Transient growth in Taylor-Couette flow
本文研究了反向旋转圆柱体的Taylor-Couette问题中由于非正态性引起的瞬态增长随展弦比η和雷诺数Re的变化。对于所有Re < 500的情况，瞬时增长被曲率增强，即，对于eta < 1比eta = 1，平面库埃特极限，瞬时增长更大。当Re < 130时，在Taylor-Couette线性稳定性边界（如果存在）和1之间的eta达到最大瞬态增长，而当Re > 130时，在线性稳定性边界上的eta达到最大瞬态增长。在Re = 310，eta = 0.986的线性稳定性边界附近的瞬态增长比Re = 310，eta = 1的瞬态增长高出约20%，接近在平面Couette流中观察到的过渡阈值。最优输入中的能量主要是方位角的;最优输出中的能量主要是方位角的。伪谱计算两个对比的情况下。对于大曲率，η = 0.5，伪谱比在窄间隙的情况下，η = 0.99更紧密地粘附到谱。
2002-10-02 physics.flu-dyn
Observing a Dynamical Skeleton of Turbulence in Taylor-Couette Flow Experiments
最近的工作表明，控制流体流动的方程的不稳定的经常性解决方案可以发挥重要的作用，在结构的动力学湍流。在这里，我们提出了一种方法，用于检测时间间隔的湍流“阴影”（空间和时间模仿）经常性的解决方案。我们发现，阴影经常发生，反复在数值和实验观测的反旋转泰勒-库埃特流，尽管在这个系统中的已知的经常性解决方案的数量相对较少。我们的研究结果为各种壁边界剪切流中湍流的实验性动力学描述奠定了基础，使其能够应用于预测和控制。
2022-08-24 physics.flu-dyn
Transient Turbulence in Taylor-Couette Flow
最近的研究对雷诺数足够高时湍流是一种渐近状态的观点提出了质疑。我们提出了第一个直接观察的泰勒-库埃特流与寿命跨越五个数量级的湍流状态的衰减。我们还表明，有一个制度，泰勒-库埃特流股在其他剪切流中观察到的许多衰减特性，包括泊松统计和共存的层流和湍流补丁。我们的数据表明，特征衰减时间随雷诺数的增加而呈超指数增长，但与管流的最新数据和最近的理论模型一致。这表明，与流行的观点相反，线性稳定剪切流中的湍流一般可能是瞬态的。
2009-08-03 physics.flu-dyn
Traveling waves in magnetized Taylor-Couette flow
本文对低磁雷诺数下磁化泰勒-库埃特流中观察到的一种行波模式进行了数值研究。通过精确地模拟粘性和磁性边界在各个方向上，我们重现实验测量的波图案和它们的振幅。与以前的说法相反，波被证明是由粘性边界层，而不是全球不稳定的磁旋转模式发射的瞬态放大扰动。
2007-06-22 astro-ph physics.flu-dyn
Shercliff layers in strongly magnetic cylindrical Taylor-Couette flow
本文数值计算了轴向周期磁场中的轴对称Taylor-Couette流，哈特曼数达到$Ha^2=10^7$。磁场的几何形状挑出了特殊的磁力线，舍克里夫层就是在这些磁力线上形成的。这些是简单的剪切层用于绝缘边界，而超旋转或反向旋转层用于导电边界。一些领域的配置以前研究了球形类似物，但从根本上说，新的配置也存在，没有球形类似物。最后，我们探讨了方位场$B_ϕ\sim r^{-1}{\bf\hat e}_ϕ$对这些层的影响，并表明，流动被抑制导电边界，但绝缘边界增强。
2017-04-06 physics.flu-dyn
Applying Laser Doppler Anemometry inside a Taylor-Couette geometry - Using a ray-tracer to correct for curvature effects
在目前的工作中，它将显示如何外圆柱体的曲率影响激光多普勒测速仪测量内的泰勒-库埃特装置。测量位置和测量速度通过曲面改变。曲率校正的传统方法不适用于我们的设置，它将显示如何射线跟踪器可以用来解决这个复杂性。通过使用射线跟踪器，可以计算焦点位置，并且可以校正速度。射线示踪的结果进行了验证，通过测量一个先验已知的速度场，并施加折射修正后，发现与理论预测良好的协议。本文所述的方法被应用于测量高雷诺数泰勒-库埃特流的外圆柱旋转的情况下的方位角速度分布。
2012-03-30 physics.flu-dyn
Criterion for purely elastic Taylor-Couette instability in the flows of shear-banding fluids
在过去的二十年里，人们已经用各种方法研究了剪切带流动，如流变仪、测速仪和流动双折射。在胶束溶液中，收集的许多数据表现出无法解释的时空波动。最近，有人提出，这些波动起源于一个纯粹的弹性不稳定性的流动。在圆柱形Couette几何形状，不稳定性是让人想起泰勒样的不稳定性粘弹性聚合物溶液中观察到的。在这封信中，我们描述了纯弹性泰勒-库埃特不稳定性的准则应如何适用于剪切带流动。我们推导出三类剪切带流与弯曲流线，根据其稳定性。
2011-08-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the stability of the Couette-Taylor flow between rotating porous cylinders with radial flow
