Fake it till you make it: using artificial turbulence to achieve swift converged turbulence statistics in a pressure-driven channel flow
本研究提出一种利用合成三维湍流触发槽道流湍流的新方法,能在无前驱湍流初始条件时显著缩短模拟旋转启动时间,以不到1 CPU小时成本在3个涡旋翻转时间内达到统计平稳,大幅节省计算开销。
2024-11-18 physics.flu-dyn
Stationary states of forced two-phase turbulence
本研究通过数值模拟强迫两相各向同性湍流,提出了三种强迫方法以消除第二相初始化的任意性,系统分析了不同密度比、黏度比等参数下混合物的全局统计特性,为两相湍流分析和亚网格尺度模型开发奠定了基础。
2025-04-07 physics.flu-dyn
Universal energy cascade in critically balanced homogeneous ferrofluid turbulence
本文利用精确关系研究临界平衡铁磁流体湍流的能量级串,揭示动能与总能级串随磁场增强而分化,但其普适的尺度无关性保持不变。
2024-12-08 physics.flu-dyn
Spectral response between particle and fluid kinetic energy in decaying homogeneous isotropic turbulence
本文利用时间聚焦 POD 将颗粒与流体 Lagrangian 谱响应分析扩展至非定常衰减湍流,并提出依赖 Stokes 数的响应模型,揭示跨定常状态的谱对称性。
2023-01-31 physics.flu-dyn
Spectral Model of Non-Stationary, Inhomogeneous Turbulence
我们比较了非平稳、非均匀湍流谱模型的结果(Besnard等人,Theor.对比液。Dyn.,第8卷,第1-35页,1996)与无剪切混合层(SFML)的直接数值模拟(DNS)数据(Tordella等人,E,第77卷,016309,2008)。SFML被用作一个测试案例,其中的效率模型封闭的物理空间运输的流体速度场可以在一个流与不均匀性进行测试,而没有额外的复杂性的平均流耦合。该模型能够捕捉到SFML的某些功能相当不错的中期到长期,包括混合层宽度和湍流动能的演变。在短时间内,对于更敏感的统计数据,如速度场各向异性的产生,该模型是不太准确的。我们提出的论点,支持的DNS数据,差异的一个重要原因是本地近似的本质上非本地的压力传输在物理空间中的模型,其影响将是特别强的,在短时间内的SFML的不均匀性是最强的。
2015-11-18 physics.flu-dyn
On statistically stationary homogeneous shear turbulence
具有平均剪切梯度的统计稳定湍流在由适当的体积力驱动的流动中实现。流动区域在下游和展向方向上是周期性的,并且在法向方向上由应力自由表面限定。除了表面附近的小层外,流动是均匀的。湍流能量的波动比使用网格重新划分的模拟中的波动要小,但是由导数的偏度测量的小尺度上的各向异性是相似的,并且随着雷诺数的增加而弱衰减。
2000-12-11 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
Direct numerical simulation of statistically stationary and homogeneous shear turbulence and its relation to other shear flows
本文采用一种新的直接数值模拟程序,在两个水平方向上采用谱方法,在剪切方向上采用紧致有限差分方法,研究了统计定常均匀剪切湍流(SS-HST)。不使用网格重划分来施加剪切周期性边界条件。探讨了计算箱的几何形状的影响。由于HST没有特征性的外部长度尺度,并且往往填满计算域,因此HST的长期模拟在平均只包含几个大尺度结构的意义上是“最小的”。发现主要限制是展向盒宽度$L_z$,它确定湍流的长度和速度尺度,并且另外两个盒尺寸应该足够大($(L_x\gtrsim 2L_z$,$L_y \gtrsim L_z$)以防止其它方向也受到约束。研究还发现,很长的盒子,$L_x \gtrsim 2 L_y$,耦合与周期性的剪切边界条件的通过周期,并发展出强大的非物理线性爆发。在这些限制范围内,流动显示出与其他剪切流,特别是与壁边界湍流的对数层的有趣的相似性和差异。他们在一些细节探索。它们包括大尺度条纹和准周期性爆发的自我维持过程。爆发的时间尺度是近似通用的,$\sim 20 S^{-1}$,和两个不同的爆发系统的可用性允许的爆发的增长与最初的各向同性湍流的剪切有一定的信心。可以得出结论,SS-HST,在适当的计算参数进行,是一个非常有前途的系统,研究剪切湍流一般。
