On the turbulent energy cascade in anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
基于非线性相互作用的弱性和级联能量在波矢空间的各向异性，用唯象理论讨论了太阳风等离子体中Alfvénic湍流能量级联的发生问题.在这里，这个悖论是审查通过正式推导的Yaglom关系从各向异性磁流体动力学方程。Yaglom关系式涉及由速度和磁场计算的三阶矩，并涉及两个Elsässer矢量场，就湍流的航天器观测而言，特别有用。
2010-03-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Rotation of anisotropic particles in Rayleigh-Bénard turbulence
瑞利-贝纳德湍流中的无惯性各向异性颗粒表现出最大的翻滚率为弱扁圆形状，在发达的湍流中观察到的普遍行为，其中平均翻滚率单调下降的颗粒的纵横比。这是由于湍流波动和平均剪切流的强度，我们表明，是由动力学边界层的并发效应。在Rayleigh-Bénard湍流中，扁长粒子优先与流体速度对准，而扁扁长粒子则与温度梯度对准。这一分析阐明了粒子角动力学和对流湍流的小尺度性质之间的联系，并对更广泛的剪切湍流流类具有影响。
2020-06-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The decay of Batchelor and Saffman rotating turbulence
已知各向同性和均匀湍流的衰减速率受初始扰动的大尺度谱的影响，与冯·卡门-豪沃思方程的至少两个典型的自保持解相关：所谓的巴彻勒谱和萨夫曼谱。长程相关在各向异性流衰减中的影响还不太清楚，最近有人提出旋转湍流的衰减率可能与初始扰动的大尺度谱无关。我们分析了具有初始能谱$\sim k^4$（巴彻勒湍流）和$\sim k^2$（萨夫曼湍流）的自由衰减旋转湍流的数值模拟，并表明，虽然无法识别总能量的自相似衰减，但衰减确实受到远程相关性的影响。在每种情况下，二维和三维模式的衰减遵循不同的幂律，这与各向异性冯卡门-豪沃思方程的预测一致，并与各向异性积分量守恒的流动演变。
2012-07-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Reynolds stress decay modeling informed by anisotropically forced homogeneous turbulence
本文利用各向异性强迫均匀湍流产生覆盖广泛各向异性状态的数据，据此评估并选择含三次项的雷诺应力衰减模型，验证其优于常用模型。
2024-09-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Experimental study of turbulent thermal diffusion of particles in inhomogeneous and anisotropic turbulence
实验研究了气流中小颗粒在振荡网格产生的非均匀各向异性稳定分层湍流中的湍流热扩散。用粒子图像测速仪（PIV）测量了速度场。我们已经确定了各种湍流特性：平均速度和湍流速度，两点关联函数的速度场和湍流的积分尺度从测量的速度场。用装有12个热电偶的温度探头测量了温度场。利用粒子的Mie光散射效应，用PIV系统测量了微米级粒子的空间分布。实验表明，由于湍流热扩散现象，颗粒在平均流体温度最低时聚集。利用测量的颗粒和温度场的空间分布，确定了非均匀温度分层湍流中颗粒的有效湍流热扩散系数。实验研究清楚地发现了非均匀湍流中的湍流热扩散现象。
2022-04-12 physics.flu-dyn
Energy-based analysis and anisotropic spectral distribution of internal gravity waves in strongly stratified turbulence
分层湍流表现出尺度和方向相关的各向异性以及重力波的弱湍流和涡旋的强湍流并存。在各向同性湍流中发展起来的标准分析的直接应用有时掩盖了各向异性湍流的重要方面。为了捕获波数空间中能量分布的详细结构，必须通过固定余维波数分量或在由水平和垂直波数跨越的二维域中来检查具有非积分谱的能量分布。基于能量分解，提出了在波数空间中区分各向异性弱波湍流范围的指标。此外，该范围内的波的优势也被验证的线性色散关系的小的频率偏差。在波浪主导范围内，线性频散关系给出的线性波浪周期小于涡旋翻转时间的约三分之一。线性波周期反映了系统的各向异性，而各向同性的Brunt-Väisälä周期被用来评估Ozmidov波数，它必须是各向同性的。结果表明，为了获得分离弱波湍流的临界波数，必须考虑流场的各向异性，适当地选择时间尺度。
2019-09-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Relating statistics to dynamics in axisymmetric homogeneous turbulence
均匀湍流的结构和动力学被体积力的存在所改变，使得科里奥利力或浮力，这可以使大范围的湍流尺度各向异性。在物理空间中使用结构函数以及在光谱空间中使用两点相关性的光谱来进行这种效应的相应统计表征，提供了两种互补的观点。在这个框架中，二阶和三阶结构函数与两点二阶和三阶速度关联函数的谱并行，使用通道关系。这种关系适用于各向同性的情况下，或各向同性的平均统计，然而，这并不反映实际的更复杂的结构的各向异性湍流提交旋转或分层。这种复杂性证明在本文中的取向依赖的能量和能量转移谱在这两种情况下产生的轴对称湍流的两点统计模型的装置。我们表明，到目前为止，各向异性的形式主义中使用的频谱传输统计是特别适合于分析各向异性均匀湍流的精细动力学，它可以帮助分析各向同性计算的三阶结构函数统计经常用于表征各向异性的背景。
2012-02-09 physics.flu-dyn
