Statistics of 3-dimensional Lagrangian turbulence
我们考虑一个超统计动力学模型的三维运动的拉格朗日示踪粒子嵌入在高雷诺数湍流。分析模型的预测与最近的实验数据之间的反旋转盘的流动是非常一致的。特别地，我们计算了我们系统的拉格朗日标度指数zeta_j，并表明它们与[X]中报道的测量指数吻合得很好。Hu等人，PRL 96，114503（2006）]。此外，该模型还正确地预测了速度差和加速度概率密度的形状、分量关联函数的快速衰减和模量的缓慢衰减，以及加速度分量之间的统计相关性。最后，该模型解释了数值[P.K. Yeung及S.B. Pope，J.Fluid Mech.207，531（1989）]和实验观察到的事实[B.W. Zeff等人，Nature 421，146（2003）]，拟能滞后于耗散。
2007-01-08 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Fluctuation Relations at Large Scales in Three-Dimensional Hydrodynamic Turbulence
本研究通过大量直接数值模拟验证了三维湍流中大尺度速度模式的涨落-耗散关系和涨落定理，进一步证实大尺度模式遵循平衡动力学，并提供了表征能量注入的新工具。
2023-11-24 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Hydrodynamic Entropy and Emergence of Order in Two-dimensional Euler Turbulence
利用数值模拟，我们表明，二维（2D）欧拉湍流的渐近状态表现出大规模的流动结构，由于非零能量转移之间的小波数模式。这些渐近状态依赖于初始条件，是不平衡的，它们不同于Onsager和Kraichnan的预测。我们提出了“流体动力学熵”来量化二维欧拉湍流的秩序，我们表明，这种熵随时间的推移而减少，即使系统是孤立的，没有耗散，没有接触的热浴。
2022-11-28 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Lagrangian and Eulerian velocity structure functions in hydrodynamic turbulence
从纳维-斯托克斯方程出发，得到了充分发展流体湍流的拉格朗日和欧拉横向速度结构函数。结构函数服从惯性范围内的标度关系。标度指数的计算分析不使用尺寸的考虑。所得到的值是在一个非常好的协议与最近的数值和实验数据。
2009-11-19 physics.flu-dyn
Similarities between the structure functions of thermal convection and hydrodynamic turbulence
本文分析了湍流热对流速度结构函数的标度性。使用高分辨率的数值模拟，我们表明，结构功能的规模类似的流体动力学湍流，与她和Leveque的预测[物理评论快报]的标度指数一致。72，336-339（1994）]。速度增量的概率分布函数在耗散尺度下为非高斯分布，具有宽尾，在惯性尺度下接近高斯分布。概率分布的尾部遵循拉伸指数。我们还表明，在热对流，在惯性范围内的能量通量小于粘性耗散率。这与流体动力学湍流不同，在流体动力学湍流中，能量通量和耗散率相等。
2019-11-14 physics.flu-dyn
Statistics of incompressible hydrodynamic turbulence: an alternative approach
使用最近的另一种形式的Kolmogorov-Monin精确关系充分发展的流体动力学（HD）湍流，不可压缩的能量级联率$\varepsilon$计算。在此理论框架下，对三维自由衰减均匀湍流的速度（${\bf u}$）、涡量（$\boldsymbol ω= \boldsymbol\nabla \times {\bf u}$）和Lamb矢量（$\boldsymbol{\cal L}= \boldsymbol ω\times {\bf u})$）的统计特性进行了数值研究.数值结果表明，对于不同的空间分辨率，$\varepsilon$可以直接表示为${\bf u}$和$\boldsymbol{\cal L}$的两点增量的简单乘积，而不需要各向同性的假设.最后，最大的空间分辨率的结果显示出一个明确的协议从经典的4/3定律计算的级联率各向同性均匀HD湍流。
2019-01-26 physics.flu-dyn
An alternative formulation for exact scaling relations in hydrodynamic and magnetohydrodynamic turbulence
我们提出了一个替代配方的精确关系，在三维均匀湍流使用两点统计。我们的发现说明与不可压缩流体动力学，标准和霍尔磁流体动力学湍流。在该公式中，湍流无粘不变量的级联率可以简单地用混合二阶结构函数表示。除速度${\bf u}$、涡量$ω$、磁场${\bf b}$和电流${\bf j}$等常用变量外，矢量${\bf u } \times {\boldsymbol ω}$、${\bf u} \times {\bf b}$和${\bf j} \times {\bf b}$也对湍流叶栅起着关键作用。目前的方法提供了一个简单的代数形式，这是特别有趣的研究各向异性的空间等离子体，如太阳风，在原则上更快的统计收敛比经典的法律写在三阶振荡器。
2016-11-13 physics.flu-dyn
Stochastic anomaly and large Reynolds number limit in hydrodynamic turbulence models
