Mathematical formulation of mode-to-mode energy transfers and energy fluxes in compressible turbulence
本文提出一种数学框架，用于计算可压缩湍流中的模态间能量传递速率与通量，捕获三元组能量守恒，分解为旋转、压缩和混合分量，并建立与不可压缩流动的类比，展示其普适性。
2025-08-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Transfer learning for nonlinear dynamics and its application to fluid turbulence
我们引入了非线性动力学的迁移学习，它可以通过利用少量数据来有效地预测混沌动力学。对于Lorenz混沌，通过优化传输速率，我们实现了比传统方法高一个数量级的精确推理。此外，令人惊讶的少量学习就足以推断出Navier-Stokes湍流的能量耗散率，因为由于湍流的小尺度普遍性，我们可以在较低的雷诺数下转移从湍流数据中学到的大量知识。
2020-09-03 math.DS nlin.CD physics.comp-ph
The Lagrangian picture of heat transfer in convective turbulence
我们提出了一个流体动力学的视频，说明了拉格朗日方面的局部热传递在湍流瑞利-贝纳德对流。数据是从直接数值模拟中获得的。
2009-09-03 physics.flu-dyn
On uniqueness of transfer rates in magnetohydrodynamic turbulence
在流体动力学和磁流体动力学湍流中，传递速率的表达式依赖于满足$\textbf{k+p+q=0}$的波数三元组$(\textbf{k,p,q})$上的积分。作为示例，$S_E^{uu}(\textbf{k|p,q})$表示从三元组中的两个其他模式$\textbf{p}$和$\textbf{q}$到模式$\textbf{k}$的动能传递速率。正如Kraichnan（1958）所指出的，在$S_E^{uu}(\textbf{k|p,q})$中，转移到模式$\textbf{k}$的能量中有多少部分来自$\textbf{p}$，多少部分来自$\textbf{q}$是未知的。因此，这样的表达式与通常用双尺度能量交换来描述湍流是不一致的。尽管有这个问题，Dar et al.（2001）进一步将这些转移分解为$\textbf{p}$ -到- $\textbf{k}$和$\textbf{q}$ -到- $\textbf{k}$的单独贡献，从而引入了他们应用于MHD湍流的模式到模式转移的概念。这样做，他们不得不留出额外的转移在每个三合会内流通，但没有计算出来。在本文中，我们解释了如何推导出完整的表达式的方式到方式的转移，包括循环转移。我们对流体动力学湍流中的动能和动能螺旋度，以及MHD湍流中的动能、磁能和磁螺旋度进行了计算。将磁平流的贡献与磁拉伸分开，涉及磁场的能量模式到模式转移率变得唯一定义，与流体…
2020-04-21 physics.flu-dyn physics.geo-ph physics.plasm-ph
Helical mode interactions and spectral transfer processes in magnetohydrodynamic turbulence
通过将傅立叶空间中的速度场和磁场分解为螺旋模，解析地研究了磁流体动力学（MHD）湍流中的谱传递过程。确定了控制螺旋模式演化的动力系统的稳定解，并对这些解进行了稳定性分析。分析的解释是，不稳定的解决方案，导致相互作用的模式之间的能量转移，而稳定的解决方案没有。由此，可能的尺度间的能量和螺旋度转移的相互作用模式的螺旋度的依赖性。正如从三维MHD湍流中磁螺旋度的逆级联所预期的那样，与类似螺旋度的模式相互作用导致能量和磁螺旋度向较小波数的转移。然而，具有不同螺旋度的模式的一些相互作用也有助于逆能量转移。因此，非螺旋磁场的逆能量级联是可能的。此外，它被发现，高值的交叉螺旋度可能有一个不对称的影响，正向和反向转移的能量，其中正向转移是更淬灭的区域中的高交叉螺旋度比反向转移。这与最近观测到的太阳风湍流相一致。对于特定的螺旋相互作用的发电机行动的关系建立。
2015-09-01 astro-ph.CO nlin.CD physics.flu-dyn
Inverse transfer of magnetic helicity in direct numerical simulations of compressible isothermal turbulence: scaling laws
在等温理想磁流体力学（MHD）框架下，通过直接数值模拟大尺度机械驱动的湍流，研究了磁螺旋度的逆传递。机械力要么是纯螺线管的，要么是纯压缩的，所考虑的紊流稳态具有均方根（RMS）马赫数0.1 $\lesssim$ M $\lesssim$ 11。一个连续的小规模电动势强迫注入磁螺旋波动，这导致越来越大的磁结构的建立。谱标度指数的观察，对于低马赫数，是一致的不可压缩的情况下与以前的研究。更高的压缩性导致更平坦的磁螺旋度标度指数。与压缩驱动紊流相比，即使在高马赫数下，螺线管驱动紊流与不可压缩情况的偏差也比较小，在压缩驱动紊流中，在相对较低的RMS马赫数M $\gtrsim$ 3下已经可以看到很大的偏差。因此，可压缩效应可以在磁螺旋度的逆传递中发挥重要作用，特别是当湍流驱动器相当压缩时。然而，在不可压缩情况下观察到的理论结果，可以通过适当改变变量，使用阿尔文速度代替磁场，转移到超音速湍流。
2020-09-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Inverse transfer of magnetic helicity in direct numerical simulations of compressible isothermal turbulence: helical transfers
通过傅立叶壳-壳传递分析，研究了磁场和速度场的不同螺旋分量在磁螺旋度逆谱传递中的作用。磁螺旋度和能量传递分析的选择数据从均匀等温可压缩磁流体动力学湍流的直接数值模拟，受到大规模的机械强迫和小规模的螺旋电动驱动。作为初始条件的流体动力学湍流定常状态的均方根马赫数从0.1变化到大约11。在磁螺旋度向更大空间尺度的谱转移的一般情况下，可以区分三种物理现象：局部逆转移、非局部逆转移和局部直接转移。壳分解允许将这三种现象与明显不同的速度尺度相关联，而螺旋分解允许建立不同的螺旋分量和速度场的压缩部分对不同的传递过程的作用。不同螺旋贡献的位置和相对强度主要由三重螺旋几何因子决定。
2020-12-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Fundamental units of triadic interactions in Hall magnetohydrodynamic turbulence: how far can we go?
