Folding of the frozen-in-fluid di-vorticity field in two-dimensional hydrodynamic turbulence
自由衰减的二维流体动力学湍流的涡度转子场${\bf B}=\mbox{rot}\,\mathbfω$（双涡度）由于破裂的趋势而集中在对应于涡度准激波位置的线附近。在准激波形成阶段，离涡量$B_{max}$的最大值随时间呈指数增长，而最大面积在矢量${\bf B}$的横向上的厚度$\ell(t)$也随时间呈指数减小。数值计算表明，$B_{max} (t)$取决于厚度根据幂律：$B_{max}(t)\sim \ell^{-α}(t)$，其中指数$α\approx 2/3$。这一行为表明，对于无辐散的离涡矢量场，有利于折叠。
2018-12-10 nlin.PS physics.flu-dyn physics.geo-ph
Sharp vorticity gradients in two-dimensional hydrodynamic turbulence
本文考虑了二维流体动力学湍流中出现的锐涡度梯度及其对湍流谱的影响。我们发展了涡线表示的模拟，作为与双涡线一起运动的曲线坐标系的变换。这种映射的可压缩性可以被认为是在高雷诺数下涡量不连续性形成的主要原因。对于强各向异性情况下的二维湍流，涡度不连续性可以产生在大$k$处与$k^{-3}$成比例的下降的谱，类似于拟能级联的Kraichnan谱。对于弱各向异性湍流，由于不连续性导致的谱的$k$依赖性与Saffman谱的$k^{-4}$依赖性一致：$k^{-4}$。我们比较了衰减湍流的二维欧拉方程的直接数值解的分析预测。我们观察到，双涡度达到非常高的值，并在空间局部分布沿分段直线。因此，表明强各向异性，因此我们发现了接近于$k^{-3}$ -谱的谱。
2004-07-19 physics.flu-dyn
Vorticity moments in four numerical simulations of the 3D Navier-Stokes equations
本文通过四组数值模拟来解决周期盒$[0,\,L]^{3}$上三维纳维-斯托克斯方程数值解的不稳定性问题，这些数值模拟计算了由$D_{m}(t) = \left(\varpi_{0}^{-1}Ω_{m}\right)^{α_{m}}$为$1 \leq m \leq \infty$定义的一组新变量，其中$α_{m}= \frac{2m}{4m-3}$和$\left[Ω_{m}(t)\right]^{2m} = L^{-3}\I |\bom|^{2m}dV$与$\varpi_{0} = νL^{-2}$。所有四个模拟都意外地显示，对于$m = 1\,,...,\,9$，$D_{m}$是有序的，使得$D_{m+1} < D_{m}$。此外，$D_{m}$挤压在一起，使得$D_{m+1}/D_{m}\nearrow 1$作为$m$增加。第一个模拟是非常各向异性的衰减湍流;第二个和第三个分别是随机初始条件下的衰减各向同性湍流和恒定Grashof数下的强迫各向同性湍流;第四个是非常高雷诺数下的强迫、稳态、各向同性湍流，分辨率高达$4096^{3}$。
2013-02-07 math-ph math.MP nlin.CD
Manifestations of Drag Reduction by Polymer Additives in Decaying, Homogeneous, Isotropic Turbulence
对于壁面有界的湍流来说，聚合物添加剂的减阻作用的存在是有争议的。为了解决这一争议，我们进行了一个高分辨率的直接数值模拟（DNS）的衰减，均匀，各向同性湍流与聚合物添加剂。我们的研究揭示了明确的表现形式的减阻型现象：在添加聚合物的湍流流体中，我们得到的能量耗散率的减少，流体能谱的显着修改，特别是在深耗散范围内，抑制小规模的不稳定性，并减少小规模的涡丝。
2006-09-27 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
A study of surface semi-geostrophic turbulence: freely decaying dynamics
在这项研究中，我们给出了一个半地转湍流的表征进行自由衰减模拟的情况下，恒定的均匀位渦，一组方程称为表面半地转近似。该方程被制定为守恒定律的位温和位渦，与非线性Monge-Ampére型反演方程的流函数，表示在一个转换后的坐标系，遵循地转流。我们进行模式研究的湍流表面半地转流在一个双周期域中的水平限制在垂直由两个刚性盖，允许变化的位温的边界之一，我们比较它们与相应的表面准地转的情况。结果表明，虽然地面准地转动力学是由一个对称的人口的气旋-反气旋，地面半地转动力学的特点是更突出的作用锋和花丝。由此产生的分布的位温是强烈的歪斜和峰值在非零值和接近活跃的边界，而对称性恢复在内部的域，小规模的锋面结构不穿透。在地面半地转湍流能量谱的陡峭程度低于地面准地转的情况下，与更多的能量集中在小尺度增加罗斯贝数。与锋面构造有关的能量、侧向应变率和垂向速度在活动边界附近最大。这些结果表明，半地转模式对研究地球物理流中性质的側向混合是有意义的。