2016-03-02 physics.flu-dyn
Evolution of inertial particle clustering in decaying turbulence
Institut universitaire de France (IUF)(法兰西学院)
该研究通过直接数值模拟发现,衰减湍流中惯性粒子的优先聚集不仅依赖瞬时斯托克斯数,还受流动历史影响,由瞬时流动状态与初始状态共同决定。
2026-09-01 physics.flu-dyn
Stationary two-dimensional turbulence statistics using a Markovian forcing scheme
在这项研究中,我们调查的统计数据的二维定常湍流使用马尔可夫强迫方案,相关的强迫过程中,在当前的时间步到前一个时间步,根据一个定义的记忆系数。除了马尔可夫强迫机制外,该模型还包括小尺度的超粘性耗散机制和大尺度的Ekman摩擦型线性阻尼机制。我们研究了各种耗散和强迫参数对波空间和物理空间中湍流统计的影响。我们的分析包括有效的强迫尺度的影响,强迫的带宽,记忆相关系数,和强迫振幅,以及大尺度摩擦和小尺度耗散系数。计算了结构函数和能谱的标度指数,并讨论了与马尔可夫强迫有关的参数的作用。我们发现,标度指数是近似不变的,并显示出一个普遍的行为的各种形式的强迫计划使用。然而,我们发现,最终状态强烈依赖于所考虑的大尺度摩擦机制。当大尺度摩擦机制包含在高摩擦系数模型中时,我们证明了该行为不再具有普适性。我们的分析还表明,二阶涡度结构函数有一个渐近标度指数较大的耗散。此外,我们证实,涡的行为作为一个被动标量时,耗散机制变得不那么有效。最后,虽然湍流不被认为有一个分离的时间尺度的动力学的速度场,我们证实,分离的时间尺度存在于动力学的能量谱。
2012-12-05 physics.flu-dyn
Does intermittency affect the inertial transfer rate in stationary isotropic turbulence?
对受迫纳维-斯托克斯方程进行了直接数值模拟,其中每个壳平均量从适合于初始高斯状态的值演变为围绕平均值波动。一旦瞬态已经通过,平均值(及其相关的统计数据)通过采样的演变时间序列的时间间隔的顺序的涡流周转时间。在泰勒-雷诺数从10.6到335.2的范围内重复这一过程。随着雷诺数的增加,能量谱、传递谱和惯性通量的计算结果支持了Kolmogorov-Obukhov湍流能量传递模型。特别是,我们观察到的惯性通量的标度不变性的开始,伴随着在相应的惯性波数范围内的能量谱中的-5/3幂律的开始。详细的比较表明,我们的结果与许多其他调查中发现的一致。采用流动显示方法研究了内流率。这种现象在单个实现中可以看到,但发现在整体平均下随着实现数量的增加而平均化。在对关于非线性效应与有限雷诺数修正的争论的文献进行批判性审查之后,得出的结论是,对于静止各向同性湍流的情况,内部非线性不能影响Kolmogorov-Obukhov图像,因为这完全是根据整体平均平均量构建的。
2021-07-19 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
Derivative moments in stationary homogeneous shear turbulence
一个统计上稳定的和几乎均匀的湍流剪切流建立了一个额外的体积强迫结合无应力边界条件的剪切方向。湍流能量和涡度拟能都是静止的,比以前使用网格重新划分的模拟更接近。随雷诺数的增加,时间波动减小。能谱和剪应力共谱表明,局部各向同性是令人满意的遵守在二阶矩的水平。然而,对于泰勒雷诺数为59<R_lambda<99的范围内的展向涡量和流向速度的横向导数,n ≥ 4时,n=7的高阶导数矩产生增加的矩。这些发现,这是在明显违反当地的各向同性,同意最近的测量。
2001-07-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Fluctuations of energy flux in wave turbulence
我们报告说,在一个统计上稳定的政权驱动重力和毛细波湍流的功率显示波动比其平均值强得多。我们发现,它的概率密度函数(PDF)有一个最可能的值接近零,并涉及两个不对称的大致指数的尾巴。我们理解的定性特征的PDF使用一个简单的朗之万型模型。
2008-01-06 physics.flu-dyn
