Split energy cascade in turbulent thin fluid layers
通过对纳维-斯托克斯方程的高分辨率数值模拟，讨论了三维薄流体层中分裂能量级联的现象。我们观察到的存在下，在大尺度上的逆能量级联，如预测的二维湍流，并在小尺度上的直接能量级联，如在三维湍流。在中等尺度范围内，逆能量级联与涡度拟能的直接级联相关联。值得注意的是，我们发现，在这个系统中的能量的逆级联不是一个纯粹的二维现象，与三维速度场的耦合是必要的，以保证通量的恒定性。
2017-08-10 physics.flu-dyn
Turbulent Diffusion-Cascade Interaction
CNRS（法国国家科学研究中心）
研究了湍流扩散与级联相互作用，发现湍流耗散率与传输率成反比，比例常数受涡和位置影响。
2026-01-08 physics.flu-dyn
Role of the forcing dimensionality in thin-layer turbulent energy cascades
本文研究了在薄层湍流中，通过改变强迫函数形式和薄层厚度，从正能量级联到逆能量级联的转变。我们发现，作为强制功能变得更加三维，逆级联被抑制和临界高度HC，发生过渡，减少。我们研究了这个临界高度对参数r的依赖性，参数r是衡量强迫的维数，从而在参数空间r-h中构建了一个相空间图。我们讨论了雷诺数和磁畴尺寸的影响。
2020-03-25 physics.flu-dyn
Modification of the turbulent energy cascade by polymer additives
通过跟踪大量的强烈的湍流中的小颗粒，我们表明，即使是一个非常小的浓度的长链聚合物破坏通常的湍流能量级联。聚合物影响的尺度远大于其物理尺寸，从耗散范围到惯性范围。该效应强烈地依赖于聚合物浓度。虽然耗散尺度统计随着聚合物浓度的增加而连续变化，但是当浓度高于阈值（对于我们使用的聚合物，按重量计约百万分之五）时，惯性范围能量传递速率仅被聚合物添加剂改变。
2007-12-31 physics.flu-dyn
TURB-Scalar. A large database of passive scalar fields advected by 2D Navier-Stokes in the turbulent inverse cascade regime
本文推出开放数据库TURB-Scalar，包含约400个由二维湍流逆级联区DNS生成的被动标量场快照，为湍流输运建模提供基准资源。
2025-08-18 physics.flu-dyn
Energy spectra and passive tracer cascades in turbulent flows
我们研究了能量谱对湍流中被动示踪剂级联范围的影响。有趣的情况下，当有两个不同的频谱在潜在的范围内的示踪剂级联（在2D中，当示踪剂强迫是在逆能量级联范围内，和在3D中，当施密特数Sc是大的）。示踪剂级联范围的程度则受到两个能谱中较浅的能谱的范围宽度的限制。然而，我们发现，在维度$d=2,3$的示踪剂级联范围延伸（对数）到$κ_{d\text{D}}^{p}$，其中$κ_{d\text{D}}$是波数超过扩散应占主导地位和$p$是任意接近1，提供Sc大于一定的权力（取决于$p$）的Grashof数。我们还得到的估计表明，在2D中，对于Sc ${}\sim1$一个广泛的示踪剂级联可以共存于一个显着的逆能量级联在Grashof数大到足以产生湍流。
2016-11-23 math.AP physics.flu-dyn
Triad interactions and the bidirectional turbulent cascade of magnetic helicity
使用直接数值模拟，我们表明，磁螺旋度表现出双向湍流级联在高，但有限的磁雷诺数。尽管在流动中注入了正的磁螺旋度，我们观察到大小尺度之间产生了相反符号的磁螺旋度。我们解释这些意见进行分析的磁流体动力学方程减少到三重相互作用，使用傅立叶螺旋分解。在这个框架内，正磁螺旋度的直接级联是通过与小尺度发电机作用相关的三元相互作用产生的，而负磁螺旋度在大尺度上的发生则是通过与拉伸-扭曲-折叠动力学和小尺度发电机作用相关的三元相互作用来解释的，它们与正磁螺旋度的逆级联竞争。我们的分析和数值结果表明，磁螺旋度的直接级联是一个有限的磁雷诺数$Rm$效应，将消失在极限$Rm \to \infty$。
2017-05-19 physics.flu-dyn
Spatio-temporal intermittency of the turbulent energy cascade