2016-01-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Trajectory statistics and turbulence evolution
本文的目的是了解二维理想流体中湍流的组织趋势。结果表明，能量和涡度浓度的逆级联等非线性过程本质上是由轨迹捕获或涡动决定的。用半解析方法研究了涡量元轨迹的统计特性。正负涡度的分离是由于大尺度涡对同号小尺度涡的吸引作用。更准确地说，一个大尺度的速度，以确定平均横向漂移，这有相反的方向为正，负涡。它们出现在存在捕获的情况下，并由于大涡旋环流的增加而导致能量流向大尺度流动。本文讨论了磁约束等离子体中漂移湍流演化的最新结果，以强调逆级联和轨道捕获之间存在联系的观点。由于流体和等离子体系统的非线性类型不同，其物理机制也不同，但轨道捕获在两种情况下都起主要作用。
2015-07-29 physics.flu-dyn
Electro/Magnetically Induced Controllable Rotation In Small-scale Liquid Flow
我们研究了在不可压缩流体中，通过电场和磁场产生旋转流的所有可能性。我们从一个一般的理论基础，并寻找不同的配置和设置，其中电/磁场和电流影响流体的涡度导致旋转的液体流动。我们假设稳态条件和与时间无关的电场和磁场作为体外扭矩。关于理论基础，我们提出了三个实验装置，其中通过施加场在流体上，产生旋转涡旋：（a）均匀电场和均匀电流，（b）均匀电流和非均匀磁场，和（c）非均匀电流和均匀磁场。第一个案例已经详细报道，命名为“液膜马达”。另外两种情况下的实验研究在这里的立方体和圆柱形细胞。通过PIV技术获得的旋转速度模式，并讨论了结果，并通过基于磁场对电流施加的扭矩的初步估计来证明。从角速度对电流的双对数曲线图中，得到了圆柱形和矩形几何形状的旋转流的非线性因子。
2013-03-22 physics.flu-dyn
Small scale structures in three-dimensional magnetohydrodynamic turbulence
我们使用网格高达1536^3点的直接数值模拟，研究了在确定性和随机初始条件下，三维衰减MHD流中小尺度发展的速率。平行的流面和涡面在相同的空间位置形成，并在初始指数阶段后进一步不稳定和折叠或卷起。在高雷诺数下，发现电流和涡度最大值的自相似演化，其中它们作为时间的三次方增长;然后流量达到独立于雷诺数的有限耗散率。
2006-07-28 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Statistical features of freely decaying two-dimensional hydrodynamic turbulence
对高雷诺数下自由衰减二维水动力湍流的统计特性进行了数值研究。特别是，数值实验（分辨率高达$8192\times 8192$）提供了一个Kraichnan型湍流谱$E_k\sim k^{-3}$。通过空间滤波，发现对谱的主要贡献来自于准激波形式的锐涡度梯度。这种准奇异性是负责一个强大的角度依赖性的频谱，由于良好的本地化（在角度方面）射流与微小的和/或大的重叠。在每个喷流中，光谱以$k^{-3}$的形式减小。三阶结构函数的行为准确地同意Kraichnan直接级联的概念对应于一个恒定的拟能通量。结果表明，高阶结构函数的幂律指数$ζ_n$比$n$的线性相关性增长得慢，证明了湍流的不稳定性。
2013-01-28 nlin.PS physics.comp-ph physics.flu-dyn
Structural Studies of Decaying Fluid Turbulence: Effect of Initial Conditions
我们提出了一个系统的数值研究的结构特性的非强迫，不可压缩，均匀，各向同性的三维湍流流体的初始能量谱，开发一个级联的动能大波数。并与最近研究的一组幂律初始能谱[C。Kalelkar和R. Pandit，Phys. Rev. E，{ \bf 69}，046304（2004）]，其不显示这种级联。差异表现在图的涡度等值面，时间演变的动能耗散率，和生产率的平均拟能沿主轴的应变率张量。非“级联型”和“级联型”的行为之间的交叉数字显示为一组特定的初始能谱。
2005-09-22 astro-ph cond-mat.stat-mech nlin.CD
The Maintenance of Coherent Vortex Topology by Lagrangian Chaos in Drift-Rossby Wave Turbulence
提出“位涡桶队接力”机制，通过随机拉格朗日表示和近可积性，解释并验证了非均匀混合如何增强磁约束聚变等离子体等系统中涡旋结构的韧性。
2024-06-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Long time fate of two-dimensional incompressible high Reynolds number Navier-Stokes turbulence: A quantitative comparison between theory and simulation