Energy decay laws in strongly anisotropic MHD turbulence
研究了均匀磁场${\bf B_0}=B_0 e//$对不可压缩磁流体动力学（MHD）湍流能量衰减规律的影响。沿$B_0$的非线性传输减少包括在区分平行和垂直方向的模型中，遵循现象学{ \it à la} Kraichnan。我们预测由于各向异性在强$B_0$极限的能量衰减减慢，剪切波和伪阿尔文波的能量衰减具有不同的幂律。阿尔文波湍流动力学方程的数值结果恢复了这些预测，并且MHD数值结果在最低垂直平面内明显倾向于遵循这些预测。
2007-12-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
An efficient and low-divergence method for generating inhomogeneous and anisotropic turbulence with arbitrary spectra
提出基于相关重构与 Cholesky 分解的无散度合成湍流方法，可高效生成任意谱的非均匀各向异性湍流，并适用于大规模 DNS/LES。
2023-07-31 physics.flu-dyn
Characterization of turbulence in inhomogeneous anisotropic flows
我们引入了一个全局量$δ$，它表征了非均匀各向异性流中的湍流波动。这个与时间相关的量是基于全球速度场的空间平均值，而不是经典的局部速度的时间平均值。$δ(t)$通常仅通过两个参数，即其时间平均值$\bar δ$和其方差$δ_2$，来提供任何湍流的有用的定量表征。在vonKármán流的典型情况下，实验研究了$\bar δ$和$δ_2$的性质，并用于表征尺度能量预算作为强制模式的函数以及两种流拓扑结构之间的过渡。
2008-05-20 physics.flu-dyn
Multiscale anisotropic fluctuations in sheared turbulence with multiple states
我们使用高分辨率的直接数值模拟来研究湍流的各向异性内容，统计均匀流与多个含能状态之间的随机过渡。我们使用高精度的求积法将速度关联函数分解在三维旋转群SO（3）的不同扇区上。在不同的雷诺数下，精确地测量了纵向和横向速度波动各向异性分量的标度特性。我们表明，独立的各向异性内容的能量包含涡流，小尺度湍流波动恢复各向同性和普遍性比以前报道的实验和数值研究。的差异归因于存在高度各向异性的贡献，已被忽略或测量精度较低，在上述工作。此外，反常的各向异性标度指数没有任何饱和的迹象与增加的订单。我们的研究为系统地评估高雷诺数流动中各向异性的持久性铺平了道路。
2017-07-03 physics.flu-dyn
Evolution of similarity lengths in anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
在早期的一篇论文（Wan等人，2012）中，作者指出，如果平行与垂直（相对于$\vB_0$）相似性长度尺度的比率在时间上保持恒定，则在存在均匀平均磁场$\vB_0$的情况下，存在各向异性不可压缩3D磁流体动力学（MHD）湍流的相似性解。这个猜想似乎是一个相当严格的约束动力学的衰减的含能涡MHD湍流。然而，我们在这里表明，使用直接数值模拟，这一假设确实是满足不可压缩MHD湍流。经过一个初始的瞬态周期后，平行与垂直的长度尺度的比值在涡流衰减期间围绕一个稳定值波动。我们进一步表明，泰勒-卡门类似的相似性衰减持有的MHD湍流中存在的平均磁场。不同的参数，包括雷诺数，直流电场强度，和交叉螺旋度，相似性衰减的性质的影响进行了讨论。
2019-06-18 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Anisotropic characteristics of the Kraichnan direct cascade in two-dimensional hydrodynamic turbulence
本文用数值方法研究了在抽运和类粘滞阻尼作用下二维流体湍流Kraichnan直叶栅的统计特性（空间分辨率为$8192\times 8192$）。结果表明，准冲击的涡和他们的傅立叶伙伴关系的形式，射流引入一个重要的影响，湍流导致强相关函数的角度依赖性。在惯性区间中，作为每个角度的模量$k$的函数的能量分布具有Kraichnan行为$\sim k^{-4}$，并且同时具有对角度的强依赖性。然而，角度平均提供了高精度的Kraichnan湍流谱$E_k=C_Kη^{2/3} k^{-3}$，其中$η$是拟能通量和Kraichnan常数$C_K\simeq 1.3$，与以前的模拟一致。对于三阶速度结构函数$S_3^L$，发生了常见的情况，对于各向同性湍流，它给出了关于分离长度$R$和$η$，$S_3^L=C_3ηR^3$的相同标度，但是角度和时间的平均值$\bar {C_3}$不同于它的各向同性值。
2015-10-30 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.comp-ph
Realizable Eddy Damped Markovian Anisotropic Closure for Turbulence and Rossby Wave Interactions
本研究提出可实现的EDMAC模型用于二维湍流与Rossby波相互作用研究，兼具EDQNM的计算效率与瞬态波下的可实现性，同时回顾了Herring对湍流统计闭合理论的奠基性贡献并梳理了相关领域发展脉络。
2023-06-12 physics.flu-dyn
Energy cascades in rotating and stratified turbulence in anisotropic domains
ENS（巴黎高等师范学院）
研究显示，在旋转和层化湍流中，逆向能量级联可在特定条件下由干燥流体动力学产生，可能影响中间尺度大气自组织过程。
