Boundary Zonal Flow in Rotating Turbulent Rayleigh-Bénard Convection
对于细长圆柱体中快速旋转的湍流Rayleigh-Bénard对流，实验和直接数值模拟揭示了边界带状流（BZF），它取代了经典的大尺度环流。BZF位于垂直侧壁附近，并能够增强那里的热传输。虽然BZF的方位角速度是气旋性的（在旋转框架中），但温度是模式1的反气旋性行波，其签名是径向边界附近的双峰温度分布。发现BZF宽度像$Ra^{1/4}Ek^{2/3}$一样缩放，其中Ekman数$Ek$随着旋转速率的增加而减小。
2019-11-21 physics.flu-dyn
Transitions in turbulent rotating Rayleigh-Bénard convection
对无滑移和自由滑移边界条件下的旋转Rayleigh-Bénard对流进行了数值模拟。我们的目标是找到一个标准区分对流为主的科里奥利力从那些几乎不受旋转。如果使用热传递作为流动处于哪种状态的指示器，则发现对于两种边界条件，流动状态之间的过渡总是发生在雷诺数、普朗特数和埃克曼数的某个组合的相同值处。如果在另一方面，一个使用的螺旋度的速度场，以确定流动几乎独立于旋转，一个发现在参数空间中的一个不同的位置的过渡。
2010-06-21 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Connecting wall modes and boundary zonal flows in rotating Rayleigh--Bénard convection
使用直接的数值模拟，我们研究旋转瑞利-贝纳德对流在一个圆柱形细胞的瑞利，埃克曼，普朗特数从壁模式的发病到地转制度，一个非常重要的地球物理和天体物理背景下的广泛范围。我们通过长度和时间尺度的连续性和对流热传输的边界纬向流，与湍流体对流在地转制度共存的散装对流发病前发生的线性壁模式状态。我们定量崩溃漂移频率，边界长度，和热输运数据从众多来源在许多数量级的瑞利和埃克曼数。阐明壁面模式和边界纬向流的热输运贡献对于表征有限物理容器中旋转对流的地转制度的性质至关重要，并且对于将实验室对流的地转制度与地球物理和天体物理系统连接起来至关重要。
2021-09-13 physics.flu-dyn
Fluid flows in a librating cylinder
本文研究了圆柱体中由转速的时谐振荡（纵向振动）驱动的流动。使用理论方法和轴对称数值模拟，我们研究了两个不同的现象出现在这个振动流。首先，我们调查的振荡边界附近的离心不稳定性的发生，导致所谓的泰勒-Görtler涡。一个粘性稳定性判据的推导和数值计算结果得到的各种振动频率和埃克曼数。强非线性政权远远高于不稳定阈值也被记录。我们表明，一种新的机制，自发产生的惯性波的散装可能存在时，侧壁边界层成为湍流。然后，我们分析了不稳定阈值以下的振动流，并表征了由边界层流与其自身的非线性相互作用引起的平均纬向流修正。在不激发惯性模态的频率范围内，我们证明了体块中的平均流修正是均匀旋转的，与Ekman数和圆柱长宽比无关，与Wang [J. Fluid.机械，41，pp. 581 - 592，1970]。当惯性模态被共振激发时，平均流修正被发现具有更复杂的结构。它的振幅仍然是天平动振幅的平方，但现在取决于埃克曼数。
2012-02-20 physics.flu-dyn
An Exactly Solvable Ekman Layer with a Fractional-Order Stress Closure
Bandung Institute of Technology（万隆理工学院）；Sumatera Institute of Technology（苏门答腊理工学院）
本研究通过分数阶应力闭合放松局地性假设，在应力表述下用Mittag-Leffler函数精确求解埃克曼层，发现表面偏转角小于45度且输运仍垂直风向，远场呈幂律衰减。
2026-09-22 math-ph math.MP physics.ao-ph
Direct numerical simulation of quasi-two-dimensional MHD turbulent shear flows
采用直接数值模拟（DNS）方法研究了圆柱形容器中导电流体的湍流剪切流动。通过在底壁处的大量小电极注入的径向电流（$I$）与轴向磁场之间的相互作用来驱动流动。所有的数值参数，包括容器的几何形状、总的注入电流和磁场，都与在J. Fluid Mech.456，137-159中进行的实验一致。首先，与层流哈特曼层，三维模拟恢复实验测量的量（全球角动量，速度分布）。壁面剪应力的变化规律、能谱和侧壁附近流动结构的显示突出了侧壁层内的分离和湍流。此外，流动的参数分析表明，Ekman再循环有显着的影响涡的大小，自由剪切层，和全球耗散。第二，我们恢复了截断尺度的标度律，该标度律将大的准二维尺度与小的三维尺度分开（J. Fluid Mech.118，507-518），从而建立了它们在剪切MHD湍流中的有效性。此外，我们还发现三分量性和三维性同时出现，二维截止频率和平均能量与速度尺度的轴向分量$N_t$相关联，分别为$0.063N_t^{0.37}$和$0.126 N_t^{-0.92}$ .