预测二维不可压、高雷诺数、慢衰减湍流的长时间或晚时间状态一直是一个长期存在的问题。使用"点涡“作为”无粘性“的积木，不考虑不可压缩性，统计力学模型只保存总能量和零总环流的结果在众所周知的sinh泊松关系涡和流函数。另一方面，统计力学的“无粘补丁”涡，尊重不可压缩性的零和非零涡度保存区域，预测一个广义的放松状态，这从来没有被系统地比较直接数值模拟（DNS）。在这项研究中，从高度填充的区域的非零初始涡，我们证明使用高分辨率，高雷诺数DNS的后期状态与补丁涡模型的预测一致。由于总环流减少或稀释，我们表明，晚的时间状态，我们的DNS系统和明确地导致涡度和流函数之间的sinh泊松关系。我们相信，我们的定量研究结果解决了二维湍流中的一个长期存在的问题。
2022-06-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Structures and dynamics of small scales in decaying magnetohydrodynamic turbulence
采用直接数值模拟方法研究了衰减磁流体湍流中小尺度的拓扑和动力学特征。与速度和磁场相关的梯度量的不变量的联合概率密度函数（PDF）表明，在最大耗散时的结构和动力学依赖于大尺度初始条件。这是显而易见的，特别是从以下事实，即每个流具有不同的形状的联合PDF的不变量的速度梯度相比，通用的泪珠形状的流体动力学湍流。从不变量的分析中得出的一般情况是，高涡度区域与高应变率区域$\bm S$相关，这也与流体动力学湍流相反。磁应变主导区域也与高电流密度区域$\bm j$很好地相关。粘性耗散（$\propto \bm S^2$）以及欧姆耗散（$\propto \bm j^2$）存在于应变和旋转局部几乎平衡的区域。与速度梯度相关的结构具有与磁场梯度相关的结构不同的特征，后者局部更准二维。
2013-04-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Isotropization of two-dimensional hydrodynamic turbulence in the direct cascade
本文给出了二维水动力湍流中直接叶栅的数值模拟结果（空间分辨率达到$16384 \times 16384$）。如果在早期阶段（在逆泵浦增长率$τ\simΓ_{max}^{-1}$的阶次时），湍流按照与自由衰减湍流\cite{KNNR-07, KKS}的情况相同的方案发展：形成双涡度的准奇异分布，其在$k$ -空间中对应于射流，导致强湍流各向异性，则对于$10τ$阶次，湍流变得几乎各向同性。特别是，在这些时候，任何显着的各向异性的角度波动的能量谱（对于一个固定的$k$）是不可见的，而大参数的涡度的概率分布函数具有指数尾的指数线性依赖于涡度，在协议与理论预测\cite{FalkovichLebedev2011}。
2017-02-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Direct Numerical Simulation of decaying two-dimensional turbulence in a no-slip square box using Smoothed Particle Hydrodynamics
本文探讨了SPH方法在二维无滑移壁面区域衰减湍流直接数值模拟（DNS）中的应用。在这个有界域中，逆能量级联和由边界施加的净扭矩导致流体的自发旋转，导致填充域的大涡旋的典型结束状态。SPH模拟结果与发表的结果进行了比较，使用高精度的伪谱代码。的动能，拟能和平均涡波数相比，以及对伪谱的结果，作为流体的总角动量的演变。然而，虽然伪谱结果强调了无滑移边界作为流中长寿命相干涡发生器的重要性，但SPH结果中没有看到这种生成。在边界处产生的涡丝总是在从边界层分离后不久就被流动耗散掉。SPH结果的动能谱是使用SPH傅立叶变换计算的，该变换直接作用于无序粒子。系综动能谱在大部分惯性范围内显示出预期的k-3标度。然而，光谱在较小的长度尺度上变平（最初小于7.5个粒子间距，随着时间的推移尺寸不断增大），表明小尺度动能过剩。
2011-01-11 physics.flu-dyn
Large-scale vorticity generation and kinetic energy budget along the U.S. West Coast
我们试图评估能源预算的一个有限的，但非常好的研究沿俄勒冈州和加利福尼亚州的海岸线的海洋区域。该分析是基于最近更新的地转流场数据集，涵盖22年的每日分辨率为0.25 $^\circ\times$ 0.25 $^\circ$，湍流风应力数据从ERA中期再分析相同的地理区域具有相同的时间和空间分辨率。分别确定了近岸和开阔水域的二维积分动能、涡度拟能、风应力功和动能趋势。支持的经验分析是由二维格子玻尔兹曼模拟的自由衰减的旋涡沿粗糙的固体壁，它允许分离的纯海岸线效应和耗散特性的表面流场。比较清楚地表明，地转流场的动能和涡度主要沿海岸线产生，并平流到开阔水域，在那里净风应力功几乎可以忽略不计。我们的结果支持了地转流场在几天时间尺度上是准平稳的，因此总强迫实际上等于总耗散。海洋动能收支方程中未知项的估计是基于其他研究，然而我们的结果表明，{一个有效}涡动粘度是数量级$10^{-2}$ m $^2$ /s沿海岸线，它是低的{由一个因素的2}在开放水域。
