Kinetic helicity decay in linearly forced turbulence
动力学螺旋度的衰减研究强迫湍流的数值模型中使用外部强加的强迫函数作为方程中的非齐次项，或者，作为替代，一个长期的线性速度引起的线性不稳定。外部强加的强迫功能注入能量在最大的尺度上，产生一个湍流的惯性范围，几乎恒定的能量通量，而线性强迫湍流的谱能量是最大的耗散波数附近。动力学螺旋度注入一次达到统计稳定状态，但它被发现衰减的湍流时间尺度上的强迫的性质和雷诺数的值无关。
2012-04-06 astro-ph.SR nlin.CD physics.ao-ph
Nonlinear superposition of direct and inverse cascades in two-dimensional turbulence forced at large and small scales
我们询问的性质的二维Navier-Stokes湍流同时被迫在小尺度和大尺度。背景动机来自于对大气湍流的观测结果。我们表明，速度场是服从于两个辅助速度场的总和被迫在大，小尺度和表现出直接拟能和逆能量级联，分别。值得注意的是，这两个辅助领域调和通量的普遍性质与正统计相关的惯性范围内。
2011-10-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Analytical theory of forced rotating sheared turbulence. I. Perpendicular case
我们提供了一个一致的理论湍流存在的剪切和旋转。从脉动场的准线性方程出发，考虑剪切和旋转对湍流的影响，导出了湍流振幅和湍流输运系数。我们表明，剪切减少湍流振幅和运输，更强烈的方向平行于剪切比在垂直的，有效地诱导各向异性湍流。旋转进一步降低了湍流幅度和传输。剪切和旋转之间的相互作用被证明会产生一种新的非扩散通量的角动量（$Λ$ -效果），提供了一种机制，在天体物理和地球物理系统的剪切结构的永久性。
2008-06-12 physics.flu-dyn
Dynamical model of steadily forced isotropic turbulence
提出了一个动力学模型的各向同性湍流驱动的稳定强迫，产生一个粘度独立的小尺度（惯性）制度的动态。这再现了完全发展（静止）阶段中两点速度关联函数的柯尔莫戈罗夫谱，同时预测了高阶时刻的间歇性校正。该模型还产生了一个瞬态阶段的幂律时间演化。完全发展湍流的交叉时间与湍流系统尺寸成比例，为$\sim L^{11/3}$。解释了瞬态行为的物理起源。
2006-01-16 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
On the Dissipation Rate Coefficient in Homogeneous Isotropic Decaying and Forced Turbulence
对各向同性均匀衰减和强迫定常湍流的归一化无量纲von Kármán-Howarth方程进行积分，得到耗散率系数$C_ε=(L ε)/< u^2 >^{3/2}$的表达式，其中$L$表示纵向积分长度尺度，$ε$表示平均耗散率，$< u^2 >$表示纵向速度脉动的平均方差。对于衰减湍流，低雷诺数和高雷诺数极限下$C_ε$的最终精确表达式取决于衰减指数$n$，已知衰减指数取决于湍流产生时的初始速度结构。对$n$的依赖性导致非通用系数。定常受迫情形的表达式取决于受迫机制，因而也不具有普适性。尽管如此，当采用类似的强迫算法时，与衰减湍流情况相比，应预期较低的值和相当少的散射。
2011-08-02 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Lagrangian statistics in forced two-dimensional turbulence
我们报告的模拟二维湍流的逆能量级联制度。针对拉格朗日示踪粒子的统计特性，研究了速度脉动概率密度函数的标度行为。结果进行了比较，三维的情况下。特别是在补偿累积量方面的分析揭示了从一个强大的非高斯行为与大尾巴的高斯性的过渡。报告计算的关联函数的加速度组件揭示了示踪粒子的基本动力学。
2007-10-09 physics.flu-dyn
Dynamic multiscaling in stochastically forced Burgers turbulence
本文详细研究了随机强迫一维Burgers方程在湍流非平衡但统计稳定状态下的动态多尺度性。我们引入了$\textit{interval collapse times}$ $τ_{\rm col}$的概念，即由一对拉格朗日示踪剂划分的长度为$\ell$的区间在一次冲击中坍缩所需的时间。通过计算$τ_{\rm col}$的$p$阶矩的动态标度指数，我们证明了（a）存在$\textit{not one but an infinity of characteristic time scales}$，（b）$τ_{\rm col}$的概率分布函数是非高斯的，具有幂律尾.我们的研究是基于（a）一个理论框架，使我们能够获得动态多尺度指数解析，（b）广泛的直接数值模拟，（c）（a）和（b）的结果进行了仔细的比较。我们讨论了可能的推广我们的工作尺寸$d >1 $，随机强迫Burgers方程，和其他可压缩流，表现出湍流与冲击。
2022-06-07 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Non-local modulation of the energy cascade in broad-band forced turbulence