在不可压缩和周期性统计稳定湍流中，湍流能量跨尺度和空间的交换的特征在于时间导数项、波动能量的空间湍流传输和压力-速度项在零附近的非常强烈和间歇性的时空波动。这些波动是相互关联的，并与强烈的间歇性波动的尺度间的能量转移率。这些相关性所造成的清扫效果，非线性和非局部性之间的联系，也涉及到两点波动压力力差和两点波动速度差的尺度间传输速率和压力-速度项之间的相关性的情况下的几何对齐。在统计平稳的均匀湍流中，所有这些过程都不存在于湍流级联的时空平均图像中。
2018-07-21 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
Turbulent Cascades and the alpha Dynamo
本文结合实验室实验，对湍流驱动发电机的平均场模型进行了评述。有人认为，在这样的实验中，驱动发电机场的α效应将远小于耗散的β效应。因此，平均场发电机不能维持。这一结论得到了最近在麦迪逊发电机实验中对α和β效应的测量的支持。
2012-10-13 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The Numerical Simulation of a 3D Flow in the VKI-Genoa Turbine Cascade Taking into Account the Laminar-Turbulent Transition
本研究提出了一种数值模拟的三维粘性流在VKI热那亚叶栅，考虑到层流湍流过渡。数值模拟采用雷诺平均的纳维-斯托克斯方程和两方程k-ω SST湍流模型。代数生产项修正模型用于模拟层流-湍流转捩。计算了完全湍流和过渡流。给出了马赫数、湍流动能、熵函数和极限流线的等值线。通过对数值结果的分析，揭示了层流-湍流转变对二次流流型的影响。计算结果与已有的实验和数值计算结果的比较表明，该方法充分反映了涡轮叶栅中层流-湍流转捩的物理过程。
2016-12-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dual channels of helicity cascade in turbulent flows
螺旋度作为三维湍流中仅有的两个无粘不变量之一，对湍流的产生和演化起着重要的作用。传统观点认为，螺旋度叶栅与动能叶栅类似，只存在一个通道。通过理论分析，我们发现螺旋度级联过程有两个通道。第一通道主要来源于涡旋扭曲过程，第二通道主要来源于涡旋拉伸过程。通过对典型湍流的直接数值模拟数据的分析，我们发现这两种通道的行为是不同的。在均匀和各向同性湍流中，不同通道螺旋度通量的系综平均值相等，而在其他类型的湍流中，不同通道螺旋度通量的系综平均值不同。第二个通道更间歇，更像一个标量，特别是在小尺度上。此外，我们还发现了一种新的受阻偶逆能量级联机制，这种机制可以归因于第二通道的大振幅螺旋度通量。
2019-07-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Log-Poisson Cascade Description of Turbulent Velocity Gradient Statistics
采用Log-Poisson唯象描述湍流能量级联，讨论了不同雷诺数下速度导数的高阶统计特性及其概率分布函数之间的映射关系。理论预测的惊人确认表明，在低/中等雷诺数下获得的流动的数值解可以在实验高雷诺数现象的分析中发挥重要的定量作用，其中小尺度波动通常无法从直接数值模拟中获得。
2009-06-15 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
On the turbulent energy cascade in anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
基于非线性相互作用的弱性和级联能量在波矢空间的各向异性，用唯象理论讨论了太阳风等离子体中Alfvénic湍流能量级联的发生问题.在这里，这个悖论是审查通过正式推导的Yaglom关系从各向异性磁流体动力学方程。Yaglom关系式涉及由速度和磁场计算的三阶矩，并涉及两个Elsässer矢量场，就湍流的航天器观测而言，特别有用。
2010-03-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Is vortex stretching the main cause of the turbulent energy cascade?