2017-12-29 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Invariant parameterization and turbulence modeling on the beta-plane
本文构造了β平面上正压涡度方程中涡度通量的不变参数化方案，并将其应用于湍流数值模拟。这种构造是通过对该方程的极大Lie不变性伪群的微分不变量的穷尽描述来实现的，其中包括寻找任意阶微分不变量的函数基、微分不变量的最小生成集和显式不变微分算子的基.特别注意的问题，二维湍流的β平面。结果表明，经典的超扩散用于启动能量涡度拟能级联违反涡度方程的对称性。引入了新类型的不变但非线性的类超扩散项，并将其用于涡量方程的数值积分和自由衰减湍流试验。结果表明，不变超扩散格式在涡度拟能惯性范围内接近但不完全再现能谱的1/k形状。通过引入保守不变超扩散项，我们还证明了不变参数化和保守参数化的概念是一致的。
2013-12-11 math-ph math.MP physics.ao-ph
Curvature-weighted spectra anticipate dissipation peaks in decaying three-dimensional turbulence
Research Center for Advanced Science and Technology, The University of Tokyo（东京大学先端科学技术研究中心）
研究曲率加权谱前体在三维衰减湍流中对耗散的稳健性，基于壳求和涡度卷曲谱分析多初始条件下的直接数值模拟，发现一致时间顺序，探究雷诺数等效应，明确其在衰减湍流中的作用。
2026-07-08 physics.flu-dyn
Inverse energy transfer in decaying MHD turbulence: A shell-to-shell analysis
Hamburger Sternwarte, University of Hamburg（汉堡天文台，汉堡大学）
通过壳层到壳层传递函数分析，发现衰减磁流体动力学湍流中能量从小尺度向大尺度的逆传递机制，表现为自相似倍增增长，且仅发生在同号螺旋度扇区内。
2026-05-26 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Study of a droplet breakup process in decaying homogeneous isotropic turbulence based on the phase-field DUGKS approach
采用离散统一气体动力学格式和基于自由能的相场模型，通过求解Cahn-Hilliard-纳维-斯托克斯方程，研究了球形液滴在衰减均匀各向同性湍流中的破碎过程.假设两个流体相具有相同的密度和粘度，我们着重于湍流和表面张力对破碎过程的综合影响。系统的关键物理参数包括体积分数（6.54%）、初始韦伯数（21.7）和初始泰勒微尺度雷诺数（58）。液滴演化过程分为三个不同的阶段，即初始球形液滴演化为具有复杂结构的不规则几何形状的变形阶段、形成许多子液滴的破碎阶段和液滴松弛向球形的恢复阶段。从几个角度对这三个阶段进行了系统分析：（1）关于最大等效直径、液滴总数、总界面面积和液滴直径的概率分布的几何观点，（2）关于流体-流体界面处的局部速度和涡度的演变的动力学观点，（3）关于平均动能/耗散率及其傅立叶谱演化的全局观点，（四）关于相对于初始液滴在不同长度尺度和不同半径上同时传递动能的基于球谐函数的能量学（5）系统整体动能和自由能的时间演化。
2022-06-23 physics.flu-dyn
Self-Similarity in Decaying Two-Dimensional Stably Stratified Adjustment
本文研究了由Boussinesq方程控制的二维稳定分层流动中大尺度密度扰动的演化。正如所知，最初平滑的密度（或温度）分布在演化的非常早期阶段发展成锋面。这导致了正面占主导地位的$k^{-1}$势能谱。最初以相对简单的几何形状为特征的锋面，自发地发展成具有非常精细尺度结构的严重扭曲的片，因此存在从大尺度到小尺度的能量转移。它在这里示出，这个过程的高潮在建立一个$k^{-5/3}$动能谱，虽然它的缩放扩展到一个较短的范围相比，$k^{-1}$缩放的势能谱。建立的动能标度信号的开始拟能衰减的收益在一个温和的调制指数的方式，并具有一种新的自相似性。具体而言，自相似性被认为是在与归一化涡度场相关的概率密度函数（\pdf{}）的时不变性质。鉴于在这个阶段的能量的快速衰减，频谱缩放是短暂的，并随着出现一个平滑的，大规模的，非常缓慢的衰减，（几乎）垂直剪切水平模式，其大部分能量在潜在的组件，即皮尔逊-林登制度衰落。
2006-10-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Altimetric measurements of rotating turbulence: cyclone-anticyclone asymmetry, inertial and Kelvin waves and spectral characteristics