传统上，大尺度强迫湍流的特征在于通过非线性相互作用将能量从大尺度转移到小尺度。我们已经研究了这种能量传递过程中的变化，在宽带强迫湍流中，在较小尺度上引入了额外的扰动。通过在较小尺度上引入强迫的能量动力学的调制不仅发生在强迫区域中，而且由于非局部三元组相互作用而发生在强迫带之外的宽范围的长度尺度中。宽带强迫改变能量分布和能量传递函数的特征方式，导致显着的调制的湍流。我们研究了当改变小尺度强迫支持的强度和位置时，这种能量转移的变化。大尺度的能量含量减少，而在大尺度和小尺度强迫区之间的尺度的能量输送能力增强。这是进一步调查的详细传递函数之间的三合会的贡献和观察的长期统计流量。能量不仅通过与大尺度强迫湍流情况下相似大小的波数，而且通过可以外部控制的更宽范围的尺度向更小的尺度转移。
2006-04-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Sustaining processes from recurrent flows in body-forced turbulence
通过直接从体强迫三维湍流中提取不稳定的不变解，我们研究了当强迫是大尺度的并且在动量或涡量方程中是单向的时，在起作用的动力学过程。在前一种情况下，从最近关于线性稳定剪切流的工作中所熟悉的动力学过程--不同地称为自持过程（Waleffe 1997）或涡波相互作用（Hall & Smith 1991; Hall & Sherwin 2010）--即使在基流是线性不稳定的情况下也是重要的。在后一种情况下，强迫驱动泰勒-格林涡，从各种类型的周期性轨道孤立的观察到一些机制。特别是，两种不同的瞬态生长机制进行了讨论，以解释更复杂的状态。
2016-11-15 physics.flu-dyn
Analytical theory of forced rotating sheared turbulence. The Parallel case
研究了旋转和剪切流作用下的强迫湍流。在以前的论文中[Leprovost和Kim，PRE in press（2008）]，我们考虑了剪切和旋转垂直的情况。在这里，我们考虑平行旋转和剪切的互补情况下，阐明旋转和流动剪切如何影响剪切流的产生（例如能量级联的方向），湍流水平，颗粒和动量的传输。与旋转和剪切垂直的情况相比，我们发现旋转仅对非常快速的旋转（$Ω\gg \A$）影响湍流振幅，在这种情况下，由于剪切流，旋转略微降低了各向异性。此外，关于湍流的输运性质，我们发现旋转只影响粒子的输运，并且只对快速旋转产生影响，导致几乎各向同性的输运（而在垂直旋转和剪切的情况下，即使对于缓慢旋转，旋转也有利于各向同性的输运）。
2008-10-08 physics.flu-dyn
Turbophoresis in forced inhomogeneous turbulence
我们表明，通过直接的数值模拟，重惯性粒子（其特征在于斯托克斯数$\St$）在非均匀强迫统计平稳等温湍流集群的均方湍流速度的最小值。两个湍流输送过程，湍流泳动和湍流扩散共同决定了颗粒的空间分布。如果假设湍流扩散率与湍流均方根速度成比例，就像均匀湍流的情况一样，则可以计算湍流系数。实际上，对于上述假设，对于小$St$，湍流系数和均方根速度的无量纲乘积随$St$增加，对于$St\approx 10$达到最大值，对于大$St$，随$\sim St^{-0.33}$减少。
2016-10-17 physics.flu-dyn
Saturation of large-scale dynamo in anisotropically forced turbulence
由于磁螺旋度平衡的限制，湍流发电机理论在获得短动力学时间尺度上的大尺度磁场演化方面遇到了困难。这对于理解太阳、恒星和星系等天体物理系统中的大尺度磁场演化具有重要意义。直接数值模拟（DNS）在过去的各向同性强迫螺旋湍流表明，大规模发电机饱和时间尺度依赖于磁雷诺数（Rm）。在这项工作中，我们已经进行了周期性的盒DNS的螺旋强制湍流导致一个大规模的发电机与两种强迫功能，一个各向同性的基础上使用的PENCIL代码和各向异性的基于Galloway-Proctor流。我们表明，当湍流被迫各向异性，非线性（饱和）行为的大型发电机只有弱依赖于RM。事实上，各向异性情况下的磁螺旋度在小尺度和大尺度上的演化与各向同性情况下的磁螺旋度演化有明显的不同。这一结果可能为缓解灾难性淬火等重要问题带来希望。
2021-12-02 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Data-driven subgrid-scale modeling of forced Burgers turbulence using deep learning with generalization to higher Reynolds numbers via transfer learning
发展数据驱动的亚网格尺度（SGS）模式用于大涡模拟（LES）已受到广泛关注。尽管取得了一些成功，特别是在先验（离线）测试中，但已经确定了挑战，包括后验（在线）测试和泛化（即，外推）训练的数据驱动的SGS模型，例如更高的雷诺数。在这里，使用随机强迫Burgers湍流作为测试平台，我们证明了使用适当预处理（增强）数据训练的深度神经网络可以产生稳定和准确的后验LES模型。此外，我们还证明了迁移学习可以准确/稳定地推广到雷诺数高10倍的流动。
2020-12-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Lambda-effect from forced turbulence simulations
目的：我们确定的组件的$Λ$效果张量，量化的贡献，即使是均匀旋转的湍流动量输运。研究方法：利用三维数值模拟方法研究了旋转和各向异性强迫作用下三重周期立方体中的湍流输运。通过所谓的最小τ近似得到的分析结果进行比较。结果：在垂直方向湍流强度占主导地位的情况下，垂直应力始终为负。这种情况预计将发生在恒星对流区。应力的水平分量较弱，并在纬度30度处显示出最大值-无论旋转有多快。最小τ近似捕获了数值结果的许多定性特征，只要弛豫时间τ接近于周转时间，即Strouhal数是单位阶。