2021-02-02 physics.flu-dyn
Baroclinic wave dynamics in the Ekman-free rotating rectangular annulus with localized forced plume
Borosil Renewables Limited（玻罗西尔可再生有限公司）；Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology Bombay（印度孟买理工学院机械工程系）；Department of Applied mechanics, Indian Institute of Technology Delhi（印度德里理工学院应用力学系）
通过数值模拟研究旋转矩形环状区域中由均匀冷却内壁和局部加热羽流驱动的斜压波动力学，发现波模随Rossby数变化，羽流形态由Richardson数控制，并建立了(Ri0, Ro)平面上的状态图。
2026-09-22 physics.flu-dyn
A Parallel Integrated Computational-Statistical Platform for Turbulent Transport Phenomena
在本文中，我们提出了一个开源的，自动化的，多方面的计算统计平台，以获得合成均匀各向同性湍流和被动标量传输。一个并行实现的著名的伪谱方法，除了全面记录的统计和小规模的数量的湍流运输提供分布式存储器CPU为基础的超级计算机上执行。用户友好的工作流程和易于运行的设计开发的包是通过一个广泛的和一步一步的例子公开。由此产生的低阶和高阶统计记录生动地验证了完善和充分发展的湍流状态以及守恒定律的无缝统计平衡。该平台提供的后处理工具将使用户能够容易地从原始湍流场构建多个重要的输运量。
2020-12-09 physics.flu-dyn
Boundary zonal flows in rapidly rotating turbulent thermal convection
最近，在Zhang et al.（2020）中，发现在细长圆柱形容器中的快速旋转湍流Rayleigh-Bénard对流（RBC）中，（直径与高度的纵横比为$Γ=1/2$），填充小普朗特数流体（$Pr \approx0.8$）时，大尺度环流（LSC）被抑制，边界纬向流（BZF）在侧壁附近发展，其特征在于温度的双峰PDF、气旋性流体运动和流型的反气旋漂移（相对于旋转框架）。对于$Pr < 1$，该BZF携带不成比例的总热传递量（$>60\%$），但对于较大的$Pr$，该BZF相当突然地减小至约$35\%$。在这项工作中，我们表明，BZF是强大的，并出现在快速旋转的湍流红细胞在不同的$Γ$的容器和广泛的$Pr$和$Ra$。对$0.1 \leq Pr \leq 12.3$、$10^7 \leq Ra \leq 5\times10^{9}$、$10^{5} \leq 1/Ek \leq 10^{7}$和$Γ$ = 1/3、1/2、3/4、1和2的直接数值模拟表明，BZF宽度$δ_0$与瑞利数$Ra$和埃克曼数$Ek$成比例，为$δ_0/H \sim Γ^{0} \Pr^{\{-1/4, 0\}} Ra^{1/4} Ek^{2/3}$（${Pr<1, Pr>1}$），漂移频率为$ω/Ω\sim Γ^{0} Pr^{-4/3} Ra Ek^{5/3}$，其中$H$是细胞高度，$Ω$是角旋转速率。…
2021-03-08 physics.flu-dyn
Dynamical and statistical phenomena of circulation and heat transfer in periodically forced rotating turbulent Rayleigh-Benard convection
在本文中，我们提出的结果，从实验研究到湍流瑞利-贝纳德对流强迫外部周期性调制的单向旋转速率。我们发现大尺度环流的方位角旋转速度$\dotθ$（t）和热振幅$δ$（t）受到强迫的调制，表现出多种动力学特征，包括相位延迟的增加和$\dotθ$（t）振幅的共振峰。我们还专注于调制的旋转速率的随机停止/重定向事件的发生频率$η$的影响，以及这些事件和周期性调制的响应$\dotθ$（t）之间的相互作用。在这里，我们确定了一种机制，其中$η$可以被放大的调制响应和这些正常的随机事件可以发生高的规律性。我们提供了一个建模框架，解释所观察到的幅度和相位响应，并扩展这种方法，使停止事件的发生和概率分布的$\dotθ$（t）和$δ$（t）在调制周期的不同阶段的预测，基于绝热的方法，分别对待每个阶段。最后，我们表明，这种周期性的强迫有影响LSC动力学以外的后果，通过调查它如何可以修改的热传输，即使在条件下，埃克曼泵效应是占主导地位的，强烈增强的热传输发生。我们确定的相位和振幅响应的热传输，并显示如何增加调制的平均努塞尔数的影响。
2016-09-13 physics.flu-dyn
Turbulent spot growth in plane Couette flow: statistical study and formation of spanwise vorticity
本文对平面Couette流过渡区中的湍流斑生长进行了直接数值模拟。定量描述的生长过程和周围的四极流的斑点的细节。重点放在展向涡的速度条纹，类似于二次剪切不稳定的形成。的不稳定性（相干长度，平流速度）的主要特征进行了研究的背景下的湍流斑，低于和高于阈值雷诺数的出现的倾斜湍流带的平面Couette流。
2014-01-15 physics.flu-dyn
Statistical steady state in turbulent droplet condensation