New Calculations of the Turbulence-Turbulence Contribution to the Wind Noise Pressure Spectra within Homogeneous Anisotropic Turbulence
本文基于Kraichnan镜像流模型计算均匀各向异性湍流中的湍流-湍流风噪声压力谱,揭示各向异性主要改变惯性区谱斜率,并识别主导贡献项。
2025-02-15 physics.flu-dyn
Onset criteria for freely decaying isotropic turbulence
通过对初始Taylor-Reynolds数2.58 < Rλ(0)< 358.6范围内的湍流衰减的DNS实验,发现无量纲耗散对Reynolds数的图标曲线的形状强烈地依赖于测量时间的选择。对于我们所选择的时间,根据耗散和惯性传递曲线的峰值进行合成,其结果实际上与受迫静止情况相同。在研究起始判据的过程中,我们发现能量的幂律衰减指数随雷诺数的增加而减小,并位于1.35 < n < 2.60的范围内。使用来自初始条件Rλ = 335的静态强制模拟的数据进行额外运行。结果表明,能量通过叶栅所需的时间约为初始涡流周转时间的一半。
2018-10-03 physics.flu-dyn
Scalings of scale-by-scale turbulence energy in non-homogeneous turbulence
发展了一种非均匀湍流理论,并将其应用于无边界剪切流。该理论对两点统计量的非齐次性引入了内外相似性假设,并预言了二阶结构函数的幂律标度,它与Kolmogorov标度既有相似之处,又有不同之处。这些缩放出现作为这些假设的结果,一般的尺度间和空间间的能量平衡和湍流耗散的内外等效假设。他们减少到通常的柯尔莫哥洛夫标度在平稳均匀湍流。与结构函数数据的比较,从三个定性不同的湍流尾流理论的预测提供了支持,但也提出了新的问题,为今后的研究。
2022-02-15 physics.flu-dyn
Turbulence modeling by time-series methods
本文提出并讨论了一个适用于定常、随时间变化的湍流速度的一般模型。这种方法的灵感来自Barndorff-Nielsen和Schimgel的建模思想,与局部各向同性的K41假设是一致的,并且它允许我们将二阶统计量与高阶统计量分开。该模型可以激发泰勒的假设和时间和空间谱之间的关系。二阶统计量被用来分离确定性核函数和弱平稳驱动噪声。本文提出了一种非参数估计湍流不稳定性的方法。
2012-05-30 physics.data-an physics.flu-dyn
Statistical analysis of wind speed fluctuation and increments of non-stationary atmospheric boundary layer turbulence
本文研究了大气边界层风速水平分量的统计特性。出于它的非平稳性,我们研究哪些参数保持不变,或可以被视为是分段常数,并解释如何估计它们。我们将验证自然大气边界层湍流是由连续发生的接近理想湍流的不同参数组成的图像。第一个重点放在风速的波动周围的平均行为。我们描述了一种方法估计的标准偏差的波动和平均风速之间的比例因子,并分析其时间依赖性。第二个重点是风速增量。我们调查的增量分布,并使用基于超统计的算法来量化的时间依赖性的参数描述的分布。应用所介绍的工具产生了一个全面的描述风速在大气边界层。
2008-11-20 physics.ao-ph physics.data-an physics.flu-dyn
Reynolds-number dependence of the dimensionless dissipation rate in homogeneous magnetohydrodynamic turbulence
本文研究了在外力作用下,定常和非定常磁流体(MHD)湍流的无量纲耗散率$C_{\varepsilon}$的行为。结合前人对自由衰减MHD湍流的研究,本文得到了适用于均匀MHD湍流的最一般的$C_{\varepsilon}$模型方程,并对单位磁普朗特数下无量纲总能量耗散率随雷诺数的变化进行了全面的数值研究。我们进行了一系列中高分辨率的直接数值模拟机械强制固定MHD湍流,以验证模型方程的预测固定的情况下。此外,非普适性的问题进行了讨论的外力的影响,以及交叉和磁螺旋度的水平。渐近线$C_{\varepsilon,\infty}$的测量值位于自由衰变的$0.193 \leqslant C_{\varepsilon,\infty} \leqslant 0.268$之间,其中该值取决于交叉和磁螺旋度的初始水平。在平稳的情况下,我们测量$C_{\varepsilon,\infty} = 0.223$。
