A Quantum Inspired Approach to Exploit Turbulence Structures
理解湍流是我们理解许多自然和技术流动过程的关键。这种现象的核心在于其复杂的多尺度性质，描述了空间和时间中不同大小的漩涡之间的耦合。在这里，我们介绍了一种新的范式，通过量化不同的长度尺度之间的相关性，从量子多体物理学的启发方法来分析湍流的结构。我们提出了两个范例流的尺度间相关性的结果，并使用这些见解与张量网络理论一起设计一个结构解析算法来模拟湍流。与直接数值模拟相比，该算法可以在一个数量级以上的计算空间内精确求解不可压纳维-斯托克斯方程。我们的量子启发的方法提供了一个途径进行计算流体动力学量子计算机。
2022-07-04 physics.flu-dyn quant-ph
Topological Entropy of Two Dimensional Turbulence
该研究提出计算二维湍流物质线拉伸率（拓扑熵）的精确欧拉公式，仅需应变率张量特征值分布及去相关时间，免去拉格朗日追踪，模拟验证其在宽雷诺数范围内与拉格朗日结果高度吻合。
2024-12-13 physics.flu-dyn
Scaling of the Maximum-Entropy Turbulence Energy Spectra
对数正态型的湍流能量谱函数，来自最大熵原理，被证明是参数化的根湍流变量，包括雷诺数。的光谱函数进行比较，首先与一些实验数据集，显示出非常接近的协议在整个能量和长度（波数）尺度。当雷诺数增加时，峰值波数（m）和宽度参数（C2）分别规定了谱的位置和展宽，其中C2具有~ 1/Rem的依赖性。能量标度用乘法因子调整。从这个角度来看，惯性缩放从k-3到k-5/3时，从二维到三维的流动过渡被解释为频谱宽度的增加，因为规模的范围增加为Re 1/6和Re 3/4的二维和三维湍流，分别。在不同位置的通道流的能谱也再现使用相同的功能，表明适用性的地方实现局部平衡。因此，基于少量的标度参数，可以使用最大熵形式主义规定的完整的能量谱。
2020-09-11 physics.flu-dyn
Multi-Fidelity Data Assimilation For Physics Inspired Machine Learning In Uncertainty Quantification Of Fluid Turbulence Simulations
针对EPM无法确定湍流预测中扰动幅度与位置的问题，本文提出物理启发的CNN框架学习模型预测与真实结果间的修正，以调节扰动并改进误差估计。
2023-07-23 physics.flu-dyn
Multiscale permutation entropy analysis of laser beam wandering in isotropic turbulence
我们已经实验量化的时间结构的多样性，从坐标波动的激光束通过各向同性光学湍流传播。这里的主要重点是在一个薄的高斯激光束通过湍流介质后，在屏幕上的游荡的长程相关的特性。为了实现这一目标，进行了实验室控制的实验中，激光束的坐标波动被记录在一个足够高的采样率为广泛的湍流条件。随后，通过实施基于有序模式的符号技术来估计众所周知的排列熵，来分析激光束质心的水平和垂直位移。我们发现，在多个时间尺度的排列熵估计证据之间的相互作用不同的动力学行为。更具体地说，观察到两个不同的缩放制度之间的交叉。我们确认从一个集成的随机过程污染的电子噪声的分数布朗运动的赫斯特指数H = 5/6的采样时间增加的过渡。此外，我们能够量化，从估计的熵，作为湍流强度的函数的电子噪声的量。我们还表明，这些实验观察是非常好的协议与数值模拟的噪声分数布朗运动与两个不同的标度制度之间的一个明确的交叉。
2017-03-16 cond-mat.stat-mech physics.data-an physics.flu-dyn
A parametrization of two-dimensional turbulence based on a maximum entropy production principle with a local conservation of energy