受液滴在湍流驱动的过饱和场中生长和收缩的系统的启发，我们以一般的方式研究湍流冷凝问题。使用直接的数值模拟，我们表明，湍流的过饱和场的波动提供了不同的条件发展的液滴的时间，由于湍流运输和混合的增长。在此基础上，提出了小液滴在湍流中凝结和蒸发的拉格朗日随机模型。它由一组随机积分微分方程的平方半径和过饱和度沿液滴轨迹的联合演变。该模型有两个参数固定的总水量和热力学性质，以及拉格朗日积分时间尺度的湍流过饱和度。该模型很好地再现了直接数值模拟获得的液滴尺寸分布及其时间演化。一个值得注意的结果是，经过一个阶段，平方半径简单地扩散，系统指数快速收敛到一个统计稳定状态的初始条件无关。这种收敛的主要机制是大量液滴在再次生长之前经历完全蒸发引起的记忆丧失。统计稳定状态的特征在于液滴质量分布中的指数尾。这些结果调和那些早期的数值研究，一旦这些不同的制度被认为是。
2016-12-05 physics.flu-dyn
Improved assessment of the statistical stability of turbulent flows using extended Orr-Sommerfeld stability analysis
统计稳定性的概念是Malkus在1956年试图预测剪切流湍流中平均剖面的核心。在这里，我们讨论如何他最初的尝试，以评估这-奥尔-索末菲分析的平均剖面-可以改善考虑累积展开的纳维-斯托克斯方程。针对最简单的非平凡封闭（通常称为CE 2），它对应于准线性化的纳维-斯托克斯方程，我们开发了一个扩展的Orr-Sommerfeld分析（EOS），其中还包括有关的波动场的信息。一个更实用的版本，这-最小限度地扩展奥尔-索末菲分析（mEOS）-确定和测试的一些几何稳定，因此统计稳定的湍流通道流。除了统计稳定性的概念之外，这种扩展的稳定性分析还应改进时变剪切流中常用的平均流线性分析方法，在其预测中包括更多关于底层流动的信息，以及其他具有附加物理性质（如对流）的流动的信息。
2022-11-15 physics.flu-dyn
Bi-stability in turbulent, rotating spherical Couette flow
在外径为3 m的实验装置上研究了半径比为$η= r_\mathrm{i}/r_\mathrm{o} = 0.35$的同心球间的流动。我们已经测量了保持恒定的边界速度以及局部壁面剪应力、速度和压力所需的扭矩。在低埃克曼数$E = 2.1\times10^{-7}$和中等罗斯比数$0.07 < Ro < 3.4$时，产生的流动是高度湍流的，雷诺数（$Re=Ro/E$）超过一千五百万。当$E$固定时，$Ro$变化时，几种湍流状态是明显的。我们把我们的注意力集中在一个流动的过渡，特别是在$Ro = 1.8$和$Ro = 2.6$，其中的流动表现出的行为。对于在该范围内的$Ro$，流经历在切换范围之外的相邻$Ro$处单独观察到的状态之间的间歇性转换。这两种状态在所有测得的流量中被清楚地区分开，包括通过处于较高$Ro$的状态从内部球体要求的扭矩的显著减小。减少角动量输送似乎是与实验核心附近的快速纬向环流的发展。较低的扭矩状态表现出波，其中之一是类似于一个完整的球体已知的惯性模式，另一个似乎是一个强烈的平流Rossby型波。这些结果代表了一个新的实验室的例子重叠存在不同的流动状态在高雷诺数流动。与纬向流相关的湍流多重稳定性和输运障碍的恢复力是地球物理学和天体物理学背景下的重要课题。
2011-07-25 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Tendency to occupy a statistically dominant spatial state of the flow as a driving force for turbulent transition
提出了一个简单的分析模型的湍流，它认为流动作为一个集合的本地化的空间结构，是由基本的“细胞”，其中的粒子（原子或分子）的状态是不确定的。雷诺数与系统的总相体积和基本单元的总相体积之间的比率相关联。计算局部化结构集合的统计权值，结果表明，随着雷诺数的增加，基本胞团成局部化结构，这成功地解释了湍流的发生和湍流的一些其它特征性质。它还表明，该模型的基本假设涉及的纳维-斯托克斯方程的推导，这表明，与流体动力学方程描述的湍流转捩的驱动力基本上是相同的，在本模型中，即系统的趋势，占据一个统计上占主导地位的状态起着关键作用。于是，流的不稳定性可以是启动流的结构重排以找到该状态的机制。
2012-01-31 physics.flu-dyn
JAX-SCM v1.0: a modern atmospheric single-column model for boundary layer research
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文介绍基于JAX库的开源大气单柱模型JAX-SCM v1.0，通过MYNN-2.5湍流闭合方案求解风、位温、比湿及湍流动能，并在中性、稳定和对流基准案例中验证了其准确性，同时利用JAX的即时编译和GPU支持为未来机器学习集成奠定基础。
2026-05-23 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Pseudo-Gauss distribution: a reversible counterpart of the true turbulent velocity gradient distribution
根据不可压湍流充分发展时应变率张量统计特性的实验和数值数据，以及本文推导出的积分变换，我们发现不可压湍流的一些重要的统计特性，即运动学特性，是动态的（即纯粹发生在湍流中）。本文介绍了一种新的伪高斯分布，由于这些性质，我们发现这种分布与高斯分布的一个显著区别是湍流统计的一般特征。因此，新的分布被证明是一个可逆的对应真正的湍流速度梯度分布，而不是高斯之一。
2015-11-23 physics.flu-dyn
The spatio-temporal statistical structure of the turbulent dissipation field and its stochastic representation as a Gaussian Multiplicative Chaos
