Alignment of elongated swimmers in a laminar and turbulent Kolmogorov flow
许多水生微生物能够游泳。在自然环境中，它们通常在存在流动的情况下这样做。近年来，已经表明，游泳和流动的相互作用可以引起有趣的和生物学相关的现象，如微生物在特定流动区域的积累和与流动特性的局部对齐。在这里，我们考虑一个机械模型细长microswimmer在Kolmogorov流，一个原型剪切流，在稳定和湍流条件下。通过直接数值模拟，在一个简化的随机设置的分析计算的支持下，我们发现，与当地的速度游泳方向的对齐是一个普遍的现象。我们还探讨了如何积累的微生物，通常在稳定的流动中观察到的，是由不稳定的波动的存在下修改。
2022-07-19 physics.flu-dyn
Kolmogorov Turbulence Coexists with Pseudo-Turbulence in Buoyancy-Driven Bubbly Flows
该研究通过高分辨率数值模拟探究浮力驱动泡状流的谱特性，发现高伽利略数下不同尺度区间分别呈现柯尔莫哥洛夫湍流标度与伪湍流特征，明确了两类湍流的共存机制。
2023-08-23 physics.flu-dyn
Lagrangian Refined Kolmogorov Similarity Hypothesis for Gradient Time-evolution in Turbulent Flows
我们研究了各向同性湍流中的速度和压力梯度的时间演化，通过量化它们的去相关时间尺度，如下流动中的流体颗粒。拉格朗日分析使用公共数据库中的数据，这些数据是在雷诺数为430时通过直接数值模拟Naiver-Stokes方程生成的。据证实，当平均在整个域，关联函数衰减的平均Kolmogorov周转时间尺度的顺序上的时间尺度上，从全球平均耗散率和粘度计算。然而，当在流的不同子区域中执行分析时，湍流不稳定性导致衰减时间尺度的大的空间变异性。值得注意的是，出色的崩溃的自动关联函数恢复时，使用“本地Kolmogorov时间尺度”定义使用本地平均，而不是全球，耗散率。这为Kolmogorov的精炼相似性假设的有效性提供了新的证据，但从拉格朗日的观点来看，它提供了一个自然的框架来描述湍流的动态时间演化。
2009-12-18 physics.flu-dyn
Instability of a dusty Kolmogorov flow
通过欧拉模型多尺度展开研究重颗粒对Kolmogorov流线性稳定性的影响，发现小斯托克斯数下颗粒失稳，大斯托克斯数下效应非单调，数值验证揭示尺度分离失效导致稳定性高估。
2021-10-29 physics.flu-dyn
Drag enhancement in a dusty Kolmogorov flow
悬浮在流体中的颗粒施加反馈力，可以显著影响流动，改变湍流阻力和速度波动。我们研究的欧拉双向耦合模型的框架中，颗粒比载体流体重的颗粒引起的流动调制，其中颗粒由可压缩的速度场传输的连续密度表示，与流体相交换动量。我们实现的湍流Kolmogorov流，一个简化的设置，允许研究的动量平衡和湍流阻力在没有边界的直接数值模拟模型。我们发现，平均流的振幅和湍流强度的减少，通过增加颗粒质量负荷与随之而来的摩擦系数的增强。令人惊讶的是，湍流抑制对于较小惯性的颗粒更强。我们理解这样一个结果，通过映射方程的尘埃流，在极限的惯性消失，牛顿流与有效的迫使减少流体密度的增加，由于颗粒的存在。我们还讨论了由湍流电泳产生的负反馈，它减轻了颗粒，特别是具有较大惯性的颗粒对湍流的影响。
2020-06-16 physics.flu-dyn
Intermittent direction reversals of moving spatially-localized turbulence observed in two-dimensional Kolmogorov flow
我们已经发现，在二维Kolmogorov流中，一个单一的空间局部湍流（湍流）稳定地存在，并以平均恒定的速度移动，随机地和间歇地切换移动方向的控制参数：雷诺数和流量的中等值。我们定义了粗粒度的位置和速度的一个湍流和分离的湍流从其内部的湍流动力学的运动，通过引入一个共同移动的框架。由粗粒度速度表示的开关过程似乎是一个随机电报信号。针对内部湍流的不对称性，我们引入了两个表征内部动力学的粗粒度变量。这些量合理地遵循切换过程。这表明，运动粒子的吸引子中嵌入了两个吸引不变集，每个吸引不变集对应一个单向运动粒子，这两个吸引不变集之间的联系非常复杂，不能用几个自由度来表示，但粒子的运动是由内部湍流动力学控制的。
2017-06-14 physics.flu-dyn
Instabilities and mixing in two-dimensional Kolmogorov flow
本文介绍了一个二维Kolmogorov流的数值模型中的传输的理论研究结果。我们研究了从层流状态到湍流状态的转变过程中混合特性的变化。它被发现，在流量的显着变化并不总是导致其传输特性的可比变化。另一方面，流动中的一些非常微妙的变化可以显著地改变混合的程度。我们表明，多个共振的相互作用可以为许多这些看似矛盾的结果提供一个解释。
2012-12-12 nlin.CD physics.flu-dyn
Bifurcations in a Quasi-Two-Dimensional Kolmogorov-Like Flow
我们提出了一个相结合的实验和理论研究的主要和次要的不稳定性在Kolmogorov流。该实验使用具有近似正弦空间轮廓的电磁强迫来驱动悬浮在介电流体的薄润滑层上的电解质薄层中的准二维（Q2D）剪切流。理论分析基于2D模型（Suri ${\it et al.}$ 2014），该模型通过对全三维纳维-斯托克斯方程进行深度平均而从第一性原理推导。随着强迫强度的增加，实验中的Q2D流动经历了一系列的分叉，这与直接数值模拟的2D模型的结果进行了比较。的约束和强迫配置文件的影响进行了研究，假设空间周期性和严格的正弦强迫，以及模拟与现实的无滑移边界条件和实验验证的强迫配置文件。我们发现，只有模拟受到物理无滑移边界条件和一个现实的强迫配置文件提供了密切的，定量的协议与实验。我们的分析提供了额外的验证的二维模型，以及正确建模的强迫和边界条件的重要性的示范。