在三维湍流中，从最大尺度到最小尺度的流动平均存在一系列动能。虽然主流观点认为叶栅是通过涡流拉伸的物理过程发生的，但对此的证据仍存在争议。在两点湍流动能的Karman-Howarth方程的框架内，我们导出了流动中两点之间平均动能通量的新结果，揭示了涡旋拉伸的作用。然而，结果表明，涡拉伸实际上不是平均能量级联的主要贡献者，主要贡献者是应变率场的自放大。为了正确理解叶栅的物理性质，我们强调必须正确区分而不是混淆涡拉伸和应变自放大的作用，同时也要解决涡拉伸对能量叶栅和能量耗散率机制的不同作用的悖论。直接数值模拟被用来确认的结果，以及提供进一步的结果和见解的旋涡拉伸和应变自放大在不同尺度的流动。有趣的是，结果表明，虽然涡拉伸在平均叶栅中起着次主导作用，但在能量叶栅关于其平均行为的大波动期间，它可能起着主导作用。
2019-06-17 physics.flu-dyn
The turbulent cascade in five dimensions
用肉眼看，湍流表现出许多不同大小的旋涡。每一个尺寸或尺度，都对应着由五维级联产生的总能量的一小部分：尺度、时间和三维空间。理解这一过程对于地球物理和工业流程的建模策略至关重要。通过跟踪包含不同尺度能量的流动区域，我们已经证明了跨尺度联系的统计优势，即尺度$Δ$的流体能量块出现在尺度$2Δ$的块中，并在尺度$Δ/2$的块中死亡。我们的方法揭示了简单的水状流体中的能量级联，为湍流模型提供了新的见解，同时为导电流体，量子流体和等离子体中的类似分析铺平了道路。
2017-08-16 physics.flu-dyn
Turbulent Cascade of Circulations
任何闭合回路周围的环流对于不可压缩欧拉方程的经典光滑解来说都是拉格朗日不变量。然而，与湍流有关的奇异解不需要保持经典的运动积分。本文将Kelvin环流守恒定理推广到欧拉分布解，并给出了环流反常耗散的必要条件。我们讨论了开尔文定理在湍流涡拉伸动力学中的重要作用，并推测了一个可能适用于合适的奇异解的定理版本。
2006-05-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Intermittency in Shell Models of Turbulent Cascades: from Single-Branch to Multi-Branch
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，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）；LISN, AO team, Bâtiment 660, Université Paris-Saclay, CNRS（巴黎萨克雷大学 LISN 实验室，法国国家科学研究中心）；Inria Saclay, TAU team, Bâtiment 660, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学 Inria 萨克雷中心 TAU 团队）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）
通过多分支壳模型研究湍流间歇性，发现分支结构增强了间歇性，并建议简化描述需保留非线性动力学和几何组织。
2026-06-18 physics.flu-dyn
Criticality and the fractal structure of -5/3 turbulent cascades
在这里，我们展示了一个程序来生成一个分析结构，产生一个级联的各向同性均匀湍流的能量谱的规模。我们得到一个函数，揭示了一个非自相似分形的级联的起源。结果表明，$-5/3$级联的主干是由确定性嵌套多项式构成的，其参数在一个Hopf分岔临界点上进行调整.级联标度是完全可获得的（而不是通过数值模拟）从确定性低维非线性动力学。因此，它不应该只限于流体，也存在于其他复杂现象中。在确定性和随机性的情况下都可以获得缩放。
2021-03-16 nlin.AO nlin.CD physics.flu-dyn
Conformal Invariance in Inverse Turbulent Cascades
本文研究了一类描述二维不可压缩流传输的标量场的非线性模型中湍流逆叶栅的统计特性。这类方程的特点是输运场和速度之间的线性关系，包括几种物理意义上的情况，如Navier-Stokes方程、表面准地转方程和Charney-Hasegawa-Mima方程。我们发现，在这样的系统中的逆湍流级联的一些统计特性是共形不变的。特别是，零等值线的标量场是统计等价的共形不变曲线的分辨率内，我们的数值。我们表明，共形类的选择是由一个传输速度的属性，而不是一个传输场的属性，并发现一个相变时，速度从一个大规模的字段变成一个小规模的。
2010-12-17 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Ensemble of Fixed Points in Multi-branch Shell Models of Turbulent 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）；Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique, LISN, Université Paris-Saclay, CNRS, CentraleSupélec, Inria（数字科学跨学科实验室）