在这项工作中，我们解决了开放的问题，高雷诺数限制在流体动力学湍流，我们修改考虑消失的随机（而不是确定性）粘度。在这个公式中，一个小尺度的噪声传播到大尺度的逆级联，这可以描述使用定性参数的Kolmogorov-Obukhov理论。我们推测，由此产生的概率分布的极限存在$\mathrm{Re} \to \infty$，在有限时间的极限流仍然是随机的，即使强迫，初始和边界条件是确定的。这个猜想证实了数值的Sabra模型的湍流，其中的解决方案是确定性的前和随机后立即爆破。然后，我们推导出一个纯粹的无粘问题制定的随机边界条件施加在惯性区间。
2015-10-26 physics.flu-dyn
Longitudinal and transverse structure functions in high Reynolds-number magneto-hydrodynamic turbulence
本文通过精确的结构函数方程以及二维和三维MHD湍流的直接数值模拟，研究了均匀各向同性MHD湍流中纵向和横向结构函数的标度行为。特别是，重新缩放纵向和横向结构函数之间的关系，推导和利用，以比较不同的缩放行为在惯性范围内。结果表明，在MHD湍流中，纵向结构函数和横向结构函数没有明显的差别。这一发现与流体动力学湍流的情况相反，流体动力学湍流即使在高雷诺数下也表现出持续的差异。我们提出了一个物理图片的基础上，由于相同大小的局部区域和对齐的速度和磁场波动的压力贡献的有效减少。最后，我们的研究结果强调了压力项的重要性，实际观察到的缩放差异的流体动力学湍流。
2017-05-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Coexistence of active and hydrodynamic turbulence in two dimensional active nematics
在主动液晶中，活动能够驱动混沌时空流，称为主动湍流。通过理论和实验工作，主动湍流被表征为低雷诺数现象。我们表明，在二维，单独的主动强迫是能够触发流体动力学湍流导致的共存的主动和惯性湍流。这种类型的流动发展为足够活跃和可延伸的流动对齐向列相。我们观察到，一个extensile的小的和大的值的流动对齐参数的组合效果导致的弹性能谱，促进能够触发逆能量级联的动能的增长扩大。
2022-10-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A theory of hydrodynamic turbulence based on non-equilibrium statistical mechanics
在早期的论文中，我们研究了湍流指数$ζ_p$，其中$\langle|Δ{\bf v}|^p\rangle\sim\ell^{ζ_p}$是小尺度下对流体速度的贡献$\ell$。利用非平衡统计力学的思想，我们发现了$$ ζ_p={p\over3}-{1\over\lnκ}\lnΓ({p\over3}+1) $$，其中$1/lnκ$是实验$\approx 0.32\pm 0.01$。本说明的目的是对$ζ_p$的公式提出一种更加物理的推导。我们还提出了一个估计$\approx 100$的雷诺数在湍流开始。
2017-07-09 physics.flu-dyn
Growth of Hydrodynamic Perturbations in Accretion Disks: Possible Route to Non-Magnetic Turbulence
我们研究了冷吸积盘中流体动力学湍流的可能起源，如恒星形成系统和静止激变变星。由于这些系统预计有中性气体，湍流粘度很可能是流体动力学的起源，而不是磁流体动力学。因此，MRI将是缓慢的，甚至没有在这样的磁盘。虽然在流体动力盘中没有指数增长的本征模，但由于本征模的非正常性质，能量的大的瞬态增长仍然是可能的，这可能使系统切换到湍流状态。对于开普勒圆盘，我们估计，当雷诺数接近一百万时，能量将增长1000倍。
2005-07-02 astro-ph cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Energy flux and high-order statistics of hydrodynamic turbulence
本文利用Dyson-Wyld图解技术提出三角重整化求和，证明速度三重关联子决定水动力学湍流的高阶统计特性与能量通量，支持Kolmogorov-1941思想并解释了二维逆级联接近高斯分布的原因。
2023-07-28 nlin.CD physics.flu-dyn
Exact Scaling Relations In Relativistic Hydrodynamic Turbulence
我们考虑一般类耗散流体动力学方程中湍流的稳态统计，其中波动由集中在大尺度上的随机源维持。众所周知，在某些特殊情况下，如非相对论不可压湍流，一个关联函数的Kolmogorov型精确标度关系成立。我们表明，所有这样的标度关系遵循从电流密度关联函数的一般关系。推导过程不需要能量级联图，并表明对不可压缩湍流的Kolmogorov关系的传统解释可能会产生误导。利用这一点，我们推导出精确的缩放结果可压缩湍流在相对论流体力学，这减少了在慢运动限制的Kolmogorov关系。我们讨论了实验结果的影响。
2010-10-27 hep-th physics.flu-dyn
Hydrodynamic turbulence as a problem in nonequilibrium statistical mechanics
我们将流体动力学湍流问题转化为热流问题。因此，我们得到结构函数（$<|Δ_rv|^p>=r^{ζ_p}$）的指数的预测$$ ζ_p={p\over3}-{1\over\lnκ}\lnΓ({p\over3}+1) $$。可调参数$κ$的含义是，当尺寸为$r$的涡流衰减为尺寸为$r/κ$的涡流时，它们的能量具有热分布。上述公式，与$(\lnκ)^{-1}=.32\pm.01$是兼容的实验数据。这个一致性支持了我们对湍流的物理动机的描述。