本文研究了径向通流多孔圆柱间Couette-Taylor流动的稳定性。先前已经表明，如果径向雷诺数$R$（使用内圆柱及其半径处的径向速度构建）较高，则该流动相对于非轴对称（方位角或螺旋）波可能不稳定。在本文中，我们提出了一个非常详细的，在许多方面，新颖的图表中的$R$值适中的区域的临界曲线，我们表明，从$R$值开始，低至$10$，从无粘不稳定性继承的临界模式逐渐取代经典的泰勒涡。此外，我们还更仔细地研究了弱径向流（相对较低的$R$）对泰勒不稳定性的影响，并发现，如果圆柱之间的间隙足够宽，从内圆柱指向外圆柱的径向流能够稳定库埃特-泰勒流。这一观察结果与相对窄的间隙的情况形成鲜明的对比，对于相对窄的间隙，相反的效果是众所周知的。
2019-11-29 physics.flu-dyn
High Reynolds number Taylor-Couette turbulence
Taylor-Couette流--两个同轴同向或反向旋转的圆柱之间的流动--是流体物理学中的典型系统之一。（无量纲）的控制参数是雷诺数的内部和外部的圆筒，圆筒半径的比率，和纵横比。系统的响应是保持恒定角速度所需的扭矩，其可以与通过间隙的角速度传输相关联。在上世纪80年代和90年代，低雷诺数区域已经得到了很好的研究，而在完全湍流区域，主要的研究活动只是在最近十年才发展起来。在本文中，我们回顾了这一最新进展，在我们的理解充分发展的泰勒-库埃特湍流，从实验，数值和理论的角度来看。我们将集中在参数依赖的全球扭矩和当地的流动组织，包括速度剖面和边界层。接下来，我们将讨论不同（湍流）流动状态之间的转换。我们还将详细说明这个系统与天体物理盘（开普勒流）的相关性。最后，对未来湍流泰勒-库埃特流研究的挑战进行了总结。出版于ARFM：Annu. Rev. Fluid Mech.48：53-80（2016）。
2019-03-30 physics.flu-dyn
Destabilizing Taylor-Couette flow with suction
考虑了径向流体注入和抽吸对Taylor-Couette流动的影响。在外筒处的喷射和在内筒处的抽吸通常导致线性不稳定的稳定螺旋流，即使对于在没有径向通量的情况下线性稳定的圆柱形剪切也是如此。我们用能量稳定性方法研究了不稳定运动的非线性方面。我们的结果，虽然专业，可能有影响的阻力减少的吸力，吸积在天体物理盘，甚至在地球的极地涡旋流。
2010-03-31 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Transition to chaos and modal structure of magnetized Taylor-Couette flow
Taylor-Couette流常被用来作为恒星和吸积盘内部复杂旋转流动的简化模型。这些物体中的流动动力学受到磁场的影响。例如，如果流体是导电的，泰勒-库埃特几何中的准开普勒流动对于外部磁场中的行波或驻波变得不稳定;即使当流动是流体动力学稳定时，也存在不稳定性。这种磁旋转不稳定性导致混沌状态的发展，并最终，湍流，当圆柱体旋转足够快。在这种流动中的湍流过渡可以是复杂的，与时空混沌和准周期行为的区域，涉及一个或两个额外的调制频率的参数区域的共存。虽然周期流的不稳定模式可以用Floquet分析来识别，但在这里我们采用了一种更灵活的无方程数据驱动方法。我们分析了磁化泰勒-库埃特流从过渡到混沌的数据，并用动态模式分解识别与调制频率相关的流结构;这种方法是基于用线性无限维Koopman算子近似非线性动力学。使用这些结构，可以构建一个非线性简化模型的过渡。
2022-11-10 physics.flu-dyn
Recent developments of turbulent emulsions in Taylor-Couette flow
乳液在许多自然和工业环境中很常见。近年来，湍流乳状液的动力学研究受到了广泛的关注。本文综述了近年来湍流Taylor-Couette流中乳状液的一些研究，主要集中在分散相的统计和系统的整体动量输运。我们首先研究了低体积分数（稀）的湍流乳液的分散液滴的尺寸分布和破碎机制。对于具有高体积分数的分散相（致密）的系统，我们解决了湍流乳液的全局传输（有效粘度）的详细响应及其与液滴统计的连接。最后，我们将讨论灾难性的相转化，这可能会发生在动态乳化过程中的分散相的体积分数超过一个临界值。最后，我们总结和展望，包括未来研究的一些开放性问题的手稿。这篇文章是主题问题的一部分“泰勒-库埃特和相关的流动泰勒的种子哲学交易文件的百年纪念”。
2022-09-01 physics.flu-dyn
Energy Loss Distribution in the Plane Couette Flow and the Taylor-Couette Flow between Concentric Rotating Cylinders
本文详细地研究了平面Couette流和同心旋转圆柱间Taylor-Couette流在各种流动条件下粘性摩擦能量损失的分布。能量损失与某些流体输送装置中的工业过程有关，并且对流动效率、流动稳定性、湍流过渡、混合和传热行为等具有显著影响。因此，重要的是了解流域中的能量损失分布，并了解其对流动的影响，以便更好地理解流动物理。同心旋转圆柱间泰勒-库埃特流能量损失分布的计算方法在公开文献中还不容易找到。本文给出了内、外筒单筒旋转和两筒反向同向旋转的原理和计算。为了比较，还导出了各种流动条件下平面库埃特流的能量损失分布。讨论了能量损失对流动特性的影响，并提出了一些建议。
2010-06-15 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Ultimate Turbulent Taylor-Couette Flow
利用高速粒子图像测速技术（PIV）对雷诺数Re_i = 2*10^6的强湍流Taylor-Couette流内圆柱的流动结构进行了实验研究。湍流泰勒涡流的风雷诺数Re_w与Re_w ~ Ta^（1/2）成比例关系，与预测的最终湍流区完全一致，其中边界层是湍流的。无量纲角速度通量的有效标度为Nu_ω ~ Ta ^0.38，这也与极限状态下的湍流相对应。从高速PIV测量中提取的局部角速度通量测量结果证实了Nu_ω的标度性：尽管通量显示出巨大的波动，但其空间和时间平均值与全局扭矩测量结果很好地吻合。