多分支壳模型通过固定点集合研究湍流级联的非线性能量传输特性。
2026-01-08 physics.flu-dyn
One-dimensional hydrodynamic model generating a turbulent cascade
作为一个最小的数学模型产生类似的惯性范围内的Navier-Stokes湍流的级联，我们提出了一个一维偏微分方程模型，保持在无粘情况下的平方涡模拟（拟能）的积分。在大尺度强迫和小粘性的情况下，数值模拟发现该模式具有涡度拟能级联、宽能谱和对量纲分析预测的较大修正、独特的不稳定性和动力系统结构的自相似性。
2016-05-06 math-ph math.MP nlin.CD
Energy transfer and vortex structures: Visualizing the incompressible turbulent energy cascade
动能从大尺度向小尺度的转移是湍流的一个标志。然而，一个精确的机械描述，这是预计将发生通过能量级联，仍然是失踪。已经提出了几种概念上简单的带有涡流管的构型，作为理解能量级联的试验场。在这里，我们专注于不可压缩流和比较的能量传递发生在一个统计稳定的均匀各向同性湍流（HIT）流与生成的细尺度运动的配置，涉及涡流管。首先，我们过滤的波数分布的频带中的速度场，这使我们能够研究傅立叶空间中的能量传递，也可视化的能量级联在真实的空间。在统计稳定的HIT流在中等雷诺数的情况下，我们的数值计算结果并没有显示任何显着的相关性区域之间的激烈的能量转移和涡度或应变，过滤在相应的波数带，也没有任何简单的自相似过程。相比之下，在瞬态湍流从两个反平行的涡流管之间的相互作用，我们观察到一个定性简单的组织的激烈的结构，以及能量传递。通过在两个强涡带中相互作用的涡核变平而导致涡重联的过程，也与HIT的物理性质不同。我们的研究结果表明，瞬态流的特定属性影响能量的传输方式，可能并不代表HIT。
2023-03-28 physics.flu-dyn
Dimension Crossing Turbulent Cascade in an Excited Lattice Bose Gas
湍流是一种有趣的非平衡态，它起源于流体力学，在气候物理的描述、量子流体力学的表征以及宇宙演化的理解等方面都有着深远的影响。描述能量在不同长度尺度上重新分布的湍流级联概念，为调和基本保守力与观测到的宇宙加速膨胀的能量不守恒性提供了一条重要途径，它绕过了宇宙学常数。在二维光晶格中，我们观察到原子玻色-爱因斯坦凝聚体中的跨维湍流能量级联，这种能量级联在不同维的动力学能量再分配中表现出普遍的行为.通过激发原子进入光学晶格高能带，发现该量子多体系统的过量能量从横向二维晶格方向级联到连续维度，产生一维湍流能量级联，由于可积性，这通常具有挑战性。我们期望这种观察到的跨维能量级联的新现象可以启发微观理论来模拟我们的暴胀宇宙的正宇宙学常数。
2020-01-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.flu-dyn
Transition to inverse cascade in turbulent rotating convection in absence of the large-scale vortex
本研究通过数值模拟发现，在无大尺度涡旋时，旋转湍流对流中向逆级联的转变由不连续变为连续，表明LSV与背景湍流的相互作用是导致间断性的原因。
2025-09-29 physics.flu-dyn
The turbulent bubble break-up cascade. Part 1. Theoretical developments
破碎的海浪夹带着海面下的气体。波浪破碎过程激发湍流波动，快速连续地破碎气泡以产生各种尺寸的气泡。了解这种生成机制为开发大规模海洋和气候模拟的预测模型铺平了道路。Garrett等人（2000）提出，超Hinze尺度湍流破碎以级联方式将夹带气体从大气泡尺寸转移到小气泡尺寸。我们提供了一个理论基础，这个气泡质量级联呼吁如何从大到小尺度的能量级联中心的单相湍流理论转移。气泡破裂级联要求破裂事件主要将气泡质量从某一气泡尺寸转移到平均略小的尺寸。这种特性称为局部性。在本文中，我们分析量化局部性的人口平衡方程的保守形式，推导出气泡的质量传递速率从大到小的尺寸。使用我们提出的局部性度量，我们表明，与湍流泡状流相关的标度，包括Garrett等人（2000）假设的和在破碎波实验和模拟中观察到的标度，与强局部传输率一致，其中非局部贡献的影响以幂律方式衰减。第2部分中的数值模拟证实了这些理论预测，揭示了气泡破碎级联现象的关键物理方面。局部性支持湍流小气泡破裂的普遍性，这简化了亚网格尺度模型的发展，以预测具有实际意义的海洋小气泡统计。
2020-08-29 physics.ao-ph physics.flu-dyn
On the interaction between velocity increment and energy dissipation in the turbulent cascade