2012-10-08 nlin.CD physics.flu-dyn
A lattice Boltzmann study of non-hydrodynamic effects in shell models of turbulence
本文发展了一种模拟湍流壳模型动力学的格子Boltzmann格式。研究了高阶动力学模（鬼模）对湍流动力学耗散特性的影响。分析发现，当鬼场放松的流体动力学的相同的时间尺度上，其主要效果是一个净增强的流体粘度。裸流体的粘度恢复，让鬼场在一个更长的时间尺度上发展。分析结果证实了高分辨率的数值模拟。这些模拟表明，流体动力流形是非常强大的非流体动力场的大波动。
2004-06-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Probability Density Functions in Homogeneous and Isotropic Magneto-Hydrodynamic Turbulence
推导了磁流体动力学（MHD）湍流中多点概率密度函数的演化方程。本文讨论了MHD湍流中的矩族与Eschrasekhar导出的矩族的关系，并导出了一个联合特征泛函的泛函方程，它可以被认为是流体动力学湍流中的Hopf泛函的类比。在此基础上，我们发展了一种基于非封闭项联合高斯假设的单点磁场概率密度函数演化方程的封闭方法。它明确表明，这种封闭，连同假设的均匀性和各向同性，导致消失的非线性项。我们讨论了这一发现的影响，产生磁场，并给出了一个简短的展望轴对称理论，其中包括一个平均磁场。
2020-03-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Route of hydrodynamic turbulence in rotating shear flow: Secondary perturbation triggers growing eigenmodes through the elliptical instability
旋转剪切流中的流体动力学湍流的起源是一个很大的难题，如包含科里奥利力的平面Couette流。虽然流动在实验室实验中经常表现出湍流，但根据线性扰动理论，它应该总是稳定的。我们表明，二次扰动的主要扰动流触发椭圆不稳定性在这样的系统，因此指数增长的本征模。这一结果在天体物理学和天体物理学中有直接的应用，因为天体物理学和天体物理学经常表现出具有开普勒角动量分布的湍流。我们解决了这样的开普勒流，这是类似于旋转库埃特流的湍流的起源。
2005-08-31 astro-ph cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anisotropic characteristics of the Kraichnan direct cascade in two-dimensional hydrodynamic turbulence
本文用数值方法研究了在抽运和类粘滞阻尼作用下二维流体湍流Kraichnan直叶栅的统计特性（空间分辨率为$8192\times 8192$）。结果表明，准冲击的涡和他们的傅立叶伙伴关系的形式，射流引入一个重要的影响，湍流导致强相关函数的角度依赖性。在惯性区间中，作为每个角度的模量$k$的函数的能量分布具有Kraichnan行为$\sim k^{-4}$，并且同时具有对角度的强依赖性。然而，角度平均提供了高精度的Kraichnan湍流谱$E_k=C_Kη^{2/3} k^{-3}$，其中$η$是拟能通量和Kraichnan常数$C_K\simeq 1.3$，与以前的模拟一致。对于三阶速度结构函数$S_3^L$，发生了常见的情况，对于各向同性湍流，它给出了关于分离长度$R$和$η$，$S_3^L=C_3ηR^3$的相同标度，但是角度和时间的平均值$\bar {C_3}$不同于它的各向同性值。
2015-10-30 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.comp-ph
Sharp vorticity gradients in two-dimensional hydrodynamic turbulence
本文考虑了二维流体动力学湍流中出现的锐涡度梯度及其对湍流谱的影响。我们发展了涡线表示的模拟，作为与双涡线一起运动的曲线坐标系的变换。这种映射的可压缩性可以被认为是在高雷诺数下涡量不连续性形成的主要原因。对于强各向异性情况下的二维湍流，涡度不连续性可以产生在大$k$处与$k^{-3}$成比例的下降的谱，类似于拟能级联的Kraichnan谱。对于弱各向异性湍流，由于不连续性导致的谱的$k$依赖性与Saffman谱的$k^{-4}$依赖性一致：$k^{-4}$。我们比较了衰减湍流的二维欧拉方程的直接数值解的分析预测。我们观察到，双涡度达到非常高的值，并在空间局部分布沿分段直线。因此，表明强各向异性，因此我们发现了接近于$k^{-3}$ -谱的谱。
2004-07-19 physics.flu-dyn
Hydrodynamic interactions and extreme particle clustering in turbulence
本研究通过实验发现湍流中惯性粒子径向分布函数以$r^{-6}$标度急剧增长，修正现有理论后仍无法解释，暗示存在新的物理机制。
2021-04-06 physics.flu-dyn
The effects of free stream turbulence on the hydrodynamic characteristics of an AUV hull form
