Turbulent channel without boundaries: The periodic Kolmogorov flow
柯尔莫哥洛夫流提供了虚拟通道流的一个理想实例：它没有边界，但在每个半波长中具有定义良好的平均流。我们利用这一显着的功能，调查的目的之间的相互作用的平均流量和湍流阻力的整体流量。通过一组直接数值模拟在增加雷诺数，我们显示的依赖性的整体湍流阻力的平均流的振幅。此外，我们提出了一个详细的分析尺度的能量平衡，它描述了动能是如何重新分配的不同区域的流动，而被运送到小耗散尺度。我们的研究结果使我们能够获得一个准确的预测在大尺度上的空间能量输运。
2014-01-23 nlin.CD physics.flu-dyn
Kolmogorov and Irosnikov-Kraichnan scaling in the anisotropic turbulent solar wind
太阳风湍流主要由Alfvénic波动控制，但功率谱指数有些令人惊讶地向流体动力学湍流的Kolmogorov值-5/3发展。我们发现，在1AU的湍流线性分解成两个共存的分量垂直和平行于当地的平均磁场。其中第一个与传播的阿尔文波包一致，并显示了阿尔文湍流的预期标度，即Irosnikov- Kraichnan。第二个显示柯尔莫哥洛夫标度，我们也发现在数量和磁能密度，坡印亭通量。
2006-06-13 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Kolmogorov-Hinze scales in turbulent superfluids
本文通过数值模拟研究了湍流双组分超流体中不可混溶区域尺寸随能量输入率的变化规律，发现强不可混溶时遵循经典Kolmogorov-Hinze理论的ε^{-2/5}标度，弱不可混溶时因量子效应改变为ε^{-1/4}标度。
2023-08-05 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Stabilizing two-dimensional turbulent Kolmogorov flow via selective modification of inviscid invariants
本文通过选择性修改能量和拟涡能的时间变化率，自主引入附加驱动，将受恒定外力驱动的二维湍流 Kolmogorov 流稳定为非平凡稳态，并有效抑制反向能量级串，所得稳态接近原系统的不变解。
2023-12-04 physics.flu-dyn
Alignment of elongated swimmers in a laminar and turbulent Kolmogorov flow
许多水生微生物能够游泳。在自然环境中，它们通常在存在流动的情况下这样做。近年来，已经表明，游泳和流动的相互作用可以引起有趣的和生物学相关的现象，如微生物在特定流动区域的积累和与流动特性的局部对齐。在这里，我们考虑一个机械模型细长microswimmer在Kolmogorov流，一个原型剪切流，在稳定和湍流条件下。通过直接数值模拟，在一个简化的随机设置的分析计算的支持下，我们发现，与当地的速度游泳方向的对齐是一个普遍的现象。我们还探讨了如何积累的微生物，通常在稳定的流动中观察到的，是由不稳定的波动的存在下修改。
2022-07-19 physics.flu-dyn
Lagrangian Refined Kolmogorov Similarity Hypothesis for Gradient Time-evolution in Turbulent Flows
我们研究了各向同性湍流中的速度和压力梯度的时间演化，通过量化它们的去相关时间尺度，如下流动中的流体颗粒。拉格朗日分析使用公共数据库中的数据，这些数据是在雷诺数为430时通过直接数值模拟Naiver-Stokes方程生成的。据证实，当平均在整个域，关联函数衰减的平均Kolmogorov周转时间尺度的顺序上的时间尺度上，从全球平均耗散率和粘度计算。然而，当在流的不同子区域中执行分析时，湍流不稳定性导致衰减时间尺度的大的空间变异性。值得注意的是，出色的崩溃的自动关联函数恢复时，使用“本地Kolmogorov时间尺度”定义使用本地平均，而不是全球，耗散率。这为Kolmogorov的精炼相似性假设的有效性提供了新的证据，但从拉格朗日的观点来看，它提供了一个自然的框架来描述湍流的动态时间演化。
2009-12-18 physics.flu-dyn
Gyrotactic trapping in laminar and turbulent Kolmogorov flow
浮游植物斑块性，即微藻在多个空间尺度上的不均匀分布，对海洋生态产生了巨大影响。这种异质性的一个壮观的例子发生在薄浮游植物层（TPLs），大量的光合微生物被发现在一个小的深度间隔。某些种类的游动浮游植物可以通过回转定向捕获形成TPL，这是由于它们特定的游泳方式（定向运动偏向重力）和沿重力方向的剪切流的运输的相互作用。在这里，我们认为回旋游泳数值模拟的Kolmogorov剪切流，无论是在层流和湍流制度。在层流的情况下，我们表明，游泳运动是可积的，TPLs的形成可以充分利用动力系统工具的特点。然后，我们研究了旋转布朗运动或湍流波动（出现时，雷诺数足够大）对TPL的影响。在这两种情况下，我们表明，TPLs成为短暂的，我们表征其持久性。
2014-10-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Unstable Equilibria and Invariant Manifolds in Quasi-Two-Dimensional Kolmogorov-like Flow
