘的弱场限制（即，外部施加的电场是过度加权的表面感应电势，在带电的壁粘附层中的电荷分布）的电渗传输，我们数值求解耦合的全套Poisson-Nernst-Planck（PNP）和纳维-斯托克斯方程，在一个半无限域中，在底部由带电的壁。此外，为了获得更深入的物理见解，我们在两个单独的渐近极限下求解了低表面势的相关控制方程的简化形式：（i）低离子Peclet数（Pe）的正则微扰解，其中Pe用作规范函数;（ii）薄双电层（EDL）极限下O（1）Pe的匹配渐近解。我们证明，合理的良好的协议之间观察到的分析和数值解。我们的分析表明，Pe对流动的主要影响是减缓“自由流速度”，增加了流动的周期性，同时它也引起了整体潜力的显着变化。我们进一步表明，双电层厚度强烈地决定了“自由流速度”，和一个简单的Smoluchowski型的滑移边界条件不能使用，如果考虑到平流的影响。这些结果在设计具有表面电荷调制的微流体和纳米流体系统中具有重要意义。
2015-09-28 physics.flu-dyn
Interaction of a monopole vortex with an isolated topographic feature in a three-layer geophysical flow
在一个$f$平面地球物理流的三层准地转解析模式的框架内，讨论了由涡旋与孤立地形相互作用引起的拉格朗日平流。我们感兴趣的是两种不同的情况下，无论是在上层或中层的位置。在底层，有一个三角洲功能的地形特征，它产生了一个封闭的回流区，在其附近，由于背景流。这个回流区一直延伸到中层和上层，起着地形涡的作用。湍流和地形涡旋之间的相互作用导致复杂的，包括混乱的，流体粒子的平流。我们发现，模式的参数，即地形涡和地形涡的强度和初始位置，层的深度和密度是负责不同的平流模式。虽然模式相当复杂，但是，人们可以挑出两个主要过程，它们主要控制流体粒子平流。第一个是系统的相空间结构随时间的变化，使得在地形涡旋的封闭区域内，出现周期性的不封闭颗粒路径，颗粒通过该路径离开地形涡旋。第二种是混沌平流，这是由于对流层与地形相互作用的非平稳性引起的。
2012-09-27 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Advection of nematic liquid crystals by chaotic flow
考虑了非均匀剪切流（包括规则和混沌）对平面几何结构中双折射液晶的影响。耦合到一个外部规定的流场的朗道-德Gennes方程是研究的基础：这是在一个周期性的空间域数值求解。重点是在一个有限的情况下，平流是被动的，这样的液晶特性的变化不反馈到方程的流体速度。用于分析结果（有和无流量）的主要工具是识别无流量的动力学方程的不动点，当引入流量时，这些不动点是相关的（在不同程度上）。固定点被分类为稳定/不稳定，并进一步分为单轴或双轴。因此，被动剪切流的各种模型进行了研究，主要集中在翻滚是从模型缺席的情况下。在这种情况下，不仅要考虑$Q$张量的平流，而且要考虑其相对于当地涡度场的共旋。因此，只有双轴固定点生存的$Q$-张量动力学的解决方案下施加的一般流场。对于某些沿轨迹的共旋效应可以有效地忽略的流动，两族固定点都存在。在这种情况下，该系统表现出粗化停滞，由此液晶域被"冻结"到流动结构中，因此其尺寸的生长受到限制。结果（双轴最终状态或两个家庭的固定点的混合物）可以理解的流动的时间和长度尺度，通过共同旋转的衍生物表现出来。一些考虑也给出了具体的情况下，翻滚是存在的，在这里，流动有很强的影响，液晶形态。
2017-07-19 physics.flu-dyn
Two quantum algorithms for solving the one-dimensional advection-diffusion equation
本文提出并比较了基于QLSA和VQA的两种混合量子算法，在多达6个量子比特下求解一维平流扩散方程，分析了影响性能的关键因素及噪声影响，为量子流体模拟提供了参考。
2023-12-30 physics.flu-dyn quant-ph
Synchronized Front Propagation and Delayed Flame Quenching in Strain G-equation and Time-Periodic Cellular Flows