本文通过实验和数值模拟的方法研究了自由流湍流对自主水下航行器（AUV）在三种不同雷诺数、不同下潜深度和不同攻角下的流场演化的影响。实验在循环水槽中进行，利用声学多普勒测速仪（ADV）记录了水下机器人沿程的瞬时速度分布。利用实验测量的流向平均速度、湍流动能（TKE）和雷诺应力，验证了压力应变关联式中加入壁面反射项的雷诺应力模型（RSM）的预测能力。从基于高保真RSM的模拟中可以观察到，在存在自由流湍流的情况下，AUV船体上的压力、表面摩擦、阻力和升力系数减小。还绘制了不同淹没深度和迎角以及不同自由流湍流度下AUV船体水动力系数的变化曲线。从这个实验和数值研究的结论为AUV的设计提供了改进的设计范例的指导。
2018-09-14 physics.flu-dyn
Long-term memory in experiments and numerical simulations of hydrodynamic and magnetohydrodynamic turbulence
我们分析时间序列源于实验和直接数值模拟的流体动力学和磁流体动力学湍流。模拟是在周期性的盒子里进行的，但是选择了一个体积强迫来模拟实验中流动的几何形状，两个反向旋转的叶轮之间的冯卡门旋流。模拟中的参数被选择为（在计算限制内）允许实验和数值结果之间的比较。在所有情况下都考虑导电流体。两种不同的配置被认为是：一个案件与弱的外部施加的磁场，并与自持磁场的情况下。长期记忆和$1/f$噪声的证据在实验和模拟中观察到，在与冯卡门流中剪切层的流体动力学行为相关的弱磁场的情况下，和在与大尺度磁场的慢磁流体动力学行为相关的发电机的情况下。
2014-01-22 physics.flu-dyn
On the origin of non-Gaussian statistics in hydrodynamic turbulence
众所周知，湍流很难根据第一原理来描述和理解。原因之一是湍流包含高度间歇性的涡量和应变率的突发，具有高度非高斯统计。在点对之间的速度增量的概率密度函数中，数量性、不连续性表现为高度拉长的尾部。从纳维-斯托克斯方程预测非高斯统计和非线性的起源是一个长期存在的问题。本文从纳维-斯托克斯方程出发，导出了一个简单的纵向和横向速度增量的拉格朗日演化的非线性动力学系统。从这个系统中，我们能够表明，无处不在的非高斯尾在湍流中有其起源的固有的自放大的纵向速度增量，和交叉放大的横向速度增量。
2005-08-29 physics.flu-dyn
A turbulence model for smoothed particle hydrodynamics
本文的目的是设计一个湍流模型的粒子方法光滑粒子流体动力学（SPH），使一些假设，守恒的线动量和角动量，满足离散版本的开尔文循环定理，是计算效率。这些目标已经实现。此外，该模型的结果与Clercx和Heijst的无滑移壁盒内二维湍流的实验和计算结果吻合得很好。该模型是基于一个拉格朗日类似的拉格朗日平均Navier Stokes（LANS）湍流模型，但不同的平滑速度。平滑的速度保持未平滑速度的频谱的形状，但是对于短长度尺度减小幅度取决于参数$ε$。我们称之为SPH- $ε$模型。该模型的有效性由以下事实表明：使用平滑速度和粗分辨率计算的二阶速度关联函数与使用因子2更精细的分辨率的计算很好地一致，因此需要8倍的工作来积分到相同的时间。
2009-11-13 physics.flu-dyn
Hydrodynamic turbulence in quasi-Keplerian rotating flows
本文报道了在剪切雷诺数达到$\mathcal{O}(10^5)$时准开普勒体系中泰勒-库埃特流动的直接数值模拟研究。几十年来，准开普勒旋转流作为一个简化的模型系统被研究，以研究吸积盘中湍流的起源，但尚未完全理解。在这项研究中的流动是轴向周期性的，从而避免了实验端壁对流动稳定性的影响。使用最佳线性扰动作为初始条件，我们的模拟发现没有持续的湍流：强烈的初始扰动扭曲了速度分布，并触发最终衰减的湍流。
2017-04-25 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Statistical equilibria of large scales in dissipative hydrodynamic turbulence
本文对三维耗散湍流的统计特性进行了数值研究。我们的研究结果表明，在很大程度上可以描述的大规模流动的截断欧拉方程与绝对平衡理论给出的零通量解决方案的预测，无论是螺旋和非螺旋流。因此，大尺度谱的函数形状可以预测，只要尺度足够大于强迫长度尺度，但也足够小于盒子的大小进行检查。绝对平衡的预测偏差进行了讨论。
2015-07-07 physics.flu-dyn
Statistical properties of the velocity field for the 3D hydrodynamic turbulence onset
研究了当动力学由薄饼状高涡度结构主导时三维流体动力学湍流开始的统计关联函数。通过大量的数值模拟，我们系统地研究了速度的两点结构函数（矩）。我们观察到形成的幂律标度的纵向和横向的时刻在相同的时间间隔的尺度的能量谱。速度结构函数的标度指数表现出与稳态湍流情况相同的关键特性。特别是，指数依赖于非平凡的时刻的顺序，表示的不连续性和异常标度，和纵向指数原来是略大于横向的。当能谱具有接近于Kolmogorov的幂律标度时，纵向三阶矩显示出与距离接近的线性标度，尽管各向异性很强，但仍符合Kolmogorov的4/5定律。
2019-06-01 physics.flu-dyn
Nonlinear hydrodynamic instability and turbulence in pulsatile flow
通过管状几何形状的脉动流是层流，只要速度适中。这尤其被认为也适用于心血管流，其中惯性力通常太低而不能维持湍流。另一方面，流动不稳定性和波动的剪切应力是各种心血管疾病的原因。在这里，我们报告了一个非线性的不稳定性机制脉动管流，引起湍流在低流速的突发。几何畸变的小，但有限的振幅被发现激发的螺旋涡在流动减速过程中的状态。由此产生的流型在量级上迅速增长，分解成湍流，并且当流动加速时最终返回层流。这种情况导致每个脉动周期中的剪切应力波动和流动逆转。这种不稳定的条件会对血管产生不利影响，并且已经显示会促进剪切应力敏感性内皮细胞层的炎症和功能障碍。