本文系统研究Hall MHD湍流的三元相互作用单元，提出模特定转移并刻画Hall转移在不同相互作用中的基结构及其非唯一性。
2023-12-17 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Third-order structure functions for isotropic turbulence with bidirectional energy transfer
我们推导并检验了一种新的三阶结构函数的启发式理论，该理论可以解决同时向小尺度和大尺度谱能量转移的情况下的强迫尺度，例如，这可以自然地发生在旋转分层湍流或磁流体动力学湍流中。该理论有三个参数，即上/下尺度能量传输率和强迫尺度，它包括经典的惯性范围理论作为局部限制。当应用于测量数据时，我们的整体尺度理论可以利用全范围的数据来推导能量转移率，因此与局部理论相比，它具有更广泛的应用，特别是在数据不完美的情况下。此外，由于强迫尺度的分辨率，新理论可以检测能量输入的尺度，这是以前不可能的。我们测试我们的新理论与MHD湍流的二维模拟。
2019-06-27 physics.flu-dyn
Analysis of the relevance of the filtered radiative transfer equation terms for large eddy simulation of turbulence-radiation interaction
本文采用大涡模拟（LES）方法分析了湍流与辐射的相互作用。采用统计定常强迫均匀各向同性湍流的直接数值模拟（DNS）方法，研究了滤波辐射转移方程（RTE）中未封闭项的相关性，以及光学厚度和湍流强度等参数的影响。LES没有亚网格尺度模型的过滤RTE也进行了研究。忽略辐射的亚网格尺度涨落在各种情况下都被证明是一个准确的假设，特别是对于辐射的吸收项。然而，折射率辐射相互作用的影响显着增加的光学厚度的基础上的过滤器的大小或与湍流强度，因此亚网格尺度的建模应开发的情况下，光学厚度不薄，湍流强度高于20%。
2019-03-11 physics.flu-dyn
The coherent structure of the kinetic energy transfer in shear turbulence
湍流中的能量级联，即，自20世纪40年代以来，动能从大流动尺度到小流动尺度或反之亦然（后向级联）的传递是大多数湍流理论和模型的基石。然而，理解空间组织的动能转移仍然是一个突出的挑战，在流体力学。在这里，我们揭示了三维结构的能量级联跨剪切占主导地位的尺度均匀剪切湍流的数值数据。我们表明，与能量传递相关的特征流结构是一个漩涡形状为一个倒置的发夹，然后由一个直立的发夹。前向和后向叶栅之间的不对称性是由发夹结构内的反向流动循环引起的，这触发了流动中的反向模式。
2020-03-07 physics.flu-dyn
Experimental evidence of accelerated energy transfer in turbulence
本文利用声波散射研究了湍流涡旋中的涡度动力学。两个超声波束进行调整，同时探测两个空间尺度在一个给定的流量，从而允许相干涡结构的动态的双通道记录。我们的研究结果表明，这允许测量不同空间长度尺度之间的平均能量转移时间，并且这种转移在较小的尺度上进行得更快。
2007-05-29 physics.flu-dyn
A local approach to the study of energy transfers in incompressible magnetohydrodynamic turbulence
本文提出了一种研究磁流体动力学（MHD）湍流中尺度间能量传递的局部方法。该方法基于执行物理场的局部平均，这相当于过滤小于某个参数$\ell$的尺度。在这项工作中的一个关键步骤是推导出一个当地卡门豪沃思莫宁关系提供了一个当地形式的波利塔诺和Pouquet的4/3定律，没有任何假设的同质性或各向同性。我们的方法是准确的，非随机的，我们显示其连接到通常的统计结果的湍流。它的实施所获得的数据，通过一个三维的强迫，不可压缩MHD方程的数值模拟从约翰霍普金斯湍流数据库构成了我们研究的主要部分。首先，我们证明了局部Kármán-Howarth-Monin关系成立。接下来研究局部跨尺度传输的空间统计，它们的平均值和标准差在惯性尺度上是最大的，它们的概率密度函数（PDF）显示出非常宽的尾部。构成PDF尾部的事件被证明形成强转移的结构，无论是正面的还是负面的，并且可以在整个可用的尺度范围内观察到。随着$\ell$的减小，这些结构在空间中变得越来越局部化，同时导致平均能量级联率的分数增加。最后，我们强调他们的准一维（类似的）或准二维（片/带状）的性质，并表明，他们出现在强涡度或电流密度的地区。
2019-04-16 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Particle-to-fluid heat transfer in particle-laden turbulence