2025-08-01 astro-ph.EP physics.flu-dyn
An explicit relaxation filtering framework based upon Perona-Malik anisotropic diffusion for shock capturing and subgrid scale modeling of Burgers turbulence
在本文中，我们介绍了松弛滤波封闭的方法来考虑亚网格尺度的显式过滤大涡模拟的各向异性扩散的概念。我们利用Perona-Malik扩散模型，并证明其激波捕获能力和频谱性能的解决Burgers湍流问题，这是一个简化的原型更现实的湍流表现出相同的二次非线性。我们的数值评估提出了各种扩散函数的行为，结合详细的灵敏度分析相对于自由建模参数。在比较直接数值模拟（DNS）和下解决DNS的结果，我们发现，建议的封闭模型是有效的，在网格截止时的能量积累的预防，也善于防止任何可能的虚假数值振荡，由于激波形成下的最佳参数选择。与其他松弛滤波方法相比，它也表明，可以获得更大的惯性范围内的各向异性扩散模型，使用紧凑的模板计划，在一个有效的方式。
2016-05-15 physics.flu-dyn
Nonlocal Phenomenology for anisotropic MHD turbulence
本文提出了一种各向异性磁流体湍流的非局域级联模型。该模型考虑到：（a）能量以各向异性的方式级联，因此，对平行于和垂直于引导场的方向上的级联率进行了不同的估计。(b)导致级联的相互作用是在不同尺度之间。具有波数$k_\|$和$k_\perp$的涡旋与具有波数$q_\|,q_\perp$的涡旋相互作用，使得波数$q_\|,q_\perp$和$k_\|,k_\perp$之间的共振条件成立。因此，来自具有波数$k_\|$和$k_\perp$的涡流的能量由于与位于共振流形中的涡流的相互作用而级联，所述共振流形的波数由以下确定：$q_\|\simeq ε^{{1}/{3}}k_\perp^{2/3}/B$、$q_\perp=k_\perp$和能量将沿着线$k_\|\sim C+k_\perp^{2/3} ε^{1/3}/B_0$级联。对于平行方向上的均匀能量注入速率，所得到的能谱是$E(k_\|,k_\perp)\simeq ε^{2/3}k_\|^{-1}k_\perp^{-5/3}$。然而，对于一般的强迫，该模型表明了一种非普遍的行为。讨论了与前人模型、数值模拟和弱湍流理论的联系。
2007-06-06 physics.flu-dyn
Anisotropic turbulent viscosity and large-scale motive force in thermally driven turbulence at low Prandtl number
众所周知，充分发展的湍流Boussinesq对流会形成大规模的卷，通常被称为“大规模环流”（LSC）。这是一个有趣的问题，如何创建这样一个大规模的流动，特别是在系统中，当能量输入发生在小尺度，当逆级联是必需的，以便将能量转移到大规模的模式。在这里，通过随机的、随机分布的热源（比如辐射）引入小尺度驱动。平均流方程是通过简化的重整化群技术导出的，由于在所研究的各向异性情况下完全重整化是不可能实现的，因此在每一步的递归过程中只考虑首阶项，可称为“弱非线性重整化过程”。得到的有效，各向异性的粘度，它示出，通过一个有效的“原动力”，它采取的形式的瞬态负，垂直扩散的逆能量级联发生。
2022-05-26 physics.flu-dyn
On spectral scaling laws for incompressible anisotropic MHD turbulence
给出了均匀外磁场$B_0 {\bf {\hat e}_{\pa}}$作用下各向异性磁流体力学（MHD）湍流的一个启发式模型。该模型适用于中等和强$B_0$，并能够描述强和弱波湍流制度，以及它们之间的过渡。该模型的主要成分是假设在所有尺度上\add{the}线性波动周期和\add{the}非线性周转时间尺度之间的比值为常数。与Goldreich和Sridhar [P. Goldreich和S. Sridhar，ApJ { \bf 438}，763（1995）]中，没有另外假设该比率在所有尺度下等于1，这允许我们使用Iroshnikov-Kraichnan现象学。然后可以恢复广泛观察到的平行和垂直波数之间的各向异性标度律$\kpa \propto \kpe^{2/3}$（参考$B_0 {\bf {\hat e}_{\pa}}$），并获得总能谱$E(\kpe,\kpa) \sim \kpe^{-α} \kpa^{-β}$的通用预测$3α+ 2β= 7$。特别地，通过这样的预测，弱Alfvén波湍流常通量解被恢复，并且第一次，Galtier等人[S. Galtier等人，J. Plasma Phys.{ \bf 63}，447（2000）]。
2005-07-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Exact law for compressible pressure-anisotropic magnetohydrodynamic turbulence: toward linking energy cascade and instabilities
本文导出了可压缩压力各向异性磁流体动力学湍流的第一精确定律。对于一个gyrotropic压力张量，我们研究了双绝热的情况下，并显示存在新的通量和源项的确切法律，让人想起的等离子体不稳定条件，由于压力各向异性。霍尔长期示出，使离子尺度修正的确切法律，而不明确影响的压力项。在压力各向同性的限制，我们恢复所有已知的等温和多方封闭的结果。不可压缩极限的回旋系统导致的推广的Politano和Pouquet的法律，其中一个新的{ \it不可压缩}源项被发现，并反映了交流的磁场和动能与不再保守的内能。我们强调了新的法律提供的可能性，以调查湍流级联和不稳定性之间的潜在联系广泛观察到的实验室和天体物理等离子体。