本文介绍了旋转圆形容器内湍流的一系列新的实验结果。电磁力的作用是在恒定深度的流体层中诱导流动。研究了连续强迫流动和衰减流动。光学测高用于测量地面高度场的梯度，并获得具有高时间和空间分辨率的速度场和涡度场。流场的谱分析表明，尽管能量和涡度拟能的谱通量在这些区间内并不均匀，但仍形成了具有能量和涡度拟能区间的双重级联。能量间隔的特征在于波数的斜率约为-5/3，并且在范围上受到变形效应的有限半径的限制。在涡度拟能范围内，由于存在长寿命的相干涡，斜率比-3更陡。流场谱通量的空间分布表明，能量逆传递和涡度拟能正传递主要发生在拉长的涡度斑片中。在我们的流动中观察到有利于反气旋的气旋/反气旋不对称性。在湍流的衰减阶段，反气旋的优势最为明显。反气旋保持圆形，而气旋性涡度被拉伸成细长的斑块。测量结果表明，涡量分布的偏斜度随流动的佛劳德数的增大而增大。惯性波和开尔文波在我们的实验中被检测到，他们的特点进行了分析，对适当的频散关系。
2013-04-10 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Statistics of Pressure Fluctuations in Decaying, Isotropic Turbulence
我们提出的结果，从一个系统的直接数值模拟研究的压力波动在一个无强迫的，不可压缩的，均匀的，各向同性的，三维湍流流体。在叶栅完成时，低压等值面被发现组织成细长的细丝，而主要的等值结构出现片状。我们展示了几个新的结果，包括空间压力差的概率分布图，压力梯度范数，和压力海森张量的特征值。图的时间演化的平均压力梯度范数，和平均特征值的压力海森张量也展出。我们发现的压力-海森张量，压力梯度，应变率张量，涡量和速度的特征向量之间的统计优选的取向。的非局部部分的压力海森张量的统计特性也展出，为第一次。本文对Ohkitani [Phys. Fluids A { \bf 5}，2570（1993）]和Ohkitani和Kishiba [Phys. Fluids { \bf 7}，411（1995）]中有关压力-海森张量和应变率张量的一些公式进行了数值试验（在粘性情况下），用于无强迫、不可压缩的三维欧拉方程。
2006-03-20 astro-ph cond-mat.stat-mech nlin.CD
Phenomenology of decaying turbulence beneath surface waves
本文通过波平均模拟揭示表面波下衰减湍流的唯象特征，类比旋转湍流，用双方程模型再现动能演化，并引入伪涡度数，对海洋混合建模有启示。
2025-08-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Extreme-value statistics of curl-of-vorticity precursor peaks in perturbed Taylor-Green vortex turbulence
Research Center for Advanced Science and Technology, The University of Tokyo（东京大学先端科学技术研究中心）
通过伪谱DNS系综研究扰动泰勒-格林涡湍流中涡量旋度谱前兆峰值的统计特性，发现前兆通常领先耗散峰，但罕见滞后事件与K_max强相关，并利用极值理论拟合广义帕累托模型。
2026-06-25 physics.flu-dyn stat.AP
Spectral Evolution and Current Sheet Analysis as Probes of Reconnection-Mediated Decay in Magnetically Dominated Turbulence
International Center for Theoretical Sciences ICTS-TIFR, Bengaluru, India（国际理论科学中心）
研究通过磁重联模型揭示磁主导湍流中磁能衰减与逆向传输的机制，表明局部伦琴数影响衰减特性。
2026-01-25 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetic field amplification during a turbulent collapse
本研究通过三维模拟，利用超共动坐标研究引力坍缩中湍流驱动的磁场放大，发现大磁雷诺数下共动磁场随共形时间指数增长，证实了发电机效应的存在。
2025-09-10 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Dual theory of decaying turbulence. 2. Numerical simulation and continuum limit
本文通过低内存 Euler 系综数值算法模拟衰减湍流的对偶分形曲线，揭示涡量相关函数与能量衰减中的量子分形、离散能级及魔鬼阶梯结构。
2024-02-29 physics.flu-dyn
Comparative statistics of selected subgrid-scale models in large eddy simulations of decaying, supersonic MHD turbulence