惯性颗粒在湍流作用下的优先聚集是一个公认的现象。本研究探讨了这种现象如何影响流体相和颗粒相之间的平均传热。利用拉格朗日点粒子跟踪耦合的均匀和各向同性湍流的直接数值模拟，我们探讨了这一现象在很宽的输入参数范围。在定义这个问题的9个独立的无量纲数，我们表明，粒子斯托克斯数，定义的基础上大涡时间，和一个新的识别数称为热混合参数粒子到气体的传热效果最显着，而在其他无量纲数的变化可以忽略不计。一项调查制度与显着的颗粒质量负载，表明从颗粒到气体的平均传热几乎不受动量双向耦合。利用我们的数值结果，我们提出了一个代数降阶模型的颗粒负载湍流传热。
2018-07-06 physics.flu-dyn
Energy transfer in simple and active binary fluid turbulence {\bf {-}} a false friend of incompressible MHD turbulence
本研究通过两点统计推导二元流体湍流能量级联的精确关系，揭示其与不可压缩MHD湍流的本质差异，并预测能量谱的k^{-3/2}定律。
2022-06-26 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
Nonlocal Energy Transfer Mechanism in Three-dimensional Quantum Turbulence
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, LEGI（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，格勒诺布尔理工学院，流体力学与能源实验室）
研究零温度量子湍流中的动能传递，揭示非局域能量传输机制，绕过经典能量级联，产生非经典能量谱。
2026-11-09 physics.flu-dyn
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
The effect of turbulence on mass and heat transfer rates of small inertial particles
研究了湍流对小惯性重粒子（HIP）与包埋流体之间传质传热的影响。确定了两个影响。第一种效应是由于流体和颗粒之间的相对速度造成的，并给出了相对速度的模型。第二种效应是由于颗粒的聚集，其中由于致密颗粒簇内消耗的物质的快速耗尽而抑制了传质速率。这最后的效果是相关的大达姆科勒数，它可以完全控制的达姆科勒数大于1的传质速率。一个模型，描述了这种效果应该如何纳入现有的粒子模拟工具。
2017-01-17 physics.flu-dyn
Direct measurement of energy transfer in strongly driven rotating turbulence
The Hebrew University（希伯来大学）
本研究通过向强驱动旋转湍流中短暂突增能量注入的方式，在实空间、频域、波数空间三个域测量能量传递规律，发现惯性波在该体系能量逆级联中起关键作用，相关结果有别于弱驱动湍流的已有结论。
2024-04-30 physics.flu-dyn
Scale-to-scale energy transfer rate in compressible two-fluid plasma turbulence
本文导出了三维可压缩双流体等离子体湍流中能量传递的精确关系式。在长时间的限制，我们得到了一个精确的法律表示的尺度到尺度的平均能量通量率的两个点增量的流体变量的每个物种，电场和磁场和电流密度，并提出了一个强有力的约束湍流动力学。在适当的假设下，恢复了不可压缩单流体和双流体极限以及可压缩单流体极限。在单一流体的限制下，分析是在忽略和不忽略电子质量的情况下进行的，从而使精确的关系适合于更广泛的应用。在可压缩的两个流体政权，总的能量通量率，不像单流体的情况下，被发现是不变的背景磁场的存在下。精确的关系提供了一种方法来测试是否在等离子体的尺度范围是惯性或耗散，是必不可少的理解空间和稀释天体物理等离子体的非线性性质。
2020-04-29 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dispersed fibers change the classical energy budget of turbulence via nonlocal transfer
采用一种先进的完全耦合浸没边界方法分析了离散刚性纤维对湍流的反作用。确定了以下普遍的情况：在大尺度上的湍流失去了一致的一部分，其动能（通过达西摩擦项），这部分重新出现在小尺度上，一个新的范围内的能量包含的尺度确实出现。因此，大尺度混合被耗尽，有利于在最小尺度上产生新的混合机制。锚定纤维引起与大惯性移动纤维相同的对湍流的反作用。因此，我们的研究结果提供了两个明显分离的领域之间的联系：多孔介质和悬浮动力学之一。
2020-07-08 physics.flu-dyn
Energy transfer in compressible magnetohydrodynamic turbulence