2017-04-11 physics.flu-dyn
Regimes of turbulence without an energy cascade
对湍流$^4$ He和$^3$ He-B的实验和数值模拟表明，在流体动力学长度尺度大于量子涡旋之间的平均距离时，能谱服从与普通流体均匀各向同性湍流相同的5/3 Kolmogorov定律。5/3定律的重要性在于，它指出了从大涡旋到小涡旋的理查森能量级联的存在。然而，也有证据表明量子湍流制度没有柯尔莫哥洛夫标度。这就提出了一些重要的问题，为什么在这样的制度，柯尔莫哥洛夫频谱未能形成，什么是湍流的物理性质没有能量级联，以及流体动力学模型是否可以解释湍流超流氦的不寻常行为。在这项工作中，我们描述了简单的物理机制，防止形成的Kolmogorov标度的热逆流，并分析了必要的条件出现准经典制度的量子湍流在低温下注入涡环。我们的模型证明了量子湍流的流体动力学描述，并揭示了一个意想不到的制度的涡旋动力学。
2016-09-30 physics.flu-dyn
Renormalized flow theory of wave turbulence: Kolmogorov-Zakharov spectra as emergent asymptotic states
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Instituto de Investigación Sanitaria Hospital 12 de Octubre (Imas12)（马德里12月医院卫生研究所）；Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Cuajimalpa（墨西哥自治都市大学夸希马尔帕分校）
本文提出了一种连续的重整化流理论，用于描述弱波湍流在频谱频率空间中的行为，通过有限级联结构构建惯性区间，并揭示Kolmogorov-Zakharov谱作为渐近常流标度态的出现机制。
2026-04-24 physics.flu-dyn
Turbulent channel without boundaries: The periodic Kolmogorov flow
柯尔莫哥洛夫流提供了虚拟通道流的一个理想实例：它没有边界，但在每个半波长中具有定义良好的平均流。我们利用这一显着的功能，调查的目的之间的相互作用的平均流量和湍流阻力的整体流量。通过一组直接数值模拟在增加雷诺数，我们显示的依赖性的整体湍流阻力的平均流的振幅。此外，我们提出了一个详细的分析尺度的能量平衡，它描述了动能是如何重新分配的不同区域的流动，而被运送到小耗散尺度。我们的研究结果使我们能够获得一个准确的预测在大尺度上的空间能量输运。
2014-01-23 nlin.CD physics.flu-dyn
Deformation and orientation statistics of neutrally buoyant sub-Kolmogorov ellipsoidal droplets in turbulent Taylor-Couette flow
在许多工业和科学应用中，底层流动拓扑结构对分散在湍流中的亚柯尔莫哥洛夫液滴的形状和尺寸的影响是相当感兴趣的。在这项工作中，我们研究了亚Kolmogorov液滴分散到湍流泰勒-库埃特流的变形和取向统计。连同载体相的直接数值模拟（DNS）和分散液滴的拉格朗日跟踪，我们求解由Maffettone和Minale（\emph{J. Fluid Mech.} 78，227-241（1998））提出的现象学方程以跟踪近似$10^5$椭圆形液滴的形状演变和取向。通过改变液滴的毛细管数$Ca$和粘度比$\hat μ$，我们发现液滴的变形随着毛细管数$Ca$的增加而增加，并且这种效应在边界层区域更加明显。这表明，随着毛细管数的影响，也有一个很强的相关性之间的空间位置和程度的变形的液滴。无论毛细管数$Ca$，椭球的长轴往往与流向方向和拉伸应变率本征方向在边界层区域，而分布是高度各向同性的散装。当液滴和载液之间的粘度比增加时，我们发现不存在优先拉伸轴，这是由于旋转对拉伸和松弛的影响增加。因此，与低粘度比系统中的高度变形的扁长（雪茄状）液滴相比，高粘度比系统中的液滴较少变形和扁（盘状）。
2016-06-13 physics.flu-dyn
Kolmogorov-Arnold Networks for Turbulence Anisotropy Mapping
本研究将TBKAN架构扩展到方管和周期性山丘等复杂湍流，用KAN替代MLP降低复杂度并增强可解释性，通过可实现性损失约束，首次实现TBKAN预测稳定注入RANS方程以提供后验平均速度场预测。
2025-05-25 physics.flu-dyn
Elastic waves and transition to elastic turbulence in a two-dimensional viscoelastic Kolmogorov flow
我们调查的二维周期性Kolmogorov流动的粘弹性流体的动力学，描述的Oldrophil-B模型，通过直接数值模拟。在临界Weissenberg数以上，流动显示出从静止状态到随机波动状态的过渡，通过周期性的。随着混合特征的建立，在弹性值逐渐增大的情况下，流动在时间和空间上的复杂性不断增加。在模拟中观察到的奇特的动力学行为被发现是有关的外观的惯性传播模式，即使在非常小的惯性非线性的限制，由于弹性力对流动的反馈发展。
2010-09-06 nlin.CD physics.flu-dyn
The spectral dynamics and spatial structures of the conditional Lyapunov vector in slave Kolmogorov flow