大涡模拟（LES）是一个强大的工具，在理解过程中，由于其复杂性，无法直接模拟，例如，在高度湍流制度。然而，它们的准确性和成功取决于一个适当的亚网格尺度（SGS）模型，该模型考虑了模拟中未解决的尺度。我们评估了两个传统的SGS模型，即涡粘性（EV）和尺度相似（SS）模型，和最近提出的非线性（NL）SGS模型在可压缩MHD湍流领域的适用性。利用激波捕获方案和不同分辨率、SGS模型和滤波器对209个衰减的超声速（初始音速马赫数~3）MHD湍流进行了模拟，分析了动能谱、磁能谱和结构函数的系综统计。此外，我们比较了动能和磁能，涡度，电流密度和膨胀幅度的空间分布的低阶和高阶统计矩的时间演化。我们没有发现任何模型的流量的演变，如果网格尺度的数量被用来计算SGS的贡献的统计影响。此外，SS模型，它采用了显式过滤器，一般没有影响。相反，如果使用显式过滤器，EV和NL模型都会改变统计数据。例如，它们稍微增加了最小尺度上的耗散。我们证明了非线性模型已经用一个小的显式滤波器（即三点模板）改善了高阶统计。例如，结构函数或电流密度分布的偏度和峰度的结果更接近于从更高分辨率的模拟获得的结果。我们的结论是，一个小的显式滤波器的非线性模型是适合应用在更复杂的情况下，高阶统计量是重要的。
2017-03-02 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.comp-ph
Direct numerical simulations of statistically steady, homogeneous, isotropic fluid turbulence with polymer additives
我们进行了直接数值模拟（DNS）的研究，揭示了统计稳定，强制，均匀，各向同性的流体湍流的聚合物的影响。我们发现耗散减少现象的明确表现：在湍流流体中添加聚合物，我们得到的能量耗散率，流体能谱的显着修改，特别是在深耗散范围，抑制小规模的不稳定性，并减少在小规模的涡丝减少。我们还比较了我们的结果与最近的实验和早期的DNS研究与聚合物添加剂的衰减流体湍流。
2011-01-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Strong Coupling of Alfvén and Fast Modes in Compressible Relativistic Magnetohydrodynamic Turbulence in Magnetically-Dominated Plasmas
在本文中，我们报告了我们对坡印廷主导的等离子体湍流中Alfvén和快模之间新的强耦合状态的详细分析，在我们以前的工作Takamoto & Lazarian（2016）中报道，这是许多相对论等离子体现象的重要影响，并呼吁建立坡印廷主导的MHD湍流的新理论。对等温等离子体中的相对论MHD湍流进行了数值模拟，分析了快模与Alfvén模能量的比值。我们发现，即使在等温等离子体中，也可以观察到快模随背景$σ$参数的增加而增加的现象，表明这种现象在坡印廷主导等离子体中的trans-Alfvénic湍流中是普遍存在的.为了研究详细的能量转换过程，我们还进行了一系列的模拟衰减湍流注入纯Alfvén，快，慢模式，分别，并研究了从每个模式的模式转换的发展。我们还发现Alfvén模和快模之间的模式转换对背景温度几乎不敏感。最后，我们报告了一个结果的模拟与初始快模式为主的湍流。它发展成一个时间上的强耦合区，这是我们提出的快模和阿尔文模强耦合区存在的有力证据。结果表明，坡印廷主导等离子体中的强湍流与非相对论等离子体中的强湍流有很大的不同。这对坡印廷支配等离子体中粒子加速和非热光子发射的研究具有重要的指导意义。
2017-09-04 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Quantum Solution of Classical Turbulence. Decaying Energy Spectrum
本文将3+1维Navier-Stokes方程的衰减湍流问题转化为数论挑战，通过建立等价的环上费米子量子统计理论并利用瞬子鞍点，从第一性原理推导出能谱解析公式，其结果与实验和DNS数据高度吻合。
2024-07-08 nlin.SI physics.flu-dyn
Sub-grid modelling for two-dimensional turbulence using neural networks
在这项调查中，数据驱动的湍流封闭框架的介绍和部署的亚网格模型的Kraichnan湍流。所提出的方法的新颖性在于这样一个事实，即从高保真数值数据的快照被用来通知人工神经网络预测的湍流源项通过本地化的网格分辨信息。特别是，我们提出的方法成功地建立了一个输入之间的映射，由stennial的涡度和流函数以及从两个著名的涡粘性内核的信息。通过这一点，我们预测亚网格涡度强迫在时间和空间上的动态方式。我们的研究在本质上既是先验的，也是后验的。在前者中，我们提出了一个广泛的超参数优化分析，除了通过基于概率密度函数的子网格预测验证学习量化。在后者中，我们分析了我们的框架的性能，在一个经典的衰减的二维湍流测试情况下，在时间和空间离散化相关的错误的存在下，流的演变。角平均动能谱形式的统计评估表明，所提出的方法的亚网格数量推断的承诺。此外，它也被观察到，一些措施的后验误差必须考虑在最佳模型选择更高的精度。因此，本文中的结果代表了从数据生成无启发式湍流闭包的框架形式化方面的一个有前途的发展。