在二维（2D）湍流的情况下，我们应用最大熵产生原理（MEPP），通过强制执行本地能量守恒。这导致了一个方程的涡度分布，保持所有的卡西米尔，能量，并单调增加的混合熵（$H$ -定理）。此外，粗粒涡度方程单调耗散所有的广义拟能。这些方程可以提供2D湍流的参数化。它们一般不会向最大熵态弛豫。对于二维欧拉方程的任何定常状态，涡量流都为零。有趣的是，从MEPP得到的粗粒涡度方程原来是一致的，经过一些代数运算，与预期的涡度方法得到的。这表明了当局部地处理能量守恒时，这两种方法之间的联系。此外，新导出的方程，它包含了一个扩散项和漂移项，有一个很好的物理解释的选择性衰减原则。这为MEPP和预期涡度方法提供了新的思路。
2015-11-30 physics.flu-dyn
Gyrokinetic simulation of entropy cascade in two-dimensional electrostatic turbulence
磁化弱碰撞等离子体中的二维静电湍流在相空间中表现出熵的级联[Phys. Rev. Lett. 103，015003（2009）]。在尺度小于回转半径，该叶栅的特点是在热拉莫尔半径的尺度上测量的碰撞时间的涡流周转时间的无量纲比D。当D >> 1时，在位置和速度空间中都发现了亚拉莫尔尺度的宽谱涨落。分布函数将结构发展为v_{perp}的函数，v_{perp}是垂直于局部磁场的速度坐标。叶栅在位置空间和速度空间都表现出局部尺度的非线性相互作用，Kolmogorov的标度理论可以推广到相空间。
2010-08-16 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Topological entropy of stationary three-dimensional turbulence
Indian Institute of Technology - Madras（印度理工学院马德拉斯分校）
本研究提出了一种基于欧拉框架的计算静止三维湍流拓扑熵的方法，利用局部应变率张量的特征值分布及其去相关时间，避免了拉格朗日粒子跟踪的复杂性。
2026-03-11 physics.flu-dyn
Turbulent fluxes of entropy and internal energy in temperature stratified flows
我们导出了低马赫数温度分层湍流中的平均熵和平均内能方程（即，对于湍流对流或稳定分层湍流），并表明湍流熵通量由${\bf F}_s=\overlineρ \, \overline{{\bf u} s}$给出，其中$\overlineρ$是平均流体密度，$s$是熵的波动，上条表示在湍流速度场${\bf u}$系综上的平均。我们证明了熵的湍流通量不同于流体内能的湍流对流通量${\bf F}_c=\overline{T} \, \overlineρ \, \overline{{\bf u} s}$，其中$\overline{T}$是平均流体温度。这种湍流对流通量在天体物理学和地球物理学文献中是众所周知的，它不能在平均熵方程中用作湍流通量。这一结果对低马赫数温度分层湍流是精确的，并且与所用模型无关。我们还推导出方程的速度熵相关性，$\overline{{\bf u} s}$，在小的和大的Peclet数的限制，分别使用准线性的方法和谱τ近似。鉴于温度分层湍流在天体物理和地球物理中的不同应用，这项研究是重要的。
2015-07-30 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Eddy-mixing entropy as a measure of turbulent disorder in barotropic ocean jets
了解海洋地转湍流的统计数据对于了解它与全球海洋环流和整个气候系统的相互作用至关重要。本文研究了强迫耗散正压海洋模式中的涡旋混合熵。熵是统计物理学和信息论中一个非常重要的概念;基于理想地球物理流体的平衡统计力学理论，我们考虑了强迫和耗散对涡旋混合熵的影响，包括分析和数值计算。通过诊断的时间演化的涡混合熵，它表明，熵提供了一个描述性的工具，了解三个阶段的湍流生命周期：增长的不稳定性，形成大尺度结构和稳态波动。进一步，通过确定熵的时间演化与最大熵原理之间的关系，找到了该原理在强迫耗散流中作用的证据。最大熵位涡统计计算的流动，并与数值模拟进行了比较。在能量的平均场近似下讨论了最大熵统计量的定义。本文的研究突出了熵和统计力学在地转湍流研究中的重要性。