本文通过直接数值模拟研究了周期盒内Kolmogorov流的同步问题，重点分析了条件主导Lyapunov向量的渐近演化机制，通过谱分析揭示了扰动产生与耗散谱的行为，并发现条件主导Lyapunov指数可低于先前黏性估计下界，同时定量分析了自相似演化并揭示了应变率与涡度扰动的几何特征。
2025-01-26 physics.flu-dyn
Dynamics of reversals and condensates in 2D Kolmogorov flows
我们提出了直接数值模拟的不同的二维流态产生的恒定的空间周期性强迫平衡的粘性耗散和大规模的阻力与无量纲阻尼率$1/Rh$。对强迫的线性响应是反向旋转涡的$6\times6$正方形阵列，当雷诺数$Re$或$Rh$较小时，该阵列是稳定的。在识别序列的分叉，导致一个空间和时间的混沌政权的流动时，$Re$和$Rh$增加，我们研究了不同的湍流政权之间的过渡观察到大$Re$通过改变$Rh$。在大尺度阻力消失的极限（$Rh$大），箱尺度（凝聚态）的大尺度环流是主要模式。当$Rh$减小时，凝结体变得不稳定，并产生两个符号相反的大尺度环流之间的随机反转。当$Rh$进一步减小时，大尺度速度的概率密度函数为双峰分布，连续分叉为高斯分布。
2014-12-16 physics.flu-dyn
A catalog of exact steady states in Kolmogorov flow
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本文在Kolmogorov流的典型参数区域（Re=40，方形域，k=4）中，提供了8952个精确稳态的目录，这些解为湍流和瞬态动力学提供了固定星座信息。
2026-09-24 nlin.CD physics.flu-dyn
Heteroclinic and Homoclinic Connections in a Kolmogorov-Like Flow
最近的研究表明，纳维-斯托克斯方程的不稳定递归解为湍流动力学提供了新的见解。在这项研究中，我们计算一个广泛的网络的动力学连接，这样的解决方案在弱湍流准二维Kolmogorov流，位于反演对称子空间。特别是，我们发现许多孤立的异宿连接不同类型的解决方案-平衡，周期和准周期轨道-以及连续的连接形成高维连接流形。我们还计算了一个同宿连接的周期性轨道，并提供了强有力的证据表明，相关的同宿纠缠形成的混沌排斥，支撑瞬态湍流的对称子空间。
2020-08-04 nlin.CD physics.flu-dyn
Recurrent flow analysis in spatiotemporally chaotic 2-dimensional Kolmogorov flow
最近成功的动力系统方法过渡流的动机，我们研究的效率和有效性提取简单的不变集（经常性的流）直接从混沌/湍流和这些集的潜力提供预测的某些统计数据的流量。本文研究了二维Kolmogorov流（含正弦体积力的二维纳维-斯托克斯方程）在正方形[0，2π]2圆环和矩形圆环上的流动.在前一种情况下，发现比以前多一个数量级的经常性流动（Chandler & Kerswell 2013），并通过周期轨道理论给出了混沌耗散和能量pdfs的改进预测。在低强迫振幅下的扩展环面上，一些提取的状态模拟了空间局部混沌的统计数据，令人惊讶地回忆起Kawahara和Kida（2001）在低雷诺数平面Couette流中的惊人发现。然而，在更高的强迫振幅下，成功是有限的，突出了混沌的维数增加和对更大数据集的需求。讨论了改进萃取过程的化学发展。
2015-04-01 nlin.CD physics.flu-dyn
Sub-Kolmogorov droplet dynamics in isotropic turbulence using a multiscale lattice Boltzmann scheme
采用格子Boltzmann扩散界面模型研究了各向同性湍流中单个液滴的变形和动力学，该模型考虑了外部湍流的产生，并考虑了边界条件。我们专注于一个小的，子Kolmogorov液滴，其规模是远远小于Kolmogorov长度尺度的湍流。外部流场是通过描述被动示踪剂在各向同性湍流中的轨迹的伪谱模拟数据获得的。通过这种方式，我们将液滴的微观尺度和湍流的宏观尺度结合起来。从这个完全解决的模型得到的结果进行比较，以前的研究亚Kolmogorov液滴的动力学在各向同性湍流，其中的分析模型，假设液滴的形状是一个椭圆体在任何时候，是用来描述液滴变形。我们的研究结果证实，混合伪谱格子玻尔兹曼算法是能够研究液滴变形和破碎的制度远远超出了椭球近似。
2021-12-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Experimental and numerical investigation on preferential alignment of Kolmogorov-size fibers in turbulent channel flow
TU Wien（维也纳工业大学）
研究湍流通道流中柯尔莫哥洛夫尺度纤维优先排列，通过实验测量与数值模拟相结合，利用时间分辨体积测量重建纤维轨迹及估计速度梯度张量，发现纤维优先与涡度方向排列，与模拟总体吻合良好，高雷诺数下有偏差。
2026-07-21 physics.flu-dyn
A quadratic Reynolds stress development for the turbulent Kolmogorov flow
本文采用直接数值模拟的方法研究了周期区域内受低单波数正弦力作用的三维湍流Kolmogorov流动，即纳维-斯托克斯方程。这个经典的模型系统是各向异性和非均匀流体动力学湍流的实现。检查了Boussinesq的涡流粘度线性关系，发现在系统体积的一半以上大致有效。一个更一般的非线性二次雷诺应力的发展，提出和它的参数估计在不同的泰勒尺度为基础的雷诺数在流动中的值200。强迫与不同的形状，这里选择高斯的情况下，被认为是与正弦强迫的差异被强调。