2018-08-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulence and energy dissipation from wave breaking
本研究通过多层数值求解器模拟波浪破碎，发现其主导近表面层湍流生成，提出耗散率通用形状函数，并从全局、谱和湍流三个角度统一分析耗散。
2025-03-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Spectral energy cascade and decay in nonlinear acoustic waves
本文对标准温度和压力下单组分理想气体中衰减的有限振幅平面声波的非线性谱能量级联进行了数值和理论研究。我们分析了各种一维规范流配置：传播行波（TW），一个驻波（SW），和随机初始化的声波湍流（AWT）。本文采用激波分辨网格自适应直接数值模拟方法对一维完全可压缩纳维-斯托克斯方程进行了非线性声波谱能量级联的数值模拟。我们还导出了一组新的非线性声学方程截断到二阶和相应的扰动能量推论产生一个新的扰动能量范数$E^{(2)}$的表达式。它的空间平均，< $E^{(2)}$ >满足定义的李雅普诺夫函数，正确地捕获的非粘性（或无损）扩大的频谱能量在初始阶段的演变-类似于动能的演变过程中的流体动力学预锻分解的三维相干涡-导致形成较小的规模。在谱能量级联饱和时，即完全加宽的能谱时，粘性损失的开始导致时间上的单调衰减< $E^{(2)}$ >。
2018-09-06 physics.flu-dyn
To the theory of decaying turbulence
本文在任意维度衰减湍流中发现了Navier-Stokes圈方程的无限维精确解流形，该解等价于复空间中的分形曲线，为强湍流相提供了对偶理论，并利用数论方法解析计算了反常能量耗散率与局部涡量分布。
2023-10-25 math-ph math.MP nlin.SI
Structures in magnetohydrodynamic turbulence: detection and scaling
我们提出了一个系统的分析的统计特性的湍流和涡度结构在一个给定的时间，使用聚类分析。这些数据来自于在没有施加均匀磁场的情况下衰减的三维（3D）磁流体动力学湍流的数值模拟;磁普朗特数取为1，我们使用一个网格高达1536^3点的周期性盒子，泰勒雷诺数高达1100。初始条件是嵌入在3D中的X点配置，即所谓的Orszag-Tang涡，或者是具有全螺旋速度和磁场的Arn'old-Beltrami-Childress配置。在每种情况下，分析两个快照，由一个翻转时间分开，开始后的峰值耗散。我们表明，该算法是能够选择大量的结构（超过8,000）为每个快照，这些集群的统计特性是非常相似的两个快照，以及为两个流量的研究中的集群特性的标度律，与结构的涡量和当前的行为以相同的方式。我们还研究了雷诺数对团簇统计的影响，最后分析了这些团簇的速度-磁场相关性质。自组织临界性特征已被确定在耗散范围内的尺度。在惯性范围内出现了不同的标度，目前还不能用与MHD一致的已知自组织临界性类别来识别。我们建议，这个范围内可以由湍流动力学，而不是临界，并提出了一个解释的不稳定性的传播方面。
2010-07-02 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Helicity dynamics in stratified turbulence in the absence of forcing
对衰减稳定分层流进行了数值研究。被认为是相对较高的分层和中等雷诺数，并特别强调螺旋度（速度涡度相关性）的作用。该问题是通过集成Boussinesq方程在一个周期性的立方域使用不同的初始条件：一个非螺旋泰勒-格林（TG）流，一个完全螺旋贝尔特拉米（ABC）流，和随机流与可调螺旋度。我们表明，分层ABC流螺旋度经历了一个实质性的衰减比非分层ABC流。这一事实可能与层结和大尺度相干结构的综合作用有关。事实上，当后者缺失时，如在随机流中，螺旋度会被引力波的出现迅速破坏。一种类型的大规模耗散“旋”平衡可以用来解释这种行为。当螺旋度在系统中存在时，它强烈地影响能量的时间衰减和傅立叶模之间的能量分布。我们发现，事实上，分层的螺旋流的能量衰减率比分层的非螺旋流慢得多，可以考虑与一个唯象模型的方式类似的是什么做的非分层旋转流。我们还表明，螺旋度，当强，有一个可测量的影响傅立叶光谱，特别是在尺度大于浮力尺度，它显示了一个相当平坦的缩放与垂直剪切。
2012-11-13 physics.flu-dyn
Development of Anisotropy in Incompressible Magnetohydrodynamic Turbulence