2008-06-24 astro-ph physics.flu-dyn
Disentangling inertial waves from eddy turbulence in a forced rotating turbulence experiment
我们提出了一个时空分析的统计平稳旋转湍流实验，旨在提取惯性波的签名，并确定它们可以被检测到的尺度和频率。该分析使用两点空间相关的时间傅立叶变换的速度场的时间分辨立体粒子图像测速测量在旋转框架。我们将湍流的各向异性程度量化为频率和空间尺度的函数。我们表明，这种时空相关的各向异性是很好地描述了线性惯性波在大尺度上的色散关系，而较小的尺度主要是由在较大尺度上的流体运动的波的扫描。这种扫掠效应主要是由于湍流的低频准二维分量，这是我们实验的一个突出特征，波动湍流理论没有考虑到这一点。这些结果的相关性的旋转湍流在实验室实验中，这是相关的大多数地球物理和天体物理流量的适度Rossby数的理论提出了质疑。
2015-04-09 physics.flu-dyn
Cross-helically forced and decaying hydromagnetic turbulence
本文研究了强交叉螺旋度存在下磁流体动力学流中动能谱和磁能谱的演化。对于强迫湍流，我们发现弱的反向传递的动能向最小波数。这可以通过注入波数和域的最小波数之间的尺度分离的有限性来解释，在这里最小波数是15倍。在衰减的情况下，在最小波数处有轻微的增加，这可能是由于在最小波数处动能对磁能的支配作用。在一个范围内的波数覆盖几乎一个数量级的衰减是纯粹的指数，这被认为是一个后果的抑制非线性由于存在强交叉螺旋。
2019-02-19 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Experimental study of turbulent thermal diffusion of particles in an inhomogeneous forced convective turbulence
本研究通过实验探究振荡网格驱动的非均匀对流湍流中微米颗粒的湍流热扩散现象，对比稳定分层湍流的相关结果，验证了颗粒在低温区聚集的效应及有效扩散系数，结果符合理论预测。
2023-06-20 physics.flu-dyn
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
TURB-Hel: an open-access database of helically forced homogeneous and isotropic turbulence
本研究提出开放获取的TURB-Hel螺旋湍流数据库，含两个完全螺旋强迫维持的均匀各向同性湍流数据集，可展现螺旋度级联现象，支持多种湍流分析，已开放下载。
2024-04-11 physics.flu-dyn
A multi-scale limit of a randomly forced rotating $3$-D compressible fluid
本文研究了在确定性和随机强迫项共同作用下三维可压缩Navier-Stokes-Coriolis系统的奇异极限。如果马赫数与弗劳德数相当，且两者都与$\varepsilon\ll 1$成比例，而Rossby数的尺度类似于$\varepsilon^m$，则$m>1$大，则我们证明了$3$ -D随机受迫旋转可压缩方程的任何弱鞅解族（在确定性离心力的影响下）在概率上收敛，如$\varepsilon\rightarrow0$，引入相应的随机强迫项，导出了$2$ -D不可压Navier-Stokes方程组。
2019-01-17 math.AP math.PR physics.flu-dyn
Forced Stratified Turbulence: Successive Transitions with Reynolds Number
数值模拟的强制湍流的雷诺数，R，保持固定的强稳定，体积平均密度分层的值的序列。在较小的R值，湍流速度主要是水平的，和动量平衡近似旋和静水。这是一个由所谓的煎饼涡主导的区域，只有内部重力波的弱激发和局部理查森数Ri的大值。在较高的R值有连续的过渡到（a）倾覆运动与局部逆转的密度分层和小或负值的Ri;（b）增长的水平均匀的垂直剪切流分量;和（c）增长的大规模的垂直流分量。在这些转变过程中，饼状涡继续主导湍流的大尺度部分，而重力波分量除了在小尺度上外仍然很弱。
2003-04-22 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Layer formation in horizontally forced stratified turbulence: connecting exact coherent structures to linear instabilities
我们认为湍流分层的“Kolmogorov”流，驱动水平剪切的正弦体强迫的形式中存在一个强加的背景线性稳定分层在第三个方向。这种流动结构允许对相干结构的形成进行受控调查，相干结构在这里通过随着分层强度的增加而使背景切变倾斜来将流动组织成水平层。通过数值收敛精确的稳定状态从直接数值模拟的混沌流，我们表明，第一次，一个强大的连接线性理论预测不稳定性从无穷小扰动的强大的有限振幅非线性分层状态中观察到的湍流。我们调查所观察到的垂直长度尺度是如何与主要的线性不稳定性，并与先前考虑的剪切不稳定性导致在其他水平剪切流层形成的例子进行比较。
2017-09-11 physics.flu-dyn
Emergence of long-range correlations and thermal spectra in forced turbulence