2021-09-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Zonostrophic instabilities in magnetohydrodynamic Kolmogorov flow
本文研究无限（x，y）平面上Kolmogorov流u =（0，sin x）的稳定性.引入强度为B 0的平均磁场，研究了y方向波数为k，x方向Bloch波数为l的模式的MHD线性稳定性问题。控制该问题的参数是雷诺数1/nu、磁普朗特数P和无量纲磁场强度B 0。平均磁场可以取为在（x，y）平面中具有任意方向，并且可以并入平均x方向流U 0。首先，本文考虑Kolmogorov流与y方向的平均磁场，称为垂直。取l=0，随着场强B 0的增加，观察到纯流体动力学不稳定性的抑制。当磁普朗特数P小于1时，出现一个强场不稳定性分支，如A.E.弗雷泽，I.G. Cresser和P. Garaud（J. Fluid Mech.949，A43，2022）。使用本征值微扰理论在极限k->0的分析结果支持弱场和强场不稳定性的数值计算，并且起源于x波数n=0的大尺度模式与小尺度模式的耦合。本文考虑水平或x向平均磁场的情况。未扰动状态由稳定的波动磁场线组成。随着磁场的增加，纯流体动力学不稳定性再次被抑制，但对于更强的磁场，出现了一个新的不稳定性分支。允许非零布洛赫波数l允许进一步的不稳定性，并且在某些情况下，当系统流体动力学稳定时，任意弱的磁场可以给出增长模式。数值结果与特征值摄动理论一起提出的限制k，l->0。该理论给出了与计算结果吻合良好的增长率和阈值的解析近似。
2023-03-09 physics.flu-dyn
Rayleigh-Taylor turbulence is nothing like Kolmogorov turbulence in the self similar regime
近几年来，描述瑞利-泰勒（RT）混合层湍流谱的数值模拟和实验越来越多。在最近的研究中报道的结果允许排除湍流{ \it la Kolmogorov}作为作用于自相似RT湍流混合层的机制。一个不同的机制，这符合数值和实验结果，并涉及RT流到其他浮力流。
2008-01-31 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Sheared stratified turbulence driven by Kolmogorov flow
Institute of Atmospheric Sciences and Climate, National Research Council（大气科学与气候研究所，国家研究委员会）
研究由Kolmogorov流驱动的分层湍流，发现高分层导致稳定界面促进层流化，同时混合层中湍流持续并遵循幂律关系。
2025-12-15 physics.flu-dyn
Bifurcations of a plane parallel flow with Kolmogorov forcing
我们研究的主要分叉的二维Kolmogorov流在通道中的边界条件选择模仿平行流，即周期性和自由滑移边界条件在流向和展向方向，分别。控制参数是基于摩擦系数的雷诺数，表示为$Rh$。我们发现，当我们增加$Rh$的层流定常通过一个退化的霍普夫分岔的振荡频率和振幅的增长模式是零的阈值。一个简化的四模式模型捕获的缩放，从数值模拟中获得。当我们进一步增加$Rh$时，我们观察到一个次级不稳定性，它激发了域中最大的模式。最大模式的饱和振幅被发现作为一个$3/2$幂律的距离的阈值，这也是解释使用低维模型的规模。
2020-04-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Revisiting 2D Viscoelastic Kolmogorov Flow: A Centre-mode-driven transition
本研究再探二维粘弹性Kolmogorov流，证实低Re下的弹性不稳定性与高Re壁面流的中心模不稳定性同类，揭示其波长特征与箭头结构演化规律，阐明二维弹性湍流$k^{-4}$谱标度的结构起源。
2024-10-09 physics.flu-dyn
Extending Kolmogorov Theory to Polymeric Turbulence
本文提出一种形式体系，通过扩展速度增量与结构函数将聚合物湍流与经典Kolmogorov理论相调和，解析与数值证明其在弹性-惯性范围内的幂律行为及尺度不变性。
2024-10-12 physics.flu-dyn
Lagrangian one-particle velocity statistics in a turbulent flow
我们提出了拉格朗日单粒子统计从里索PTV实验的湍流。我们估计的拉格朗日Kolmogorov常数$C_0$，并发现它是由流动的大尺度不均匀性的影响。时间速度增量的PDF是高度非高斯的小时间，我们解释为一个后果的不稳定性。使用扩展的自相似性，我们设法量化的不确定性，并发现从Kolmogorov 1941年相似标度的偏差是较大的拉格朗日框架比欧拉。通过多重分形模型计算了多重分形维数谱。
2006-10-19 physics.flu-dyn
Evidence of the Zakharov-Kolmogorov spectrum in numerical simulations of inertial wave turbulence
旋转湍流通常被认为是由地转涡主导的，地转涡沿着旋转轴是不变的，并经历逆级联。然而，它最近被证明可以维持完全三维的状态，并具有降尺度的能量级联。在这封信中，我们调查的三维旋转湍流的统计特性的直接数值模拟的手段，在一个三重周期的盒子，地转涡是专门阻尼。由此产生的湍流是一种惯性波湍流，其验证了Galtier（Phys. Rev. E，68，2003）解析导出的Zakharov-Kolmogorov谱，从而提供了三维各向异性波的波湍流理论的相关性的数值证明。最后，我们表明，相同的强迫导致无论是地转或波湍流取决于初始条件。因此，我们的研究结果带来了进一步的证据，双稳定性旋转湍流。