2017-01-04 astro-ph.CO astro-ph.SR physics.flu-dyn
Nonstationary distributions of wave intensities in Wave Turbulence
得到了非定常波动湍流中波强概率密度函数的一般解。解表示为根据波动力学方程演化的波作用谱。我们建立,在没有波浪破碎,波浪统计渐近高斯分布的强迫耗散波系统,接近稳定状态。此外,在非平稳系统中,如果统计最初是高斯的,它将在任何时候保持高斯。通常,最初不是高斯的统计将在波谱的特征非线性时间内保持非高斯。在自由衰减的波湍流中,与高斯性的实质性偏离可以无限长地持续下去。
2017-04-06 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Scaling of the energy spectra of wall-bounded turbulence
通过使用在中等摩擦雷诺数(Retau <= 1900)和非常大的数值箱中直接模拟湍流通道的新结果,我们检查了对壁界湍流重叠和外部区域相似性假设的修正。
2013-09-10 physics.flu-dyn
Turbulent properties of stationary flows in porous media
本研究通过粒子跟踪测速技术,发现多孔介质中稳态流动在中等雷诺数下表现出类似经典湍流的多尺度动力学,并测得“多孔”科尔莫戈罗夫常数,为理解多孔介质中的混合与输运提供了新视角。
2023-10-12 physics.flu-dyn
Scaling of the Maximum-Entropy Turbulence Energy Spectra
对数正态型的湍流能量谱函数,来自最大熵原理,被证明是参数化的根湍流变量,包括雷诺数。的光谱函数进行比较,首先与一些实验数据集,显示出非常接近的协议在整个能量和长度(波数)尺度。当雷诺数增加时,峰值波数(m)和宽度参数(C2)分别规定了谱的位置和展宽,其中C2具有~ 1/Rem的依赖性。能量标度用乘法因子调整。从这个角度来看,惯性缩放从k-3到k-5/3时,从二维到三维的流动过渡被解释为频谱宽度的增加,因为规模的范围增加为Re 1/6和Re 3/4的二维和三维湍流,分别。在不同位置的通道流的能谱也再现使用相同的功能,表明适用性的地方实现局部平衡。因此,基于少量的标度参数,可以使用最大熵形式主义规定的完整的能量谱。
2020-09-11 physics.flu-dyn
The Stationary Statistics of a Turbulent Environment as an Attractor
本文提出了一个流体紊流计算程序的建议。提出了流体概率密度泛函的时间演化与动力系统一样具有吸引子的观点。流体统计的演化可以建立为时空路径积分。流体时空结构采样技术自然地提供了一种有用的方法,使用任意的初始统计泛函来计算平均值。
2003-06-04 physics.flu-dyn
Multi-branch Shell Models of Two-Dimensional Turbulence exhibit Dual Energy-Enstrophy Cascades
Laboratoire de Physique de l’École normale supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité(巴黎高等师范学院物理实验室,ENS,巴黎文理研究大学,法国国家科学研究中心,索邦大学,巴黎西岱大学);Université Paris-Saclay, CNRS, UMR 9015, LISN(巴黎萨克雷大学,法国国家科学研究中心,UMR 9015,LISN)
本文提出多分支壳模型,通过层次化几何结构实现二维湍流中能量-涡量双级联,验证了热谱相符性与统计稳态级联,同时研究了局部传输和非高斯性。
2026-03-12 physics.flu-dyn
A nested polyhedra model of isotropic MHD turbulence
本文发展了一种适用于磁流体动力学(MHD)湍流的嵌套多面体模型。在大尺度上仅驱动速度场,随机,发散自由强迫导致动能和磁能的清晰,稳定的$k^{-5/3}$谱。由于该模型自然地消除了不同尺度的相互作用,没有引导场,并且避免了通过随机强迫注入任何螺旋性的迹象,因此所得的三维k谱是统计各向同性的。该模型的优点和缺点表明,通过考虑大或小的磁普朗特数。还观察到,均分偏移的时间尺度与最小尺度的时间尺度显示出$k^{-1/2}$缩放。