本研究探讨了受迫湍流中热平衡谱和长程关联的涌现机制，证明其源于线性动量湍流扩散且尺度随时间缓慢增长，并指出具有显著线性动量的受迫会产生更平缓谱，且受迫后衰减遵循 Saffman 衰减定律。
2023-08-01 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Discrete Filters for Large Eddy Simulation of Forced Compressible MHD Turbulence
本文讨论了在尺度相似模型下，离散滤波器在强迫可压缩磁流体湍流大涡模拟（LES）方法中的适用性。在物理空间中，使用有限差分数值格式的离散过滤器的形状上的尺度相似模型的影响和效果进行检查。我们将自己限制在高斯滤波器和礼帽滤波器。这种亚网格尺度模型，对应于不同的3-和5-点近似的高斯和礼帽过滤器的参数$ε$（网格大小的比率，以截止的过滤器的长度尺度）的值进行了研究。离散滤波器产生更多的磁场差异。结果表明，高斯滤波器比礼帽滤波器对可压缩受迫MHD湍流中的参数$ε$更敏感。$ε=2$和$ε=3$上的3点滤波器给出的结果精度最低，而5点高斯滤波器在$ε=2$上显示出最佳结果。
2013-11-08 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the energy spectrum of rapidly rotating forced turbulence
在本文中，我们调查的统计特征的充分发展，强制，快速旋转，{湍流}系统使用数值模拟，和模型{的}能量{频谱}，{拟合}以及与数值数据。在大于Kolmogorov耗散波数的波数（$k$）中，能量被分布为使得适当无量纲化的能谱是${\bar E}({\bar k})\approx \exp(-0.05{\bar k})$，其中上条表示适当无量纲化。{For当波数小于强迫波数时，水平面上的能量远大于垂直旋转轴上的能量。{For}这样的波数，我们发现，各向异性能谱，$E(k_\perp,k_\parallel)$遵循幂律标度，$k_\perp^{-5/2}k_\parallel^{-1/2}$，其中“$\perp$”和“$\parallel$”分别指的是垂直和平行于旋转轴的方向，这一结果是在与Kuznetsov-Zakharov-Kolmgorov谱的弱惯性波湍流理论预测的旋转流体。
2018-10-16 physics.flu-dyn
Inverse Energy Cascade in Forced 2D Quantum Turbulence
我们在一个受迫二维量子涡旋湍流的极小模型中证明了一个逆能量级联。我们模拟的Gross-Pitaevskii方程的运动超流体强迫由一个固定的网格的障碍电位，和阻尼由一个固定的热云。强迫注入大量的涡旋能量到系统中的规模在几个愈合长度。强迫和阻尼的制度，涡能被有效地传输到大的长度尺度通过一个逆能量级联与集群的增长相同的循环涡，柯尔莫哥洛夫标度律在动能频谱在一个很大的惯性范围内，和频谱凝聚的动能在系统大小的规模。我们的研究结果提供了明确的证据，以前在各种经典系统中观察到的逆能量级联现象，也可以发生在量子流体中。
2013-02-18 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Influence of an external magnetic field on forced turbulence in a swirling flow of liquid metal
本文报道了封闭容器中外加磁场对液态镓受迫三维湍流的影响。我们观察到一个指数阻尼的湍流速度波动的相互作用参数N的函数（在纳维-斯托克斯方程惯性项的洛伦兹力的比率）。流动结构发展出一些各向异性，但不会变成二维的。从动力学的观点来看，阻尼首先均匀地发生在整个频谱上。对于较大的N值，在最高频率处出现非常强的附加阻尼。然而，注入的机械功率保持独立于所施加的磁场。感应磁场和电势差的同时测量表明，磁场和速度波动之间的相关性很弱。所观察到的减少的波动是在协议与先前提出的机制为饱和的湍流发电机和冯卡门钠发电机磁场的数量级。
2009-08-26 physics.flu-dyn
Experimental properties of continuously-forced, shear-driven, stratified turbulence. Part 2. Energetics, anisotropy, parameterisation
在第二部分中，我们进一步研究了分层倾斜管道（SID）中的两层交换流的实验特性，这是湍流的，强分层的，剪切驱动的，和连续强迫的。我们使用与第1部分中相同的核心剪切层方法分析相同的最先进的数据集，但我们在这里关注湍流能量学和混合统计。动能和标量能量预算的详细分析揭示了SID湍流的特异性和缩放，而能量谱提供了我们的实验数据的电流强度和局限性的洞察。流动在不同尺度下的各向异性表征了湍流动能的产生和Holmboe波和湍流的耗散机制。然后，我们评估标准的混合parameterisations模型依赖于均匀的涡流扩散系数，混合长度，通量参数，浮力雷诺数或湍流弗劳德数，我们比较有代表性的值与分层混合文献。这些措施的可控流动参数的混合的依赖性也阐明，提供渐近估计，可以外推到更强烈的湍流，量化的产品的倾斜角的管道和雷诺数。这些见解可以作为未来一代的实验数据的基准，具有优越的时空分辨率，需要探测日益激烈的湍流。
2021-03-16 physics.flu-dyn
Forced and natural dynamics of a clamped flexible fiber in wall turbulence
本研究通过直接数值模拟探究壁湍流中夹持柔性纤维的动力学特性，发现两种拍动状态，首次揭示湍流主导区纤维摆动频率与流动最大尺度的正比关系，以及夹持端对涡同步的阻碍作用。