2020-11-10 physics.flu-dyn
An Efficient Numerical Method for the Generalised Kolmogorov Equation
本文提出了一种计算不确定平面槽道流广义Kolmogorov方程（GKE）中各项的有效算法。该算法具有三种不同的并行计算策略，其设计使得CPU和内存需求保持在最低限度，从而可以提供高Re壁有界流。计算效率主要是通过利用Parseval定理的两个均匀的方向在平面通道几何形状。根据问题的大小，3-4个数量级的加速比，在文献中使用的一个关键的实现。通过计算GKE的残差证明了程序的有效性，并给出了Re_τ=200和Re_τ=1000时槽道流的算例结果，这是首次在整个四维区域内观察到这两种流。它示出的尺度能量通量的空间和尺度属性的雷诺数的值的增加而改变。在所有的尺度能量通量，壁法向通量被发现表现出最丰富的行为增加流向尺度。
2019-10-14 physics.flu-dyn
Unstable Equilibria and Invariant Manifolds in Quasi-Two-Dimensional Kolmogorov-like Flow
最近的研究表明，纳维-斯托克斯方程的不稳定的，非混沌的解决方案，可能会提供深入了解流体湍流。在这篇文章中，我们提出了一个相结合的实验和数值研究，探索不稳定的平衡解决方案及其不变的流形在弱湍流，电磁驱动，浅流体层的动力学作用。识别湍流演变减慢的时刻，我们计算31个不稳定平衡的一个现实的二维模型的流量。我们建立了这些不稳定平衡的动力学相关性表明，他们是密切访问的湍流。我们还建立了动力学相关的不稳定流形，通过验证，他们的阴影湍流轨迹离开的不稳定平衡在状态空间中的大距离的邻域。
2018-07-31 nlin.CD physics.flu-dyn
Gyrotactic trapping in laminar and turbulent Kolmogorov flow
浮游植物斑块性，即微藻在多个空间尺度上的不均匀分布，对海洋生态产生了巨大影响。这种异质性的一个壮观的例子发生在薄浮游植物层（TPLs），大量的光合微生物被发现在一个小的深度间隔。某些种类的游动浮游植物可以通过回转定向捕获形成TPL，这是由于它们特定的游泳方式（定向运动偏向重力）和沿重力方向的剪切流的运输的相互作用。在这里，我们认为回旋游泳数值模拟的Kolmogorov剪切流，无论是在层流和湍流制度。在层流的情况下，我们表明，游泳运动是可积的，TPLs的形成可以充分利用动力系统工具的特点。然后，我们研究了旋转布朗运动或湍流波动（出现时，雷诺数足够大）对TPL的影响。在这两种情况下，我们表明，TPLs成为短暂的，我们表征其持久性。
2014-10-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Small scale reconstruction in three-dimensional Kolmogorov flows using four-dimensional variational data assimilation
本文应用四维变分法重建了中等雷诺数下的三维湍流速度场，给出了一组粗网格点上测量数据的时间序列。结果表明，当测量数据的分辨率（以波数表示）在阈值$k_c = 0.2η_K^{-1}$的量级时，重建是成功的，其中$η_K$是流动的Kolmogorov长度尺度。当数据在一个大涡翻转时间尺度的周期内可用时，滤波后的涡度拟能和其他小尺度量用$30\%$或更小的归一化逐点误差和$90\%$逐点相关来重建。对于所有波数，重建场和目标场之间的谱相关性高于$80\%$。引入最小体积封闭椭球（MVEE）和MVEE树来定量比较非局部结构的几何形状。结果表明，对于大多数样本，重建结构的位置和尺寸误差在$15\%$范围内，方向误差在$15^\circ$范围内。这项调查表明，令人满意的重建尺度两个或更多的倍频程小是可能的，如果在大尺度上的数据至少有一个大涡翻转时间。相比之下，直接替代方案导致拟能的逐点差异大三倍。重建速度场与目标速度场的谱差比用四维变分法得到的谱差高十倍以上。
2019-11-06 physics.flu-dyn
Transitional flow in intracranial aneurysms - a space and time refinement study below the Kolmogorov scales using Lattice Boltzmann Method
颅内动脉瘤血流动力学的大多数计算流体动力学（CFD）研究基于载瘤动脉雷诺数相对较低（低于500）的层流假设。最近有一些研究证明了动脉瘤中存在过渡流，但这些研究采用了专门的有限元方案来捕获流动的过渡性质。在这项研究中，我们使用标准的格子玻尔兹曼方法（LBM）的转变的发生。使用LBM是因为其计算效率，在本研究中，这使我们能够以比之前在动脉瘤背景下更高的分辨率进行模拟。8μm和0.11 μs的高时空分辨率产生了近10亿个单元和每秒900万个时间步长，使我们能够以低于柯尔莫哥洛夫尺度的分辨率量化湍流动能。我们对2个动脉瘤进行了深入的空间和时间细化研究;一个先前报告为层流，另一个报告为过渡。此外，我们调查的临界雷诺数在时间常数流入条件下动脉瘤的流动过渡。
2015-12-08 cs.CE physics.flu-dyn
Analysis of Kolmogorov Flow and Rayleigh-Bénard Convection using Persistent Homology
我们使用持久的同源性，以建立一个定量的理解大型复杂系统，驱动远离平衡，特别是，我们分析图像时间序列的流场模式从数值模拟的两个重要问题在流体动力学：柯尔莫哥洛夫流和瑞利-贝纳德对流。对于每个图像，我们计算持久性图产生的流场的减少描述，通过应用不同的度量的持久性图的空间，我们在持久性图的特征相关的几何形状的相应的流模式。我们还研究了动态的流动模式的持久性同源性持久性图的时间序列的第二个应用程序。我们证明，持久的同源性提供了一个有效的方法，用于在家庭的解决方案，并确定多尺度经常性的动态的对称性。我们的方法是相当普遍的，预计将适用于广泛的开放性问题，表现出复杂的时空行为。