最近的研究表明，纳维-斯托克斯方程的不稳定的，非混沌的解决方案，可能会提供深入了解流体湍流。在这篇文章中，我们提出了一个相结合的实验和数值研究，探索不稳定的平衡解决方案及其不变的流形在弱湍流，电磁驱动，浅流体层的动力学作用。识别湍流演变减慢的时刻，我们计算31个不稳定平衡的一个现实的二维模型的流量。我们建立了这些不稳定平衡的动力学相关性表明，他们是密切访问的湍流。我们还建立了动力学相关的不稳定流形，通过验证，他们的阴影湍流轨迹离开的不稳定平衡在状态空间中的大距离的邻域。
2018-07-31 nlin.CD physics.flu-dyn
Clean numerical simulation (CNS) of three-dimensional turbulent Kolmogorov flow
本文首次用干净数值模拟（CNS）求解三维湍流Kolmogorov流，发现DNS结果因数值噪声快速污染，在空间对称性、能量级联及统计量上均显著偏离CNS基准解。
2025-10-13 cs.NA math-ph math.MP
Stretching of polymers around the Kolmogorov scale in a turbulent shear flow
我们提出的数值研究拉伸的虎克哑铃在湍流的Navier-Stokes流的线性平均配置文件，<u_x>=Sy。除了粘性Kolmogorov尺度η之外的湍流特征之外，哑铃的平衡延伸处的动力学显著低于η也得到了很好的解决。恒定剪切率S的变化引起所有尺度上的湍流速度波动的变化，从而引起平流的局部拉伸率的强度的变化。后者是由最大李雅普诺夫指数λ da_1来衡量的，发现λ da_1随着λ_1 ~ S^{3/2}而增加，这与量纲参数一致。布朗动力学模拟结合湍流剪切流的伪谱积分，推进了高达2 × 10^6被动平流哑铃的系综。拉伸的各向异性通过方位角$ϕ$和极角θ的统计来量化，方位角$ϕ$测量与x-y剪切平面中的平均流动轴的对准，极角θ确定相对于剪切平面的取向。φ的概率密度函数（PDF）的不对称性随着剪切速率S的增加而增加。此外，PDF在平均流向（phi= 0）附近逐渐达到峰值。相反，极角θ的PDF是对称的，并且对S的变化不太敏感。
2006-01-03 nlin.CD physics.flu-dyn
Deformation and orientation statistics of neutrally buoyant sub-Kolmogorov ellipsoidal droplets in turbulent Taylor-Couette flow
在许多工业和科学应用中，底层流动拓扑结构对分散在湍流中的亚柯尔莫哥洛夫液滴的形状和尺寸的影响是相当感兴趣的。在这项工作中，我们研究了亚Kolmogorov液滴分散到湍流泰勒-库埃特流的变形和取向统计。连同载体相的直接数值模拟（DNS）和分散液滴的拉格朗日跟踪，我们求解由Maffettone和Minale（\emph{J. Fluid Mech.} 78，227-241（1998））提出的现象学方程以跟踪近似$10^5$椭圆形液滴的形状演变和取向。通过改变液滴的毛细管数$Ca$和粘度比$\hat μ$，我们发现液滴的变形随着毛细管数$Ca$的增加而增加，并且这种效应在边界层区域更加明显。这表明，随着毛细管数的影响，也有一个很强的相关性之间的空间位置和程度的变形的液滴。无论毛细管数$Ca$，椭球的长轴往往与流向方向和拉伸应变率本征方向在边界层区域，而分布是高度各向同性的散装。当液滴和载液之间的粘度比增加时，我们发现不存在优先拉伸轴，这是由于旋转对拉伸和松弛的影响增加。因此，与低粘度比系统中的高度变形的扁长（雪茄状）液滴相比，高粘度比系统中的液滴较少变形和扁（盘状）。
2016-06-13 physics.flu-dyn
Rayleigh-Taylor turbulence is nothing like Kolmogorov turbulence in the self similar regime
近几年来，描述瑞利-泰勒（RT）混合层湍流谱的数值模拟和实验越来越多。在最近的研究中报道的结果允许排除湍流{ \it la Kolmogorov}作为作用于自相似RT湍流混合层的机制。一个不同的机制，这符合数值和实验结果，并涉及RT流到其他浮力流。
2008-01-31 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Experimental and numerical investigation on preferential alignment of Kolmogorov-size fibers in turbulent channel flow
TU Wien（维也纳工业大学）
研究湍流通道流中柯尔莫哥洛夫尺度纤维优先排列，通过实验测量与数值模拟相结合，利用时间分辨体积测量重建纤维轨迹及估计速度梯度张量，发现纤维优先与涡度方向排列，与模拟总体吻合良好，高雷诺数下有偏差。
2026-07-21 physics.flu-dyn
Weak turbulence of gravity waves
首次证明了表面重力波的弱湍流理论。动力学方程的直接数值模拟显示Kolmogorov湍流谱预测的动力学方程的解析分析。
2003-08-27 nlin.PS physics.ao-ph physics.comp-ph
Lagrangian one-particle velocity statistics in a turbulent flow