Univ Lyon, Ens de Lyon, Univ Claude Bernard, CNRS, Laboratoire de Physique（里昂大学，巴黎高等师范学院里昂分校，克洛德·贝尔纳大学，法国国家科学研究中心，物理实验室）；CNRS, ICJ UMR5208, Ecole Centrale de Lyon, INSA Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, Université Jean Monnet（法国国家科学研究中心，里昂中央理工学院，里昂国立应用科学学院，里昂克洛德·贝尔纳大学，让·莫内大学）
本文研究湍流耗散场的时空统计结构，提出基于高斯乘积混沌的随机模型，并通过Navier-Stokes方程的直接数值模拟验证其时空演化特性。
2026-07-02 physics.flu-dyn
Tendency to occupy a statistically dominant spatial state of the flow as a driving force for turbulent transition
在大雷诺数下发生的从层流到湍流的流体运动的转变通常与层流的不稳定性有关。另一方面，由于湍流特征性地以空间局部结构的形式出现（例如，涡流）填充流场，占据流的这种结构化状态的趋势不能被排除为湍流转变的驱动力。为了研究这种可能性，我们提出了一个简单的分析模型，将流视为局部空间结构的集合，每个结构由基本单元组成，其中粒子（原子或分子）的行为是不相关的。这使我们能够引入雷诺数，将其与系统的总相体积和基本单元的总相体积之间的比率相关联。利用最大熵原理计算了局域结构的最可几尺寸分布，结果表明，随着雷诺数的增加，基本胞团逐渐形成局域结构，从而成功地解释了湍流转捩和湍流的一些一般性质。我们表明，该模型的基本假设，即粒子是不可区分的和基本体积的相空间中存在的粒子的状态是不确定的，参与推导的纳维-斯托克斯方程。考虑到该模型捕捉了湍流的基本特征，这表明湍流转变的驱动力与本模型基本相同，即系统占据统计主导状态的趋势起着关键作用。在高雷诺数下流动的不稳定性可以是启动流动的结构重排以找到该状态的机制。
2013-09-26 physics.flu-dyn
Statistical Nonlocality of Dynamically Coherent Structures
我们介绍了一类随机平流问题服从湍流输运分析。流场的统计数据被表示为连续时间马尔可夫过程，这种选择捕捉了湍流从一个相干结构移动到另一个相干结构的直观概念。我们获得封闭形式的湍流运输运营商的表达式，而无需调用近似。我们恢复的经典估计的湍流输运作为扩散张量，其中的组件是集成的自相关的速度场，在该运营商成为本地的空间和时间的限制。
2022-11-29 physics.flu-dyn
Wavelet-based resolvent analysis for statistically-stationary and temporally-evolving flows
这项工作介绍了一种制定的预解式分析，使用小波变换，而不是傅立叶变换的时间。这使得预解式分析可以扩展到湍流与非平稳的手段，除了静止流。最佳的预解模式，这个配方对应的潜在的时间瞬态结构，最放大的线性化的Navier-Stokes算子。我们验证了这种方法的湍流通道流，并表明，基于小波和傅立叶的预解式分析是等效的湍流定常流。然后，我们应用基于小波的预解算子分析，通过在时间和频率上对预解算子加窗，研究了槽道湍流缓冲层中的瞬态增长机制。该方法也适用于时间演变的平行剪切流，如振荡的边界层和三维通道流，其中的横向压力梯度扰动充分发展的湍流在一个通道。
2022-12-05 physics.flu-dyn
An open source MATLAB package to perform basic and advanced statistical analysis of turbulence data and other complex systems
我们提出了一个用户友好的开放源代码MATLAB \textsuperscript{\textregistered}包开发的湍流，风能和随机（TWiSt）在奥尔登堡的卡尔·冯Ossietzky大学。首先，该软件包帮助用户对给定的湍流数据集进行非常基本的统计分析，我们相信这对整个湍流社区都是有用的。它可以用来估计湍流的谱密度、湍流强度、积分长度尺度、Taylor微尺度、Kolmogorov尺度和耗散率等统计量。选择了文献中可用的不同的众所周知的方法，以便可以对它们进行比较。其次，该软件包还进行了高级分析，其中包括使用Fokker-Planck方程的湍流叶栅的尺度相关的统计描述，从而导致积分涨落定理的评估。这是用来估计速度增量，结构函数和它们的标度指数，漂移和扩散系数的福克-普朗克方程，从而总熵产生的湍流级联。作为随机过程方法的前提条件，对湍流级联的马尔可夫性质进行了尺度检验。Fokker-Planck方程的知识允许为每个独立的级联轨迹确定总熵产生。总熵产生的估计允许验证一个严格的非平衡随机热力学定律，即积分涨落定理，如果马尔可夫性质成立和福克-普朗克方程是正确的，它必须是有效的。这种湍流级联过程的方法有可能成为一种新的方法，将湍流的统计描述、非平衡随机热力学和局部湍流结构联系起来。
2022-06-24 physics.flu-dyn
Statistical properties of an ensemble of vortices interacting with a turbulent field
我们开发了一个分析的形式主义，以确定一个系统的统计特性组成的一个系综的涡与随机位置在平面上相互作用的湍流场。我们用路径积分方法计算生成泛函。函数空间是由两部分组成的统计系综，第一部分表示受湍流影响的涡流，第二部分表示由随机放置的涡流散射的湍流场。
2005-09-22 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Are Lagrangian stochastic models at odds with statistical theories of relative dispersion?