2020-05-25 physics.flu-dyn
Scaling Relations in Two-Dimensional Relativistic Hydrodynamic Turbulence
本文导出了惯性尺度范围内二维相对论性流体动力学湍流的精确标度关系。我们考虑了大尺度的能量级联和小尺度的涡度拟能级联。我们说明了这些关系的湍流弱可压缩流的数值模拟。有趣的是，流体-引力对应关系意味着时空中具有反德西特渐近性的引力场应该表现出类似的标度关系。
2015-10-06 astro-ph.HE gr-qc hep-th
A Hydrodynamic Interpretation of Quantum Mechanics via Turbulence
本文提出了一个描述真空中粒子密度在虚光子随机作用下运动的随机欧拉方程。经过时间平均后，欧拉方程被简化为雷诺方程，在湍流流体动力学中得到了很好的研究。结果表明，平均压力是非局部的，湍流的大小服从Fick定律。利用马德隆变换，薛定谔方程推导没有任何其他假设。
2019-05-08 physics.flu-dyn quant-ph
On $p$-adic cascade equations of hydrodynamic type in modeling fully developed turbulence
提出了一个具有两个运动积分的$p$ -adic流体力学型方程。该方程可看作是充分发展湍流中能量耗散的模型叶栅方程。一些特殊的情况下，所提出的方程进行了详细说明，它表明，对于一个特定的参数选择，他们有固定的解决方案，对应于2/3 Kolmogorov-Obukhov定律。可能的进一步研究所提出的模型进行了讨论。
2020-06-12 math-ph math.AP math.DS
Bypass to Turbulence in Hydrodynamic Accretion Disks: An Eigenvalue Approach
冷的吸积盘，如那些在恒星形成系统，静态激变变星，和一些活动星系核，预计有中性气体不耦合良好的磁场。在这样的圆盘中的湍流粘性必须是流体动力学的，而不是磁流体动力学的。本文研究夹在两平行壁面之间的线性剪切流中流体动力扰动的增长。无扰流类似于平面Couette流，但包括科里奥利力。虽然在这个系统中没有指数增长的本征模，然而，由于本征模的非正常性质，它是可能有一个大的瞬态增长的扰动能量。对于常角动量圆盘，我们发现具有最大增长的扰动在垂直方向上有一个波矢。当雷诺数R=300时，能量增加100倍以上，当R=1000时，能量增加1000倍以上。湍流可以很容易地激发在这样的磁盘中，在以前的数值模拟中发现。另一方面，对于开普勒盘，类似的垂直扰动增长不超过4倍，这解释了为什么相同的模拟在这个系统中没有发现湍流。然而，某些其他的二维扰动没有垂直结构的表现出适度的增长。对于最佳的二维微扰，能量在R~10^4.5时增长约100倍，在R~10^6时增长约1000倍。可以想象，这些二维扰动可能导致自持湍流。冷天体物理盘的雷诺数甚至远大于10^6，因此，在盘中可能存在流体动力学湍流。
2005-04-28 astro-ph cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic turbulence cannot transport angular momentum effectively in astrophysical disks
宇宙中已知的最有效的能量来源是吸积盘。黑洞周围的粒子将5%至40%的静止质量能量转化为辐射。就像水在排水沟里循环一样，流入的物质必须失去角动量，这可能是由于圆盘中的剧烈湍流造成的，而圆盘本质上是无粘性的。湍流的起源尚不清楚。热盘的导电等离子体可以成为湍流的方式的线性磁旋转不稳定性。冷的盘，例如原恒星的行星形成盘，可能由于电离太差而导致磁旋转不稳定性发生，因此基本上是非磁化的和线性稳定的。非线性流体动力学不稳定性通常发生在雷诺数足够大的线性稳定流动（例如，管流）中。虽然行星形成盘具有极端的雷诺数，开普勒旋转增强了它们的线性流体动力学稳定性，因此它们是否可以湍流，从而有效地传输角动量的问题是有争议的。在这里，我们报告了一个实验室实验，表明非磁性准开普勒流雷诺数高达数百万基本上是稳定的。按比例缩小到吸积盘，角动量的传输速率远低于天体物理学的要求。通过排除纯粹的流体动力学湍流，我们的结果间接支持磁旋转不稳定性作为湍流的可能原因，即使在冷磁盘。
2006-11-15 astro-ph physics.flu-dyn
Isotropization of two-dimensional hydrodynamic turbulence in the direct cascade
本文给出了二维水动力湍流中直接叶栅的数值模拟结果（空间分辨率达到$16384 \times 16384$）。如果在早期阶段（在逆泵浦增长率$τ\simΓ_{max}^{-1}$的阶次时），湍流按照与自由衰减湍流\cite{KNNR-07, KKS}的情况相同的方案发展：形成双涡度的准奇异分布，其在$k$ -空间中对应于射流，导致强湍流各向异性，则对于$10τ$阶次，湍流变得几乎各向同性。特别是，在这些时候，任何显着的各向异性的角度波动的能量谱（对于一个固定的$k$）是不可见的，而大参数的涡度的概率分布函数具有指数尾的指数线性依赖于涡度，在协议与理论预测\cite{FalkovichLebedev2011}。
2017-02-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Statistical Equilibrium of Large Scales in Three-Dimensional Hydrodynamic Turbulence