2015-05-22 math.AT math.DS physics.flu-dyn
Uncertainty-Aware Flow Field Reconstruction Using SVGP Kolmogorov-Arnold Networks
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文提出基于SVGP Kolmogorov-Arnold网络的流场重建方法，实现不确定性感知的高精度重建与可靠不确定性校准。
2025-12-27 cs.LG physics.flu-dyn
Mesoscale helicity distinguishes Vinen from Kolmogorov turbulence in helium II
实验和数值模拟表明，量子湍流存在两种不同的极限状态：Kolmogorov湍流（它与经典湍流具有从大涡到小涡的动能级联的重要性质）和Vinen湍流（它更类似于随机流）。在这项工作中，我们定义了一个中尺度螺旋度的超流，在数值实验中测试，区分两个湍流制度，量化的非局部涡相互作用的量和涡线的方向。
2021-04-02 cond-mat.other physics.flu-dyn
Simple invariant solutions embedded in 2D Kolmogorov turbulence
我们认为长时间的模拟二维Kolmogorov湍流体强迫$\sin4y \ex$上的环面$(x,y) \in [0,2π]^2$提取简单的不变集或“确切的经常性流动”嵌入在这个湍流的目的。每一个经常性的流动代表了一个持续的封闭循环的动力学过程的基础上的湍流。这些被用来重建的湍流统计的精神，周期轨道理论推导出某些类型的低维混沌。该方法被认为是合理的成功，在一个低的强迫值的流量接近，但不完全在其渐近（强）湍流制度。在这里，共有50个经常性的流量被发现与大部分埋在相空间的一部分，最人口的湍流引起的能量和耗散概率密度函数的良好再现。然而，在较高的强迫振幅，现在在渐近湍流制度，产生的湍流数据集证明不够长，产生足够的经常性流动，使可行的预测。尽管如此，一般的方法似乎有希望提供足够的模拟数据是可用的，因为它是开放的广泛的自动化和自然生成动态重要的精确的解决方案的流动。
2012-07-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Stretching of polymers around the Kolmogorov scale in a turbulent shear flow
我们提出的数值研究拉伸的虎克哑铃在湍流的Navier-Stokes流的线性平均配置文件，<u_x>=Sy。除了粘性Kolmogorov尺度η之外的湍流特征之外，哑铃的平衡延伸处的动力学显著低于η也得到了很好的解决。恒定剪切率S的变化引起所有尺度上的湍流速度波动的变化，从而引起平流的局部拉伸率的强度的变化。后者是由最大李雅普诺夫指数λ da_1来衡量的，发现λ da_1随着λ_1 ~ S^{3/2}而增加，这与量纲参数一致。布朗动力学模拟结合湍流剪切流的伪谱积分，推进了高达2 × 10^6被动平流哑铃的系综。拉伸的各向异性通过方位角$ϕ$和极角θ的统计来量化，方位角$ϕ$测量与x-y剪切平面中的平均流动轴的对准，极角θ确定相对于剪切平面的取向。φ的概率密度函数（PDF）的不对称性随着剪切速率S的增加而增加。此外，PDF在平均流向（phi= 0）附近逐渐达到峰值。相反，极角θ的PDF是对称的，并且对S的变化不太敏感。
2006-01-03 nlin.CD physics.flu-dyn
Multiple states in highly turbulent Taylor-Couette flow
湍流在自然界和技术中的普遍存在使得从根本上了解湍流至关重要。Kolmogorov在1941年提出，对于具有多个自由度和大波动的强湍流，只有\emph{one}湍流状态，因为大波动将探索整个高维相空间。在这里，我们报告的第一个决定性的证据，多个湍流状态的大雷诺数$\text{Re}=\mathcal{O}(10^6)$（泰勒数$\text{Ta}=\mathcal{O}(10^{12})$）泰勒-库埃特流在制度的最终湍流，通过探测的相空间跨越的内部和外部的圆柱体的旋转速率。多个湍流状态的表现形式是通过提供组合的全局扭矩和局部速度测量来举例说明的。这一结果证实了在高维流动中也可能发生分叉的观点，即非常大的$\text{Re}$），并对Kolmogorov的范式提出了质疑。
2016-04-15 physics.flu-dyn
Spatiotemporal dynamics in 2D Kolmogorov flow over large domains
Kolmogorov流在二维-二维纳维-斯托克斯方程与正弦体力-被认为是在扩展的周期域，以揭示局部时空的复杂性。流动响应模仿强迫在小强迫振幅，但超过一个临界值，开发长波长的不稳定性。随后的状态描述的Cahn-Hilliard型方程，并作为结果粗化动态观察随机初始数据。进一步分叉后，这一制度让位于多个吸引子，其中一些具有空间局部时间依赖性。这种吸引子在一个大的域中的共存引起有趣的碰撞动力学，这是由一个系统的5（1-空间和1-时间）偏微分方程的基础上长波长的限制。粗政权恢复本身在更高的强迫振幅的意义上，只有最长波长的解决方案仍然吸引。最终，有一个全球最长波长的吸引子，它拥有两个局部的混沌区域-扭结和antikink -连接两个稳定的一维流动区域的基本上一半的域宽度。发现的时空复杂性的财富提供了一个丰富的舞台，在其中研究简单的不变的局部化解决方案，这大概是所有观察到的行为的基础存在。