我们提出了一套三维（3D）的不可压缩衰减磁流体动力学湍流的直接数值模拟中，我们调查的外部均匀磁场B_0的影响。在B_0强度的参数研究，特别是，我们区分剪切-从伪阿尔芬波动力学。初始动能和磁能相等，互相关性可忽略不计。讨论了B_0的时间效应和光谱效应。一个亚临界平衡之间的阿尔芬和非线性时间与全球和光谱的定义。强磁化流的非线性动力学的特征在于，如果k_perp谱（其中B_0定义了平行方向）是在固定的k_（2D）谱上绘制的，或者如果它是在所有k_（1D）谱上积分（平均）的，则它是不同的。在前一种情况下，一个更广泛的惯性范围被发现与陡峭的幂律，更接近波湍流的预测比柯尔莫哥洛夫一个喜欢在后一种情况下。据信，平均效应可能是一个来源的困难，以检测过渡到波湍流在自然等离子体。第一次，细丝的形成报告内的电流和涡度片在强磁化流修改我们的经典图片耗散片在导电流。
2008-08-22 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The dynamics of unforced turbulence at high Reynolds number for Taylor-Green vortices generalized to MHD
我们研究了衰减磁流体动力学（MHD）湍流，该湍流源于最近推广到MHD的泰勒-格林（TG）流的演化，具有相等的粘度和磁阻率，等效网格分辨率高达2048^3点。一个伪频谱代码中使用的对称性的速度和磁场已实施，允许在一个给定的雷诺数的计算机时间和内存的使用相当大的节省。流动是非螺旋的，在初始时刻，动能和磁能被认为是相等的，并集中在大尺度上。在512^3点网格上验证了该方法的有效性后，我们分析了泰勒雷诺数为~2200的大网格上的数据。我们发现，在MHD的全球时间演化加速，相比相应的中性流体的情况下。我们还观察到一个时间间隔时，这样的配置有准恒定的总耗散，在此期间的统计特性确定后，平均两个翻转时间的顺序。得到了弱湍流谱，并给出了各向异性谱。最后，我们对比了小尺度涡的发展与其他两个初始条件的磁场，并简要讨论了结构的发展，并显示了一个复杂的阵列的电流和涡度片清晰的卷起和折叠。
2009-06-07 physics.flu-dyn
Mesoscale Equipartition of kinetic energy in Quantum Turbulence
对有限温度下超流氦的湍流进行了数值研究。直接数值模拟进行了“截断HVBK”模型，它结合了连续描述的Hall-Vinen-Bekeravich-Khalatnikov方程的附加约束，这种连续的描述不能超出量子长度尺度与个人超流涡之间的平均间距。一个很好的协议被发现与实验测量的旋涡密度。此外，通过改变湍流强度，观察到涡间距随雷诺数的变化规律为$Re^{-3/4}$，与经典湍流中的粘性尺度相似。在高温极限，Kolmogorov的惯性叶栅恢复，从以前的数值和实验研究的预期。随着温度的降低，惯性级联仍然存在于大尺度，而在小尺度下，该系统的发展对统计均分的动能之间的频谱模式，与特征$k^2$速度谱。超流激发在一系列介观尺度上的积累使超流能够通过与剩余的正常流体的相互摩擦来持续耗散动能，尽管后者在低温下变得罕见。结果表明，在低温下，超流涡量主要集中在这些中尺度区域，而在高温下，超流涡量主要集中在惯性区域。这一观察结果应对衰减湍流实验的解释产生影响，这些实验通常基于涡线密度测量。
2012-02-02 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Energy-conserving finite difference scheme for compressible magnetohydrodynamic flow at low Mach numbers using nonconservative Lorentz force
Iwate University（岩手大学）
本研究提出了一种适用于低马赫数压缩磁流体动力学流动的节能有限差分方案，通过非保守洛伦兹力实现能量守恒和稳定收敛。
2025-12-23 physics.flu-dyn
Reconnection-controlled decay of magnetohydrodynamic turbulence and the role of invariants
我们提出了一个新的理论图片的磁主导，衰减湍流的情况下，平均磁场。我们证明，这种湍流是由磁结构的重联，而不是由理想的动力学，如先前所假设的。我们得到预测的磁能衰减规律，提出湍流衰变的重联时间尺度，同时尊重守恒的某些积分不变量表示拓扑约束所满足的重联磁场。众所周知，磁螺旋度对于初始螺旋场配置是这样的不变量，但不约束非螺旋衰减，其中体积平均磁螺旋度密度为零。对于这样的衰减，我们提出了一个新的积分不变量，类似于Loitsyansky和萨夫曼不变量的流体动力学湍流，表示保守的随机（缩放为$\mathrm{volume}^{1/2}$）磁螺旋包含在任何足够大的体积。我们的处理导致了对磁能衰减定律的新预测：特别是，当我们期望重连快速时螺旋湍流的规范$t^{-2/3}$幂律时（即，等离子体团为主的或随机的），我们发现一个较浅的$t^{-4/7}$衰减在缓慢的'斯威特帕克'重联制度，在更好的协议与现有的数值模拟。对于非螺旋领域，目前还没有明确的理论，我们预测的$t^{-10/9}$和$t^{-20/17}$的快速和缓慢的重联制度，分别幂律。我们制定了一个一般原则的湍流系统的衰减受到保存的Saffman一样的不变量，并提出它如何可能被应用到MHD湍流与强平均磁场和各向同性MHD湍流与初始均分之间的磁场和动能。
2021-09-02 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