2017-12-22 physics.flu-dyn
Data-driven decomposition of the streamwise turbulence kinetic energy in boundary layers. Part 1. Energy spectra
在有壁湍流中,大量共存的湍流结构形成了从粘性到惯性占主导地位的尺度范围内的流向速度能谱。流向光谱的确定的标度趋势在经验上仍然难以捉摸,尽管一个著名的思想流派源于Perry和Abell的著作(J. Fluid Mech.,第79卷,1977年,第100页。785-799)和Perry等人(J. Fluid Mech.,第165卷,1986年,第165页。163-199),这些理论受到Townsend的附着涡假设(The Structure of Turbulent Shear Flow,Cambridge University Press,1976)的极大启发。在本文中,我们重新审查的湍流动能的流向速度分量的频谱分解的背景下,佩里和同事。两个通用的频谱滤波器通过频谱相干分析的两点速度信号,跨越雷诺数范围$Re_τ\sim \mathcal{O}(10^3)$到$\mathcal{O}(10^6)$,并形成我们的分解的基础上的湍流区域的随机壁分离和附壁部分的能量。后者由大于流向/壁面法线比$λ_x/z \approx 14$的尺度组成。如果分解被接受,则$k_x^{-1}$缩放区域只能在$z^+ = 100$的壁法线位置处出现$Re_τ\geq 80\,000$。在Perry和同事的研究之后,人们假设湍流结构而不是附着涡的光谱贡献掩盖了$k_x^{-1}$标度。当接受的想法,不同的光谱…
2019-12-03 physics.flu-dyn
Steady states in dual-cascade wave turbulence
本文研究了描述局部双级联波湍流的动力学微分方程的定态解。我们给出了一个完整的分类单级联状态,其中有一个有限的流量只有一个守恒量。稳态谱的分析是基于相空间分析的基础动力系统的轨道。动力系统的轨道表明爆破行为,对应于一个“尖锐的前”,其中频谱消失在一个有限的波数。的KZ和热力学标度的中间渐近,以及奇异解的作用,进行了讨论。
2020-03-10 physics.flu-dyn
Self-similar formation of the Kolmogorov spectrum in the Leith model of turbulence
利用Leith模型研究了水动力湍流向定常Kolmogorov谱演化的最后阶段。这种演变表现为在波数空间中从最大向最小波数传播的反射波,并描述了一个新的(第三)类的自相似解。这一阶段遵循先前研究的阶段的光谱前从最小到最大的波数达到任意大的波数在有限的时间内,并描述了第二类的自相似解决方案的初始爆炸性传播。对应于“温暖的级联”,其特征在于在大波数的热化光谱的非稳态解决方案也得到了。
2016-12-05 physics.flu-dyn
A model of laminated wave turbulence
本文提出了一种层合波湍流模型。该模型由两个共存的层-一个是连续波的谱,由KAM理论和Kolmogorov类功率谱覆盖,另一个是离散波的谱,由离散波类和Clipping方法覆盖。一些已知的实验室实验和数值模拟解释了这个模型的框架。
2006-03-18 physics.flu-dyn
Relating statistics to dynamics in axisymmetric homogeneous turbulence
均匀湍流的结构和动力学被体积力的存在所改变,使得科里奥利力或浮力,这可以使大范围的湍流尺度各向异性。在物理空间中使用结构函数以及在光谱空间中使用两点相关性的光谱来进行这种效应的相应统计表征,提供了两种互补的观点。在这个框架中,二阶和三阶结构函数与两点二阶和三阶速度关联函数的谱并行,使用通道关系。这种关系适用于各向同性的情况下,或各向同性的平均统计,然而,这并不反映实际的更复杂的结构的各向异性湍流提交旋转或分层。这种复杂性证明在本文中的取向依赖的能量和能量转移谱在这两种情况下产生的轴对称湍流的两点统计模型的装置。我们表明,到目前为止,各向异性的形式主义中使用的频谱传输统计是特别适合于分析各向异性均匀湍流的精细动力学,它可以帮助分析各向同性计算的三阶结构函数统计经常用于表征各向异性的背景。
2012-02-09 physics.flu-dyn
Constrained Reversible system for Navier-Stokes Turbulence: evidence for Gallavotti's equivalence conjecture