我们提出了拉格朗日单粒子统计从里索PTV实验的湍流。我们估计的拉格朗日Kolmogorov常数$C_0$，并发现它是由流动的大尺度不均匀性的影响。时间速度增量的PDF是高度非高斯的小时间，我们解释为一个后果的不稳定性。使用扩展的自相似性，我们设法量化的不确定性，并发现从Kolmogorov 1941年相似标度的偏差是较大的拉格朗日框架比欧拉。通过多重分形模型计算了多重分形维数谱。
2006-10-19 physics.flu-dyn
Drag enhancement in a dusty Kolmogorov flow
悬浮在流体中的颗粒施加反馈力，可以显著影响流动，改变湍流阻力和速度波动。我们研究的欧拉双向耦合模型的框架中，颗粒比载体流体重的颗粒引起的流动调制，其中颗粒由可压缩的速度场传输的连续密度表示，与流体相交换动量。我们实现的湍流Kolmogorov流，一个简化的设置，允许研究的动量平衡和湍流阻力在没有边界的直接数值模拟模型。我们发现，平均流的振幅和湍流强度的减少，通过增加颗粒质量负荷与随之而来的摩擦系数的增强。令人惊讶的是，湍流抑制对于较小惯性的颗粒更强。我们理解这样一个结果，通过映射方程的尘埃流，在极限的惯性消失，牛顿流与有效的迫使减少流体密度的增加，由于颗粒的存在。我们还讨论了由湍流电泳产生的负反馈，它减轻了颗粒，特别是具有较大惯性的颗粒对湍流的影响。
2020-06-16 physics.flu-dyn
Turbulent coherent structures and early life below the Kolmogorov scale
许多生物有机体生活在水环境中。重大的进化转变，包括生命本身的出现，很可能就发生在这样的环境中。虽然水在生物学中作用的化学方面得到了很好的研究，但水的物理特性对进化事件的影响，例如通过其丰富的运输特性控制种群结构，还不太清楚。进化的转变，如第一个细胞和多细胞的出现，需要群体之间的合作。然而，合作的进化面临着挑战，在非结构化的“混合”人口，寄生虫迅速压倒合作者。假设群体结构以促进合作的模型设想这种结构来自空间“晶格”模型（例如表面结合的个体）或分区模型，通常实现为原始细胞。在这里，我们研究空间模型中的湍流运动的影响，并提出相干结构，即流动模式的陷阱流体和自然产生的湍流，可能会服务于许多与隔间相关的属性-共定位，分裂和合并-并认为在生命的起源和其他进化过渡中发挥了关键作用。这些结果表明，群体选择模型可能适用于更少的物理和化学限制比以前认为的，并适用于更广泛的水环境。
2020-05-04 physics.flu-dyn q-bio.PE
Inferring turbulent velocity and temperature fields and their statistics from Lagrangian velocity measurements using physics-informed Kolmogorov-Arnold Networks
Brown University（布朗大学）；Technische Universität Ilmenau（伊尔默瑙工业大学）
提出基于物理信息Kolmogorov-Arnold网络的AIVT方法，仅利用稀疏拉格朗日速度数据推断连续温度场，实现与DNS媲美的湍流场重建，为高雷诺数湍流定量研究提供新途径。
2024-07-23 cs.LG physics.comp-ph physics.flu-dyn
Reconnection of vortex filaments and Kolmogorov spectrum
研究了涡丝坍缩引起的三维速度场的能谱。这项工作的目的之一是澄清外观的Kolmogorov型能谱$E(k)\varpropto k^{-5/3}$，观察到在许多离散涡管（量子流体中的量子涡丝）的数值工作。通常，解释量子湍流的经典湍流性质，涡束模型，被使用。该模型是必要的，以模拟涡拉伸，这是负责在经典湍流的能量传递。在我们的考虑中，我们不呼吁可能的“束安排”，但探索另一种想法，湍流谱出现从奇异的解决方案，它描述的崩溃线时刻的重联。另一个目标是与一个重要的和深入讨论的话题-流体动力崩溃的湍流谱的形成中的作用。我们证明了特定的涡丝结构产生的谱$E(k)$接近Kolmogorov依赖性，并讨论了这一点以及偏差的原因。我们还从经典和量子湍流的角度讨论了所得结果。
2014-04-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Heteroclinic and Homoclinic Connections in a Kolmogorov-Like Flow
最近的研究表明，纳维-斯托克斯方程的不稳定递归解为湍流动力学提供了新的见解。在这项研究中，我们计算一个广泛的网络的动力学连接，这样的解决方案在弱湍流准二维Kolmogorov流，位于反演对称子空间。特别是，我们发现许多孤立的异宿连接不同类型的解决方案-平衡，周期和准周期轨道-以及连续的连接形成高维连接流形。我们还计算了一个同宿连接的周期性轨道，并提供了强有力的证据表明，相关的同宿纠缠形成的混沌排斥，支撑瞬态湍流的对称子空间。
2020-08-04 nlin.CD 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
Neural network based generation of a 1-dimensional stochastic field with turbulent velocity statistics
提出全卷积随机模型 NN-Turb，仅依据跨尺度结构函数的目标统计特性训练，即可生成满足 Kolmogorov 2/3、4/5 定律并具有间歇性的一维湍流速度场。