2023-11-15 physics.flu-dyn
Turbulence-induced melting of a nonequilibrium vortex crystal in a forced thin fluid film
为了了解最近的实验中的连续性诱导熔化的周期性阵列的旋涡在薄的流体膜，我们进行了直接的数值模拟的二维纳维-斯托克斯方程被迫，这样，在低雷诺数，稳定状态的膜是一个正方形格子的旋涡。我们发现，当我们增加雷诺数，这个晶格经历了一系列的非平衡相变，首先与一个不同的倒易晶格的晶体，然后到一个序列的晶体振荡的时间。最初的时间振荡是周期性的，这种周期性的行为变得越来越复杂，随着雷诺数的增加，直到膜进入一个空间无序的非平衡统计稳定，是湍流。我们通过使用流体动力学测量来研究这种转变序列，例如区分流动中的旋涡和延伸区域的Okubo-Weiss参数，来自非线性动力学的想法，例如，\Poincare地图，和理论方法，已经开发的研究熔化的平衡晶体或冻结的液体，并导致一个自然的一组序参量的结晶相和空间自相关函数，分别在湍流和结晶相的短和长程序。
2009-10-16 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
On the stationarity of linearly forced turbulence in finite domains
一个迫使湍流远离衰变的简单方案是由Lundgren在不久前提出的，即“线性强迫”，它相当于在速度场中具有常数系数的线性力项。线性强迫湍流的演变对一个固定的最终状态，所示的直接数值模拟（DNS），从理论的角度来看，基于对称性参数进行检查。为了密切关注DNS的流量被假定为生活在一个立方域周期性的边界条件。线性强迫方案的简单性允许将问题重写为粘性减小的衰减湍流问题。标度对称性的考虑表明，系统演化到一个稳定的状态，演化可以被理解为一个更大的近似对称性逐渐打破一个更小的精确对称性。同样的论点表明，域的有限性是密切相关的系统演化到一个稳态在晚些时候，以及这种状态的一致性与高度的各向同性强加的域本身的对称性。在DNS中观察到的所有定态量的波动可以与各向同性的偏差相关联。事实上，自我保存的各向同性湍流模型被用来研究从一个直接的动力学的角度来看，强调自然的泰勒微尺度作为一个自相似尺度在这个系统中的演变。在这种情况下，定态作为稳定的不动点出现。自我保护似乎是一个值得注意的相似性的三阶结构函数之间的线性强迫和自由衰减的湍流，再次域的有限性起着重要的作用的原因。
2011-05-08 physics.flu-dyn
On the influence of forced homogeneous-isotropic turbulence on the settling and clustering of finite-size particles
Institute for Hydromechanics, Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院水力学研究所）
研究强制湍流对有限大小粒子沉降和聚集的影响，发现湍流可降低聚集强度，但非单调衰减，且可能引发与湍流谱能量涡旋的共振。
2026-01-26 physics.flu-dyn
Experimental investigation of turbulence and turbulent thermal diffusion in strongly inhomogeneous and anisotropic forced convection
本研究通过实验探讨强不均匀和各向异性对流中湍流及湍流热扩散特性，发现温度梯度与粒子数密度分布存在反相关关系。
2025-10-13 physics.flu-dyn
Scale-dependent cyclone-anticyclone asymmetry in a forced rotating turbulence experiment
我们在一个定常强迫旋转湍流实验中描述了气旋-反气旋非对称性的统计和几何特性。湍流是由一组垂直襟翼产生的，这些襟翼向安装在旋转平台上的罐的中心连续注入速度波动。我们首先从传统的单点涡度统计特征的气旋反气旋不对称。我们提出了一个唯象模型来解释实验中出现的不对称性，从中我们预测的标度律的均方根速度与实验数据吻合良好。我们进一步量化的气旋反气旋不对称使用一组三阶两点速度相关。我们专注于非零的相关性，只有当气旋-反气旋对称性被打破。与单点涡度统计相比，它们有两个优点：第一，它们仅由速度测量定义，因此不需要精确的柯尔莫哥洛夫尺度;第二，它们提供了气旋-反气旋不对称性的尺度依赖性信息。我们计算这些关联函数分析的随机分布的独立相同的旋涡。这些模式关联式较好地描述了实验关联式，表明气旋-反气旋不对称性是由大尺度长寿命气旋主导的。
2014-03-10 physics.flu-dyn
Lagrangian statistics and flow topology in forced two-dimensional turbulence
本文研究了流体湍流中拉格朗日统计量与流动拓扑之间的关系。的拓扑结构的特点是使用Weiss标准，提供了一个简化的工具来划分成拓扑不同的区域：椭圆形（涡为主），双曲线（变形为主），和中间（湍流背景）的流量。流对应于强迫二维Navier-Stokes湍流在双周期和圆形有界域与非滑移边界条件。在双周期域中，Weiss场的概率密度函数（PDF）表现出负偏度，这与在周期域中流动由相干涡旋结构主导的事实一致。另一方面，在圆形域中，椭圆和双曲区域似乎在统计上相似。我们遵循拉格朗日方法，并通过跟踪大的被动平流示踪剂合奏获得统计数据。拓扑不同区域中的停留时间的pdf使用拉格朗日外斯场计算，即，沿着粒子轨迹计算的外斯场在椭圆和双曲区域，停留时间的概率密度函数具有自相似的代数衰减尾。另一方面，在中间区域，pdf具有指数衰减的尾部。拉格朗日速度的条件（相对于流拓扑）pdf在周期域和有界域中表现出高斯行为。与自由衰减湍流情况相反，强迫湍流中拉格朗日加速度的条件PDF在周期域和有界域中显示出相当的不稳定性水平。拉格朗日曲率的条件概率密度函数的特征在于，在所有情况下，自相似幂律行为与阶-2的衰减指数。