2011-10-31 physics.flu-dyn
Momentum transport in Taylor-Couette flow with vanishing curvature
数值研究了两个独立旋转圆柱间的Taylor-Couette湍流流动以及在无限半径范围内向旋转平面Couette流动的转变。采用剪切雷诺数$Re_S$和旋转数$R_Ω$作为无量纲参数，可以连续地研究从TCF到RPCF的转变，而不会出现奇异性。已经为半径比$η\geq0.9$，我们发现，各种半径比的模拟结果和RPCF崩溃作为$R_Ω$的函数，表明两个系统共同的湍流行为。我们观察到这种协议的扭矩，平均动量运输，平均配置文件，和湍流波动。此外，发现$R_Ω>0$的TCF和RPCF中心分布符合无粘中性稳定性。在外边界层中观察到的间歇性爆发，与反向旋转扭矩最大值的形成有关，以$η\rightarrow 1$形式消失。相应的扭矩最大值也消失。相反，两个新的最大值不同的起源出现$η\geq0.9$和RPCF，一个广泛的和一个狭窄的，在较小的$η$的结果相反。在$R_Ω=0.2$的宽最大值与强涡流有关，可以通过流向不变模拟再现。在$R_Ω=0.02$处的窄极大值仅随着$Re_S$的增加而出现，并伴随着平均流的有效和相关的动量输送。由于窄的最大值对于$Re_S=2\cdot10^4$具有更大的幅度，我们的模拟表明它将在甚至更高的$Re_S$处占主导地位。
2015-05-23 nlin.CD physics.flu-dyn
"Barber pole turbulence" in large aspect ratio Taylor-Couette flow
在一台大展弦比实验装置上对窄间隙极限内的反向旋转泰勒-库埃特流（TCF）进行了研究。的相图，并得到Andereck等人。螺旋湍流制度进行了研究，通过改变内部和外部雷诺数。螺旋湍流出现从完全湍流制度通过一个连续的过渡出现第一次作为调制的湍流状态，最终放松局部的层流。本文讨论了平面Couette流（pCf）与间歇状态的关系。
2000-09-15 cond-mat nlin.PS physics.flu-dyn
Exact coherent structures and shadowing in turbulent Taylor-Couette flow
我们研究了一个理论框架的基础上精确相干结构（ECS）的形式主义的流体湍流建模。虽然很有希望，现有的证据表明，ECS在湍流中的作用主要是间接的，主要来自理想化的数值模拟。特别是，目前还不清楚是否在实验中的三维湍流阴影任何ECS。为了最终回答这个问题，一个层次的ECS应计算域和边界条件完全匹配的实验。本研究在这个方向上迈出了第一步，通过调查一个小的纵横比泰勒-库埃特流与自然周期性边界条件的方位角方向。我们描述的结构的混沌集的基础湍流驱动的反向旋转的圆柱体和提出直接的数值证据的阴影的收集不稳定的相对周期轨道和行波，设置阶段的框架进一步的实验测试。
2021-05-05 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Paradoxical transitions to instabilities in hydromagnetic Couette-Taylor flows
利用现代谱分析的方法，我们严格地找到了与理想磁流体Couette-Taylor流相关的线性化算子的本征值分布。与流体动力学流动的瑞利稳定性判据相比，在磁场消失的极限处向不稳定性的转变具有不连续的变化，这被称为Velikhov-Zirrasekhar悖论。
2011-09-03 astro-ph.SR math-ph math.MP
Exploring the phase space of multiple states in highly turbulent Taylor-Couette flow
通过测量整体转矩和局部速度，同时探测由内外圆柱旋转速率所跨越的相空间，研究了在$\mathrm{Ta}=10^{11}$到$9\cdot10^{12}$范围内高湍流Taylor-Couette流中多个湍流态的存在性.发现多个状态是非常稳健的，并且预期持续超过$\mathrm{Ta}=10^{13}$。旋转比是最强烈地控制流动状态之间的转换的参数;转换值仅弱地依赖于泰勒数。然而，相空间中的复杂路径是解锁多个状态的整个区域所必需的。最后，通过绘制泰勒-库埃特装置中不同旋转比的流动结构，该装置具有相等的半径比，但比以前更大的纵横比，再次观察到多个状态。在这里，他们的特点是更丰富的滚动结构的现象，包括，第一次观察到的高度湍流TC流，反对称滚动状态。
2016-04-17 physics.flu-dyn
Analog of Astrophysical Magnetorotational Instability in a Couette-Taylor Flow of Polymer Fluids
我们报告的实验观察的不稳定性的Couette-Taylor流的聚合物流体在两个同轴旋转的圆柱体之间的薄间隙中的制度，其角速度随半径减小，而特定的角动量随半径增加。在所考虑的制度，既不是惯性瑞利不稳定，也不是纯粹的弹性不稳定是可能的。我们建议，所观察到的“弹性旋转”不稳定性是一个模拟的磁旋转不稳定性，在天体物理开普勒吸积盘中起着重要作用。
2008-10-28 astro-ph physics.flu-dyn
Observation of magnetocoriolis waves in a liquid metal Taylor-Couette experiment
报道了在实验室中首次观测到的快、慢磁科里奥利（MC）波。旋转非轴对称模式所产生的磁化湍流泰勒-库埃特流动的液体金属被确定为快和慢MC波的旋转频率上施加的磁场强度的依赖性。所观察到的慢MC波阻尼，但观察提供了一种手段，用于预测的磁旋转不稳定性的发病。