2017-02-26 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Generalized Additive Entropies in Fully Developed Turbulence
我们探讨了[A.N.]中提出的Boltzmann-Gibbs-Shannon熵的加法推广的可能应用。Gorban，I. V. Karlin，Phys. Rev. E，67：016104（2003）]到完全发展的湍流。预测的概率分布函数进行了比较，从Tsallis的熵和实验数据。隐藏的子系统的存在的后果进行了说明。
2003-05-28 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Entropy, irreversibility and cascades in the inertial range of isotropic turbulence
本文从统计力学的角度分析了湍流能量级联，将尺度间能量通量与统计不可逆性和信息熵产生联系起来。能量级联的微观可逆性进行了测试，通过构建一个可逆的三维湍流系统，使用亚网格应力的动力学模型。这个系统，当扭转的时间，开发一个持续的逆级联对大尺度，证明惯性能量级联的特性必须考虑的可能性，一个逆制度。本实验研究了各向同性湍流中统计不可逆性的起源以及正能量级联和逆能量级联的普遍性。统计不可逆性是相空间中与熵产生有关的统计系综的一种性质，通过考虑能流的空间局部性及其与流的局部结构的关系，将其与物理空间中的能量级联的动力学联系起来。应变率张量的动力学，这被确定为最重要的来源，在能量级联的统计不可逆性的基础上，提出了一种机制来解释的概率流行的直接能量转移。
2021-04-06 nlin.CD physics.flu-dyn
A Model of Two Dimensional Turbulence Using Random Matrix Theory
通过确定矩Q_k= \int_w（x）^kd^2 x的定值涡量分布空间的体积，导出了二维不可压缩无粘流的熵公式。这个空间是近似的一系列空间的有限体积，通过使用正则化的系统，这是几何自然的，并与理论的随机矩阵。在取极限后，我们得到一个旋涡场熵的简单公式。在给定平均涡度和涡度拟能的情况下，我们预测了最大熵的涡度分布，并预测了具有最大熵的圆柱对称旋涡场。这可能是对飓风的近似描述。
2002-06-26 hep-th physics.flu-dyn
Nature-inspired three-dimensional surface serration topologies enable silent flight by suppressing airfoil-turbulence interaction noise
融合猫头鹰羽毛与蝉翼结构提出三维表面锯齿拓扑，通过增强涡量、抑制偶极子和四极子声源，实现翼型降噪与推进效率同步提升。
2023-08-17 physics.flu-dyn
Lagrangian Finite-Time Fluctuation Relation in isotropic turbulence
本文在各向同性湍流中检验非平衡热力学涨落关系，发现有限时间平均的熵产生率概率比仅在拉格朗日框架下呈指数行为，而在欧拉固定位置不成立，从而为湍流能量级串的热力学描述提供了新证据。
2025-07-03 physics.flu-dyn
Markov property of Lagrangian turbulence
本文基于对点状惯性粒子的直接数值模拟，利用Stokes数、$\textrm{St}=0, 0.5$、$3$和$6$，在均匀和各向同性的湍流中的输运，首次给出了拉格朗日湍流中存在马尔可夫性质的证据。我们表明，马尔可夫性质是有效的有限步长大于斯托克斯数依赖的爱因斯坦-马尔可夫相干时间尺度。这使得拉格朗日粒子的多尺度统计的描述福克-普朗克方程，它可以嵌入到一个跨学科的方法，将湍流的统计描述与非平衡随机热力学和局部流结构的波动定理。该形式允许估计与粒子的拉格朗日轨迹相关联的随机热力学熵交换。粒子的熵消耗轨迹与速度增量通过尺度的特定演化有关，并且可以被视为间歇性结构。拉格朗日路径和熵值的统计特征，从而固定的波动定理。
2022-06-24 physics.flu-dyn
Alternative statistical-mechanical descriptions of decaying two-dimensional turbulence in terms of "patches" and "points"