2022-03-24 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Anisotropic energy transfers in quasi-static magnetohydrodynamic turbulence
我们进行直接的准静态磁流体动力学湍流的数值模拟，并计算各种能量转移，包括环到环和锥形能量转移，和能量通量的垂直和平行分量的速度场。我们表明，具有较高的极角的环转移能量的低极角。对于大的相互作用参数，主要的能量转移发生在赤道附近（极角$θ\approx \fracπ{2}$）。能量传递在波数和角度上都是局部的。垂直分量的能流主要是从高到低的波数（能量的逆级联），而平行分量的能流主要是从低到高的波数（能量的正级联）。我们的结果是一致的与早期的结果，这表明准二维准静态磁流体动力学（MHD）流在高相互作用参数。
2014-12-02 physics.flu-dyn
Turbulence and Rossby Wave Dynamics with Realizable Eddy Damped Markovian Anisotropic Closure
本研究针对含大尺度平均流平流、与罗斯贝波相互作用的二维各向异性湍流，构建了计算高效且瞬态波下可实现的EDMAC闭合模型，推导了其可实现性条件并完成数值验证，同时探讨了推广方向。
2024-07-14 physics.flu-dyn
Universal cascade and relaxation of strong anisotropic turbulence in fusion plasmas
推导三维约化磁流体湍流的能量与交叉螺旋度精确关系，预测各向异性能量谱并揭示其向动态对齐状态的弛豫，发现二维与约化MHD的精确关系及弛豫态相同。
2024-09-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Fluctuation-Induced Transitions in Anisotropic Two-Dimensional Turbulence
本研究通过直接数值模拟探讨了各向异性二维湍流中大尺度涡旋与单向射流之间的涨落诱导转变，揭示了其寿命呈无记忆指数分布，并发现转变分两阶段进行且伴随滞后现象。
2024-04-23 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.comp-ph
Kolmogorov and Irosnikov-Kraichnan scaling in the anisotropic turbulent solar wind
太阳风湍流主要由Alfvénic波动控制，但功率谱指数有些令人惊讶地向流体动力学湍流的Kolmogorov值-5/3发展。我们发现，在1AU的湍流线性分解成两个共存的分量垂直和平行于当地的平均磁场。其中第一个与传播的阿尔文波包一致，并显示了阿尔文湍流的预期标度，即Irosnikov- Kraichnan。第二个显示柯尔莫哥洛夫标度，我们也发现在数量和磁能密度，坡印亭通量。
2006-06-13 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Implicit large eddy simulations of anisotropic weakly compressible turbulence with application to core-collapse supernovae
在隐式大涡模拟（ILES）模式中，利用高分辨率激波捕捉格式的耗散性质提供湍流的隐式模型。最近的3D模拟表明，湍流可能在核心坍缩超新星爆炸中起着至关重要的作用，但这些研究中湍流模拟的保真度尚不清楚。特别是考虑到在CCSN感兴趣的制度，弱可压缩和强各向异性的ILES的准确性，还没有系统地评估之前。在本文中，我们评估的准确性ILES最常用的计算天体物理学的数值方法，通过一些本地模拟驱动，弱可压缩，各向异性湍流。我们报告的方式，其中湍流叶栅的影响的数值进行了详细的分析。结果表明，CCSN湍流的各向异性和可压缩性对湍流动能谱的影响很小，并且在惯性范围内得到了Kolmogorov $k^{-5/3}$标度。我们发现，一方面，在大尺度的动能耗散率被正确捕获，即使在相对较低的分辨率，这表明非常高的有效雷诺数可以实现在最大尺度的模拟。另一方面，在中间尺度的动力学似乎是完全由所谓的瓶颈效应，\ie堆积的动能接近的耗散范围，由于部分抑制的能量级联的数值粘性占主导地位。直到达到在全局模拟中难以实现的相对高分辨率$\sim 512^3$的点，才恢复惯性范围。我们讨论了CCSN模拟的后果。
2015-08-20 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Measurements of the Solid-body Rotation of Anisotropic Particles in 3D Turbulence
介绍了一种新的方法来测量拉格朗日涡量和各向异性颗粒在湍流中的旋转动力学。我们使用3D打印技术制造十字架（两个垂直的杆）和千斤顶（三个相互垂直的杆）。时间分辨测量的方向和固体的旋转速率，从立体视频图像的运动在湍流之间的振荡网格$R_λ$ = $91$。平流粒子的最大尺寸是柯尔莫哥洛夫长度的6倍，使它们成为各向异性示踪粒子的良好近似。十字架像圆盘一样旋转，千斤顶像球体一样旋转，所以这些测量，加上以前对示踪棒的测量，可以在整个长宽比范围内对椭球体进行实验研究。测得的均方翻滚速率，$\langle \dot{p}_i \dot{p}_i \rangle$，证实了以前的直接数值模拟表明，磁盘翻滚更迅速比棒。十字架与固体旋转速率矢量的方向的对准的测量提供了通过流动的速度梯度对各向异性颗粒的对准的第一直接观察。
2014-07-28 physics.flu-dyn
Turbulence Modelling of Mixing Layers under Anisotropic Strain