2010-02-19 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Couette Taylor instabilities in the small-gap regime
School of Mathematics and Statistics, Beijing Institute of Technology（北京理工大学数学与统计学院）；Laboratoire J.A.Dieudonné, I.U.F., Université Côte d’Azur（J.A. Dieudonné实验室，法国高等教育研究院，蔚蓝海岸大学）；Department of Mathematics, The Ohio State University（俄亥俄州立大学数学系）
本文研究了小间隙条件下 Couette-Taylor 不稳定性，证明了临界泰勒数的存在，并揭示了临界点处出现的双参数解族及其稳态特性。
2026-01-21 math.AP physics.flu-dyn
Phase Slip Solutions in Magnetically Modulated Taylor-Couette Flow
我们数值研究了宽间隙结构中的泰勒-库埃特流动，其中$r_i/r_o=1/2$，内圆柱旋转，外圆柱静止。流体被认为是导电的，并且在外部施加$B_z\approx(1 + \cos(2πz/z_0))/2$形式的磁场，其中波长为$z_0=50(r_o-r_i)$。泰勒涡旋在磁场弱的地方形成，但在磁场强的地方不会形成。随着测量旋转速率的雷诺数增加，涡旋的初始开始涉及相位滑移事件，由此周期性地形成成对的泰勒涡旋，然后向外漂移，远离$B_z=0$所在的中平面。随后的分叉导致各种其他的解决方案，包括对称和不对称的中间平面。对于更大的雷诺数，出现了不同类型的相位滑移，其中涡在图案的外边缘形成并向内漂移，在某个点突然消失。这些解也可以关于中平面对称或不对称，并且在相同的雷诺数下共存。许多这些相位滑移解决方案的动力学定性类似于以前的结果在几何斜坡泰勒-库埃特流。
2017-04-06 physics.flu-dyn
Helical magnetorotational instability in a Taylor-Couette flow with strongly reduced Ekman pumping
磁旋转不稳定性（MRI）通过维持流体动力学稳定的开普勒吸积盘中的湍流，被认为在恒星和黑洞的形成中起着关键作用。在以前的实验中，通过施加螺旋磁场，在中等雷诺数的液态金属泰勒-库埃特流中观察到MRI。这种螺旋MRI（HMRI）的观察受到固体端盖驱动的显着Ekman泵浦的干扰，该端盖将不稳定性仅限于泰勒-库埃特细胞的一部分。本文描述了在改进的泰勒-库埃特装置中的HMRI的观察，通过使用分裂端盖显著降低了Ekman泵浦。HMRI现在遍布细胞的整个高度，看起来更清晰，与数值预测更一致。通过分析各种参数的依赖关系，我们得出结论，所观察到的HMRI代表了一个自我维持的全球不稳定性，而不是一个噪声持续对流。
2009-04-07 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Logarithmic boundary layers in highly turbulent Taylor-Couette flow
我们提供了直接测量的边界层特性在高度湍流泰勒-库埃特流高达$\text{Ta}=6.2 \times 10^{12}$使用高分辨率粒子图像测速仪（PIV）。我们发现，在内部和外部圆柱的平均方位角速度分布可以拟合的von卡门对数定律$u^+ = \frac 1κ\ln y^+ +B$。冯卡门常数$κ$被发现依赖于驱动强度$\text{Ta}$和大$\text{Ta}$渐近方法$κ\approx 0.40$。局部方位角速度的方差分布在$y^+ \approx 12$附近具有一个通用峰值，并且当用驱动速度（而不是摩擦速度）重新缩放时会崩溃，显示出$y^+$的对数依赖性，这也适用于通道和管道流[1，2]。
2013-02-25 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
Dynamo Action in a Quasi-Keplerian Taylor-Couette Flow
我们数值计算的泰勒-库埃特几何的内，外圆柱体的旋转速率满足$Ω_o/Ω_i=(r_o/r_i)^{-3/2}$的导电流体的流动。在这种准开普勒状态下，非磁性系统对于所有雷诺数$Re$都是瑞利稳定的，并且所产生的纯方位流对于所有磁性雷诺数$Rm$都不能产生运动发电机作用。对于$Re=10^4$和$Rm=10^5$，我们证明了一个有限振幅发电机的存在，从而一个合适的初始条件产生相互维持的湍流和磁场，即使两者都不能存在没有其他。这种发电机解决方案的结果显着增加向外角动量传输，与大部分的运输是由麦克斯韦，而不是雷诺应力。
2017-10-06 physics.flu-dyn
Wave-number dependence of the transitions between traveling and standing vortex waves and their mixed states in the Taylor-Couette system
通过探索涡旋现象波对波长的依赖性，对反向旋转Taylor-Couette系统中不同非线性组合结构螺旋涡旋的稳定性和分叉特性进行了数值研究。这产生的信息的实验和数值访问的各种分歧的情况。还向后分叉驻波的组成行波的振荡幅度被发现。
2008-07-18 nlin.PS physics.comp-ph physics.flu-dyn