2014-05-13 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Velocity Profile in a Two-Layer Kolmogorov-Like Flow
本文讨论了两种不混溶流体在浅成层水平层中的流动。顶层是电磁驱动的电解质，底层是介电流体。使用准二维近似，我们推导出深度平均的二维（2D）涡度方程，其中包括一个前因子的平流项，以前未考虑。此外，我们还研究了速度的水平分量在垂直方向上的变化。对于一个Kolmogorov流，我们评估在广义二维涡度方程的系数的解析表达式，揭示其依赖于实验参数。为了测试这些估计的准确性，我们实验测量水平速度场在自由表面和电解质-电介质界面使用粒子图像测速（PIV）。我们表明，有很好的分析预测和实验测量之间的协议。我们的分析表明，通过相对于电介质的粘度增加电解质的粘度，可以显著改善沿垂直方向的流动的均匀性。
2013-08-16 math-ph math.MP nlin.CD
Reduced order modeling of fluid flows: Machine learning, Kolmogorov barrier, closure modeling, and partitioning
在本文中，我们提出了一个长短期记忆（LSTM）轻推框架，用于利用噪声测量增强流体流动的降阶模型（ROM）。我们建立在这样一个事实，即在实际应用中，有初始条件，边界条件，模型参数和/或现场测量的不确定性。此外，传统的基于Galerkin投影的非线性ROM（GROMs）由于模态截断而遭受不完美性和解的不稳定性，特别是对于Kolmogorov宽度衰减缓慢的对流主导流。在所提出的LSTM-Nudge方法中，我们融合了不完美的GROM和不确定状态估计的组合预测，稀疏欧拉传感器测量，在动态数据同化框架中提供更可靠的预测。我们说明了这个想法与粘性Burgers问题，作为一个基准测试床与二次非线性和拉普拉斯耗散。我们研究了测量噪声和状态估计不确定性对LSTM Nudge行为性能的影响。我们还表明，它可以充分处理不同水平的时间和空间测量稀疏。我们对所提出的模型进行评估的第一步表明，LSTM轻推可以代表新兴数字孪生系统中可行的实时预测工具。
2020-05-28 math.DS physics.comp-ph physics.flu-dyn
Finite-size effects in the dynamics of neutrally buoyant particles in turbulent flow
本文研究了由湍流输送的中性浮力颗粒的动力学特性，这些颗粒的半径为Kolmogorov耗散尺度或更大。Pasquetti等人（2008）提出的伪惩罚谱方法适用于数值积分粒子和流体的同时动力学。这样的方法给出了一个独特的处理点粒子近似的有效性的限制，这是一般用于应用场合。分析预测的基础上，这样的模型进行比较，非常好地解决直接数值模拟的结果。得到的证据表明，Faxen校正给占主导地位的有限尺寸的修正粒子直径的速度和加速度波动高达四倍的柯尔莫哥洛夫尺度。具有较大直径的粒子的动力学由惯性范围物理学主导，并且与从量纲分析获得的预测一致。
2009-09-30 physics.flu-dyn
Clean numerical simulation (CNS) of three-dimensional turbulent Kolmogorov flow
本文首次用干净数值模拟（CNS）求解三维湍流Kolmogorov流，发现DNS结果因数值噪声快速污染，在空间对称性、能量级联及统计量上均显著偏离CNS基准解。
2025-10-13 cs.NA math-ph math.MP
Noise-induced aggregation of swimmers in the Kolmogorov flow
我们研究了一个模型的动态椭球microswimmer在一个外部施加的，层流Kolmogorov流。通过相空间分析的动力学无噪声，我们发现，游泳运动员喜欢横流或旋转漂移，这取决于他们的游泳速度和长宽比。当包括噪声时，即旋转扩散，我们发现游泳者被驱动到相空间的某些部分，导致非均匀的稳态分布。这种分布表现出从游泳者聚集在低剪切区域的流动聚集在高剪切区域的游泳者的速度，纵横比，和旋转扩散率的变化。为了解释游泳者的非均匀相空间分布，我们采用弱噪声平均原理，产生减少描述的随机游泳者动态。使用这种技术，我们发现，某些游泳者的轨迹是更有利的比别人在弱旋转扩散的存在。通过将这些信息与游泳者沿着每个轨迹的相空间速度相结合，我们预测了游泳者倾向于积累的相空间区域。平均技术的结果是在良好的协议与直接计算的稳态分布的游泳者。特别是，我们的分析解释了从低剪切到高剪切聚集的过渡。
2021-11-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Collision efficiency of rapidly settling particle pairs in a turbulent flow
Indian Institute of Technology Madras（印度理工学院马德拉斯分校）；Cornell University（康奈尔大学）
本研究探究均匀各向同性湍流中快速沉降颗粒对的碰撞动力学，建立相关扩散模型与方程，得出理想碰撞率随重力与湍流相对强度增加而递增、碰撞效率则递减的结论。
2026-08-18 physics.flu-dyn
Kolmogorov's dissipation number and the number of degrees of freedom for the 3D Navier-Stokes equations
Kolmogorov的湍流理论预测，只有低于某个临界值的波数（称为Kolmogorov耗散数）才是描述三维流体流动演变的必要条件。决定波数，首先由Foias和Prodi为二维Navier-斯托克斯方程引入，是Kolmogorov数的数学模拟。本文证明了三维Navier-斯托克斯方程的时间平均值以Kolmogorov耗散波数为界的决定波数的存在性.