磁场、压缩性和湍流是许多地球和天体物理过程中的重要因素。虽然能量动力学，即能量是如何转移内和之间的动力和磁水库，以前已经研究了不可压缩的磁流体动力学（MHD）湍流的背景下，我们扩展壳到壳的能量转移分析的可压缩制度。我们推导出四个新的传递函数，特别是捕获压缩性的影响，在动能和磁级联，并捕获通过磁压力的能量交换。为了说明他们的可行性，我们执行和分析四个模拟驱动等温MHD湍流在亚和超声速制度与两个不同的代码。一方面，我们的分析揭示了跨政权和数值方法的鲁棒特性。例如，个别尺度之间的能量转移是本地和向前的两个级联与磁级联是强于动能。与叶栅相比，与磁张力和磁压力相关的转移不那么局部化，并且更弱。我们没有发现明显的非本地转移的证据。另一方面，我们表明，某些功能，例如，磁能级联的压缩分量表现出更复杂的行为，其随状态和数值方法而变化。在建立了可压缩状态下的分析基础之后，该方法现在可以应用于研究更广泛的参数空间。
2017-10-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Scale interactions in magnetohydrodynamic turbulence
本文综述了磁流体动力学湍流中尺度相互作用的研究进展。当今计算能力的提高，使得能够探索传导流中不同的湍流结构，以及壳到壳传递函数的发展，导致了对速度和磁场之间以及尺度之间的相互作用的详细研究。特别是，诸如感应和发电机作用、由洛伦兹力对速度波动的阻尼或各向异性的发展等过程，可以在不同的尺度上表征。在这方面，我们考虑三种不同的配置，经常在文献中研究：机械强制湍流，自由衰减湍流，和湍流中存在的均匀磁场。每种配置都有不同的地球物理和天体物理应用。每种情况都讨论了当地和非当地的转移。虽然仅动能或仅磁能的尺度之间的转移是局部的，但观察到动能和磁场之间的转移是局部的或非局部的，这取决于配置。本文还对磁螺旋度级联中的尺度相互作用进行了评述。在此基础上，讨论了湍流中常用的小尺度各向同性假设和普适性假设的合理性。
2010-06-09 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Note on specific chiral ensembles of statistical hydrodynamics: "order function" for transition of turbulence transfer scenarios
流体动力学螺旋性标志着宇称对称性破缺，流动的手性。因此，统计流体力学尊重手性，因为对称性破缺和恢复是其基本原理的关键，例如光谱转移方向及其机制。三维（3D）Navier-Stokes各向同性湍流的同手性子系统已经用螺旋表示技术数值实现，以呈现逆能量级联[Biferale等人，物理学评论快报，{ \bf 108}，164501（2012）]。这种情况类似于2D湍流，其中逆能量级联，或更一般的能量拟能双级联方案，被认为是与Kraichnan的绝对平衡的负温度状态的帮助下。实际上，如果在这种系统中的螺旋度被认为是正的而不失一般性，则可以识别出对应的负温度状态[Zhu等人，流体力学杂志，{ \bf 739}，479（2014）]。在这里，对于某些特定的湍流手征系综，我们用相应的绝对平衡证明，即使螺旋度分布在波数上是符号确定的，不同的形状函数的\textit{ansatzes}，由特定螺旋度和能量谱$s(k)=H(k)/E(k)$之间的比率定义，意味着不同的传输方向，我们可以有反螺旋度和前向能量的双重传输（比如说，$s(k)\propto k^{-2}$导致绝对平衡模态能量谱密度$U(k)=\frac{1}{α+βk^{-2}}$，正好是Kraichan的二维欧拉拟能），同时向前转移（使用$s(k)=constant$），或者甚至没有简单定向的转移（用，比如说，非单调$s(k) \propt…
2014-07-31 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Spectral Transfers of Sign-Definite Invariants in Wave Turbulence
该研究建立了波湍流中符号定号不变量谱转移的表征方法，通过分析Majda-McLaughlin-Tabak模型揭示了能量与作用量级联的局域性特征及回流现象，解释了数值模拟需大盒子尺寸的原因。
2025-03-01 nlin.CD physics.flu-dyn
Mixing in modulated turbulence. Analytical results
最近的数值结果表明，如果标量混合的周期性强迫湍流，平均混合率直接影响强迫频率相比，积分湍流频率小。我们阐明这一点的分析研究，使用简单的湍流模型的光谱传输。在速度场的强迫作用上增加一个大的振幅调制，增强了能量传递，同时减少了标量传递。因此，将调制添加到随机搅拌方案将负面地影响混合速率。我们进一步推导出低和高强迫频率的被动标量在同一流动中的响应的渐近行为。
2016-11-03 physics.flu-dyn
Single-wavenumber Representation of Nonlinear Energy Spectrum in Elastic-Wave Turbulence of {F}öppl-von {K}ármán Equation: Energy Decomposition Analysis and Energy Budget