University of Sydney（悉尼大学）；CSIRO Environment（澳大利亚联邦科学与工业研究组织环境部门）；Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）
研究探讨了各向异性应变对湍流混合层发展的影响，采用K-L湍流模型分析了不同闭合方法对湍流长度尺度压缩的影响，发现横向应变闭合方法能提升模型性能，而轴向应变闭合方法则有负面影响。
2025-02-19 physics.flu-dyn
Reynolds number dependence of Lagrangian dispersion in direct numerical simulations of anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
大尺度磁场穿过行星际和星际介质、恒星内部和其他天体物理等离子体的导电物质，产生具有高雷诺数湍流区域的各向异性流。通常遇到由强度近似等于均方根磁波动的磁场构成的湍流。在这项工作中，直接数值模拟的各向异性磁流体动力学（MHD）湍流的影响，这样的磁场进行了一系列的情况下，具有相同的分辨率，并增加网格尺寸高达$2048^3$。结果是一系列雷诺数从1，400到21，000的非常相似的模拟。我们从拉格朗日的观点，通过跟踪流体粒子和计算单粒子和双粒子统计来研究雷诺数的影响。讨论了这些统计量中Alfvénic涨落和基本各向异性对MHD湍流的影响。单粒子扩散曲线表现出温和的superdiffusive行为，不同的方向对齐的磁场和方向垂直于它。竞争对齐过程影响的分散的粒子对，特别是在开始的惯性子范围的时间尺度。可以观察到，雷诺数越大，惯性子区中的相对弥散越明显，其比例比Richardson预测的要陡。
2022-05-13 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.comp-ph
A rational length scale for large-eddy simulation of turbulence on anisotropic grids
Technical University of Catalonia（加泰罗尼亚理工大学）；Keldysh Institute of Applied Mathematics（凯尔迪什应用数学研究所）
本文提出了一种适用于各向异性网格的大涡模拟子网格长度尺度，通过分析数值离散化与过滤的纠缠，提高了模拟精度并减少了网格各向异性影响。
2025-12-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Theory of anisotropic superfluid He-4 counterflow turbulence
本文发展了超流He-4热驱动湍流逆流能谱的强各向异性解析理论。该理论的关键组成部分是三维差分闭合的能流矢量和各向异性的相互摩擦力。我们提出了一个近似的解析解的能量速率方程，这是完全支持的数值解。的二维能谱强烈限制在逆流速度的方向。与实验一致，在垂直于逆流方向的能谱表现出两个标度范围：一个近经典的非普遍的级联占主导地位的范围和一个普遍的临界制度，在大波数。该理论预测的光谱和过渡到普遍的临界制度的流动参数的各种细节的依赖。本文是《攀登湍流大厦》专题的一部分。
2021-06-13 cond-mat.other physics.flu-dyn
Anisotropic particles in two-dimensional convective turbulence
二维对流湍流中各向异性无惯性颗粒的取向动力学表现出规则与混沌共存的特征。我们用数值方法证明了非常细长的颗粒（杆）优先与流体流动的方向对齐，即，水平地靠近等温壁，并且在本体中主要垂直地。这种行为是由于存在一个持续的大规模环流结构，这导致强烈的剪切壁边界和上/下涌区域。近壁水平排列的杆坚持在增加瑞利数，而在散装的垂直方向逐渐减弱相应的湍流强度的增加。此外，我们发现，非常细长的颗粒几乎正交的温度梯度的方向，一个独立的系统维数的对齐，并成为精确的只有在无限普朗特数的限制。在靠近壁面的地方，粒子的翻滚速率非常剧烈，在那里粒子大致执行杰弗里轨道。这意味着球体的均方根近壁翻滚速率比杆强得多，高达$Ra\simeq 10^9$的$\mathcal{O}(10)$倍。在湍流中，情况相反，杆比各向同性颗粒的翻滚速度略快，这与早期在二维湍流中的观察结果一致。
2020-03-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Three-dimensional direct numerical simulation of free-surface magnetohydrodynamic wave turbulence
通过三维直接数值模拟研究外水平磁场下磁性流体自由表面波湍流，揭示其从毛细波湍流向各向异性磁毛细波湍流的转变，并与 Alfvén 波湍流建立强类比。
2022-05-23 astro-ph.SR nlin.CD physics.class-ph
Large-scale intermittency and rare events boosted at dimensional crossover in anisotropic turbulence
了解湍流中的罕见事件为极端天气科学提供了基础，其中大气由纳维-斯托克斯方程（NSE）建模。在各向同性流体的NSE的解决方案中，各种量，如流体速度，大致遵循高斯分布，其中极端事件仅在与耗散主导长度尺度或异常标度制度相关的小规模量中突出。使用数值模拟，这项研究揭示了另一个普遍的促进机制，在更大的尺度上，如果三维流体伴随着强大的二维各向异性，是在大气中的情况。二维和三维之间的维度交叉产生了突出的厚尾非高斯分布，伴随着巨大的链状结构，具有密集的自组织涡旋（蛇形组织涡旋（SOV））。这种提升是由于在交叉长度尺度上可用相空间的突然增加而引起的。由于在小的空间尺度上，发现的非线性比常规的非线性涉及更大的能量，它支配着天气系统中的极端事件和混沌不可预测性。