本文报道了高雷诺数条件下衰减二维Navier-Stokes（NS）湍流的数值和分析研究。我们的努力是确定两种不同的最大熵预测公式之间的可计算的区别，衰变，后期状态。这两种公式都通过对“粒子”的涡量进行某种特别的离散化来定义熵，在达到平均场极限之前，采用统计力学方法来定义熵。在一种情况下，粒子是δ函数平行的“线”涡（二维的“点”），在另一种情况下，它们是有限面积的、相互排斥的对流涡“片”，在零面积的极限下，它们变成“点”。“我们使用时间相关的谱方法直接数值模拟的纳维-斯托克斯方程，看看是否初始条件，应该放松到不同的后期状态下的两个配方实际上这样做。
2002-11-05 physics.flu-dyn
Turbulence as Information
任何类型的信息都可以被看作是信息的来源。Claude. E.香农在上个世纪表明，信息（“我们还不知道的”）相当于统计力学中定义的熵。一串实验观察就像一连串的单词;它们都传递信息，并且可以用熵来表征。对于这里要讨论的流体流动测量和模拟（管道和皂膜流动，GOY模型），熵取决于可控参数，例如雷诺数。信息论方法适用于任何类型的测量，包括那些由棘手的方程或系统的控制方程未知。这篇文章是为了纪念利奥·卡丹诺夫（Leo Kadanoff），他是一位鼓舞人心的教师，也是过去半个世纪最重要的科学领袖之一。
2016-09-02 physics.flu-dyn
Enstrophy dissipation in two-dimensional turbulence
对二维湍流问题的理解可以通过与热传导网络的类比来获得。它允许识别与拟能耗散相关的熵函数，并且该熵函数在正（平均）值周围波动。虽然相应的涡度拟能网络是高度非局域的，但涡度拟能流的方向遵循热力学第二定律。基本参数是作为波数$k$的函数的驱动$γ_k>0$的强度与耗散强度$νk^2$的比率$T_k = γ_k /(νk^2)$，其中$ν$是粘度。拟能流从$T_k$的较高值流向较低值，类似于热流从较高温度流向较低温度。因此，我们的拟能耗散的概率分析和热传导的类比补充和可视化的直接拟能级联的更传统的光谱参数。我们还显示了一个波动的对称性分布的总熵产生的直接和逆涡度拟能级联的概率。
2005-11-24 cond-mat.stat-mech 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
On the physical inadmissibility of ILES for simulations of Euler equation turbulence
我们提出了两个主要结果。第一个是一个合理的验证参数的原则，最大熵产生率的欧拉方程湍流。这个原理可以看作是热力学第二定律的延伸。在我们的第二个主要结果中，我们研究了欧拉方程（充分发展）湍流的大涡模拟的竞争模型。我们比较了无亚网格模式、有限亚网格模式的隐式大涡模拟（ILES）和动态亚网格模式的方案。我们的分析是基于三个基本的物理原理：能量守恒，最大熵产生率和多重分形聚类的不连续性的普遍性原则。我们得出的结论是，没有亚网格模拟，或其部分包含在ILES解决方案违反了最大熵耗散率的容许准则。我们确定的情况下，由此产生的错误有一个较小的影响，具体的可观察到的数量和情况下，效果是主要的。讨论了Ia型超新星燃烧转爆轰的数值模拟。
2018-11-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Chaos and information in two dimensional turbulence
通过对二维不可压均匀各向同性湍流的数值模拟，研究了最大李雅普诺夫指数、Kolmogorov-Sinai熵和吸引子维数的标度行为.最大李雅普诺夫指数的缩放被发现是在良好的协议与尺寸的预测。对于Kolmogorov-Sinai熵和吸引子维数的情况下，简单的维预测被发现是不够的。依赖于系统的大小和强迫长度尺度被发现，这表明非普遍的行为。本文还讨论了这些结果对大气可预报性的适用性。
2020-05-27 cond-mat.other nlin.CD physics.flu-dyn
Entropic Multi-Relaxation Models for Simulation of Fluid Turbulence