非线性能谱的单波数表示，即，在Föppl-vonKármán（FvK）方程控制的弹性波湍流中发现了拉伸能谱。该表示使能量分解分析在波数空间，并在非线性相互作用的详细能量收支的解析表达式首次获得在波动湍流系统。我们数值求解了FvK方程，并观察到以下事实。动能和弯曲能在大的波数下是可以相互比较的，正如弱湍流理论所表明的那样。另一方面，在小波数下，拉伸能大于弯曲能，即，非线性相对较强。在小波数时，观测到模式$a_{\bm{k}}$和它的伴随模式$a_{-\bm{k}}$之间的强相关。能量传递表明，在小波数时，能量通过拉伸能量传递输入波场，在大波数时，能量通过动能传递的四次部分耗散。利用总能量转移的解析表达式，直接计算出了符合能量守恒的总能量通量，并清晰地观察到了前向能量级联。
2014-12-09 nlin.CD physics.flu-dyn
Enstrophy transfers in helical turbulence
本文采用直接数值模拟的方法研究了螺旋湍流中的涡度拟能转换。我们观察到，螺旋度注入没有显着的影响，惯性范围内的能量和螺旋度谱（$\sim k^{-5/3}$）和通量（常数）。我们还计算了速度到涡度和涡度到涡度通道对涡度拟能转移的单独贡献。有四个不同的涡度拟能通量与前一个通道或涡度拉伸，和一个通量与后一个通道或涡度平流。在惯性范围内，涡度拉伸引起的通量大于平流引起的通量。这些转移也对螺旋度注入不敏感。
2020-04-22 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Laminar and turbulence forced heat transfer convection correlations inside tubes. A review
本文综述了管内层流和湍流强制对流传热关联式，系统评估了公开文献中实验与计算研究的既有及最新成果，涵盖不同管形与纳米流体建模，旨在优化热设计并提升性能。
2024-01-04 physics.flu-dyn
On the inverse energy transfer in rotating turbulence
旋转湍流是三维系统的一个例子，其中可以形成从小尺度到大尺度的能量逆级联。虽然通常被理解为旋转流的典型二维化的副产品，三维模式的作用还没有完全理解。为了阐明这个问题，我们进行了直接的数值模拟旋转湍流的二维模式落在垂直于旋转的平面从动态演化。我们的研究结果表明，虽然二维模式是形成一个固定的逆级联的关键，三维自由度发挥了重要的作用，使能量更大的尺度也。此外，我们表明，这种向后转移的能量进行的三维模式的纯手征通道。
2018-11-08 physics.flu-dyn
Experimental Study of Energy Transfer by Inertial Waves During the Build up of Turbulence in a Rotating System
本文研究了旋转水筒中流体从静止到湍流的转变。我们表明，能量，注入在一个给定的高度，通过流体体积的惯性波包传输。这些波的传播速度与线性化理论计算的速度一致，即使它们具有很大的振幅。一个明确的“前”的能量功率谱的时间演变被检测到，定义了一个时间尺度的能量传输在系统中的线性波速度。模式之间的非线性能量传递由不同的时间尺度控制，该时间尺度可以比线性时间尺度长得多。这些观察结果表明，在旋转湍流场的能量分布和统计驱动的间歇性能源可能是不同的二维湍流中的逆能量级联所描述的。
2008-11-13 physics.flu-dyn
Predictive modeling of passive scalar transfer to a wall using stochastic one-dimensional turbulence
本文将槽道湍流中的被动标量作为湍流边界层传热传质的正则问题来研究。一维湍流模型被用来数值研究施密特和雷诺数的依赖性标量转移到一个壁，由于波动的壁正常传输。首先，该模型是校准低阶速度统计。在此之后，我们保持模型参数固定，并调查低阶被动标量统计相关的施密特和雷诺数范围。我们表明，该模型一致预测的边界层结构和缩放制度，它是接近渐近一维理论。
2020-11-09 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Energy transfer from large to small scales in turbulence by multi-scale nonlinear strain and vorticity interactions
湍流的一个内在特征是由于大尺度激励快速产生小尺度运动而导致的混合和动能耗散的速率增强。动能从大尺度向小尺度的转移通常归因于应变率对涡量的拉伸，但应变自放大也起作用。以前对这种联系的处理是现象学的或不精确的，或者不能区分涡度拉伸和应变自放大的贡献。在本文中，一个精确的关系推导出定量建立直观的多尺度机制，如涡量拉伸和应变自放大一起致动湍流中的能量的尺度间转移。数值结果验证了这一结果，并用它来证明，应变自放大的能量传递的贡献是高于涡量拉伸，但不是压倒性的。
2019-12-01 physics.flu-dyn
Large scale flow effects, energy transfer, and self-similarity on turbulence