2018-11-20 physics.flu-dyn
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
Zonal flow generation and its feedback on turbulence production in drift wave turbulence
对不同模型和绝热性参数C值的长谷川-若谷方程描述的等离子体湍流进行数值模拟。结果发现，对于低的C值湍流仍然是各向同性的，纬向流不会产生，也没有抑制的纬向漂移波和粒子输运。对于高值的C，湍流发展到高度各向异性的状态，主要贡献的纬向部门的动能。这种各向异性的流动导致减少的湍流产生的双曲扇区，并限制了粒子输送的平均等密度面。这种行为允许考虑Hasegawa-Wakatani方程的最小PDE模型，其中包含的漂移波/带状流反馈回路原型的LH过渡等离子体设备。
2012-12-21 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A multiple time scale approach for anisotropic inertial wave turbulence
针对快速旋转流体这一各向异性问题，提出在分析初期引入各向异性并结合多时间尺度方法推导波湍流动力学方程的新路径，证明了渐近闭合与各向异性的可交换性，且无需对波振幅概率分布和相位施加限制。
2023-10-23 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Energy transfer and conversion in Strongly Anisotropic Magnetohydrodynamic Turbulence
The University of Edinburgh（爱丁堡大学）；University of Waikato（怀卡托大学）
研究强各向异性磁流体动力学湍流中的能量转移与转换，通过扩展分析，证实电流片变薄是能量向小尺度级联的主要过程，发现子通量尺度不变性，还揭示背景磁场在不同尺度对动能和磁能转换的不同影响。
2026-07-09 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Alignment of vorticity and rods with Lagrangian fluid stretching in turbulence
连续介质力学中的拉伸自然是用柯西-格林应变张量来描述的。这些张量量化了材料元素所经历的拉格朗日拉伸，并提供了一种强有力的方法来研究湍流流体流动中涉及拉伸的过程，如涡旋拉伸和各向异性颗粒的排列。从各向同性湍流的模拟分析数据，我们观察到各向异性粒子和涡量之间的优先对齐。我们表明，这种对齐的出现，因为这两个量独立地倾向于与最强的拉格朗日拉伸方向，定义的左柯西-格林应变张量的最大特征向量。特别是，各向异性颗粒接近几乎完美的排列与最强的拉伸方向。涡度与拉伸的对齐较弱，但仍然比以前观察到的涡度与欧拉应变率张量的本征向量的对齐强得多。强涡度的排列几乎与经历相同拉伸的杆的排列相同。
2013-11-04 physics.flu-dyn
A multi-shock model for the density variance of anisotropic, highly-magnetised, supersonic turbulence
激波是我们理解超音速湍流密度和速度统计的基础，例如在冷星际介质（ISM）中发现的那些。密度场的变化，$σ^2_{ρ/ρ_0}$，对于分子云（MC），宇宙中恒星的诞生地特别感兴趣。密度变化可以用来推断MC中的潜在物理过程，并将云的恒星形成（SF）速率参数化。然而，$σ^2_{ρ/ρ_0}$的模型都具有一个共同的特征--方差被假设为各向同性。这种假设不成立时，一个跨/亚阿尔夫文平均磁场，$\vec{B}_0$，是目前在云中，这一观测表明是相关的一些MC。我们开发了一个各向异性模型$σ_{ρ/ρ_0}^2$，使用流体动力学和快速磁声冲击，传播相互正交的贡献。我们的模型预测了在高马赫数$(\mathcal{M})$极限下$σ_{ρ/ρ_0}^2$的上限，因为小尺度密度波动被强$\vec{B}_0$抑制。在流体动力学极限下，该模型简化为各向同性的$σ_{ρ/ρ_0}^2-\mathcal{M}$关系。为了验证我们的模型，我们计算了$σ_{ρ/ρ_0}^2$从12~高分辨率，三维，超声速，亚Alfvénic磁流体动力学（MHD）湍流模拟，并找到与我们的理论很好的协议。我们讨论了如何两个MHD冲击可能是双峰取向的过密度在某些MC和SF理论的影响，在存在一个sub-Alfvénic $\vec{B}_0$。通过建立一个各向异性的，超音速密度波动模型，这项研究铺平了道路，SF理论在星际湍流的高度各向…
2021-04-09 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Finite Dissipation in Anisotropic Magnetohydrodynamic Turbulence
在存在外部支撑的平均磁场的情况下，湍流的导电介质（如等离子体）变得各向异性。该平均磁场与磁场的波动、湍流部分分离，对系统的动力学具有相当大的影响。在本文中，我们研究衰减不可压缩磁流体动力学（MHD）湍流的耗散率随雷诺数的增加，并在存在一个平均磁场的变化强度。通过数值计算，我们发现随着雷诺数的增加，耗散率对于每个磁场强度都渐近到一个有限值，从而证实了适用于MHD的Kármán-Howarth假设。无量纲耗散率的渐近值最初被平均磁场从零平均场值抑制，但随后对于更高的平均场强度值接近恒定值。此外，为了比较，我们进行了一组二维（2DMHD）和一组减少MHD（RMHD）模拟。我们发现RMHD结果非常接近对应于三维运行的高平均场极限的值，而2DMHD结果承认远离零平均场情况和三维情况的高平均场极限的不同值。这些发现为空间和天体物理学中的许多应用提供了坚实的基础，其中假设湍流的冯卡门衰变。