G-方程是水平集类型的Hamilton-Jacobi偏微分方程，其模拟火焰前缘沿着流速和层流速度的传播。考虑到火焰拉伸，应变速率可以加入层流速度中。我们进行有限差分计算的G-方程的离散应变项是单调的单边空间导数。假设流动速度是时间周期性的细胞流（模拟瑞利-贝纳德平流），我们计算湍流火焰速度作为从平面初始火焰前锋的渐近传播速度。在应变G方程模型中，胞状流动增强了火焰传播，当流动强度足够大时，火焰发生淬熄。与稳态胞状流中的结果不同，时间周期胞状流中的波前传播可能被锁定在一定的时空周期模式中，湍流火焰速度成为流动强度的分段常数函数。扰动火焰前缘在流动强度增大之前不会停止传播。
2021-12-08 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Phase-Textured Complex Viscosity in Linear Viscous Flows: Non-Normality Without Advection, Corner Defects, and 3D Mode Coupling
Baruch College（巴鲁克学院）
研究线性粘性流中相纹理复粘度的非正交性，揭示其在无对流和无角落缺陷情况下通过残差几何实现的放大机制。
2026-01-16 math-ph math.AP math.MP
Anomalous diffusion by fractal homogenization
该研究构造了具有分形结构的时空周期无散向量场，结合定量均匀化方法逐步重整化平流-扩散方程，证明小分子扩散率下宏观尺度有效扩散率为一阶，实现标量方差的反常耗散。
2024-10-09 math-ph math.AP math.MP
Spectral quantum algorithm for passive scalar transport in shear flows
本文提出了一种频谱量子算法，用于模拟剪切流中被动标量输运，通过求解对流扩散方程并利用量子计算框架实现高效模拟。
2025-11-07 physics.flu-dyn quant-ph
Macroscopic models for filtration and heterogeneous reactions in porous media
在主要非均质（例如，表面）反应通常被认为是不可行的，这是由于在限制这种系统的尺度之间的强耦合。在这项工作中，我们将展示如何通过应用和扩展文献中提出的方法进行升级。该方法依赖于分解成一个反应组分的微尺度浓度，由对流-扩散算子的本征函数，相关的本征值，代表宏观有效反应速率，和一个非反应组分。然后，后者可以升级与两个尺度的渐近展开和最终的宏观方程得到的领导秩序。同样的方法也可以用来克服另一个经典的假设，即非螺线管速度场，如带电胶体粒子的沉积由静电势驱动的情况下。整个升级过程，其中包括在解决三个细胞的问题，实现任意复杂的二维和三维周期性结构使用开源有限体积库OpenFOAM。我们提供的实施和测试的方法，二维周期性阵列的领域的细节，我们对完全解决的数值模拟的结果进行比较，展示了精度和通用性的升级方法。有效的速度，分散和反应系数，获得了广泛的范围内的Péclet和表面Damk{<$}hler数，和库仑类力的颗粒。
2020-04-26 math.AP physics.flu-dyn
Characterizing scale dependence of effective diffusion driven by fluid flows
我们研究了流体示踪剂的有效扩散的尺度依赖性，具体地说，它依赖于Péclet数，平流和分子扩散之间的比率的无量纲参数。在这里，我们解决的情况下，长度和时间尺度上的有效扩散可以描述的平流和分子扩散不分离。为此，我们提出了一种新的方法来表征有效扩散率，而不依赖于尺度分离。对于一个给定的空间域内的有效扩散可以出现，一个时间常数有关的扩散被确定通过考虑测试对流扩散方程的时空演化，其初始条件被设置在一个脉冲函数。然后，通过最小化上述测试方程的解与具有平均漂移的扩散方程的解之间的$L_\infty$距离来确定有效扩散率的值。用这种方法，与时间无关的环流和时间周期性剪切流，我们数值显示的有效扩散率的尺度依赖性和它的差异从经典的限制，来自尺度分离的假设。的运动学起源的差异被揭示为发展的分子扩散跨流动细胞的环流和作为抑制的漂移运动由于在剪切的时间振荡。
2022-04-12 cs.SY eess.SP eess.SY