本文讨论了充分发展湍流中纵向速度增量与能量耗散率之间的相互作用问题。这两个量之间的耦合的随机马尔可夫过程的理论进行了实验研究。所谓的马尔可夫分析可以精确描述速度增量和能量耗散的联合统计特性。特别是，有可能确定控制这两个量的联合概率密度沿尺度演化的微分方程。该方程的性质为理解小尺度不稳定性的能量耗散和速度增量之间的耦合提供了有趣的新见解。
2002-12-06 physics.flu-dyn
The role of sign indefinite invariants in shaping turbulent cascades
本文提出非规范变量选择以推导非各向同性系统能量密度动力学方程，利用第二二次不变量简化方程并导出额外守恒律，解析确定径向湍流谱标度，揭示内重力波在现实场景中的逆能量级联。
2023-11-26 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Impact of domain anisotropy on the inverse cascade in geostrophic turbulent convection
研究了区域各向异性对快速旋转Rayleigh-Bénard对流（RRBC）地转湍流区逆级联的影响。在水平方向具有方形截面的周期性畴中，存在充满畴的偶极态。对于矩形周期域的Kolmogorov流组成的周期性阵列的交替单向射流与嵌入式涡观察，连同一个潜在的弱曲折横向射流。在由外部施加的小振幅噪声驱动的弱耗散二维流中以及在经典流体静力学地转湍流中发生的类似转变是无粘能量守恒和位涡拟能的结果，并且可以使用统计力学考虑来理解。RRBC代表了一个重要的三维系统，只有一个无粘不变量，但表现出大尺度结构驱动的内在产生的波动。
2017-11-06 physics.flu-dyn
Bifurcations analysis of turbulent energy cascade
本文通过对纳维-斯托克斯方程的分岔分析，研究了湍流能量级联的机理，并对湍流的一些重要特征作出了解释。提出了充分发展湍流中纳维-斯托克斯方程的统计分岔性质，并给出了基于速度场不动点的分岔空间表示。分析表明，局部变形可以比流体状态变量快得多，然后通过分叉的上述性质解释了能量级联的机理，并对分叉级联可以用长度尺度表示这一事实给出了合理的论证。此外，研究分析的特征长度尺度在过渡通过全局性质的分叉，并估计的数量级的临界泰勒尺度雷诺数和分叉的数量在湍流开始。
2015-01-25 physics.class-ph physics.flu-dyn
Experimental investigation of the turbulent cascade development by injection of single large-scale Fourier modes
本文对纳维-斯托克斯方程非线性项的重复作用引起的流动尺度间的动态相互作用进行了实验研究。注入窄带振荡，代表一个单一的傅立叶模式，到一个圆形的射流允许测量下游的产生和发展的高次谐波频谱分量，并测量这些组件最终被吸收到充分发展的湍流。此外，所观察到的测量功率谱的动态演变对应于他人所报道的测量级联延迟。密切匹配的频谱发展和级联延迟也直接从一个一维的解决方案的纳维-斯托克斯方程中描述的配套文件。在目前的工作中的结果提供了重要的信息，初始条件如何影响发展的频谱的形状和时间尺度的程度在三重相互作用的过程中，这应该是有意义的湍流建模。
2020-08-28 physics.flu-dyn
Non-equilibrium statistical mechanics of the turbulent energy cascade: irreversibility and response functions
本文通过研究湍流壳模型中的不对称时间关联函数和能量扰动弛豫行为，揭示了能量级联的非平衡特性，并证明平衡与非平衡物理在外力尺度两侧共存。
2023-12-14 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Electric-field-induced turbulent energy cascade in an oil-in-oil emulsion
我们观察到电流体动力驱动的湍流在低雷诺数的双流体乳液组成的微米级液滴。在存在电场的情况下，液滴产生相互作用的流体动力学流动，这导致在比单个液滴的尺寸大得多的空间尺度上的动态组织。我们的特点与这些结构的动态视频成像和同时，在原位，测量的时间变化的体积雷诺应力与流变仪。结果表明，在空间和时间的能量谱标度不变性。
2014-12-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Turbulent cascade arrests and the formation of intermediate-scale condensates
本文通过构造小波数三维、大波数二维的壳模型，揭示了能量级联在过渡波数处停滞并形成中间尺度凝聚体的普遍机制，扩展了奇数粘性流体中二维化导致级联停滞的发现。
2024-10-21 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
How universal are warm turbulent cascades?