最近引入的晶格玻尔兹曼（LB）模型族（Karlin，Bösch，Chikatamarla，Phys. Rev. E，2014）详细研究了不可压缩二维流动。一个框架，开发LB模型的基础上熵的考虑广泛。二阶收敛速度的数值证实，并表明，这些基于熵的模型恢复的Navier-Stokes解的水动力极限。与标准Bhatnagar-Gross-Krook（LBGK）和熵格子玻尔兹曼方法（ELBM）的比较表明，对于几种基准流和一系列网格分辨率和雷诺数，该方法具有优越的稳定性和精度。高雷诺数制度的研究，通过模拟二维湍流，特别是在解决的情况下。解决LBGK模拟相比，所提出的LB模型类表现出优异的性能和捕获湍流统计具有良好的精度。
2015-07-09 physics.flu-dyn
Information Content of Turbulence
我们把湍流速度场当作一种信息，就像对待一本书或一幅画一样。所有消息都可以用每个符号的熵$h$来描述，如香农通信理论中所定义的。在湍流中，随着雷诺数$Re$增加，更多的相关自由度被激发并参与湍流叶栅。湍流肥皂膜中的实验表明，空间熵密度$h$是$Re$的递减函数，即$h \propto -\log Re$ +常数。在Logistic映射中，也在这里分析，增加控制参数$r$增加$h$。一个修改后的Logistic映射与过去的迭代有额外的耦合，表明相关性的重要性。
2013-07-03 nlin.CD physics.flu-dyn
A note on acoustic turbulence
我们考虑一个理想气体的三维声场，其中所有的熵产生被限制在弱激波，并表明类似的标度关系适用于这样一个领域的强迫Burgers湍流，其中的冲击振幅的尺度为$ (εd)^{1/3} $和$ p $：第阶结构函数的尺度为$ (εd)^{p/3} r/d$，$ ε$是每单位质量的平均能量耗散，$ d $的平均距离之间的冲击和$ r $的分离距离。然而，对于声场，$ ε$应该由$ ε+ χ$代替，其中$ χ$与由于热传导引起的熵产生相关联。特别地，三阶纵向结构函数按比例缩放为$ \langle δu_r^3 \rangle = -C(ε+ χ) r $，其中$ C $取弱冲击极限中的值$ 12/5(γ+1) $，$ γ= c_p/c_v$是恒定压力和恒定体积下的比热之间的比率。
2019-06-13 physics.flu-dyn
Information production in homogeneous isotropic turbulence
通过直接数值模拟研究了三维均匀各向同性湍流的Kolmogorov-Sinai熵和吸引子维数的雷诺数标度。要做到这一点，我们获得的Lyapunov谱的范围内不同的雷诺数以下的大量正交流体轨迹的发散。我们发现，吸引子尺寸的增长与雷诺数为Re $^{2.35}$与此指数大于预测的尺寸参数或不稳定性模型。的分布的李雅普诺夫指数被发现是有限的$λ\approx 0$周围相反，一个可能的分歧建议Ruelle。讨论了Kolmogorov-Sinai熵和李雅普诺夫谱在比较复杂物理系统中的相关性。
2019-10-06 hep-th nlin.CD physics.flu-dyn
Impact of Structure-Preserving Discretizations on Compressible Wall-Bounded Turbulence of Thermally Perfect Gases
Università di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）；Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学）
本文研究了结构保持离散化对高马赫数下热完美气体压缩性壁限湍流的影响，重点评估熵守恒、动能守恒及热力学闭合一致性对湍流模拟的贡献。
2026-02-19 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Quantum-Inspired Fluid Simulation of 2D Turbulence with GPU Acceleration
BMW Group（宝马集团）；Saarland University（萨尔兰大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；NVIDIA（英伟达）；Ludwigs Maximilian University Munich（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）