根据Gallavotti猜想,提出了用NS方程以外的替代方程来等价描述Navier-Stokes流体定态。我们提出了一个基于纳维-斯托克斯方程的时间反演下对称的模型系统,该模型系统被约束以保持拟能常数。它是通过高分辨率的数值实验表明,可逆的模型演变到一个稳定的状态,相当准确地再现所有的统计观测相关的湍流物理提取的直接数值模拟在不同的雷诺数。对于大涡模拟中使用的粗粒度版本的纳维-斯托克斯方程,使用可逆模型来模拟湍流动力学的可能性具有实际重要性。此外,可逆模型在数学上似乎更简单,因为拟能对于每个雷诺数都是恒定的。最后,简要讨论了统计力学的理论意义。
2020-11-19 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Fokker-Planck approach to wave turbulence
The Graduate Center, CUNY(纽约市立大学研究生中心)
本文通过福克-普朗克哈密顿量的稳态态重新考虑了弱波湍流的Kolmogorov-Zakharov稳态态,引入非微扰关系并用零耗散极限下的二点期望值发散表达动力学方程。
2025-07-11 cond-mat.stat-mech hep-th nlin.CD
Inertial range scaling of the scalar flux spectrum in two-dimensional turbulence
研究了具有均匀标量梯度的二维统计定常各向同性湍流。维数参数预测的惯性范围缩放的湍流标量通量谱的逆级联范围和拟能级联范围为小和团结施密特数。尺度预测检查直接数值模拟和良好的协议观察。
2010-09-01 nlin.CD 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
Turbulence Decay Intensifies Clustering of Bubbles and Particles
University of Massachusetts Amherst(马萨诸塞大学阿默斯特分校);Brown University(布朗大学);Universidad de Cádiz(加的斯大学);Université de Lille(里尔大学)
本文通过实验和直接数值模拟,发现自由衰减湍流中颗粒聚集先增强后减弱,并提出动态重标度方法将衰减湍流行为映射到稳态湍流,适用于宽范围密度比和斯托克斯数。
2026-09-09 cond-mat.soft 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
Rigorous results in space-periodic two-dimensional turbulence
本文综述了与二维流体湍流描述相关的二维随机Navier-Stokes方程组的严格定性理论的最新进展。在简要讨论了初边值问题和相应的马尔可夫过程之后,我们给出了平稳测度的存在性、唯一性和混合性的结果。接下来,我们转向这些性质的各种后果:强大数定律,中心极限定理,和随机吸引子相关的一个独特的平稳措施。我们还讨论了Donsker-Varadhan和Freidlin-Wentzell型大偏差,以及三维薄区域中的无粘极限和渐近结果。最后,我们提出一些悬而未决的问题。
2017-12-28 math-ph math.AP math.MP
Dynamics of quantum turbulence of different spectra
在零温度极限下,超流体中的湍流由量子化涡丝的动态缠结组成。不同类型的湍流是可能的,这取决于涡线方向的相关性水平。本文综述了超流$^4$ He中的湍流,特别着重于最近在0.5 K以下零温区探测湍流衰减的实验。我们描述了广泛的测量过程中的自由衰减的不同类型的湍流涡线密度:超量子和准经典湍流在静止和旋转容器。所观察到的衰减和有效耗散作为温度的函数进行了比较与理论模型和数值模拟。
2013-10-18 cond-mat.other physics.flu-dyn
Stationary, isotropic and homogeneous two-dimensional turbulence: a first non-perturbative renormalization group approach
本文首次利用非微扰重整化群方法研究二维平稳湍流的直接能级联,揭示了Navier-Stokes作用量的两个新扩展对称性,推导Ward恒等式并精确求解了2点函数的固定点方程。
2018-09-04 cond-mat.stat-mech hep-th physics.flu-dyn
Analytical reconstruction of isotropic turbulence spectra based on the Gaussian transform