2023-12-07 eess.SP physics.data-an physics.flu-dyn
Evidence of the Zakharov-Kolmogorov spectrum in numerical simulations of inertial wave turbulence
旋转湍流通常被认为是由地转涡主导的，地转涡沿着旋转轴是不变的，并经历逆级联。然而，它最近被证明可以维持完全三维的状态，并具有降尺度的能量级联。在这封信中，我们调查的三维旋转湍流的统计特性的直接数值模拟的手段，在一个三重周期的盒子，地转涡是专门阻尼。由此产生的湍流是一种惯性波湍流，其验证了Galtier（Phys. Rev. E，68，2003）解析导出的Zakharov-Kolmogorov谱，从而提供了三维各向异性波的波湍流理论的相关性的数值证明。最后，我们表明，相同的强迫导致无论是地转或波湍流取决于初始条件。因此，我们的研究结果带来了进一步的证据，双稳定性旋转湍流。
2020-11-10 physics.flu-dyn
Regimes of turbulence without an energy cascade
对湍流$^4$ He和$^3$ He-B的实验和数值模拟表明，在流体动力学长度尺度大于量子涡旋之间的平均距离时，能谱服从与普通流体均匀各向同性湍流相同的5/3 Kolmogorov定律。5/3定律的重要性在于，它指出了从大涡旋到小涡旋的理查森能量级联的存在。然而，也有证据表明量子湍流制度没有柯尔莫哥洛夫标度。这就提出了一些重要的问题，为什么在这样的制度，柯尔莫哥洛夫频谱未能形成，什么是湍流的物理性质没有能量级联，以及流体动力学模型是否可以解释湍流超流氦的不寻常行为。在这项工作中，我们描述了简单的物理机制，防止形成的Kolmogorov标度的热逆流，并分析了必要的条件出现准经典制度的量子湍流在低温下注入涡环。我们的模型证明了量子湍流的流体动力学描述，并揭示了一个意想不到的制度的涡旋动力学。
2016-09-30 physics.flu-dyn
Finite-size effects in the dynamics of neutrally buoyant particles in turbulent flow
本文研究了由湍流输送的中性浮力颗粒的动力学特性，这些颗粒的半径为Kolmogorov耗散尺度或更大。Pasquetti等人（2008）提出的伪惩罚谱方法适用于数值积分粒子和流体的同时动力学。这样的方法给出了一个独特的处理点粒子近似的有效性的限制，这是一般用于应用场合。分析预测的基础上，这样的模型进行比较，非常好地解决直接数值模拟的结果。得到的证据表明，Faxen校正给占主导地位的有限尺寸的修正粒子直径的速度和加速度波动高达四倍的柯尔莫哥洛夫尺度。具有较大直径的粒子的动力学由惯性范围物理学主导，并且与从量纲分析获得的预测一致。
2009-09-30 physics.flu-dyn
Early Transient Period in the Evolution of the Area of a Passive Front Propagating in a Strong Turbulence
统计平稳，均匀，各向同性湍流的被动自传播前的平均面积上的影响，因此，对流体消耗率的前进行了分析的情况下，渐近高湍流雷诺数$Re_L$和渐近高比率的Kolmogorov速度恒定速度$u_0$的前。通过考虑锋面演化的早期阶段，分析确定了平均（在所研究的早期阶段）锋面面积和消耗速度$\bar{u}_T$。分析表明，平均$\bar{u}_T$是成比例的均方根湍流速度，其特征在于大规模的湍流涡，即使在前区的瞬时率的增加主要是由最小的柯尔莫哥洛夫涡控制。平均面积或$\bar{u}_T$对柯尔莫哥洛夫速度、长度和时间尺度的直接依赖性由于以下物理机制而消失。在高$Re_L$，湍流拉伸所产生的小尺度涡流增加的前端面积随时间呈指数，而体积的前沿和后缘的边界增长显着放缓。因此，在短时间之后，体积被前部紧密地填充，并且相对的前部元件之间的平均距离相对于柯尔莫哥洛夫长度尺度变小。随后，这种前部元件碰撞，从而减小前部面积并限制平均$\bar{u}_T$。
2018-06-26 physics.flu-dyn
Synchronization of Chaos in Fully-Developed Turbulence
通过对不可压纳维-斯托克斯方程的拟谱模拟，研究了三维湍流能量级联中小尺度运动的混沌同步。低于约20 Kolmogorov耗散长度的湍流速度场的模式被发现是奴隶的大尺度模式的混沌动力学。所有的耗散范围模式的动态可以恢复到完整的数值精度，通过求解小尺度动力方程与给定的大尺度解作为输入，无论初始条件。的同步率指数的尺度与柯尔莫哥洛夫耗散时间尺度，可能的弱修正，由于不稳定性。我们的研究结果表明，所有的子Kolmogorov长度模式应完全恢复从数值模拟与标准，Kolmogorov长度的网格分辨率。
2012-12-09 math-ph math.DS math.MP
Anisotropy, inhomogeneity and inertial range scalings in turbulent convection