Feigenbaum universality in subcritical Taylor-Couette flow
本文证明Feigenbaum普适性在亚临界Taylor-Couette流中存在，通过精确计算倍周期分岔重现了两个普适常数，并提出一种基于前几次分岔预测直至累积点及之后混沌动力学的分岔图方法。
2025-03-02 math-ph math.MP nlin.CD
Direct Numerical Simulation of turbulent Taylor-Couette flow
本文描述了完全湍流状态下Taylor-Couette流动的直接数值模拟（DNS）。数值方法扩展了Quadrio和Luchini（Eur. J. Mech. B / Fluids，v.21，pp.413--427，2002），并且基于使用混合空间离散化（均匀方向上的谱方案，以及径向方向上的四阶、紧凑显式有限差分方案）的并行计算机代码。本文首次用DNS方法模拟了湍流状态下的Taylor-Couette流动。统计量的计算，以补充现有的实验信息，以期比较它的平面，压力驱动的湍流在相同的雷诺数值。平面流和曲壁流之间的流量统计差异的主要来源是由于曲率效应产生的大规模旋转结构的存在。
2007-11-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The Twente turbulent Taylor-Couette (T3C) facility: Strongly turbulent (multiphase) flow between two independently rotating cylinders
本文构造了一个新的湍流Taylor-Couette系统，它由两个独立旋转的圆柱体组成。圆柱体之间的间隙高度为0.927 m，内半径为0.200 m，外半径可变（从0.279 m到0.220 m）。内圆柱体和外圆柱体的最大角旋转速率分别为20 Hz和10 Hz，以水为工作流体时，雷诺数高达3.4 x 10^6。利用该泰勒-库埃特系统，参数空间（Re_i，Re_o，η）扩展到（2.0 x 10^6，{ \pm }1.4 x 10^6，0.716-0.909）。该系统配备了气泡喷射器，温度控制，皮肤摩擦阻力传感器，和几个本地传感器研究湍流单相和两相流。内圆筒测力传感器通过扭矩测量检测皮肤摩擦阻力。透明的丙烯酸外筒允许液体流动和分散相（气泡、颗粒、纤维等）的动力学。在间隙内部，使用专门的局部传感器和非侵入式光学成像技术进行研究。该系统允许在高雷诺数制度的泰勒-库埃特流的研究，和背后的皮肤摩擦阻力改变由于气泡注射，聚合物注射，和表面疏水性和粗糙度的机制。
2011-02-23 physics.flu-dyn
The weakly nonlinear magnetorotational instability in a global, cylindrical Taylor-Couette flow
我们进行了一个全球性的，弱非线性分析的磁旋转不稳定性（MRI）在泰勒-库埃特流。这是一个多尺度扰动处理的非理想的，轴对称MRI阈值附近，受现实的径向边界条件和圆柱形的几何形状。我们分析了由恒定垂直背景磁场初始化的标准MRI和具有方位角背景场分量的螺旋MRI。这是第一个弱非线性分析的MRI在全球泰勒-库埃特几何，以及第一弱非线性分析的螺旋MRI。我们发现，标准MRI的振幅的演变是由一个真正的Ginzburg-Landau方程（GLE），而螺旋MRI的振幅采取的形式，一个复杂的GLE。这表明，饱和状态的螺旋MRI本身可能是不稳定的长期空间和时间尺度。
2017-04-28 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Non-axisymmetric instability of shear-banded Taylor-Couette flow
最近的实验表明，剪切带流的半稀释蠕虫状胶束在泰勒-库埃特几何形状表现出流动的泰勒涡的形式不稳定。在这里，我们进行非轴对称的线性稳定性分析的扩散剪切带的Johnson-Segalman模型，并表明，这种不稳定性的性质取决于所施加的剪切速率。对于实验相关参数，我们发现，在应力平台的开始不稳定性是由带之间的界面，而大部分的应力平台是由高剪切速率带的体不稳定性。我们的工作显着改变了最近提出的剪切带流的轴对称分析的基础上的稳定性图。
2012-01-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Transition to magnetorotational turbulence in Taylor--Couette flow with imposed azimuthal magnetic field
磁旋转不稳定性（MRI）被认为是天体物理吸积盘中湍流和动量传输的强大来源，但获得其操作的观测证据是具有挑战性的。最近，泰勒-库埃特流与外部施加的轴向和方位角磁场的实验室实验已经揭示了MRI的运动学和动力学特性接近不稳定的开始。虽然良好的协议被发现与线性稳定性分析，鲜为人知的是过渡到湍流和运输性能的MRI。我们在这里报告的MRI与施加方位磁场的数值调查。我们表明，层流泰勒-库埃特流变得不稳定的波旋转的方位角方向和立场，在轴向方向通过超临界霍普夫分岔。随后，流动的特点是一个灾难性的过渡到时空缺陷介导的亚临界次谐波Hopf分岔。我们的结果是在定性协议与PROMISE实验，并显着扩展其可实现的参数范围。我们发现，随着雷诺数的增加，缺陷积累和成长为湍流，但动量输运的规模弱。
2015-09-11 physics.flu-dyn
Experimental studies of turbulent Taylor-Couette flows: single phase and liquid-liquid dispersions