将用于模拟气动声学中湍流宽带噪声的随机粒子网格(RPM)方法推广到各向同性湍流谱。用这种方法,湍流波动合成过滤白噪声与高斯滤波器内核,反过来又给出了一个高斯谱。高斯函数是光滑的,它的导数和积分也是高斯函数。高斯滤波器是一种有效的滤波器,在随机信号处理中有着广泛的应用。然而,在许多应用中,高斯谱并不对应于真实的湍流谱。因此,在涡轮机的冯卡门,Liepmann,和修改冯卡门频谱是更现实的模型频谱。在本文中,我们解析地推导出加权函数,以实现任意各向同性螺线管光谱使用不同长度尺度的加权高斯谱的叠加。随后推导出了冯卡门谱、利普曼谱和修正冯卡门谱的解析权函数。最后,提出了一种方法来离散的问题,使用有限数量的高斯谱。用RPM方法实现了von Kármán速度谱,证明了该方法的有效性。
2015-11-19 cs.CE physics.flu-dyn
Identification of Separation Wavenumber between Weak and Strong Turbulence Spectra for Vibrating Plate
统计稳定状态下的弹性波湍流存在弱非线性谱和强非线性谱。非线性频率的解析表达式通过评估扩展的自非线性相互作用获得。非线性频率与线性频率相当的{ \em临界波数与弱湍流谱和强湍流谱之间的{ \em分离波数一致。我们还确认了我们的分离波数的解析表示的有效性,通过改变振动板的材料参数与直接数值模拟的结果进行比较。
2013-12-27 nlin.CD physics.flu-dyn
Energy spectra of non-local internal gravity wave turbulence
本研究从弱湍流经典理论出发推导内重力波湍流简化动力学方程,提出能量输运由“诱导扩散”三波组的非局域共振主导的假设,得到与海洋观测一致的能谱标度律,发现内波湍能级联关联恒定波作用通量。
2023-11-27 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Velocity spectra of quantum turbulence: experiments, numerics and models
超流湍流是不寻常的,并提出了一个挑战,流体动力学,因为它由两个耦合,相互渗透的湍流流体:第一个是无粘的量子涡,第二个是粘性的连续涡。尽管有这种双重性质,在足够大的长度尺度上观察到的超流湍流速度谱与普通湍流相似。我们目前的实验,数值和理论结果,解释这些相似之处,并说明我们目前的理解在较小尺度的超流湍流的局限性。
2013-06-26 cond-mat.other physics.flu-dyn quant-ph
Suppression of Rayleigh-Taylor turbulence by time-periodic acceleration
通过对Boussinesq方程的直接数值模拟,研究了存在交替时间周期性加速度时Rayleigh-Taylor湍流对流的动力学。在这个框架内,我们发现了一个新的机制的再层化的湍流:交替加速,最初产生一个不断增长的湍流混合层,在较长的时间抑制湍流波动和驱动系统向渐近稳定的配置。量纲参数和线性稳定性理论被用来预测的混合层的宽度在渐近状态作为一个函数的周期的加速度。我们的研究结果提供了一个简单的控制和抑制湍流对流的例子,在不同的领域具有潜在的应用。
2018-07-10 nlin.CD physics.flu-dyn
Singular measures and information capacity of turbulent cascades
真的有弱湍流这种东西吗?在这里,我们使用信息论的工具来分析弱相互作用波的湍流。它为比较热平衡和湍流提供了一个独特的视角:模式之间的互信息被证明是静态的,在平衡时很小,但在弱湍流中随时间线性增长。我们跟踪这种增长的概率集中在共振面,这可以一直到一个奇异的措施。令人惊讶的结论是,无论非线性度有多小,任何单个振幅的统计数据有多接近高斯,稳态相空间测量都远离高斯,正如大的相对熵所表明的那样。虽然这可能会让弱湍流方法的从业者感到不安,但这对湍流建模来说是一个难得的好消息:解析尺度携带了关于未解析尺度的重要信息。大尺度和小尺度之间的互信息是湍流叶栅的信息容量,限制了湍流模拟中亚网格尺度的表现。
2020-02-27 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Energy spectra and cascade in the spin turbulence of a driven spinor Bose-Einstein condensate