利用高分辨率直接数值模拟的数据研究了大尺度对湍流脉动统计和动力学的影响。使用了三种不同的强迫，空间分辨率从256^3到1024^3不等。通过研究傅立叶空间中的非线性三元相互作用，传递函数，结构函数和概率密度函数进行了研究。结果表明，大尺度流动对小尺度湍流的发展和统计特性起着重要的作用。螺旋度的作用也进行了研究。我们讨论了这些研究结果之间的联系和不一致性，偏离普遍性，以及瓶颈效应的可能起源。最后，我们简要地描述了我们的结果的亚网格模拟的湍流的后果。
2006-05-19 physics.flu-dyn
A Morphing Continuum Analysis of Energy Transfer in Compressible Turbulence
提出并验证了一种基于广义Lax-Friedrichs分裂通量的变形连续统理论（MCT）的保激波有限体积法。数值MCT求解器在马赫数为2.93的超声速湍流中通过$8^{\circ}$压缩斜坡进行了演示。模拟结果验证了MCT作为可压缩湍流模拟的替代方案的可行性。MCT模拟所需的最小网格单元的大小几乎是一个订单大于在类似的DNS研究。比较表明，MCT是一个更计算友好的理论比经典的NS方程。通过MCT引入的子尺度旋转，阐明了能量级联在单个涡旋长度尺度上的动力学过程。在这方面，MCT提供了一个统计平均程序捕获的能量转移在可压缩湍流，没有发现在经典流体理论。MCT结果的分析表明，存在的内部和平移的动能波动与相应的涡流旋转能量波动的统计耦合，表明能量的多尺度转移。总之，MCT在不使用过多计算资源的情况下给出了可压缩湍流内能量级联的新表征。
2018-02-07 physics.flu-dyn
Emergence of magnetic structure in supersonic isothermal magnetohydrodynamic turbulence
本文通过直接数值模拟研究了马赫数高达10的等温磁流体动力学湍流中磁螺旋度的逆转移，发现用阿尔芬速度代替磁场时不可压缩MHD的结果可扩展至超音速MHD，并揭示了压缩性对三种尺度转移现象的不同影响。
2023-11-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Data-driven subgrid-scale modeling of forced Burgers turbulence using deep learning with generalization to higher Reynolds numbers via transfer learning
发展数据驱动的亚网格尺度（SGS）模式用于大涡模拟（LES）已受到广泛关注。尽管取得了一些成功，特别是在先验（离线）测试中，但已经确定了挑战，包括后验（在线）测试和泛化（即，外推）训练的数据驱动的SGS模型，例如更高的雷诺数。在这里，使用随机强迫Burgers湍流作为测试平台，我们证明了使用适当预处理（增强）数据训练的深度神经网络可以产生稳定和准确的后验LES模型。此外，我们还证明了迁移学习可以准确/稳定地推广到雷诺数高10倍的流动。
2020-12-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Inter-scale energy transfer in turbulence from the viewpoint of subfilter scales
本简报的组织如下。在第2节中，我们介绍了导致子过滤器尺度耗散项P的过滤器尺度能量方程。我们讨论了动能的源和汇的性质，并确定了我们的目标功能有关的最佳尺度间能量转移（ISET）项。在第3节中对与子滤波器速度相关的动能进行了类似的分析，并引入了一个新的ISET项T。第4节和第5节提供了不同流量和不同过滤器的T和P之间的比较。最后，我们在第6节中提出了我们的结论。
2019-12-25 physics.flu-dyn
Saturation of the inverse cascade in surface gravity wave turbulence
我们报告了在一个大盆地中观测到的尺度大于强迫尺度的地面重力波湍流。除了通常在重力波湍流中报道的下尺度传输外，还观察到了一种上尺度传输，解释为弱湍流理论的逆级联。当逆级联达到强迫波长和流域大小之间的尺度时，达到稳定状态，但远离后者。这种依赖于波陡度的逆级联饱和可能是由于非线性耗散结构的出现，如尖峰波。
2020-08-17 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Geometric Mechanics of Real-Space Energy Transfer in Turbulence
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
该研究通过实空间能量级联的球几何分解湍流局地能量传递，结合直接数值模拟揭示其与流体微元变形动力学的纯力学联系，明确了应变自放大与涡旋拉伸的作用及级联边界。
2026-10-09 physics.flu-dyn
Effect of filter type on the statistics of energy transfer between resolved and subfilter scales from a-priori analysis of direct numerical simulations of isotropic turbulence