2010-09-15 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Linear Stability and Subcritical Turbulence in Rotating Shear Flows
阐明了旋转平面Couette流动与Taylor-Couette流动之间的关系。通过考虑旋转坐标系中科氏力的影响，解释了它们的线性稳定极限的一致性。实验数据被用来量化的行为的最小雷诺数的亚临界湍流的旋转和曲率的函数。这最后的依赖性是理解通过现象学分析，这也意味着科里奥利力降低了效率的亚临界湍流运输相对于非旋转流，数值观察。
2003-05-28 astro-ph physics.flu-dyn
Anisotropy in Homogeneous Rotating Turbulence
均匀湍流旋转流体的有效应力张量是各向异性的。这使我们考虑最一般的轴对称四阶"粘性张量"的牛顿流体和新的条款中的湍流有效力在大尺度上产生的，除了微观粘性力。这些项中有些涉及涡量耦合，有些是角动量不守恒的（在旋转坐标系中）。此外，我们探讨了由于轴对称的响应函数和两点速度相关的约束。最后，我们比较了我们的粘性张量与其他四秩张量定义在当前的方法来非旋转各向异性湍流。
2003-12-02 astro-ph math-ph math.MP
Turbulence of capillary waves forced by steep gravity waves
实验研究了在实验室机械产生的随机陡重力波作用下毛细波的动力学和统计特性。毛细波是由非线性波相互作用产生的重力波。使用的自由表面的时空测量，我们统计特征的随机制度的毛细波在空间和时间傅立叶空间。对于一个显着的波陡度（$0.2-0.3$），幂律谱观察在空间和时间，定义的湍流制度的毛细波转移能量从大尺度到小尺度。空间谱的时间涨落分析表明，当毛细波列以类似于寄生毛细波产生机制的方式产生时，毛细幂律谱是由间歇性的强非线性事件在快速时间尺度上向小尺度传递能量的时间平均结果。波谱的频率和波数幂律指数与弱非线性波湍流理论的结果一致。然而，通过尺度的能量通量不是恒定的，与此通量的波浪谱标度是不符合湍流理论。这些结果表明，超越经典波动湍流理论的理论发展是必要的，以描述自然环境中的毛细波的动力学和统计。特别是，在存在大尺度粘性耗散和强非线性的情况下，可以重新考虑非局部和非共振相互作用的作用。
2018-04-17 physics.flu-dyn
Preconditioned Adjoint Data Assimilation for Two-Dimensional Decaying and Forced Turbulence
San Diego State University（圣地亚哥州立大学）
通过预条件共轭数据同化方法，改进了二维衰减各向同性湍流中初始条件的重建精度。
2026-08-11 physics.flu-dyn
Cascade processes in rapidly rotating turbulence
本文研究了不可压缩、快速旋转的湍流中的动能和动能螺旋度在谱上的传递过程。本文提出了一个适用于三维快速旋转湍流的Fjortoft定理的类比。结果表明，与二维湍流相似，二维湍流中同时存在两个级联：动能的逆级联和动能螺旋度的正级联，在二维湍流中对应于涡度拟能的级联。所提出的方案与我们以前的计算，最近的一些数值模拟，和旋转湍流的物理实验是一致的。
2018-09-06 physics.flu-dyn
Experimental properties of continuously-forced, shear-driven, stratified turbulence. Part 1. Mean flows, self-organisation, turbulent fractions
我们研究了分层倾斜管道（SID）中的交换流的实验性质，这些交换流同时是湍流的，由平均垂直密度梯度强烈分层的，由平均垂直剪切驱动的，并且连续地由重力强迫。我们专注于核心剪切层远离管道壁，这些流量是优秀的实验可实现的近似规范双曲正切分层剪切层，其迫使允许平均和湍流特性达到准稳态。我们分析了国家的最先进的数据集的时间分辨密度和速度在三维子体积的管道在16个实验，涵盖了一系列的流态（霍姆波，间歇性湍流，全湍流）。在第1部分中，我们首先揭示了多维参数空间（雷诺数，体理查森数，速度密度层厚度比）中的允许区域，以及它们与实验可控参数的联系。哈罗德平均余额，然后揭示了微妙的动量强迫和耗散机制，在每一层中，扩大或锐化的密度接口，以及这些流量的流向非周期性的重要性。平均流量表明自相似的速度和密度分布的趋势，增加湍流，梯度理查森数统计支持以前的内部混合理论的平衡理查森数，边际稳定性和自组织临界。湍流体积分数拟能和翻转阈值的基础上量化不同制度之间的湍流的性质，同时突出了在时空间歇性流动中获得代表性统计数据的挑战。这些见解可能会刺激和协助发展的数值模拟与更高程度的实验现实主义。
2021-03-16 physics.flu-dyn
TURB-MHD: an open-access database of forced homogeneous magnetohydrodynamic turbulence
TURB-MHD数据库提供了强制均匀磁流体动力学湍流的数据集，用于研究总能量 cascade 和部分逆动能 cascade 的现象。
2025-12-14 physics.flu-dyn
2D2C, 2D3C, 2C2Dcw1C3D, 3D3C, rotating turbulence, thin-layer flows, quasi-static magnetohydrodynamics (QSMHD), and beyond