本文详细研究了湍流Rayleigh-Bénard对流中的逐尺度收支，旨在检验Kolmogorov（1941）和Bolgiano（1959）理论对这种流动的适用性。特别强调的是各向异性和非均匀的影响：SO（3）分解的结构函数（Arad等1999）和Danaila等（2001）提出的描述非均匀性的方法被用来推导非均匀和各向异性的推广Kolmogorov和Yaglom方程适用于RB对流。这些方程中的各项是使用来自$\rayleigh=10^6$和$\prandtl=1$（纵横比A=5）处湍流Boussinesq对流DNS的数据计算的。对各向同性分量的分析表明，浮力强迫和大尺度不均匀性对三阶速度结构函数的形状有显著影响，而Yaglom方程中出现的混合三阶速度结构函数在小尺度范围内具有明显的标度指数1.的各种低$\ell$度各向异性组件的方程的幅度也估计，并示出其各向同性的同行在中等规模到大规模。最后，定性分析表明，浮力强迫在尺度小于Bolgiano尺度的影响可能仍然很重要，直到$\rayleigh=10^9$，从而防止柯尔莫哥洛夫缩放出现在对流流动中，在较低的瑞利数。
2006-01-25 astro-ph physics.flu-dyn
No feedback is possible in small-scale turbulent magnetic field
研究大磁普朗特数下小于Kolmogorov粘性尺度的随机均匀磁场演化，发现尽管磁场无限增长，其对流体动力学的反馈仍微不足道。
2020-07-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Probing turbulence intermittency via Auto-Regressive Moving-Average models
本文提出了一种基于湍流时间序列的自回归滑动平均模型的新方法来探测湍流中Kolmogorov定律的不稳定性修正。我们引入了一个新的指标$Υ$，它度量了自回归滑动平均模型空间中Kolmogorov-Obukhov模型的距离。应用我们的分析粒子图像测速仪和激光多普勒测速仪测量在冯卡门旋流，我们表明，$Υ$是成比例的传统的不稳定性校正计算的结构函数。因此，它提供了相同的信息，使用更短的时间序列。我们的结论是，$Υ$是一个合适的指数重建的空间不稳定性的耗散在数值和实验湍流场。
2014-07-21 physics.flu-dyn
The turbulent stress spectrum in the inertial and subinertial ranges
对于速度和磁场，湍流压力和更一般的平方场，如湍流应力张量的分量，在天体物理学中起着重要的作用。对于一维和三维，我们导出了场的能谱与其平方谱之间的关系式。我们解决所得积分数值和表明，湍流能量谱的Kolmogorov型，应力谱的谱斜率也是Kolmogorov型。对于较浅的湍流谱，应力谱的斜率很快接近白噪声的斜率，而不管场的谱有多蓝。对于完全螺旋场，应力谱在亚惯性范围内升高约2倍，而在惯性范围内保持不变。我们讨论了可能的影响，了解频谱的原始引力波从因果产生的磁场在宇宙学相变在早期宇宙。我们还讨论了潜在的诊断应用的星际介质，其中偏振和闪烁测量的特点平方的磁场。
2020-02-19 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.flu-dyn
Collision efficiency of rapidly settling particle pairs in a turbulent flow
Indian Institute of Technology Madras（印度理工学院马德拉斯分校）；Cornell University（康奈尔大学）
本研究探究均匀各向同性湍流中快速沉降颗粒对的碰撞动力学，建立相关扩散模型与方程，得出理想碰撞率随重力与湍流相对强度增加而递增、碰撞效率则递减的结论。
2026-08-18 physics.flu-dyn
Passive scalar cascade in the intermediate layer of turbulent channel flow for $Pr\leq 1$
Univ. Lille（里尔大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；ONERA（法国航空航天研究院）；Arts et Metiers Institute of Technology（巴黎高科国立高等工艺学院）；Centrale Lille（里尔中央理工学院）；Graduate School of Engineering Science, University of Osaka（大阪大学工学研究科）
研究Pr≤1时湍流通道流中间层中被动标量级联的平衡与非平衡特性，揭示尺度分布与传输率的普朗特数依赖关系。
2026-03-05 physics.flu-dyn
Lagrangian coherent structures and entrainment near the turbulent/non-turbulent interface of a gravity current
本文应用拉格朗日拟序结构理论研究了三维涡旋的分离，并研究了大尺度涡旋结构对湍流/非湍流界面和重力流卷吸的影响。重力流的实验实现和不同层次的分层进行了检查。对于流量测量，我们使用多变量三维粒子跟踪测速技术。为了识别涡型LCS（VLCSs），实现了一种基于拉格朗日平均涡度偏差方法的全自动三维多流结构提取算法。对VLCS的大小、方向和形状进行了分析，结果表明，这些特征仅微弱地依赖于分层的强度。通过条件分析，我们提供的证据表明，VLCSs调制的平均TNTI高度，从而影响卷吸过程。此外，VLCSs的影响当地的卷吸速度和组织的流场的湍流和非湍流侧的重力流边界。
2019-07-29 physics.flu-dyn
Sheared stratified turbulence driven by Kolmogorov flow