在一篇关于湍流相对弥散的统计建模的文章中，Franzese & Cassiani（2007，第402页）对拉格朗日随机模型进行了评论，并报告了对湍流弥散的统计和随机建模之间一致性的一些担忧。在这篇简短的文章中，对这两种方法进行了比较。就模型对湍流常数的依赖性而言，这两种理论方法是完全一致的，排除了一切可能的顾虑。
2013-07-06 physics.flu-dyn
Statistical State Dynamics of Couette MHD Turbulence
本研究基于统计态动力学框架，证实库埃特MHD湍流中存在与壁面剪切流对应的滚转-条纹结构，其解析解源于不稳定性，可平衡为固定点或自维持湍流态，二者均可能对应大尺度相干发电机。
2025-10-22 physics.flu-dyn
Statistical transition to turbulence in plane channel flow
在管道、平面库埃特流和平面槽道流中，间歇性湍流-层流模式是向湍流转变的特征。采用并行拟谱程序SpectelFlow，在沿流向倾斜$24^{\circ}$的窄计算区域内，通过直接数值模拟，研究了平面槽道流中平行层流带的时间演化。通过它们的传播速度研究了带之间的相互作用。能量分布表明，孤立的湍流带周围的流动返回到层流的基础流在很大的距离。根据雷诺数，湍流带可以衰减为层流或分裂为两个带。与过去的研究其他壁有界剪切流，在大多数情况下，生存概率被发现是一致的衰减和分裂的指数分布，表明该过程是无记忆的。统计估计的平均寿命的衰变和分裂绘制为雷诺数的函数，并导致估计的临界雷诺数$Re_{\text{cross}}\simeq 965$，衰变和分裂寿命交叉大于$10^6$平流时间单位。通过对它们的傅里叶谱的分析，也考察了它们的分裂和衰变过程。大尺度谱分量的动力学似乎在统计上遵循相同的路径在湍流带的分裂，可以被认为是分裂的前兆。
2020-08-26 physics.flu-dyn
Spatio-temporal intermittency of the turbulent energy cascade
在不可压缩和周期性统计稳定湍流中，湍流能量跨尺度和空间的交换的特征在于时间导数项、波动能量的空间湍流传输和压力-速度项在零附近的非常强烈和间歇性的时空波动。这些波动是相互关联的，并与强烈的间歇性波动的尺度间的能量转移率。这些相关性所造成的清扫效果，非线性和非局部性之间的联系，也涉及到两点波动压力力差和两点波动速度差的尺度间传输速率和压力-速度项之间的相关性的情况下的几何对齐。在统计平稳的均匀湍流中，所有这些过程都不存在于湍流级联的时空平均图像中。
2018-07-21 physics.flu-dyn
Image Convolution-Based Method and Statistical Modelling for Experimental Height Estimations of Laminar to Transition-to-Turbulent Regime Diffusion Flames
本文提出了一种实验方法来测量火焰的高度，使用卷积图像处理和统计分析。实验装置采用具有四个圆形布置的喷嘴的燃烧器。采用六种不同的体积燃料流量，并从三个不同的可视化平面，利用三个高清晰度相机阵列，热成像相机和图像处理算法捕获火焰图像。使用像素量化和通过参考长度的转换来间接测量火焰高度。虽然燃料流量是最重要的因素，可视化平面和图像源也被发现是特别相关的，因为某些火焰特征只能根据方法感知。将测量结果与不同的现有理论相关性进行比较，得出的总体调整范围为3.25至3.97厘米。本方法产生的总体统计公差为1.27厘米和0.599厘米的扩展不确定度。此外，热成像显示了2.54 cm的整体发光可观察火焰的一致差异。对于这种特殊的燃烧器配置，通过统计建模得到相关性，其解释了火焰高度波动，平均设置为97.23%。
2020-09-07 physics.flu-dyn
Statistical properties of an ideal subgrid-scale correction for Lagrangian particle tracking in turbulent channel flow
与使用大涡模拟（LES）来研究小惯性颗粒在湍流中的分散相关联的一个问题是可以再现颗粒统计和浓度的精度。粒子在LES场中的运动可能与实验或直接数值模拟（DNS）中观察到的显著不同，因为作用在粒子上的力没有准确估计，这是由于唯一过滤的流体速度的可用性，并且因为误差随着时间的推移而累积，导致轨迹的渐进发散。这可能导致统计和浓度预测的不同程度的不准确。我们在这里确定一个理想的亚网格修正的先验LES流体速度看到的颗粒在湍流通道流。该校正是通过施加在过滤的DNS场中移动的各个粒子的轨迹与DNS中的粒子轨迹完全一致来计算的。用这种方法，可以把由滤波引入质点运动方程中的误差从由于轨迹的渐进发散而引起的误差中挑出来并分别进行分析。亚网格校正项，因此，滤波误差，其特征在于在本文件中的统计矩。粒子的惯性和过滤器的类型和宽度上的校正项的性质的影响进行了研究。
2011-04-06 physics.flu-dyn
Geometry and organization of coherent structures in stably stratified atmospheric boundary layers
在稳定分层的大气边界层（ABL）中观察到全球湍流，并对应于在其他湍流中具有大的非湍流区域。在本文中，连续和间歇性湍流之间的差异量化的相干结构的帮助下。从文献中识别出八类相干结构，其中大多数是由速度场导出的标量准则表示的。提出了一种将结构几何分类为三种类型的方法：团块状、管状和片状。引入了基于相干结构的湍流因子$γ$的另一种定义，以分离流动的湍流和非湍流部分。应用这种条件技术和几何特征的直接数值模拟（DNS）的埃克曼流，我们发现：（i）结构相似的几何形状（管状或片状）被发现，无论分层的强度;（ii）全球不稳定性影响所有区域的ABL -粘性子层，缓冲层，内层和外层;（iii）对于高度分层的情况，在粘性亚层中，掠射对形成了分离良好的团簇，这可能解释了具有特定取向的发夹状涡的丰富性;（iv）非湍流区域被流向速度波动所占据，并且存在高和低之间的切换，对于所有分层的情况，在特定高度处的速度条纹。
2021-11-16 physics.flu-dyn
Variable energy flux in turbulence