本文研究了在两个反向旋转的同轴圆柱体之间产生的湍流Taylor-Couette流中的液-液分散。在纯水和反向旋转中，雷诺数可达1.4 × 10^5。我们使用的液体是低粘度油和纯水或具有与油相匹配的折射率的碘化钠溶液，以获得透明的分散体。我们首先描述的单相流，在过渡到湍流的阈值，缩放的扭矩和测量的平均流量和雷诺应力的立体PIV。然后，我们研究了两相流中耗散的增加，发现单位质量的扭矩可以是单相流扭矩的两倍。长期行为也有报道。
2008-06-19 physics.flu-dyn
A novel subcritical transition to turbulence in Taylor-Couette flow with counter-rotating cylinders
在泰勒-库埃特流中，向湍流的转变通常通过一系列的超临界分叉发生，逐渐变得更加复杂，但仍然稳定。我们描述了一个亚临界层流湍流过渡的轴向纵横比为$Γ=5.26$和半径比为$η=0.905$的系统中的不稳定的中间状态介导的反旋转制度。在这种情况下，流动可视化实验和数值模拟表明，中间状态对应于具有互穿螺旋的非周期性流动。此外，在返回到方位角对称的层流之前，从湍流的反向过渡首先导致相同的中间状态，该中间状态现在是稳定的。时间分辨层析粒子图像测速技术被用来表征实验流，这些测量比较有利的直接数值模拟与轴向边界条件相匹配的实验。
2019-09-03 physics.flu-dyn
nsCouette -- A high-performance code for direct numerical simulations of turbulent Taylor-Couette flow
我们提出了nsCouette，一个高度可扩展的软件工具来解决纳维-斯托克斯方程之间的差异加热和独立旋转，同心圆筒的不可压缩流体流动。它是基于伪谱空间离散化和动态时间步进。它是在现代Fortran与混合MPI-OpenMP并行化计划，从而设计计算湍流在高雷诺数和瑞利数。还提供了用于中等问题大小的附加GPU实现（C-CUDA）和用于湍流管流的基本版本（nsPipe）。
2020-01-17 astro-ph.SR nlin.CD physics.ao-ph
Mathematically established chaos and forecast of statistics with recurrent patterns in Taylor-Couette flow
本文在反向旋转 Taylor-Couette 流的亚临界混沌转变中，用可严格证明混沌的离散映射建立了与不稳定周期轨道的一一对应，并证明可由 UPOs 重建混沌流体流动的全部统计性质。
2025-02-04 math-ph math.MP nlin.CD
Torque Scaling in Turbulent Taylor-Couette Flow with Co- and Counterrotating Cylinders
本文分析了独立旋转的外圆柱和外圆柱在强湍流区的Taylor-Couette流的整体输运特性，内圆柱和外圆柱的雷诺数分别达到Re_i = 2 x 10^6和Re_o = 1.4 x 10^6。对于所有Re_i、Re_o，无量纲扭矩G作为泰勒数Ta的函数缩放（其与内圆柱体和外圆柱体的角速度之间的差的平方成比例），具有通用有效标度律G \propto Ta^{0.88}，对应于表征内圆柱体和外圆柱体之间的角速度传输的努塞尔数的Nu_omega \propto Ta^{0.38}。指数0.38对应于类似瑞利-贝纳德系统的最终状态标度。对于沿相空间中的对角线的反向旋转情况，传输是最有效的，其中ω_0 \approx -0.4 ω_1。
2011-02-10 physics.flu-dyn
Spiral vortices traveling between two rotating defects in the Taylor-Couette system
本文给出了对转圆柱泰勒-库埃特系统内涡流的数值计算。用有限差分法和Galerkin法相结合求解了全时的纳维-斯托克斯方程。模拟了半径比为$η=0.5$和不同高度的环形间隙。它们被非旋转的盖子关闭，盖子在它们附近产生局部的埃克曼涡旋，并防止螺旋涡旋的轴向相位传播。旋转缺陷的存在和时空特性，调制埃克曼涡，螺旋涡结构的散装定量详细阐明。
2005-11-21 nlin.PS physics.comp-ph physics.flu-dyn
Chiral Particles in Taylor-Couette Turbulence
本研究通过实验探讨手性粒子在泰勒-库埃特湍流中的行为，发现其运动受流体涡旋主导，且手性不影响旋转和取向动态。
2025-11-28 physics.flu-dyn
Velocity profiles in strongly turbulent Taylor-Couette flow
本文导出了一般情况下独立旋转圆柱体在强湍流Taylor-Couette流中的速度分布。该理论基于适当（圆柱）几何形状的纳维-斯托克斯方程。特别是，我们推导出轴向和角速度轮廓作为与气缸壁的距离的函数，并发现两者都遵循对数轮廓，并具有向下弯曲的曲率修正，与轴向速度轮廓相比，角速度轮廓更明显，并且随着内圆柱半径和外圆柱半径之间的比率$η$的减小而强烈增加。相反，方位角速度不遵循对数律。然后，我们比较的角速度和方位角速度的配置文件与最近测得的配置文件在（非常）大的泰勒数的最终状态。虽然{ \em定性}趋势是相同的--对于大的壁距离和（适当移位和无量纲化）角速度剖面$ω^+(r)$比（适当移位和无量纲化）方位角速度剖面$u^+_φ(r)$更接近对数律--对于大的壁距离发现{ \em定量}偏差。我们将这些差异归因于泰勒辊和高度依赖的配置文件，这两者都没有被认为是在理论上的方法。
2013-10-23 physics.flu-dyn