研究由Kolmogorov流驱动的分层湍流，发现高分层导致稳定界面促进层流化，同时混合层中湍流持续并遵循幂律关系。
2025-12-15 physics.flu-dyn
Simple invariant solutions embedded in 2D Kolmogorov turbulence
我们认为长时间的模拟二维Kolmogorov湍流体强迫$\sin4y \ex$上的环面$(x,y) \in [0,2π]^2$提取简单的不变集或“确切的经常性流动”嵌入在这个湍流的目的。每一个经常性的流动代表了一个持续的封闭循环的动力学过程的基础上的湍流。这些被用来重建的湍流统计的精神，周期轨道理论推导出某些类型的低维混沌。该方法被认为是合理的成功，在一个低的强迫值的流量接近，但不完全在其渐近（强）湍流制度。在这里，共有50个经常性的流量被发现与大部分埋在相空间的一部分，最人口的湍流引起的能量和耗散概率密度函数的良好再现。然而，在较高的强迫振幅，现在在渐近湍流制度，产生的湍流数据集证明不够长，产生足够的经常性流动，使可行的预测。尽管如此，一般的方法似乎有希望提供足够的模拟数据是可用的，因为它是开放的广泛的自动化和自然生成动态重要的精确的解决方案的流动。
2012-07-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Kolmogorov scale in turbulence of surface gravity waves
University of Michigan（密歇根大学）
本文通过数值模拟研究表面重力波湍流中科尔莫戈罗夫尺度（截止波数$k_c$）与耗散强度的标度关系，发现$k_c\sim\gamma_0^{\beta}$，且$\beta$由平衡非线性与耗散项预测，表明非共振三波相互作用主导$k_c$形成。
2026-09-23 physics.flu-dyn
DNS of Turbulent Flows Laden with Droplets or Bubbles
本文综述了含液滴或气泡的湍流的直接数值模拟。这些流动的DNS比那些充满固体颗粒的流动更具挑战性，因为前者的表面变形。所讨论的数值方法的分类是基于气泡/液滴的初始直径是否小于或大于Kolmogorov长度尺度，以及瞬时表面变形是否完全解决或通过唯象模型获得。本文还讨论了正则湍流中单个液滴/气泡以及多个液滴/气泡破碎的数值方法。
2018-04-07 physics.flu-dyn
Turbulent spectrum of 2D internal gravity waves
利用完整非静力色散关系求得弱相互作用二维内重力波的湍流能谱，通过剔除零频剪切模得到正则化动力学方程的精确解，该解与海洋Garrett--Munk谱吻合，为各向异性系统的湍流能量级联提供了新见解。
2024-12-21 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the missing link between pressure drop, viscous dissipation and the turbulent energy spectrum
我们提出了令人信服的证据之间的直接联系的压力降，粘性耗散，和湍流能量谱。我们用这一发现来解释Nikuradse的实验结果的压力降的湍流在粗糙的管道，在一个修改后的Kolmogorov长度尺度，随表面粗糙度。此外，我们使用劳弗的测量湍流能谱在管流计算-一个很好的近似-湍流分量的压降直接从平均湍流能谱。我们还表明，不可压缩性假设，导致的结论是，在充分发展的（层流和湍流）管流的粘性耗散，不能通过粘性加热增加流体的温度。
2021-04-25 physics.flu-dyn
Deformation statistics of sub-Kolmogorov-scale ellipsoidal neutrally buoyant drops in isotropic turbulence
湍流中的小液滴可以经历高度可变的变形和取向动力学。对于小于柯尔莫哥洛夫尺度的中性浮力液滴，来自周围湍流的主导效应通过速度梯度张量的拉格朗日时间历史产生。在这里，我们研究了代表性的液滴使用的模型，包括旋转和拉伸效果从周围的流体，和恢复效果从表面张力，包括一个恒定的液滴体积约束，同时假设液滴保持椭圆形的演变。该模型与从湍流DNS中提取的速度梯度张量的拉格朗日时间历程相结合，以获得模拟的液滴演变。这些用于表征湍流中小液滴的尺寸、形状和取向统计。一个临界毛细管数，$Ca_c$被确定与一个或两个液滴的半轴的无界增长。利用与湍流中聚合物动力学的类比，可以基于最大有限时间李雅普诺夫指数的大偏差理论来预测$Ca_c$数。此外，对于亚临界$Ca$的理论能够预测的斜率的幂律尾部的液滴尺寸分布在湍流。当液滴和外部流体的粘度不同的方式，使涡解相关的形状从应变方向的情况下，大偏差形式主义的基础上的拉伸性能的速度梯度张量失去有效性和其预测失败。即使考虑到假设的椭圆形液滴形状的限制，结果突出了液滴变形，取向和局部流体速度梯度张量之间的复杂耦合，当小粘性液滴与湍流相互作用时。
2015-02-12 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Initial evolution of 3D turbulence en route to the Kolmogorov state: emergence and transformations of coherent structures, self-similarity and instabilities