在大尺度下的三维流体动力学湍流中，恒定的能流$ Π_u $从大尺度流向中尺度，再流向小尺度。众所周知，对于多尺度能量注入和耗散，能通量$Π_u$随尺度而变化。在这篇评论中，我们描述了这一原则，并展示了这个一般框架是如何用于描述各种湍流现象。Kolmogorov的频谱相比，能谱陡峭的湍流涉及准静态磁流体，埃克曼摩擦，稳定分层，磁流体力学，和溶液与稀聚合物。然而，在湍流热对流，在不稳定分层湍流，如瑞利-泰勒湍流，和剪切湍流，能量谱具有相反的行为，由于增加的能量通量与波数。此外，我们简要地描述了可变的能量通量在量子湍流中的作用，在二元流体湍流，包括含时的Landau-Ginzburg和Cahn-Hillianrd方程，并在欧拉湍流。
2020-11-14 astro-ph.SR cond-mat.stat-mech nlin.CD
Dimension Reduced Turbulent Flow Data From Deep Vector Quantizers
分析来自湍流模拟的大规模数据是内存密集型的，需要大量资源。这一重大挑战凸显了对数据压缩技术的需求。在这项研究中，我们应用基于矢量量化的物理深度学习技术，从三维湍流模拟中生成离散的低维数据表示。深度学习框架由卷积层组成，并结合了对流的物理约束，例如保持速度梯度的不可压缩性和全局统计特性。使用统计、基于比较的相似性和基于物理的度量来评估模型的准确性。训练数据集由不可压缩、统计稳定、各向同性湍流的直接数值模拟产生。这种有损数据压缩方案的性能进行评估，不仅与看不见的数据从静止的，各向同性的湍流，但也与衰减的各向同性湍流，泰勒-格林涡流，和湍流通道流的数据。将压缩比（CR）定义为原始数据大小与压缩数据大小之比，结果表明，我们的基于矢量量化的模型可以提供均方误差（MSE）为$O(10^{-3})$的CR $=85$，以及忠实地再现流的统计数据的预测，除了在非常小的尺度上有一些损失。与最近对Glaws的研究相比。et.等人（Physical Review Fluids，5（11）：114602，2020），其基于传统的自动编码器（其中在连续空间中执行压缩），我们的模型将CR提高了超过$30$百分比。
2021-05-24 physics.flu-dyn
Statistical state dynamics based study of turbulent Eady fronts. Part 2. Finite amplitude equilibria
Harvard University（哈佛大学）
本文在统计状态动力学框架下将RSS动力学扰动分析扩展为非线性分析，研究湍流Eady锋面中顺流滚转/条纹结构的形成、平衡与维持机制。
2026-11-04 physics.flu-dyn
Generation of Turbulent States using Physics-Informed Neural Networks
在模拟湍流时，通常情况下，有关强迫项或边界条件的信息要么不可用，要么过于复杂，实施起来成本高昂。相反，一些流动特征，例如平均速度分布或其统计矩，可以通过实验或观察来获得。我们提出了一种基于物理信息的神经网络生成湍流状态受一组给定的条件的方法。物理通知方法确保最终状态近似于有效流。我们展示了不同的统计条件，可用于准备状态，实验和大气问题的动机的例子。最后，我们展示了两种缩放准备状态的分辨率的方法。一种是通过使用多个并行神经网络。另一种方法是使用nudging，这是一种基于同步的数据同化技术，利用了专业数值求解器的力量。
2022-09-09 physics.flu-dyn
Lagrangian Particle Statistics in Turbulent Flows from a Simple Vortex Model
本文在一个简单的涡模型框架内考虑了湍流中拉格朗日粒子的统计特性。在这里，湍流速度场是由不同的流通，应变和方向的伯格斯涡的时间序列。基于对涡的统计特性的适当假设，导出了速度增量的统计特性。特别是，在这个模型中的小尺度不稳定性的起源和性质进行了研究数值和分析。
2007-07-03 physics.flu-dyn
The dynamics of discrete particles in turbulent flows: open issues and current challenges in statistical modeling
本文综述湍流弥散两相流中离散颗粒的统计建模，指出经典动理学理论难以处理具有时空相关性的随机湍流介质，并从随机过程视角梳理现有模型、局限与未来方向。
2023-11-03 physics.flu-dyn
A critical examination of the conformal invariance in the statistical equations of 2D turbulent scalar fields
Waclawczyk等人[Phys. Rev. Fluids 6，084610（2021）]最近关于2D湍流共形不变性的研究具有误导性，因为它提出了三个不正确的主张，这些主张构成了他们工作的核心。首先，Waclawczyk等人提出的共形不变性与逆能量级联中标量场的零等值线呈现Schramm-Loewner演化（SLE）的结果无关。第二，共形不变性不是对标量场的所有值的李群，因为它固有地违反李群作用的光滑性公理，其效果是物理PDF被映射到非物理PDF。第三，虽然Waclawczyk等人认识到它们的共形不变性并不构成对称性，而只是一个较弱的等价变换，但它仍然没有被正确分类。声称它们的等价性可以在解之间映射是不正确的。这一事实将用一个说明性的例子来证明。
2021-12-03 physics.flu-dyn
Statistical models for spatial patterns of heavy particles in turbulence
悬浮在湍流中的重粒子的动力学对于天体物理学、大气物理学、海洋学和技术中的一系列问题具有根本的重要性。实验室实验和数值模拟表明，重粒子以复杂的方式对携带流体的湍流波动作出反应：即使流体是不可压缩的，非相互作用的粒子也可能聚集在一起并形成空间模式，并且附近粒子的相对速度可以强烈波动。这两种现象都敏感地依赖于系统的参数。这种参数依赖性很难从第一原理建模，因为湍流起着至关重要的作用。实验室实验也非常困难，因为它们必须涉及湍流环境。但近年来，人们已经清楚地认识到，湍流中重粒子动力学的重要方面可以用统计模型来理解，在统计模型中，湍流涨落近似于具有适当关联函数的高斯随机函数。在这篇评论中，我们总结了如何这样的湍流模型计算导致了详细的了解的因素，确定重粒子动力学的湍流。我们专注于空间聚集的重粒子在湍流。这是一个重要的问题，因为空间聚集影响粒子之间的碰撞率，从而影响系统的长期命运。