Ring bursting behavior en route to turbulence in quasi two-dimensional Taylor-Couette flows
我们研究准二维泰勒-库埃特系统的政权的半径比接近统一-三维和二维之间的过渡政权。通过系统地增加雷诺数，我们观察到一些标准的过渡，如从经典的泰勒涡流（TVF）的波浪涡流（WVF），以及过渡到充分发展的湍流。在湍流发生之前，我们观察到局部湍流补丁的间歇性突发模式，证实了实验观察到的非常短的波长突发（VSWBs）的模式。一个引人注目的发现是，雷诺数大于VSWBs的发病，一种新型的间歇性爆发行为出现：爆发模式的方位角封闭环的各种订单。我们称之为环爆模式，它完全围绕圆柱体，但保持局部化，并在轴向方向上由非湍流的主要是波浪状结构分开。我们使用了一些定量的措施，包括交叉流的能量，来表征环爆模式，并将它们与背景流区分开来。环爆模式是有趣的，因为它不会发生在三维或二维泰勒-库埃特流：它只发生在过渡，准二维制度的系统，制度是研究较少，但肯定值得进一步关注，以获得更深入的了解湍流。
2015-01-08 physics.flu-dyn
Enhanced dissipation and nonlinear asymptotic stability of the Taylor-Couette flow for the 2D Navier-Stokes equations
本文研究两旋转同心圆柱间定常环流的非线性稳定性。粘性流体的动力学由二维Navier-斯托克斯方程描述。我们采用缩放变量。对于重新标度的方程，我们证明了定常流（泰勒-库埃特流）是渐近稳定的初始数据的大扰动。回到原来的二维Navier-斯托克斯方程，这意味着改进的Taylor-Couette流的过渡阈值。改进是由于增强的耗散和新的观察和加权$L^2$规范，其中捕获的粘度常数$ν$和（不同的）旋转速度和两个同轴圆筒的位置之间的隐藏结构的建设。特别是，我们允许的位置外圆柱体趋于无穷大，这使得初始流体动能不均匀有界。由于增强耗散效应，我们还建立了一个尖锐的预解估计，期望的时空界和最优衰减估计，从而证明了二维Taylor-Couette流的非线性渐近稳定性.
2021-12-31 math-ph math.AP math.MP
Spatio-temporal boundary dissipation measurement in Taylor-Couette flow using Diffusing-Wave Spectroscopy
本研究利用扩散波光谱结合高速相机，直接成像泰勒-库埃特流中边界耗散率的时空变化，并验证了方法的有效性，为湍流等复杂流动的耗散率成像提供了新途径。
2023-08-31 physics.flu-dyn
Absolute versus convective helical magnetorotational instabilities in Taylor-Couette flows
本文研究了具有无量纲半径$r_i=1$和$r_o=2$，轴向具有周期性波长$h\ge100$的系统中的磁Taylor-Couette流。内、外圆柱体的旋转比被调整为略微处于瑞利稳定状态，其中需要磁场来使流动不稳定，在这种情况下触发轴对称螺旋磁旋转不稳定性（HMRI）。考虑两种施加磁场的选择，两者都具有相同的方位角分量$B_ϕ=r^{-1}$，但不同的轴向分量。第一种选择是$B_z=0.1$，并产生熟悉的HMRI，由单向行波组成。第二种选择具有$B_z\approx0.1\sin(2πz/h)$，并且产生根据$B_z$的符号在相反方向上行进的HMRI波。第一种构型对应于对流不稳定，第二种构型对应于绝对不稳定。这两种变体的行为非常相似，无论是线性发作，以及非线性平衡。
2017-04-06 physics.flu-dyn
Nonlinear dynamo in a short Taylor-Couette setup
Laboratoire d’Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur, CNRS（工程师科学力学与计算实验室，法国国家科学研究中心）；Université Paris Sud 11, Département de Physique（巴黎第十一大学，物理系）；Institut Universitaire de France（法兰西学院）；Department of Mathematics, Texas A&M University（德克萨斯农工大学数学系）；Observatoire Royal de Belgique（比利时皇家天文台）；Luth, Observatoire de Paris-Meudon（巴黎-梅东天文台）
通过磁流体动力学数值模拟，证明短泰勒-库埃特装置在体力作用下能够维持发电机效应，其特征包括旋转赤道偶极子和非线性状态下的非周期反转。
2012-04-02 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
The Self-Sustaining Process in Taylor-Couette Flow
本文重新讨论了从泰约涡流到波涡流的转变。Waleffe的Self-Sustaining Process（SSP）[Phys. Fluids 9，883-900（1997）]提出，在壁边界剪切流中向湍流转变的关键成分是一个三步过程，该过程涉及使流向速度平流的滚柱，从而导致条纹，该条纹对于波动扰动变得不稳定，该波动扰动与自身的非线性相互作用馈送滚柱。我们在Taylor-Couette流中研究了这一过程。泰勒涡流到波涡流的不稳定性（SSP的第二阶段的灵感的过程）被示出为由条纹引起，其中辊起到可忽略的作用，如Jones [J. Fluid Mech.157，135-162（1985）]所预测的和Martinand等人[Phys. Fluids 26，094102（2014）]所证明的。在SSP的第三阶段，波浪与自身的非线性相互作用加强了横摇。我们表明，这两个定量和定性，确定物理区域中，这种强化是最强的，也表明这种非线性相互作用耗尽条纹。