本文数值模拟超黏性不可压缩 Navier-Stokes 方程中随机大尺度速度场的演化，揭示自相似涡饼、涡肋/绳状结构及最终 Kolmogorov 湍流三阶段机制。
2023-10-02 nlin.CD physics.flu-dyn
On the Prandtl-Kolmogorov 1-equation model of turbulence
我们证明了总的估计（粘性加模拟湍流）能量耗散在一般涡粘性模型剪切流。对于一般的涡粘性模型，我们发现近壁平均粘性与有效整体粘性的比值是关键参数。然后将该结果应用于1方程、URANS湍流模型，该比值取决于湍流长度尺度的规格。该模型由Prandtl于1945年导出，是Kolmogorov于1942年导出的2方程模型的组成部分，是许多非定常雷诺平均湍流模型的核心。远离墙壁，解释普朗特的早期建议，我们设置\begin{equation*} l=\sqrt{2}k^{+1/2}τ, \hspace{50mm} \end{equation*}，其中$τ=$选择时间尺度。在近壁区域中，分析建议用$l=0.41d\sqrt{d/L}$代替传统的$l=0.41d$（$d=$壁法向距离），例如，\begin{equation*} l=\min \left\{ \sqrt{2}k{}^{+1/2}τ,\text{ }0.41d\sqrt{\frac{d}{L}} \right\} . \hspace{50mm} \end{equation*}此$l(\cdot )$可产生具有正确近壁渐近性的更简单模型。其能量耗散率的比例不大于物理正确的$O(U^{3}/L)$，平衡能量输入与能量耗散。
2021-06-22 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Spectrum of turbulent Kelvin-waves cascade in superfluid helium
为了解释在极低温度下观察到的超流湍流的衰减，有人提出开尔文波的级联（类似于经典的柯尔莫哥洛夫级联）将动能转移到足够小的长度尺度上，使得声音可以辐射出去。我们报告的量子化涡丝的相互作用的数值模拟结果。我们观察开尔文波级联的发展，并计算曲率，振幅谱（我们与竞争理论比较）和分形维数的统计。
2011-07-04 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Quantum Gravity and Turbulence
我们将量子引力的最新进展应用于湍流问题。采用AdS/CFT方法，我们提出了一个湍流的弦论，解释了Kolmogorov标度在3+1维和Kraichnan和Kolmogorov标度在2+1维。在引力的背景下，湍流与时空或量子泡沫的性质密切相关。
2010-05-18 gr-qc hep-th nlin.CD
Preferential concentration of inertial sub-kolmogorov particles. The roles of mass loading of particles, Stokes and Reynolds numbers
充满惯性颗粒的湍流提出了多个开放的问题，是当前研究中非常感兴趣的主题。由于惯性颗粒的密度比载流流体高，因此惯性颗粒由于与湍流的相互作用而倾向于形成高浓度区域（即簇）和低浓度区域（即空隙）。在这项工作中，我们提出了一个实验研究的集群现象的重亚Kolmogorov粒子在均匀各向同性湍流。三个控制参数在显著范围内变化：$Re_λ \in [170 - 450]$、$St\in [0.1 - 5]$和体积分数$ϕ_v\in [2\times 10^{-6} - 2\times 10^{-5}]$。讨论了这三个参数对Voronoprano面积分布、团簇维数和空洞维数等团簇特征的标度性。特别是，对于这里考虑的多分散的尺寸分布，聚类被发现是增强强烈（准线性）由$Re_λ$和显著（与平方根依赖性）与$ϕ_v$，而簇和空隙的大小，缩放与柯尔莫哥洛夫长度尺度$η$，主要是由$Re_λ$驱动。簇长度$\sqrt{\langle A_c \rangle}$按比例增加到$\approx 100 η$，在最高$Re_λ$下测量，而空隙长度$\sqrt{\langle A_v \rangle}$也按比例增加到$η$的两倍（$\approx 200 η$）。上述特征对斯托克斯数的敏感性的缺乏支持了“清扫棒”颗粒积聚的情况。然而，该模型没有考虑体积分数的不可忽略的影响，这可能与集体效应有关。
2016-07-05 physics.flu-dyn
Gravity-driven enhancement of heavy particle clustering in turbulent flow
悬浮在湍流中的重颗粒比静止流体中的重颗粒沉降得快。这种效应源于对流体向下流动的区域的优先采样，并且在这里被量化为湍流水平、颗粒惯性以及重力与湍流加速度之间的比率的函数。通过使用分析方法和详细的，国家的最先进的数值模拟，沉降显示，以诱导一个有效的水平二维动态，增加集群和减少颗粒之间的相对速度。这两种相互竞争的效应可以增加或减少相同尺寸颗粒之间的几何碰撞率，并且对于聚结颗粒的真实建模至关重要。
2014-01-07 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Understanding and modeling turbulent fluxes and entrainment in a gravity current