2019-07-19 math.AP physics.flu-dyn
Preferential concentration of inertial sub-kolmogorov particles. The roles of mass loading of particles, Stokes and Reynolds numbers
充满惯性颗粒的湍流提出了多个开放的问题，是当前研究中非常感兴趣的主题。由于惯性颗粒的密度比载流流体高，因此惯性颗粒由于与湍流的相互作用而倾向于形成高浓度区域（即簇）和低浓度区域（即空隙）。在这项工作中，我们提出了一个实验研究的集群现象的重亚Kolmogorov粒子在均匀各向同性湍流。三个控制参数在显著范围内变化：$Re_λ \in [170 - 450]$、$St\in [0.1 - 5]$和体积分数$ϕ_v\in [2\times 10^{-6} - 2\times 10^{-5}]$。讨论了这三个参数对Voronoprano面积分布、团簇维数和空洞维数等团簇特征的标度性。特别是，对于这里考虑的多分散的尺寸分布，聚类被发现是增强强烈（准线性）由$Re_λ$和显著（与平方根依赖性）与$ϕ_v$，而簇和空隙的大小，缩放与柯尔莫哥洛夫长度尺度$η$，主要是由$Re_λ$驱动。簇长度$\sqrt{\langle A_c \rangle}$按比例增加到$\approx 100 η$，在最高$Re_λ$下测量，而空隙长度$\sqrt{\langle A_v \rangle}$也按比例增加到$η$的两倍（$\approx 200 η$）。上述特征对斯托克斯数的敏感性的缺乏支持了“清扫棒”颗粒积聚的情况。然而，该模型没有考虑体积分数的不可忽略的影响，这可能与集体效应有关。
2016-07-05 physics.flu-dyn
Spatial symmetry invariance of solution of Kolmogorov flow
School of Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学海洋与土木工程学院）
本文证明了二维柯莫哥洛夫流在Navier-Stokes方程下，其解在时间t>0时保持初始条件的空间对称性，指出该结论对检验数值模拟的可靠性有重要意义，但不支持直接数值模拟结果中对称性的快速丧失。
2026-03-27 cs.NA math-ph math.AP
Turbulence in large scale two-dimensional balanced hard sphere gas flow
在最近的工作中，我们开发了一个模型的平衡气体流动的动量方程具有一个额外的平均场强迫项，这源于硬球之间的气体粒子的相互作用势。我们表明，在我们的模型中，湍流气流与Kolmogorov动能谱的发展，否则层流初始射流。在目前的工作中，我们调查了一个类似的湍流发展在一个大规模的二维设置，其中一个强大的外部加速度压缩成一个相对较薄的平板沿第三维度的气体的可能性。目前工作的主要动机如下。据观测，地球大气中的水平湍流运动表现在从数百米到数千公里的广泛空间尺度上。然而，空气密度随着高度的增加而迅速衰减，大约每15-20公里衰减一个数量级。这自然提出了一个问题，即是否存在一种动力学机制，可以在纯二维气流中产生大尺度湍流。令我们惊讶的是，我们发现我们的模型确实产生了湍流和相应的Kolmogorov能谱在这样的二维设置。
2021-10-19 physics.flu-dyn
Energy-Enstrophy Stability of beta-plane Kolmogorov Flow with Drag
我们开发了一种新的非线性稳定性方法，能量拟能（EZ）方法，这是专门用于二维流体动力学;该方法被施加到一个β平面流驱动的正弦体力，并推迟与阻尼时间尺度μ ^{-1}的阻力。标准能量法（Fukuta and Murakami，J. Phys. Soc. Japan，64，1995，pp 3725）表明层流解在（μ，β）参数空间的某个部分是单调的和全局稳定的。EZ方法证明了非线性稳定性的（μ，β）参数空间的一个较大的部分。通过惩罚高波数，EZ方法识别出比能量方法更物理真实的最强放大扰动。线性不稳定性计算用于确定（μ，β）-参数空间的流量是不稳定的无穷小扰动的区域。在线性不稳定区域和非线性稳定区域之间只有一个很小的间隙，并且完整的数值解显示在该间隙中只有很小的瞬态放大。
2008-03-04 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Non-Kolmogorov Turbulence and Inverse Energy Cascade in Intracranial Aneurysm: Near-Wall Scales Suggest Mechanobiological Relevance
颅内动脉瘤的发生、发展和破裂是神经血管医学的一个悬而未决的问题。动脉瘤的机械生物学和病理生物学的复杂性惊人地结合了紧密相连的交织的生物和物理过程。最近，IA血流中的湍流转变被认为在IA生长和破裂中起核心作用，因为它可以与内皮功能障碍直接相关。然而，湍流问题给这一主题带来了前所未有的复杂性。我们发现IA中的湍流是非Kolmogorov型的。我们首次在血流和非Kolmogorov湍流中检测到逆动能级联。在这里，我们假设，近壁湍流经历逆能量级联的规模，可能会影响内皮细胞的机械信号。我们的发现可能是动脉瘤血流动力学当代理论的范式转变。
2020-01-22 physics.bio-ph physics.flu-dyn physics.med-ph