2018-12-06 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Resolution-induced anisotropy in LES
复杂几何形状和区域湍流的大涡模拟（LES）通常采用不同形状和方向的高纵横比分辨率单元进行。这种各向异性分辨率的影响往往被简化或忽略的亚网格模型制定。在这里，我们研究分辨率引起的各向异性，并证明，即使是各向同性湍流，各向异性分辨率诱导轻度解决雷诺应力各向异性和显着的各向异性二阶分辨速度梯度统计。在大涡模拟的均匀各向同性湍流与各向异性的分辨率，它表明，常用的亚网格模型，包括那些在其制定考虑分辨率各向异性，表现不佳。一个例外是由Roxley等人提出的各向异性最小耗散模型（Phys. of Fluids 27，085107，2015）。这里提出了一个简单的新模型，制定了明确取决于各向异性的分辨率的各向异性涡扩散。它也表现良好，是显着的，因为不同于其他LES子网格模型，涡扩散率仅取决于湍流的统计特性（在这种情况下的耗散率），而不是波动量。在其他子网格建模公式中，例如动态过程，以这种方式将流量依赖性限制为统计量可能具有优势。
2019-04-14 physics.flu-dyn
Scale-space energy transport in anisotropic inhomogeneous buoyancy-driven turbulent flows
本文提出新数学框架描述物理与尺度空间中湍流动能和传热收支，推导非均匀各向异性浮力驱动湍流的两个精确输运方程，后处理Rayleigh-Bénard对流数据集并量化非均匀性贡献。
2024-11-26 physics.flu-dyn
A new subgrid characteristic length for turbulence simulations on anisotropic grids
不可压纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟对于大多数实际湍流尚不可行。因此，动态不太复杂的数学公式是必要的粗粒度模拟。在这方面，用于大涡模拟（LES）的涡粘性模型可能是最受欢迎的例子。这种类型的模型需要计算通常与局部网格尺寸相关联的子网格特征长度。对于各向同性网格，这等于网格步长。然而，对于各向异性或非结构化网格，如煎饼状网格，经常被用来解决近壁湍流或剪切层，定义亚网格特征长度尚未达成共识，尽管事实上，它可以强烈影响LES模型的性能。在这种情况下，一个新的定义的亚网格特征长度在这项工作中。这种与流动有关的长度尺度是基于湍流或亚网格应力张量及其在不同网格上的表示。简单性和数学性质表明，它可以是一个强大的定义，最大限度地减少网格各向异性对模拟结果的影响。建议的子网格特征长度的性能成功地测试衰减各向同性湍流和湍流槽道流使用人工细化网格。最后，提出了一个简单的非结构网格的方法的扩展和测试的湍流绕方柱。与现有的亚网格特征长度尺度的比较表明，所提出的定义是更强大的网格各向异性，并有很大的潜力，可用于复杂的几何形状高度歪斜（非结构化）网格。
2017-12-01 physics.flu-dyn
Energy transfer and third-order law in forced anisotropic MHD turbulence with hyperviscosity
Kolmogorov-Yaglom（三阶）定律将磁流体动力学（MHD）湍流惯性范围内的能量传递率与三阶结构函数联系起来。各向异性是太阳风的一个典型性质，它对各向同性假设下的三阶定律的适用性提出了挑战。为了揭示各向异性条件下的能量传递过程，本文对不同外磁场（$B_0$）强度下的正常粘性和高粘性受迫MHD湍流进行了直接数值模拟，计算了三种形式的三阶结构函数，并对$B_0$方向的方位角或极角进行了平均和不进行平均.相应地，用不同的$B_0$系统地研究了三种形式的能量传递速率估计值。结果表明，随着尺度的增大，纵向传输率的峰值出现在更靠近$B_0$方向的尺度上，当$B_0$较大时，纵向传输率的最大值向远离$B_0$方向移动.与正常粘性情况相比，高粘性情况可以更好地分离惯性区和耗散区，从而便于分析惯性区特性和估算能量级联率。在文献中提出的球面上的方向平均三阶结构函数准确地预测了能量传递率和惯性范围，即使在非常高的$B_0$。在有限的统计量下，三阶结构函数的计算显示出比时间更强的对方位角平均的依赖性，特别是在高$B_0$的情况下。这些发现提供了见解的各向异性效应的能量转移率的估计。
2022-12-07 physics.flu-dyn physics.space-ph
Anisotropic fluxes and nonlocal interactions in MHD turbulence
本文研究了在不同强度的均匀磁场$\bf B$作用下，衰减磁流体动力学（MHD）流级联中能量传递和谱相互作用的局部性和非局部性。结果是基于一个详细的分析，在中等的数值模拟流。能量传递函数，以及全球和部分通量，检查通过不同的几何波数壳。一方面，无论${\bf B}$的强度如何，两个守恒的Elsässer能量$E^+$和$E^-$的传递函数在平行于磁引导场的方向（$k_\|$ -方向）和垂直于磁引导场的方向（$k_\perp$ -方向）上都是局部的。另一方面，从通量分析，两个反向传播的Elsässer波之间的相互作用成为非局部的。事实上，随着${\bf B}$强度的增加，局部相互作用强烈降低，并且与小$k_\|$模式的相互作用在级联中占主导地位。在$k_\perp$ -方向上的大部分能流是由于在$k_\|=0$的平面中的模式，而在$k_\|$ -方向上的较弱级联是由于具有$k_\|=1$的模式。因此，较强的磁化流倾向于更接近弱湍流极限，其中三波共振相互作用占主导地位。因此，通过减少能量级联中的有效模式的数量，发生从强到弱湍流状态的过渡。
2007-08-06 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Mean flow anisotropy without waves in rotating turbulence