本文对重力流在斜面上的混合过程进行了实验研究。动量和密度的湍流输运可以用一个非常直接和紧凑的形式来描述，由普朗特混合长度模型：湍流的动量和密度的垂直通量被发现与速度和密度的垂直平均梯度成二次比例。比例系数，混合长度的平方，是近似恒定的混合区的分层剪切层。我们展示了在不同的流动构型中，这个长度如何与流动的剪切长度（$ε$ / $\partial$ z u ^3）^[1/2]相关。我们还研究了动量和密度湍流通量的波动，展示了它们如何与混合和夹带/分离平衡。我们提出了一个定量的措施，来自所观察到的密度通量和密度或垂直速度波动的条件相关性的本地夹带和detrainment。
2015-06-19 physics.flu-dyn
Lattice eddy simulation of turbulent flows
Kolmogorov（1941）的自相似理论揭示了小尺度涡的普遍性，并为大涡模拟提供了一个通用的亚网格尺度模型。事实上，一个典型的亚网格尺度模型的经验系数在自由湍流中从0.1变化到0.2，并且在接近壁面处逐渐衰减到零。本文发展了一种格点涡模拟方法（LAES），其中唯一的经验系数为常数（Cs=0.08）。LAES假设流体的性质存储在一个典型的CFD网格的节点中，将节点视为网格，并在一个特定的网格上进行分析。具体地说，LAES表达了该晶格上的域导数，并受到附近晶格的影响。紧邻i的格子，命名为i+，与i“碰撞”，对i施加对流效应。i+旁边的格子称为i++，它对i+施加对流效应，并间接影响i。这种影响实际上是湍流扩散。LAES的控制方程类似于纳维-斯托克斯方程，并在各向同性网格上简化为Smagorinsky亚网格模型（Smagorinsky 1963）的滤波Navier-Stokes方程。LAES在非常粗的网格上对Re=180、395和590的湍流槽道流动进行了准确的预测，并且具有恒定Cs的LAES的性能与动态LES模型（Germano等人1991）一样好。因此，这项工作为Kolmogorov的自相似理论提供了有力的证据。
2022-11-23 physics.flu-dyn
Droplet breakup in homogeneous and isotropic turbulence
这段流体动力学视频展示了液滴在静止的均质各向同性湍流中的破碎。我们考虑具有相同密度的输送流体的液滴。液滴和流体的数值模拟的多分量格子玻尔兹曼方法的装置。湍流流体通过大尺度的搅拌力维持，并且对于我们模拟中的参数，稳定液滴的半径大于Kolmogorov尺度。液滴变形、破裂和聚集的事件从影片中清晰可见。利用本数据库，可以从欧拉和拉格朗日两个角度研究液滴的演化。液滴破碎的Kolmogorov-Hinze标准也可以通过模拟两种组分之间的不同粘度对比来测试。
2010-10-08 physics.flu-dyn
Statistics of relative velocity for particles settling under gravity in a turbulent flow
我们研究了联合概率分布的分离，$R$，和径向分量的相对速度，$V_{\rm R}$，颗粒沉降在重力下的湍流。我们还获得了这些分布的矩，并使用球谐函数分析它们的各向异性。我们发现，联合分布的定性性质仍然是相同的，没有重力的情况下。对于固定的$R$值，$V_{\rm R}$的分布在一定范围内对$V_{\rm R}$呈幂律依赖，幂律指数依赖于重力。重力的影响也表现在以下方面：（a）分布的矩是各向异性的;各向异性的程度取决于粒子的斯托克斯数，但不取决于$R$为小值的$R$。(b)两个粒子之间的碰撞的平均速度对于具有相等斯托克斯数的粒子减小，但是对于具有不同斯托克斯数的粒子增大。对于后者，碰撞速度由它们的沉降速度之差决定。
2020-01-08 physics.flu-dyn
Turbulent Friction in Rough Pipes and the Energy Spectrum of the Phenomenological Theory
J. Nikuradse在20世纪30年代进行了粗糙管道中湍流摩擦的经典实验。70年后，他们继续挑战理论。在这里，我们使用Kolmogórov的现象学理论来模拟Nikuradse的实验，该理论被广泛认为只适用于高度理想化的流动。我们的研究结果包括了Blasius和Strickler的经验标度，并且在其他方面与实验有着细微的定性一致性;它们表明，现象学理论可能与其他实际感兴趣的流动有关;它们揭示了实验和理论湍流这两个里程碑之间存在着密切的联系。
2005-12-20 nlin.CD physics.flu-dyn
The conditional Lyapunov exponents and synchronisation of rotating turbulent flows
本文数值研究了周期盒子中旋转湍流的主从耦合同步，发现同步阈值$k_c$强烈依赖强迫方案，并揭示了条件Lyapunov指数与Lyapunov向量能谱在同步机制中的关键作用。
2023-12-29 physics.flu-dyn
Lagrangian particles and particle clusters in large-aspect-ratio turbulent Rayleigh-Bénard convection experiment
Technische Universität Ilmenau（埃尔朗根-纽伦堡工业大学）
本文在特定参数的湍流瑞利-贝纳德对流中开展拉格朗日粒子追踪实验，分析粒子轨迹、速度结构函数、粒子对及多粒子统计、加速度分量特征，揭示了其各向异性色散与加速度间歇性等特性。
2026-09-01 physics.flu-dyn