分析了在强迫均匀和各向同性湍流中，不同滤波策略对分解到子滤波尺度（SFS）能量传递统计特性的影响。我们进行了先验的统计特性的SFS能量传输的过滤数据从直接数值模拟（DNS）与高达$2048^3$网格点作为过滤器截止尺度的函数。为了量化的极端事件和异常缩放的过滤器上的依赖，我们比较尖锐的傅立叶伽辽金投影仪，高斯滤波器和一类新的伽辽金投影仪与非尖锐的光谱滤波器配置文件。感兴趣的是伽利略不变性的重要性，我们确认，当地的SFS能量传输显示在偏度和平坦度作为截止尺度的函数的不稳定性缩放。此外，我们量化的鲁棒性缩放作为过滤类型的函数。
2018-02-22 physics.flu-dyn
Energy transfer and dissipation in equilibrium and nonequilibrium turbulence
在风洞中，用热线风速仪对衰减分形方格产生的湍流的非平衡耗散行为进行了实验研究。先前的结果是巩固和基准与湍流产生的规则的正方形网格，旨在保留一定的几何参数的分形正方形网格。这种比较表明，在湍流衰减到尾流相互作用距离的前几个倍数的过程中，下游区域的分形正方形网格和规则正方形网格网格产生的湍流都表现出非平衡行为。对于一个规则的网格，它示出，超出这个区域有一个过渡到经典的耗散行为，如果当地的湍流雷诺数是足够高的。因此，可以得出一个尖锐的结论，即这种行为比最初想象的更普遍，因此具有更大的科学和工程意义。通过对非齐次vonKarman-Howarth-Monin方程项的实验测量，进一步研究了非平衡耗散现象。这个方程本质上是一个按尺度的能量转移预算。从数据表明，不均匀的湍流不篡改的非平衡现象和非线性能量传递的标度，即传递到小尺度的能量，是不平衡的耗散。这种不平衡导致了小尺度平流的增长，以补偿转移的能量和耗散的能量之间不断增加的差距。对于最高雷诺数的数据，它也表明，非平衡耗散标度似乎是一致的期望，它是渐近独立的粘度与幂律谱与Kolmogorov-Obukhov指数-5/3。
2013-07-24 physics.flu-dyn
Magnetic helicity and the evolution of decaying magnetohydrodynamic turbulence
在迄今为止所做的许多单实现数值研究的基础上，本文给出了逆谱传输的围扰平均高分辨率直接数值模拟。这确定了这种类型的光谱转移作为磁流体动力学湍流的统计特性，从而允许可靠的数值探索其动力学。从这些合奏运行的磁能衰减指数已被确定为$n_E = (0.47 \pm 0.03) + (13.9 \pm 0.8)/R_λ$的初始螺旋磁场。我们首次表明，即使在去除了动量方程中的洛伦兹力项，从而使其与感应方程解耦之后，反向光谱传输仍然存在。感应方程现在与外部施加的速度场是线性的，因此适用于许多分析技术。一个新的大门已经打开，分析反向光谱传输，讨论了各种想法。
2014-10-07 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Beyond capillarity: extended interfacial energy transfer in bubble-laden turbulence
Roma Tre University（罗马第三大学）
本文通过谱分析发现，含气泡湍流中短程近接触相互作用使毛细功率产生有限负残差，并由短程排斥力功补偿，从而揭示了超越纯毛细作用的扩展界面能量传递路径。
2026-09-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Breakdown of Kolmogorov Scaling and Modified Energy Transfer in Bubble-Laden Turbulence
本研究通过格子玻尔兹曼高分辨率模拟，发现含气泡湍流中全局能量传递接近普适，但气相偏离Kolmogorov标度，呈现平坦谱及k^{-3}标度，揭示了小尺度修正机制。
2025-09-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Energy-flux vector in anisotropic turbulence: application to rotating turbulence
能量通量在能量级联湍流分析中起着关键作用。在各向同性湍流中，通量由作为波数大小的函数的标量给出。另一方面，各向异性湍流中的通量应该是一个既有方向又有大小的几何矢量，不仅取决于波数的大小，而且还取决于波数的方向。各向异性湍流中的能量通量矢量不能用各向同性通量的方法唯一地确定。在本文中，我们引入了两个假设，即非线性能量传递的净局部性和有效性，提出了一种利用Moore-Penrose逆来确定各向异性湍流中能量通量矢量的方法。根据直接数值模拟得到的能量传递率，给出了强旋转湍流中的能量通量矢量。结果表明，在惯性波占主导地位的波数范围内，能流矢量的方向与弱湍流理论的预测是一致的。然而，沿临界波数的能量通量预测的缓冲区之间的弱湍流范围和各向同性Kolmogorov湍流范围的临界平衡没有观察到在目前的模拟。临界平衡和目前的数值结果之间的差异进行了讨论，并发现耗散在缓冲区范围内的能量通量中起着重要的作用。
2020-10-02 nlin.CD physics.flu-dyn