我们解决的问题是如何在流动的各向异性受背景旋转有利于结构沿旋转轴拉长，特别是在湍流。一个新的，无波的机制，确定挑战目前的理解过程。在旋转轴附近传播的惯性波通常被认为是各向异性传输能量的最有效机制。它们已被证明可以将能量转移到大的各向异性柱状结构。然而，他们不能解释形成更简单的稳定各向异性现象，如泰勒柱。在这里，我们的实验表明，一个以上的机制，涉及科里奥利力可能会促进各向异性。特别是，在快速旋转的限制，即在低Rossby数，有利于旋转方向的平均湍流产生的各向异性，既不是因为惯性波，也不遵循相同的机制，在稳定的泰勒列，但从科里奥利力和平均平流之间的相互作用。
2020-02-27 physics.flu-dyn
Anisotropy in Homogeneous Rotating Turbulence
均匀湍流旋转流体的有效应力张量是各向异性的。这使我们考虑最一般的轴对称四阶"粘性张量"的牛顿流体和新的条款中的湍流有效力在大尺度上产生的，除了微观粘性力。这些项中有些涉及涡量耦合，有些是角动量不守恒的（在旋转坐标系中）。此外，我们探讨了由于轴对称的响应函数和两点速度相关的约束。最后，我们比较了我们的粘性张量与其他四秩张量定义在当前的方法来非旋转各向异性湍流。
2003-12-02 astro-ph math-ph math.MP
Multi-Task Learning based Convolutional Models with Curriculum Learning for the Anisotropic Reynolds Stress Tensor in Turbulent Duct Flow
Harvard University（哈佛大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；Dassault Systemes, Simulia Corp.（达索系统Simulia公司）
雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程需要精确的各向异性雷诺应力张量模型。传统的截流模型虽然复杂，但往往只适用于限流结构。研究人员已经开始使用机器学习方法来解决这个问题，方法是开发更通用的基于数据的闭包模型。在这项工作中，我们建立在最近用于湍流建模的卷积神经网络架构的基础上，并提出了一种基于多任务学习的完全卷积神经网络，该网络能够准确预测湍流管道流的归一化各向异性雷诺应力张量。此外，我们还探讨了课程学习在数据驱动湍流建模中的应用。
2022-01-31 cs.LG physics.flu-dyn
Orientation of Finite Reynolds Number Anisotropic Particles Settling in Turbulence
我们提出了实验和计算结果的取向分布的细长纤维和分枝颗粒沉降在一个各向同性的湍流。颗粒的旋转动力学使用细长体理论建模，该细长体理论包括由于倾向于使颗粒朝向宽边取向旋转的沉降引起的惯性扭矩。颗粒被假定为旋转，由于粘性力与湍流速度梯度发生在颗粒的长度尺度。在模拟中，湍流从拉格朗日参考系中的速度梯度的随机模型获得。在实验中，湍流是由主动射流在垂直水洞中产生的。众所周知，如果采用适当的有效纵横比，轴对称粒子根据球形粒子旋转的Jeffery解旋转。我们表明，同样的结果适用于一个分枝粒子组成的三个共面纤维连接在一个中心点，旋转像一个薄扁球体的等角。取向统计可以用单个无量纲参数，沉降因子$S_F$来量化，沉降因子定义为由于沉降和湍流剪切引起的旋转的比率。对于低值的$S_F$，我们观察到几乎各向同性取向的颗粒，而颗粒变得强烈对齐附近的水平面的高值的$S_F$。对于$S_F \gg 1$，偏离水平方向的角度方差为$S_F^{-2}$，但由于在此极限下的湍流不稳定性，方向分布为非高斯分布。
2023-03-30 physics.flu-dyn
Development and application of a multiphase Lagrangian structure function model in anisotropic turbulence
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Notre Dame（圣母大学）
研究壁面边界湍流中流动各向异性对欧拉尺度上沉降惯性拉格朗日粒子相能量学的作用，用欧拉-拉格朗日直接数值模拟，揭示尺度粒子能量学与湍流强度等的复杂关系，推导守恒定律并讨论相关影响。
2026-07-07 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Angular dependence of third-order law in anisotropic MHD turbulence
Xiangtan University（湘潭大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；University of Delaware（特拉华大学）
研究通过MHD湍流模拟发现，极角60°可更准确估计能量耗散率，为太阳风及其他湍流领域提供新方法。
2025-12-18 physics.flu-dyn physics.space-ph
Probing magnetic correlations in anisotropic turbulence
School of Physics, University of Hyderabad（海德拉巴大学物理学院）
本研究通过旋转群不可约表示分析磁流体湍流相干结构，发现高斯与非高斯磁场产生不同结构，极化各向异性主导，影响早期宇宙粒子输运。
2026-09-24 astro-ph.CO physics.flu-dyn
A resolution of the transition to turbulence paradox
对湍流过渡的理解一直受到建模疏忽的阻碍
2008-07-25 physics.flu-dyn