2D2C、2D3C、2C2Dcw1C3D、3D3C、旋转湍流、薄层流动、准静态磁流体力学（QSMHD）等方面的研究工作还比较多，但本文适时报道了局部和全局2C2Dcw1C3D流动的一些研究，以期促进更智能、更深入的工作。
2018-03-30 nlin.CD physics.flu-dyn physics.geo-ph
Dynamic Scaling in Rotating Turbulence: A Shell Model Study
本文研究了旋转湍流中从随时间变化的关联函数中提取的适当时间尺度的标度形式。特别是，我们得到精确的估计的动态指数$z_p$，与时间尺度，和它们的关系，更常见的测量等时间指数$ζ_p$。这些理论预测，通过使用多重分形形式主义，得到验证，通过广泛的数值模拟的壳模型，这样的旋转流。
2022-06-11 nlin.CD physics.flu-dyn
Linearly forced fluid flow on a rotating sphere
本文研究了耦合非线性平流和一般线性不稳定性的广义Navier-Stokes方程。这种易于分析的极小模型的内部主动应力驱动的流体流动最近已被证明允许在一个固定的二维球的精确解。在这里，我们扩展到线性驱动的旋转球体上的流动的分析。我们推导出与时间无关的纬向喷流和叠加的向西传播Rossby波对应的GNS方程的精确解，定性上类似于在行星大气中看到的。直接数值模拟与大的旋转速率获得统计稳定的状态接近这些精确的解决方案。在GNS模拟中测得的波的相速度与Rossby波的分析预测一致。
2020-04-09 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.flu-dyn
Energy transfer and dissipation in forced isotropic turbulence
从无量纲Kármán-Howarth方程推导出无量纲耗散率$C_{\varepsilon}$的雷诺数依赖性模型，得到$C_{\varepsilon}=C_{\varepsilon, \infty} + C/R_L + O(1/R_L^2)$，其中$R_L$为积分尺度雷诺数。系数$C$和$C_{\varepsilon,\infty}$来自无量纲二阶和三阶结构函数的渐近展开。通过对积分尺度雷诺数高达$R_L=5875$的强迫各向同性湍流的直接数值模拟（DNSs），补充了这一理论工作（$R_λ=435$），用于确定无量纲耗散随雷诺数增加的衰减呈指数值为$n = -1.000\pm 0.009$的幂律$R_L^n$，并且$C_{\varepsilon}$的这种衰减实际上是由于泰勒替代物$U^3/L$的增加。将模型方程与DNS数据拟合，得到$C=18.9\pm 1.3$值和$C_{\varepsilon,\infty} = 0.468 \pm 0.006$无限雷诺数极限下$C_\varepsilon$的渐近值。
2015-04-16 physics.flu-dyn
Feynman rules for forced wave turbulence
本文研究围绕波湍流态的涨落，通过为具有四次相互作用的经典场理论添加耗散和高斯随机受迫，利用路径积分与费曼图计算关联函数至次领头阶，并推导了次领头阶的动力学方程。
2024-03-24 cond-mat.stat-mech hep-th nlin.CD
Direct and inverse energy cascades in a forced rotating turbulence experiment
我们提出了一个统计稳定的旋转湍流实验中的双级联的动能的实验证据。湍流是由一组垂直襟翼产生的，这些襟翼不断地向旋转水箱的中心注入速度波动。能量转移的两点三阶三分量速度结构函数，我们使用立体粒子图像测速仪在旋转框架中测量评估。在没有整体旋转的情况下，能量从大尺度转移到小尺度，就像在经典的三维湍流中一样。在非零转速下，水平动能呈现出双重级联：小尺度下为正级联，大尺度下为逆级联。相比之下，垂直动能总是从大尺度转移到小尺度，这种行为让人想起二维湍流中被动标量的动力学。在最大旋转速率的流动几乎是二维的，和一个纯粹的逆能量级联被发现的水平能量。为了描述按尺度的能量收支，我们考虑将Kármán-Howarth-Monin方程推广到非均匀湍流，其中能量输入被明确地描述为从襟翼通过进行测量的控制体积表面的湍流能量平流。
2014-12-12 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Turbulent Prandtl number from isotropically forced turbulence
湍流运动增强了大尺度流动的扩散和温度梯度。这种扩散通常由湍流粘性系数（$ν_{\rm t}$）和湍流热扩散系数（$χ_{\rm t}$）来参数化，这与它们的微观对应物类似。我们通过在湍流上施加大尺度的速度和温度梯度并测量系统的响应来计算湍流扩散系数。我们还证实了我们的结果，使用实验中施加的梯度被允许衰减。为了实现这一点，我们使用弱可压缩的三维流体动力学模拟各向同性强迫均匀湍流。我们发现，湍流粘性和热扩散，以及它们的比例的湍流普朗特数，${\rm Pr}_{\rm t} = ν_{\rm t}/χ_{\rm t}$，接近渐近值在足够高的雷诺数和Peclét数。我们也没有发现${\rm Pr}_{\rm t}$对微观普朗特数${\rm Pr} = ν/χ$的显著依赖性。这些发现与$k-ε$模型的结果形成鲜明对比，该模型表明${\rm Pr}_{\rm t}$随着${\rm Pr}$的降低而单调增加。目前的结果是相关的正在进行的辩论，例如，在非常低的${\rm Pr}$制度的恒星对流区的湍流的性质。