本文提出利用量子启发方法和GPU加速模拟二维湍流，通过矩阵积态和量子张量网络结构提升计算效率，验证了在高雷诺数下算法的适用性和性能优势。
2024-06-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn quant-ph
Information-theoretic characterization of turbulence intermittency
Indian Institute of Science（印度科学学院）
利用Kullback-Leibler散度量化湍流中伪耗散、耗散和涡度概率分布与高斯随机场的偏差，研究小尺度间歇性，发现间歇性随雷诺数对数增长而非幂律，且耗散率与涡度产生近乎相等的间歇性。
2026-05-23 physics.data-an physics.flu-dyn
The glass transition in a nutshell: a source of inspiration to describe the subcritical transition to turbulence
本工作的出发点是观察可能的类比，无论是在现象学和方法论层面上，亚临界过渡到湍流和玻璃化转变之间。在回顾了亚临界过渡到湍流的现象学之后，我们在一个非常基本的水平上回顾了玻璃化转变的理论，重点是它们的发展历史以及它们所阐述的概念。这样做，我们的目的是吸引人们对上述类比的注意，我们相信这可能会激发亚临界过渡到湍流理论的新发展。然后，我们简要地描述了一个模型的灵感来自一个最简单和最鼓舞人心的模型的玻璃化转变，所谓的随机能量模型，作为第一步在这个方向上。
2013-10-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Equilibrium and nonequilibrium properties of Euler turbulence
本文通过伪谱模拟研究了二维和三维欧拉湍流的平衡与非平衡特性，验证了绝对平衡理论，并发现二维欧拉湍流在有序初始条件下熵随时间减小。
2023-06-03 physics.flu-dyn
Cascades and Dissipative Anomalies in Compressible Fluid Turbulence
本文研究了可压缩纳维-斯托克斯方程控制的湍流中的耗散反常现象。我们遵循一个确切的方法开创了Onsager，我们解释为一个非微扰应用的原则重整化群不变性。在高雷诺数和Péclet数的限制下，发现流动实现被描述为可压缩欧拉方程的分布或“粗粒度”解，湍流异常打破了标准守恒定律。动能的异常耗散不仅是由于局部级联，但也被称为压力功亏损的一个独特的机制。在具有理想气体状态方程的静止平面激波中的不可逆加热证实了第二种机制。熵守恒异常也被发现发生两种机制：一个异常输入的负熵（负熵）的压力工作和级联的负熵小尺度。我们推导出“4/5定律”型表达式的异常，这使我们能够描述的奇异性（结构功能标度指数），以维持级联。我们比较我们的方法与替代理论和经验证据。本文认为，在星际介质电子密度涨落中观察到的“天空中的大幂律”是一种正向负熵级联的表现，或通常热力学熵的逆级联。
2017-04-11 astro-ph.GA math-ph math.MP
Generation of cosmic ray trajectories by a Diffusion Model trained on test particles in 3D magnetohydrodynamic turbulence
该研究受机器学习进展启发，将生成扩散模型应用于合成3D磁流体动力学湍流中的测试粒子轨迹，在固定粒子能量下与基线轨迹一致性优异，并讨论了构建应用级输运模型的挑战。
2025-02-10 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Bioinspired Tapered-Spring Turbulence Sensor for Underwater Flow Detection