我们研究实验三维（3D）的水动力湍流尺度大于强迫尺度。我们设法执行强制规模和容器的大小之间的尺度分离，通过使用厘米磁性粒子注入能量到流体中。我们测量流体速度场的统计尺度大于强迫尺度（能谱，速度分布和能通量谱）。特别是，我们表明，大规模的动态统计平衡，可以描述与有效的温度，虽然不是孤立的湍流Kolmogorov级联。在大尺度区域，能流平均为零，但表现出强烈的时间波动。我们的工作为用平衡态统计力学来描述三维湍流的大尺度性质铺平了道路。
2022-07-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Generalization of the viscous stress tensor to the case of non-small gradients of hydrodynamic velocity: a path to numerical modeling of turbulence non-locality
National Research Center “Kurchatov Institute”（库尔恰托夫国家研究中心）；National Research Nuclear University MEPhI（莫斯科国立核研究大学MEPhI）
通过推广Chapman-Enskog方法，获得Navier-Stokes方程中粘性应力张量的积分表示，可用于模拟湍流非局域性，符合经验Richardson t^3定律。
2025-09-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Quasi-Gaussian Statistics of Hydrodynamic Turbulence in 3/4+εdimensions
二维湍流的统计特性揭示了一个谜：在反能量级联区，标度指数与远离平衡态的K41湍流理论一致，而在平衡态，概率分布函数接近高斯分布。偏度$\C S \equiv S_3(R)/S^{3/2}_2(R)$测量为$\C S_{\text{exp}}\approx 0.03$。通过理解二维湍流离涡度拟能均分的情况不远，这种情况是以$d=4/3$空间维上的K 41指数的真正热力学平衡存在的，从而解除了这个矛盾。我们从理论上评估偏度$\C S(d)$在尺寸${4/3}\le d\le 2$，显示$\C S(d)=0$在$d=4/3$，它仍然是小的$\C S_{\text{exp}}$在2维。
2002-02-24 nlin.CD physics.flu-dyn
Compressible vortex structures and their role in the onset of hydrodynamic turbulence
我们研究了三维流动中准二维（薄煎饼）涡结构的形成，以及二维流体力学中准一维结构的形成。这些结构是在高雷诺数下形成的，当它们的演化由理想不可压缩流体的欧拉方程描述时。我们的数值和分析表明，这些结构的压缩，因此，在其振幅的增加是有关的可压缩性的冻结在流体领域：领域的连续分布的涡线在三维的情况下和领域的涡转子（离婚）的二维流。我们发现涡度和离度的增长可以看作是相应场的破缺过程。在高强度下，该过程展示了与结构的特征宽度相关的最大振幅的Kolmogorov型缩放。这些相干结构的可能的作用进行了分析，在形成的湍流Kolmogorov谱，以及Kraichnan谱对应于一个恒定的流量拟能的情况下，二维湍流。
2022-01-30 physics.flu-dyn
Behavior of hydrodynamic and magnetohydrodynamic turbulence in a rotating sphere with precession and dynamo action
在不可压缩流体力学（HD）和磁流体力学（MHD）两种情况下，采用直接数值模拟的方法研究了旋转充液球体中的进动效应。在这两种情况下的渐近状态和它的依赖旋转和进动频率进行了分析。对于磁流体的情况下没有自我维持发电机被发现的逆行进动的情况下，而在另一方面，一个关键的逆行进动频率被发现以上的发电机行动是自我维持。人们还发现，这些对应于小规模的发电机与发达的湍流制度。此外，它被观察到的存在下的反转的磁偶极矩与更大的等待时间之间的反转较小的进动频率。
2022-12-12 physics.flu-dyn physics.geo-ph
The effect of turbulence, gravity, and non-continuum hydrodynamic interactions on the drop size distribution in clouds
本文研究云滴在15–40 μm“尺寸间隙”的生长瓶颈，揭示湍流碰撞、水汽涨落和非连续流体动力学对跨越该间隙并形成毛毛雨滴的关键作用。
2025-01-02 physics.flu-dyn
Hydrodynamic and Magnetohydrodynamic Simulations of Wire Turbulence
我们报告的模拟实验室实验中，磁化超音速流驱动通过丝网。这项研究的目的是调查这种配置产生超音速，MHD湍流的能力。我们首先报告的形态结构，在磁化和非磁化的情况下发展。然后，我们使用各种统计措施，包括功率谱和密度的概率分布函数的流量进行分析。利用这些结果，我们估计了金属丝网下游流动中的音速马赫数。我们发现，最初的高超音速（M=20）平面激波通过丝网不导致下游湍流条件。然而，在磁化和非磁化的情况下，所产生的湍流是边缘超声速到跨音速（M~1），和高度各向异性的结构。
2019-07-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Matching Conditions and High-Re Anomalies in Hydrodynamic Turbulence