Direct measurements of anisotropic energy transfers in a rotating turbulence experiment
我们在实验上研究了背景旋转对衰减网格湍流中能量传递的影响。的各向异性的能流密度，${\bf F} ({\bf r}) = < δ{\bf u}\,(δ{\bf u})^2 >$，其中$δ{\bf u}$是矢量速度增量超过分离${\bf r}$，是确定的第一次使用粒子图像测速仪。我们表明，旋转诱导的各向异性的能量通量$\nabla \cdot {\bf F}$，这导致各向异性的能量分布的增长$E({\bf r}) = < (δ{\bf u})^2 >$，在协议与卡门-豪沃思-莫宁方程。令人惊讶的是，我们的研究结果证明，这种各向异性的增长基本上是由一个近径向，但取向依赖，能通量密度${\bf F} ({\bf r})$。
2011-06-23 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Spectral analysis on dissimilarity between turbulent momentum and heat transfers in plane Couette turbulence
湍流中不同尺度间的非线性相互作用导致了湍流能量的尺度间和空间输运，这种尺度间的相互作用在湍流传热机制中的作用从工程角度看也具有重要的实际意义。在本研究中，我们调查了一个湍流平面Couette流与被动标量传热在普朗特数0.71，为了解决速度和温度场的尺度相互作用之间的相似性/差异。采用等温差边界条件，使平均速度和温度廓线相似，然后比较了尺度间和空间输运对湍流能量谱输运预算和温度统计的作用。我们发现，湍流传热发生在相对较小的流向长度尺度相比，动量传递，虽然分子扩散是更显着的温度场的普朗特数小于1。对温度相关谱的输运收支的详细分析表明，温度场中的尺度相互作用比速度场中的尺度相互作用为小尺度提供了更多的能量。这种显著的温度级联导致小尺度下更强的温度涨落，最终导致湍流热传递和动量传递谱的不相似。
2022-04-06 physics.flu-dyn
Demonstration of the rotational viscosity transfer across scales in Navier-Stokes turbulence
本研究扩展了自旋角动量守恒的Navier-Stokes方程，通过二维自由衰减湍流的谱分析，验证了旋转粘性能够将小尺度结构向大尺度转移，揭示了Navier-Stokes湍流中秩序跨尺度传播的新机制。
2025-07-30 math-ph math.MP physics.class-ph
Non-local modulation of the energy cascade in broad-band forced turbulence
传统上，大尺度强迫湍流的特征在于通过非线性相互作用将能量从大尺度转移到小尺度。我们已经研究了这种能量传递过程中的变化，在宽带强迫湍流中，在较小尺度上引入了额外的扰动。通过在较小尺度上引入强迫的能量动力学的调制不仅发生在强迫区域中，而且由于非局部三元组相互作用而发生在强迫带之外的宽范围的长度尺度中。宽带强迫改变能量分布和能量传递函数的特征方式，导致显着的调制的湍流。我们研究了当改变小尺度强迫支持的强度和位置时，这种能量转移的变化。大尺度的能量含量减少，而在大尺度和小尺度强迫区之间的尺度的能量输送能力增强。这是进一步调查的详细传递函数之间的三合会的贡献和观察的长期统计流量。能量不仅通过与大尺度强迫湍流情况下相似大小的波数，而且通过可以外部控制的更宽范围的尺度向更小的尺度转移。
2006-04-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Port-Hamiltonian inspired gradient diffusion model for magnetohydrodynamic turbulence
作为不可压缩磁流体力学中理想不变量的非线性谱通量的简化表示，我们构造了一个梯度扩散网络模型，该模型结合了唯象考虑和精确非线性能量传递函数的几何分析。能量守恒谱输运和交叉螺旋度的降阶表示是端口-哈密顿形式，这突出了这种方法的灵活性和模块性。雷诺数高达$~10^6$的数值实验产生了清晰的惯性能谱的幂律特征。根据能量传递的主导时间尺度，观察到Kolmogorov（-5/3），弱湍流（-2）或Iroshnikov-Kraichnan（-3/2）标度指数。平均磁场中的各向异性湍流也被成功地模拟。湍流衰减的特征指数和观测到的交叉螺旋度对能量传递的影响与文献和理论结果一致。
2022-03-22 physics.flu-dyn
Energy transfer, Intermittency and Mixing in Shear-Driven Stratified Turbulence
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）
通过直接数值模拟研究不同弗劳德数下分层剪切湍流的能量传递、间歇性和混合，发现中间分层区间出现垂直剪切水平流并增强混合，能谱正向传递为主，强分层增强间歇性，混合系数约为0.1。
2026-07-03 nlin.CD physics.flu-dyn