2016-09-20 physics.flu-dyn
Strategies for Reduced-Order Models for Predicting the Statistical Responses and Uncertainty Quantification in Complex Turbulent Dynamical Systems
湍流动力学系统是科学与工程领域中普遍存在的一类复杂系统，它具有高维相空间和大量的不稳定性。在含有大量正李雅普诺夫指数的湍流系统中，奇异吸引子的存在导致了小不确定性的快速增长，自然需要对湍流系统的演化进行概率刻画。湍流动力系统的不确定性量化是一个巨大的挑战，其目标是获得统计估计，如外部强迫参数或不确定的初始数据的变化的非线性响应中的关键物理量的均值和方差的变化。当代研究的一个中心问题是发展一种系统的方法，这种方法可以恢复自然系统在统计平衡中的关键特征（模型保真度），并改善不完善的模型预测技能，以应对各种外部扰动（模型敏感性）。这里讨论了一个一般的数学框架，以构建统计上准确的降阶模型，该模型具有捕获一般类别的阻尼和强迫复杂湍流动力系统的最大能量的主方向上的统计变化的技能。该方法是在具有二次非线性的湍流动力系统的通用类下开发的，该湍流动力系统在应用数学和工程中的许多应用中具有代表性。降阶模型的一般框架的有效性证明了指导随机三元组模型。本文还综述了近年来在大气和海洋中两层斜压湍流与湍流急流和涡的组合中的应用。
2018-02-20 nlin.CD physics.flu-dyn
Spectral proper orthogonal decomposition of harmonically forced turbulent flows
本文提出循环平稳谱本征正交分解（CS-SPOD），将SPOD推广到具有周期性统计特性的湍流，并给出理论联系、极限简化与高效算法，通过模型和湍流射流验证其有效性。
2023-05-09 physics.flu-dyn
On the relevance of subcritical hydrodynamic turbulence to accretion disk transport
已知流体动力学非分层开普勒流在所有雷诺数下都是线性稳定的，但仍然可能通过非线性机制变成湍流。然而，在过去的十年里，在这个问题上出现了相互矛盾的观点。我们已经重新审视了这个问题，通过数值模拟在剪切片极限。事实证明，科里奥利力在稳定气流方面的作用取决于气流是气旋性的（剪切和旋转涡的协同作用）还是反气旋性的（剪切和旋转涡的竞争）;开普勒流是反气旋性的。我们已经得到了以下结果：i/科里奥利力不淬火湍流在亚临界流; ii/分辨率的需求，当远离边缘稳定边界，是更严重的反气旋流比气旋的。目前可用的计算机资源不允许数字代码到达克普勒体系。iii/湍流传输效率与过渡到湍流的雷诺数$Rg$直接相关，以这种方式，Shakura-Sunyaev参数$α\sim 1/Rg$。即使是对我们的数值数据最乐观的外推也表明，在开普勒流中，亚临界湍流输运对于天体物理学目的来说效率太低了几个量级。v/我们的结果表明，在Taylor-Couette设置中获得的类开普勒流的数据在很大程度上受到二次流（如Ekman环流）的影响。
2005-09-19 astro-ph physics.flu-dyn
Turbulent flame speed based on the mass flow rate: theory and DNS
通过构成一个统计平面，湍流预混火焰的等温线系综的质量流率的积分公式开始，相应的湍流火焰速度的缩放导出，而不调用Damk{<$}hler的假设。主要的近似和中期结果进行验证，使用一个大的Karlovitz数，单位路易斯数，直接数值模拟（DNS）数据集的正庚烷/空气混合物，计算与减少化学。本文提出了一种新的长度尺度来量化预混火焰结构内等温线的波动距离。
2022-07-12 physics.flu-dyn
Similarity scaling of the axisymmetric turbulent jet
在目前的工作中，我们发现，一个自由的轴对称射流在空气中显示的自相似性，在充分发展的部分射流。我们报告的精确测量的第一，第二和第三阶，空间平均的统计功能的轴向速度分量进行激光多普勒风速计，包括在外部（高强度）区域的射流。的测量结果进行比较，从一个简单的射流模型，在一个单独的出版物中描述的预测，我们讨论了进一步研究的自由射流的自相似性的影响。似乎本研究中包含的所有统计函数都可以用单个几何缩放因子缩放-从共同虚拟原点的下游距离。
2022-06-08 physics.flu-dyn
Experimental observation of 1/f noise in quasi-bidimensionnal turbulent flows
本文报道了电磁强迫流准二维湍流中$1/f^α$噪声的实验观测。大尺度速度$U_L$在小于流动的特征翻转频率和阻尼率的频率范围内表现出这种幂律谱，其中$α\simeq 0.7$。通过研究$U_L$各极性中逗留时间的统计特性，证明了$1/f^α$噪声是由大尺度环流极性给出的两态模型所定义的更新过程产生的。这个更新过程的统计特性控制的指数$α$的值。
2016-05-31 physics.flu-dyn
Dynamical Origins for Non-Gaussian Vorticity Distributions in Turbulent Flows
本研究通过条件平均框架数值评估涡量方程，揭示了涡旋拉伸与涡量扩散如何共同导致湍流中非高斯涡量分布。
2008-12-11 physics.flu-dyn
Lagrangian Probability Distributions of Turbulent Flows
我们概述了湍流的统计理论的基础上的拉格朗日制定的流体运动。我们推导出一个层次的拉格朗日N点概率分布的演化方程，以及一个适当定义的概率泛函，这是模拟的霍普夫的功能方程的功能方程。进一步推导了N个流体粒子联合速度-位置概率密度的广义Fokker-Plank方程。