在临界雷诺数$R^{tr}_λ\approx 8.91$下，从低雷诺数“弱”高斯湍流到充分发展的“强”湍流的{ \bf Direct}转变最近在V. Yakhot \& D. A. Donzis，Phys. Rev. Lett. { \bf 119}，044501（2017）\& PhysicaD，{ \bf 384-385}，12（2018）关于由高斯随机力激励的流的示例。低雷诺数高斯渐近（$Re<<Re^{tr}$）和高雷诺数极限（$Re>>Re^{tr}$）多尺度近似之间的匹配，得到了与实验数据吻合较好的导数矩指数的封闭近似方程。在本文中，我们研究过渡到湍流的Benard（RB）对流，根据瑞利数，湍流产生的弱不稳定性的整体流动和，羽生成不稳定性的壁边界层。开发的理论解释了在Schumacher et.al的直接数值模拟中观察到的速度导数$M_{2n (Re)=\frac{\overline{(\partial_{x}v_{x})^{2n}}}{[\overline{(\partial_{x}v_{x})^{2}}]^{n}}$的低雷诺数矩的非单调行为（Phys.Rev.E，{ \bf 98}，033120（2018））。在高雷诺数极限下，力矩由$M_{2n}\propto Re^{ρ_{2n}}$给出，其指数$ρ_{2n}$与参考文献中的高斯搅拌情况略有不同。[3]-[4]。…
2019-06-28 physics.flu-dyn
A Kolmogorov-Like Exact Relation for Compressible Polytropic Turbulence
本文在多方封闭假设下研究了可压缩流体动力学湍流。在Kolmogorov之后，我们导出了在高雷诺数的渐近极限下某些两点关联函数的精确关系。
2013-12-07 physics.flu-dyn
Statistical features of freely decaying two-dimensional hydrodynamic turbulence
对高雷诺数下自由衰减二维水动力湍流的统计特性进行了数值研究。特别是，数值实验（分辨率高达$8192\times 8192$）提供了一个Kraichnan型湍流谱$E_k\sim k^{-3}$。通过空间滤波，发现对谱的主要贡献来自于准激波形式的锐涡度梯度。这种准奇异性是负责一个强大的角度依赖性的频谱，由于良好的本地化（在角度方面）射流与微小的和/或大的重叠。在每个喷流中，光谱以$k^{-3}$的形式减小。三阶结构函数的行为准确地同意Kraichnan直接级联的概念对应于一个恒定的拟能通量。结果表明，高阶结构函数的幂律指数$ζ_n$比$n$的线性相关性增长得慢，证明了湍流的不稳定性。
2013-01-28 nlin.PS physics.comp-ph physics.flu-dyn
Drift towards isotropization during the 3D hydrodynamic turbulence onset
Shirshov Institute of Oceanology of RAS（俄罗斯科学院谢尔肖夫海洋学研究所）；Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术学院）；P.N. Lebedev Physical Institute of RAS（俄罗斯科学院列别杰夫物理研究所）；National Research University Higher School of Economics（国立高等经济大学）
研究三维水动力湍流起始过程中各向异性演变，发现各向同性标记函数缓慢趋近于1，表明存在缓慢的各向同性过程。
2026-02-03 physics.flu-dyn
Complex Spaces In Hydrodynamics: Complex Navier-Stokes Equations
本研究致力于发展新的有效的流体力学分析工具和方法，包括层流和湍流的存在性、光滑性和结构问题。主要问题是复杂的纳维-斯托克斯方程和复杂空间中的湍流。层流向湍流转变的机理决定了在流体力学中引入复空间的必要性。作者提出了一种非传统的转捩方案：湍流的原因是层流的破坏（停止存在）。本文包含了发展复杂构形空间湍流理论必要性的数学依据：复杂构形空间是湍流存在的自然区域。流体动力学流动被认为是熵流形上的流动，它由两种对称性支持：广义熵守恒的对称性和脉冲表示的对偶性的对称性。本文引入并研究了一种新的对称性：脉冲密度的Helmholtz矩阵的形式不变性。为混沌力学的已知事实提供了严格的基础：新结构（湍流）的出现是耗散和涡量两个实体相互作用的结果。在深层次上，复杂空间中的湍流现象学是基于从物质点的力学到定向物质点的力学的转变，这种转变发生在当前的时间段内。
2006-09-19 physics.flu-dyn
Localness of energy cascade in hydrodynamic turbulence, I. Smooth coarse-graining
我们介绍了一种新的方法尺度分解的流体动能（或其他二次积分）带通贡献从一系列的长度尺度。我们的分解是基于平滑，分级过滤器内核的“Germano身份”的多尺度推广。我们采用这种方法推导出一个预算方程，描述了传输的湍流动能在空间和尺度。结果表明，尺度间的能量传递是由当地的三元相互作用，假设只有在湍流惯性范围内预期的标度特性。我们推导出严格的上界的非本地三和弦的贡献，扩展Eyink（2005）的低通滤波的工作。我们还对我们严格的上界和Kraichnan（1966，1971）的标度预测提出了不同指数的物理解释。Kraichnan预测的更快的衰变被认为是在空间上平均后，从非本地三和弦转移的有符号贡献中的额外取消的结果。这幅图得到了带有相移去混叠的Navier-Stokes湍流的$512^3$伪谱模拟数据的支持。
2009-09-13 physics.flu-dyn
Turbulent drag reduction in magnetohydrodynamic and quasi-static magnetohydrodynamic turbulence