Dyson School of Design Engineering, Imperial College London（帝国理工学院伦敦校区设计工程学院）；Imperial College London（帝国理工学院）；Department of Computer Science, University of Aberdeen（阿伯丁大学计算机科学系）
本文提出一种基于物理储备池计算的仿生锥形弹簧胡须传感器，通过嵌入式加速度计实现水下涡旋检测，实验验证频率识别误差小于10%，分类准确率达86%，为自主水下机器人提供实时湍流感知方案。
2025-10-07 cs.RO physics.flu-dyn physics.ins-det
Quantum-Inspired Stochastic Modeling and Regularity in Turbulent Fluid Dynamics
本文提出结合Sobolev-Besov混合空间、分数阶算子与量子启发的动力学分析随机Navier-Stokes方程正则性的创新框架，引入类Schrödinger算子和各向异性随机模型，为湍流能量耗散与多尺度分析提供新工具。
2024-10-17 math-ph math.AP math.MP
Three-dimensional active turbulence in microswimmer suspensions: simulations and modelling
该研究通过大规模流体动力学模拟揭示微型游泳者悬浮液三维主动湍流的 $k^{-3}$ 能谱与 Lévy 型速度分布，并提出降阶壳式模型解释低 Reynolds 数下速度梯度与细菌取向耦合导致的多尺度机制。
2025-03-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On consequences of measurements of turbulent Lewis number from observations
几乎所有数值预报模式和大气环流模式中的湍流参数化都假定热交换系数$K_h$和水交换系数$K_w$相等。然而，在20世纪50年代、60年代和70年代发表的旧论文中，湍流Lewis数Le_t $= K_h / K_w$是由观测值估算的，然后设置为Le_t $=1$，存在很大的不确定性。本说明的目的是：1）相信Richardson（1919）的建议，他建议用湍流熵作为湍流作用的变量，2）计算新的湍流熵交换系数$K_s$; 3）由观测值确定新的熵-路易斯数Le_ts $= K_s / K_w$的值（Météopole-Flux和Cabauw桅杆）以及IHOP情况下的LES和SCM输出（Couvreux等人，2005年）。结果表明，Le_ts值显着不同的$1$经常被观察到，并可能有很大的后果的方式计算湍流通量在数值预报模式和GCM。
2017-05-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Complex Spaces In Hydrodynamics: Complex Navier-Stokes Equations
本研究致力于发展新的有效的流体力学分析工具和方法，包括层流和湍流的存在性、光滑性和结构问题。主要问题是复杂的纳维-斯托克斯方程和复杂空间中的湍流。层流向湍流转变的机理决定了在流体力学中引入复空间的必要性。作者提出了一种非传统的转捩方案：湍流的原因是层流的破坏（停止存在）。本文包含了发展复杂构形空间湍流理论必要性的数学依据：复杂构形空间是湍流存在的自然区域。流体动力学流动被认为是熵流形上的流动，它由两种对称性支持：广义熵守恒的对称性和脉冲表示的对偶性的对称性。本文引入并研究了一种新的对称性：脉冲密度的Helmholtz矩阵的形式不变性。为混沌力学的已知事实提供了严格的基础：新结构（湍流）的出现是耗散和涡量两个实体相互作用的结果。在深层次上，复杂空间中的湍流现象学是基于从物质点的力学到定向物质点的力学的转变，这种转变发生在当前的时间段内。
2006-09-19 physics.flu-dyn
Periodic motion representing isotropic turbulence