Seoul National University(首尔大学);NextQuantum, Seoul National University(首尔大学 NextQuantum);Institute of Applied Physics, Seoul National University(首尔大学应用物理研究所)
通过研究驱动自旋-1玻色-爱因斯坦凝聚体中的自旋湍流,发现自旋相互作用能谱呈现-7/3幂律标度,并观察到自由衰减过程中自旋相互作用能向高波数的直接级联。
2026-05-30 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Decay of capillary wave turbulence
我们报告的观察自由衰减的毛细波湍流的表面上的流体。毛细管波湍流谱衰减被发现是自相似的时间与相同的幂律指数比在固定制度中发现的,与弱湍流的预测。在相同的阻尼率下,所有傅里叶模态的振幅都随时间呈指数衰减。最长的波长所涉及的系统被证明是阻尼的粘性表面边界层。这些长波在维持非线性相互作用以使毛细管波保持在波湍流状态的衰减期间起着能量源的作用。
2012-07-13 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Rotating helical turbulence. Part I. Global evolution and spectral behavior
我们给出了两个1536^3旋转湍流直接数值模拟的结果,其中能量和螺旋度都通过外部强迫注入流中。在旋转的存在下,在各向同性和均匀湍流中观察到的能量和螺旋度向较小尺度的双重级联被打破,现在与能量和螺旋度的直接级联共存的能量的逆级联的发展。在直接级联区,低Rossby数时螺旋度通量占主导地位。这些级联对流量的统计有几个结果。全球数量的演变和能量和螺旋度谱的研究,并在不同的雷诺数和Rossby数在较低的分辨率与模拟进行比较,以确定标度律。
2009-09-07 physics.ao-ph physics.flu-dyn
IKT-approach to MHD turbulence
湍流理论中的一个公开问题是确定与相关(随机)流体场相关的概率密度的精确演化方程。这样一个方程在通常的湍流方法中至多在近似意义上再现了正确的流体方程。在本文中,我们提出了一个统计模型,适用于不可压缩,电阻性和准中性磁流体。该方法的基础上制定的逆动力学理论(IKT)的完整的MHD方程组适用于不可压缩,粘性,准中性,等熵,等温和电阻磁流体。新方法的基本特征是它依赖于第一原理--特别是流体方程的精确有效性--从而可以确定概率密度的正确演化方程。这里考虑的理论的具体应用涉及统计均匀和稳态MHD湍流的情况。
2009-01-16 physics.class-ph physics.flu-dyn
Predicting the Final Stationary State of Sheared 2D Euler Fluids
Instituto de Física, UFRGS(巴西联邦南里奥格兰德大学物理研究所)
本文提出通用非平衡统计力学框架,构建弗拉索夫方程自洽假设,预测受剪切二维欧拉流体最终定态的渐近涡度分布,揭示核-晕结构是其演化的稳健统计结果,为理解剪切诱导湍流饱和提供通用框架。
2026-10-12 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Beta-plane turbulence: experiments with altimetry
本文介绍了在具有地形β效应的旋转水槽中产生的正压和斜压湍流的一系列新的实验结果。速度场的测量是由高度成像测速仪。在实验中观察到的湍流发展的带状射流是潜伏在一个固定的强制耗散制度的流动,但成为突出的衰减流。流的二维能谱表现出向纬向运动的各向异性发展。实验表明,双湍流叶栅的能量和涡度拟能范围。频率-波数谱表明,在低波数下存在由湍流运动激发的罗斯贝波。实验结果与现有的β平面湍流理论进行了比较。
2013-12-20 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Vortex-density fluctuations, energy spectra and vortical regions in superfluid turbulence
在超流湍流中,能谱的测量和涡密度涨落谱的测量似乎是相互矛盾的。使用一个数值模型,我们表明,在每一个时刻的总涡线密度可以分解成两部分:一个形成的亚稳态束相干涡,和一个在其中的涡是随机取向。我们发现,前者是负责所观察到的Kolmogorov能谱,和后者的涡旋线密度波动的频谱。
2012-10-10 cond-mat.other physics.flu-dyn