2002-07-03 physics.flu-dyn
Entropic multi-relaxation lattice Boltzmann scheme for turbulent flows
我们提出了最近引入的模型（Karlin，Bösch，Chikatamarla，Phys. Rev. E 2014）的三维实现，并回顾了熵稳定剂的作用。所提出的模型实现了出色的数值稳定性的湍流高雷诺数流动的存在。我们报告准确的结果，低阶矩均匀各向同性衰减湍流和二阶网格收敛最评估的统计量。该方案的显式和有效的性质，使它成为一个非常有前途的候选人，工程和科学目的在附近的高度湍流。
2015-07-09 physics.flu-dyn
Predicting structural and statistical features of wall turbulence
大多数实际流动，特别是对运输、分配和气候具有重要意义的应用中的流动，是湍流，因此与较平滑的层流条件相比，会经历复杂的三维运动，阻力增加。在这项研究中，我们描述了一个简单的模型，预测壁湍流的重要结构和缩放功能的发展。我们表明，一个简单的线性叠加模式来自强迫响应分析的纳维-斯托克斯方程可以用来调和某些关键的统计和结构的壁湍流的描述。计算成本低的方法解释和预测的旋涡结构和速度统计的湍流，以前只在实验中或直接数值模拟。特别是，我们提出了一个经济的解释非常大规模的运动中观察到的湍流管流的蜿蜒外观，同样表明，发夹涡预测模型。这种新的能力有明确的影响建模，模拟和控制的一个无处不在的壁流类。
2010-12-02 physics.flu-dyn
Statistical and geometrical properties of thermal plumes in turbulent Rayleigh-Bénard convection
本文利用热色液晶（TLC）技术对湍流瑞利-贝纳德对流中热羽流的几何和统计特性进行了系统的实验研究。实验在三个充满水的圆柱形对流单元中进行，纵横比为2，1和0.5，瑞利数范围为$5\times10^7 \leq Ra \leq 10^{11}$。获取顶板下方不同深度处的水平面切口的TLC热图像。然后从温度场的二维切片重建热羽流的三维图像。结果表明，通常所说的片状羽流实际上是一维结构，可以称之为棒状羽流。我们发现片状/棒状和蘑菇状羽流的数密度与$Ra$都有幂律关系，其标度指数为$\sim 0.3$，与努塞尔数$Nu$和$Ra$之间的关系接近.这一结果表明，羽流数是决定$Nu$ - $Ra$标度关系标度指数的主要因素。片状/棒状羽流纵横比的演变表明，随着$Ra$的增加，羽流的几何形状从更细长的变化到更不细长的。我们对羽流面积分数（覆盖板块表面的分数）的研究进一步揭示了$Ra$增加的羽流数量主要来自羽流排放的增加，而不是羽流的破碎。此外，还研究了片状/棒状羽流二维水平切面的面积、周长和形状复杂性，发现它们都服从对数正态分布。
2010-02-11 physics.flu-dyn
Flexible fiber reveals the two-point statistical properties of turbulence
研究了柔性纤维在三维充分发展的湍流场中自由运动的动力学行为，提出了描述纤维弹性与湍流相互作用的唯象理论。这一理论导致识别两个不同的制度扑翼，我们验证对直接数值模拟（DNS）完全解决纤维动力学。我们的分析的主要结果是确定的扑动制度的纤维，尽管它的弹性，是奴隶的湍流波动。在这种情况下，光纤可以用来测量湍流的两点统计观测量，包括速度结构函数的标度指数，能量级联和湍流的能量通量的符号，以及在惯性尺度范围内的涡的特征时间。我们的研究结果有望对实验湍流研究产生深远的影响，作为一种新的方法，准确和高效，测量两点，更普遍的多点，湍流统计。
2018-07-18 physics.flu-dyn
An Introduction to Large Deviations and Equilibrium Statistical Mechanics for Turbulent Flows
二维湍流，在某种程度上，地球物理流，是具有大量自由度的系统，虽然波动，但表现出一定程度的组织性：相干结构在大尺度上自发出现。在这个简短的过程中，我们将展示如何平衡统计力学的原则适用于这个问题，并预测在大尺度上的能量凝聚，并允许计算由此产生的相干结构。我们专注于使用大偏差理论的语言的理论的结构。
2017-03-20 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Lagrangian analysis of turbulent blood flow in the human left heart
本研究基于患者特异性解剖模型的高保真模拟与FSEI框架，开展人体左心湍流的拉格朗日分析，发现左心内存在强拉格朗日间歇性，为溶血建模及医疗器械评估提供统计基础。
2025-06-12 physics.flu-dyn
Multipoint Statistical Turbulent Dynamics from Hopf Equation Closures
University of California Irvine（加州大学尔湾分校）
本文提出基于霍普夫方程闭合方法，用于分析多点湍流统计信息，通过解析解和数值近似深入理解湍流特性。
2026-03-12 physics.flu-dyn
Solvable phase diagrams and ensemble inequivalence for two-dimensional and geophysical turbulent flows
使用显式的分析计算，两个或两个以上的统计系综之间的不等价性的一般发生得到了一个大类的平衡态的二维和地球物理湍流。统计系综不等价性的发生被证明与先前观察到的平衡流拓扑结构中的相变有关。我们发现在这些湍流平衡，两种机制的外观合奏等效，没有观察到在任何物理系统之前。这些机制分别与二阶熵（同时出现两个二阶相变）和双临界点（从一阶到两个二阶相变线的分叉）有关。域的几何形状，地形，和筛选长度尺度（变形的Rossby半径）的重要作用进行了讨论。结果发现，减少筛选长度尺度（使相互作用更本地）令人惊讶地扩大了与合奏不等价的参数范围。这些结果，然后推广到更大的一类模型，并适用于一个完整的描述的学术模型惯性海洋环流，Fofonoff流。
2011-02-23 physics.flu-dyn