数值求解了具有高对称性的受迫箱湍流的时间周期解。由于它们对小扰动是不稳定的，所以它们不能通过前向积分找到，但可以通过Newton-Raphson迭代捕获。对于介于$50$和$67$之间的微尺度雷诺数$R_λ$，识别了几种不同周期的周期流。这些周期性流动的统计特性进行了比较与湍流。结果发现，具有最长周期的一个，这是两到三倍的大涡翻转时间的湍流，表现出相同的行为定量的湍流。特别是，我们比较的能量谱，雷诺数依赖的能量耗散率，能量级联过程的模式，和最大的李雅普诺夫指数的大小。这种周期性运动由高活动和低活动阶段组成，湍流接近这些阶段，更经常地围绕其低活动部分，其速率为几个涡流周转时间内的一次。根据这一周期运动，在$R_λ=67$中估计了高对称性湍流的Kaplan-York维数和Kolmogorov-Sinai熵，分别为$19.7$和$0.992$。这种周期性的解决方案，嵌入在湍流，湍流分析的意义进行了讨论。
2018-03-30 physics.flu-dyn
Energy Spectrum of Buoyancy-Driven Turbulence
使用高分辨率的直接数值模拟和参数的基础上的动能通量$Π_u$，我们证明，对于稳定的分层流，动能谱$E_u(k) \sim k^{-11/5}$，熵谱$E_θ(k) \sim k^{-7/5}$，和$Π_u(k) \sim k^{-4/5}$，符合Bolgiano-Obukhov标度。由于浮力将动能转化为势能，因此出现了这种缩放。对于较弱的浮力，这种转换是弱的，因此$E_u(k)$遵循具有恒定能量通量的柯尔莫哥洛夫谱。对于Rayleigh Bénard对流，我们发现浮力的能量供应率是正的，这导致$Π_u(k)$随着$k$而增加，从而排除了对流湍流的Bolgiano-Obukhov标度。数值结果表明，单位Prandt数的对流湍流在窄波数范围内表现出恒定的$Π_u(k)$和$E_u(k) \sim k^{-5/3}$。
2014-07-21 physics.flu-dyn
Effects of wavelength on vortex structure and turbulence kinetic energy transfer of flow over undulated cylinders
本研究探讨了受海豹胡须启发的展向起伏圆柱在不同波长下的减阻机制，发现特定波长能优化发夹涡发展，降低尾流湍动能产生并增加耗散，从而实现最大减阻效果。
2023-01-18 physics.flu-dyn
Singular measures and information capacity of turbulent cascades
真的有弱湍流这种东西吗？在这里，我们使用信息论的工具来分析弱相互作用波的湍流。它为比较热平衡和湍流提供了一个独特的视角：模式之间的互信息被证明是静态的，在平衡时很小，但在弱湍流中随时间线性增长。我们跟踪这种增长的概率集中在共振面，这可以一直到一个奇异的措施。令人惊讶的结论是，无论非线性度有多小，任何单个振幅的统计数据有多接近高斯，稳态相空间测量都远离高斯，正如大的相对熵所表明的那样。虽然这可能会让弱湍流方法的从业者感到不安，但这对湍流建模来说是一个难得的好消息：解析尺度携带了关于未解析尺度的重要信息。大尺度和小尺度之间的互信息是湍流叶栅的信息容量，限制了湍流模拟中亚网格尺度的表现。
2020-02-27 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
The role of entropic-instabilities in laminar-turbulent transition on a blunted flat plate
本文用线性和非线性方法研究了马赫数~ $4$下熵不稳定性对钝头平板层流-湍流转捩动力学的影响。线性波包分析揭示了放大倾斜的第一模式以及平面和倾斜的熵层扰动。熵不稳定性的感受性被认为是最大的驱动种子在熵层，相应的线性演变的特点是在壁面法向平面的强化，再加上流向倾斜。的过渡过程中所产生的熵层波相互作用通过斜击穿机制进行了详细研究。倾斜的熵层扰动相互非线性地相互作用，并在边界层中引起流向条纹。这些经历进一步的不稳定下游，通过提升和奥尔样机制的组合，导致湍流的发病。由熵扰动引起的正弦次谐波振荡是主要的条纹不稳定性。在温度扰动中观察到倾斜的钩状结构，并归因于熵层中的类Orr机制。此外，温度扰动放大的熵层中的低速条纹的波峰，并通过三元相互作用产生扰动。这些扰动有助于将扰动能量转移到附面层中，最终导致展向均匀化和近壁条纹的产生。接近击穿区的末端，伴随着边界层中惯性子范围的出现的光谱增宽表明流动接近湍流。
2022-10-11 physics.flu-dyn