2018-12-21 physics.flu-dyn
Controlling secondary flows in Taylor-Couette flow using spanwise superhydrophobic surfaces
本研究通过实验与数值模拟，利用展向超疏水表面处理削弱Taylor-Couette流中的Taylor涡二次流，并给出了所需最小疏水性及控制有效性的分析。
2023-06-20 physics.flu-dyn
Azimuthal velocity profiles in Rayleigh-stable Taylor-Couette flow and implied axial angular momentum transport
我们目前的方位角速度剖面测量泰勒-库埃特装置，已被用作恒星和行星的吸积盘的模型。该装置具有$η= 0.716$的圆筒半径比、$Γ= 11.74$的纵横比，并且在轴向方向上封闭圆筒的板附接到外圆筒。我们研究了瑞利稳定区的角动量输运和埃克曼泵浦。该制度是线性稳定的，其特征在于径向增加的比角动量。我们提出了几个瑞利稳定的配置文件剪切雷诺数$Re_S \sim O(10^5) \,$，无论是$Ω_i > Ω_o > 0$（准开普勒制度）和$Ω_o > Ω_i > 0$（子旋转制度），其中$Ω_{i,o}$是内/外圆筒旋转速率。没有一个速度剖面与非旋涡层流泰勒-库埃特剖面相匹配。在固定的$Re_S$下，当接近固体旋转时，与该轮廓的偏差增加。流动超旋转，一个角速度大于这两个圆柱体，观察到的子旋转制度。速度分布给出了旋转内筒所需扭矩的下限，该扭矩大于层流泰勒-库埃特流情况下的扭矩。准开普勒配置文件是由一个混合良好的内部区域，具有近似恒定的角动量，连接到一个外部区域的固体旋转与外圆柱体和附加的轴向边界。这些区域表明，角动量轴向传输到轴向边界。因此，外圆柱上附有封闭板的泰勒-库埃特流是吸积盘流的一个不完美的模型，特别是在稳定性方面。
2015-02-03 physics.flu-dyn
Effects of the computational domain size on direct numerical simulations of Taylor-Couette turbulence with stationary outer cylinder
在寻找最便宜的，但仍然可靠的数值模拟，计算域（“盒”）的大小对泰勒-库埃特流的直接数值模拟的影响进行了系统的研究。使用了具有不同方位角和轴向范围的四个盒子。内圆柱体和外圆柱体之间的半径比固定为$η=r_i/r_o=0.909$，并且外圆柱体保持静止，而内圆柱体以雷诺数$Re_i=10^5$旋转。剖面的平均和波动速度进行了比较，以及自相关和速度谱。最小的盒子被发现准确地再现较大的盒子的扭矩和平均方位角速度分布，同时具有比较大的盒子更小的波动值。盒子的轴向长度直接反映在泰勒辊上，并对相关性和光谱起着至关重要的作用。方位角的程度也被发现发挥了重要的作用，因为较大的盒子允许方位角的波样图案在泰勒辊开发，这会影响在散装区域的统计。对于研究的所有盒子，光谱没有达到盒子独立的最大值。
2017-04-23 physics.flu-dyn
The Ekman-Hartmann layer in MHD Taylor-Couette flow
本文研究了有限纵横比$H/D=10$下圆柱形MHD泰勒-库埃特流中刚性旋转平板引起的磁效应。假设圆柱体之间的流体为具有小磁普朗特数的液态金属，圆柱体是理想导电的，外加轴向磁场为$\Ha \approx 10$，旋转速率为$10^2-10^3$阶的$\Rey$。我们表明，端板引入，除了众所周知的埃克曼循环，类似的磁效应所产生的无限，旋转板，水平无界的任何墙壁。特别地，存在哈特曼电流，其穿透流体，转向径向方向，并且与所施加的磁场一起产生力。因此，该流动可以与由方位角压力梯度驱动的泰勒-迪恩流动进行比较。我们分析了这种流动的稳定性，并表明，由板引起的电流可以引起所考虑的参数的不稳定性。在设计MHD泰勒-库埃特实验时，必须特别注意垂直磁边界，使其不会显著改变旋转轮廓。
2007-10-30 astro-ph physics.flu-dyn
High-order meshless global stability analysis of Taylor-Couette flows in complex domains
本研究开发了基于无网格框架的数值求解器，用于复杂几何结构中流体流动的水动力稳定性分析，经两类Taylor-Couette流动算例验证有效后，将其应用于椭圆封闭腔Taylor-Couette流动的稳定性研究。
2024-04-17 math-ph math.MP physics.comp-ph
Drag reduction in boiling Taylor-Couette turbulence
我们创建了一个高度受控的实验室环境，可进行全球和本地监测，以分析湍流沸腾流，特别是统计稳定状态下的剪切应力。也就是说，通过精确监测强湍流泰勒-库埃特流（两个同轴旋转圆柱之间的流动，雷诺数$\textrm{Re}\approx 10^6$）从非沸腾到沸腾的过渡过程中的阻力，我们表明，直观的预期，即几个体积百分比的蒸汽气泡将相应地改变几个百分点的整体阻力，是错误的。相反，我们发现，在这些条件下，发生了高达45%的显着的全球阻力减少。我们将这个全球性的结果，我们的本地观测，表明，主要减阻的蒸汽泡变形是至关重要的，对应于韦伯数大于一。我们将我们的研究结果与气泡湍流的结果进行了比较，气泡遵循与蒸汽气泡非常不同的物理学。尽管如此，我们还是发现了显著的相似之处，并对它们进行了解释。
2019-09-09 physics.flu-dyn