2022-07-21 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Numerical study of experimentally inspired stratified turbulence forced by waves
用伪谱三阶周期模拟方法研究了类似于Coriolis平台（LEGI，Grenoble，France）\cite{Savaro2020}中得到的内波强迫的分层流动。实验强迫机制，包括在大的振动垂直面板是模仿的惩罚方法。时间和时空谱的分析表明，在实验中最强的强迫流是由两个叠加的大的和准定常的水平涡，在盒模式的内波和模式外的弱得多的波。空间谱和谱能量收支证实，非常小的水平弗劳德数$F_h$和浮力雷诺数$R$接近1的流动是在一个中间制度。由于强迫频率$ω_f$仅略小于Brunt-Väisälä频率$N$，因此存在向慢波和大涡旋的能量转移，这对应于水平方向上的高能量通量。另外两个实验可行的参数集进行了研究。更大的振幅强迫表明，对于小的$F_h$和10阶浮力雷诺数$R$，确实有可能在像科里奥利平台这样的大型装置中产生由波浪强迫的分层湍流。通过与$ω^{-2}$斜率一致的时间谱的弱非线性相互作用，迫使$ω_f = 0.40 N$的较慢波在$ω_f$和$N$之间留下空间用于"向下时间尺度"转移。然而，对于这组参数，大尺度的流动是强耗散的，并且没有下尺度的能量级联。
2022-10-06 physics.flu-dyn
Analysis of the Taylor dissipation surrogate in forced isotropic turbulence
本文从Lin方程表示的波数空间能量平衡出发，导出了实空间中受迫各向同性湍流的局部Karman-Howarth方程的一种新形式。这个方程，然后铸造成一个无量纲的形式，从一个组合的分析和数值研究导致我们推导出一个新的模型的尺度无关的无量纲耗散率$\Ceps$，它采取的形式$\Ceps = \Cinf + C_L/R_L$，其中的渐近值$\Cinf$可以从三阶结构函数进行评估。发现这与$\Cinf = 0.47 \pm 0.01$和$C_L= 18.5 \pm 1.3$的数值数据拟合。通过考虑对数尺度上的$\Ceps - \Cinf$，我们表明，$R_L^{-1}$确实是正确的雷诺数行为。该模型与文献中以前的尝试相比，令人鼓舞的协议。的惯性和粘性项，由于有限强迫的尺度依赖性的影响，然后被认为是相互补偿，这样的模型方程是适用于有限强迫系统。此外，我们还表明，自由衰减湍流的情况下，$\Ceps$随雷诺数增加的特征下降是由于\emph{increase}在代理表达式$U^3/L$ ;耗散率被保持恒定的结果，固定的强迫率。对于低雷诺数的数值模拟，采用负阻尼作为能量注入的方法，发现存在一个长时间的非湍流稳定状态。
2013-07-17 physics.flu-dyn
On the Two-point Correlation of Potential Vorticity in Rotating and Stratified Turbulence
发展了一个描述Boussinesq方程描述的旋转和分层湍流中位涡两点统计的框架。位涡两点关联函数动力学的Karman-Howarth方程揭示了在Rossby、Froude、Prandtl和Reynolds数参数的某些区域中惯性范围动力学的可能性。对于大Rossby数和Froude数的情况，以及准地转动力学的情况，我们导出了位涡与速度之间的三阶混合相关的具有2/3前因子的线性标度律，这一结果类似于湍流理论中三阶速度结构函数的Kolmogorov 4/5律。
2006-03-15 nlin.CD physics.flu-dyn
The shell model approach to the rotating turbulence
湍流壳模型的情况下，快速旋转的机构被认为是应用程序。从经典的GOY模型出发，我们引入了科里奥利力，并获得了自由衰减区以及有外力作用区的三维流体动力学湍流的$\sim k^{-2}$谱。GOY模型提供了一个现实的形式的螺旋度提出了额外的修改。
2003-11-03 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Turbulent viscosity and effective magnetic Prandtl number from simulations of isotropically forced turbulence
背景：大尺度流的湍流扩散和磁场在许多天体物理系统中起着重要作用。目的：我们的目标是计算湍流粘度和磁扩散率，相关的扩散大规模的流动和磁场，分别和它们的比率，湍流磁普朗特数，${\rm Pm}_{\rm t}$，各向同性强迫均匀湍流。方法：我们使用的强迫湍流在完全周期性的立方体组成的等温气体施加大规模的正弦剪切流的模拟。湍流粘度的计算，无论是从所产生的雷诺应力或从大规模流动的衰减率。湍流磁扩散率的计算使用测试场方法。通过改变施加的正弦剪切和测试场的波数，研究了系数的尺度依赖性。结果：我们发现湍流粘性系数和磁扩散系数在一般情况下是同一个数量级。此外，湍流粘度取决于流体雷诺数（${\rm Re}$）和湍流的尺度分离比。湍流粘性的尺度依赖性被发现是很好地近似的洛伦兹。湍流输运系数的结果似乎在足够高的${\rm Re}$值和尺度分离比处收敛。然而，即使在${\rm Re}$的最大值处也发现了微弱的下降趋势。湍流磁普朗特数收敛到一个值，这是略低于单位大${\rm Re}$，而对于小${\rm Re}$，我们发现0.5和0.6之间的值。结论：湍流磁扩散率一般始终高于湍流粘度。在大的${\rm Re}$和尺度分离比下，从模拟（$\approx0.9\ldots0.95$）中发现的${\rm Pm}_{\rm t}$的实际值高于任何分析预测。
2020-02-17 astro-ph.SR physics.flu-dyn