在流体动力学湍流中，大尺度注入的动能级联到惯性范围，导致恒定的动能通量。相反，在磁流体动力学（MHD）湍流中，一部分动能被转移到磁能。因此，对于相同的动能注入率，MHD湍流中的动能通量与其流体动力学对应物相比减小。这导致非线性项（$\la | ({\bf u}\cdot \nabla) {\bf u} | \ra$，其中${\bf u}$是速度场）和湍流阻力相对减弱，但MHD湍流中的速度场增强。我们使用流体动力学和MHD湍流的壳模型模拟来验证上述。准静态MHD湍流也表现出类似于MHD湍流的湍流阻力减小。
2020-04-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
AI-based separation of turbulence from coherent background flows in decaying hydrodynamic turbulence
Korea Astronomy and Space Science Institute（韩国天文学与空间科学研究院）；Institute for Basic Science（基础科学研究所）
利用神经网络从二维衰减湍流模拟中分离湍流脉动与相干背景流，无需显式谱截止，在早期和中期阶段表现良好，后期因非线性混合而区分度下降。
2026-05-26 astro-ph.IM physics.flu-dyn
On cascade of kinetic energy in compressible hydrodynamic turbulence
采用直接数值模拟方法，对中等雷诺数和初始马赫数$M=1$的三维流体动力衰减湍流进行了数值模拟，研究了动能湍流叶栅的特性。可压缩和不可压缩版本的卡门-豪沃思-莫宁（KHM）和低通滤波/粗粒度的方法进行了比较。在模拟中，总能量是很好的守恒;尺度相关的KHM和粗粒度的能量方程也是很好的守恒;这两种方法显示出类似的结果，系统没有一个惯性范围的级联的动能，该级联占主导地位的区域也有不可忽略的贡献的动能衰减，耗散和压力膨胀效应。虽然这两种方法给出了半定量相似的结果的动能级联，耗散和压力膨胀率，它们不同的增量分离和过滤尺度，这些尺度不是简单的相关。这两种方法可用于确定惯性范围和确定动能的级联/耗散率。
2020-04-06 physics.flu-dyn physics.space-ph
Non-local interactions in hydrodynamic turbulence at high Reynolds numbers: the slow emergence of scaling laws
我们分析了在2048^3个规则间隔点的网格上进行的强制不可压缩流体动力学模拟的数据，泰勒雷诺数为Re~1300。强迫是由泰勒-格林流，它与几个实验室实验中的流动有相似之处，计算在湍流稳定状态下运行了十个周转时间。在此雷诺数下，各向异性大尺度流动模式、惯性范围、瓶颈和耗散范围清晰可见，从而为研究自然界中出现的湍流提供了一个很好的测试案例。三元相互作用，局部的能量通量，和结构函数的速度增量计算。与运行在较低的雷诺数进行比较，并显示出出现的局部和非局部相互作用的相对振幅在谱空间的标度律。的Kolmogorov常数的缩放，以及速度增量的偏斜度和平坦度，以及执行，并与以前的实验结果是一致的。此外，在小尺度上与瓶颈的能量积累似乎发生在一个跨度的波数是独立的雷诺数，可能排除了惯性范围的解释it. Finally，不透明度指数似乎偏离标准模型在高Re，离开不透明度的解释一个悬而未决的问题。
2007-09-12 physics.flu-dyn
Folding of the frozen-in-fluid di-vorticity field in two-dimensional hydrodynamic turbulence
自由衰减的二维流体动力学湍流的涡度转子场${\bf B}=\mbox{rot}\,\mathbfω$（双涡度）由于破裂的趋势而集中在对应于涡度准激波位置的线附近。在准激波形成阶段，离涡量$B_{max}$的最大值随时间呈指数增长，而最大面积在矢量${\bf B}$的横向上的厚度$\ell(t)$也随时间呈指数减小。数值计算表明，$B_{max} (t)$取决于厚度根据幂律：$B_{max}(t)\sim \ell^{-α}(t)$，其中指数$α\approx 2/3$。这一行为表明，对于无辐散的离涡矢量场，有利于折叠。
2018-12-10 nlin.PS physics.flu-dyn physics.geo-ph
Turbulence in Two-Dimensional Relativistic Hydrodynamic Systems with a Lattice Boltzmann Model
使用格子玻尔兹曼流体动力学计算模型来模拟相对论流体系统，我们探讨在二维相对论流动的湍流。首先，我们给出了一个教学描述的湍流现象和它的特点，在一个二维系统。然后介绍了经典的格子玻尔兹曼方法及其在相对论流体系统中的推广。该模型进行了测试，对一个系统，在k空间中的随机搅拌力，然后应用到一个现实的石墨烯样品。第一部分：我们研究相对论适应的格子玻尔兹曼方法再现湍流，二维，无质量的流体动力学系统与零平均随机产生的动量空间中的搅拌力。数值公式进行评估和产生的流动特性进行比较，经典湍流的属性。该模型可以合理地预期提供定量模拟带电流体在二维相对论流体系统中的流动。第二部分：在低雷诺数下，单个风力涡轮机尾流中的风流一般不是湍流。然而，风力发电场中的涡轮机会影响彼此的尾流，从而可能产生湍流。这种效果的无质量的载流子流周围的障碍物在石墨烯的模拟概述。我们使用相对论流体动力学模拟来分析含有杂质的样品中的流动。根据样品中杂质的密度，我们确实发现了潜在的湍流的证据，并讨论了实验结果。
2022-05-10 astro-ph.HE cond-mat.str-el physics.flu-dyn