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本文通过时间尺度论证和数值演示，质疑了暖湍流级联解的普适性，指出热阻尼的非局部效应可能导致对紫外截断的依赖。
2026-09-18 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Synthetic dissipation and cascade fluxes in a turbulent quantum gas
尺度不变通量是湍流叶栅的定义性质，但其直接测量是一个众所周知的问题。在这里，我们执行这样的测量湍流量子气体中的直接能量级联。利用时间周期力，我们在一个大的长度尺度上注入能量，并在均匀囚禁的玻色气体中产生级联。可调节的陷阱深度提供了高动量截止$k_{\textrm{D}}$，其实现了合成耗散尺度。这使我们能够直接获得粒子通量穿过半径为$k_{\textrm{D}}$的动量壳层，而$k_{\textrm{D}}$的可调性允许清楚地演示湍流的第零定律：我们观察到，对于固定的强迫，粒子通量在无耗散极限$k_{\textrm{D}}\rightarrow \infty$中作为$k_{\textrm{D}}^{-2}$消失，而能量通量与$k_{\textrm{D}}$无关。此外，我们的时间分辨测量提供了独特的访问前稳态动力学，当叶栅前在动量空间中传播。
2018-07-19 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Dynamical Complex Network Models of the Turbulent Cascade
提出了基于动态复杂网络的湍流能量级联模型。以一个简单的壳模型为初始规则格点，通过添加或替换局部相互作用，构造了小世界网络模型.然后，模型随着时间的推移而演变，既通过使用壳模型演变的任意网络泛化来求解速度的壳变量，又通过每次从原始晶格以规则的时间间隔重新布线网络。这导致波数谱具有更大变化的更间歇的时间演化。它还导致从这些模型计算的结构函数的拟合指数计算的不透明度的实际增加。随机非本地连接与本地最近邻连接的比例越大，网络的不连通性越大。
2020-06-16 math.DS nlin.AO nlin.CD
Inverse cascades of kinetic energy and thermal variance in three-dimensional horizontally extended turbulent convection
逆级联的动能和热方差在光谱空间中的垂直均匀模式的子集被发现，导致一个缓慢的聚集到一对对流超颗粒，最终填充整个水平延伸的，三维的，湍流瑞利-贝纳德对流层的热通量时，规定在顶部和底部。一个额外的弱旋转的垂直轴周围的层停止这种聚集在一个规模小于横向域扩展，并停止逆级联的热方差。动能的逆级联保持完整，甚至对于温度和速度的均方根值已经达到统计稳定状态的时间。这种动能逆级联维持了在温度场中最明显的水平延伸的对流模式。聚集对流模式的特征长度取决于热驱动和线性旋转的强度。我们的研究表明，在三维对流中，逆能量级联的重要性超出了二维湍流的情况下，受到热羽流的多尺度能量注入和边界热通量驱动，通常存在于自然的地球和天体物理系统，如太阳对流。
2022-10-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Odd viscosity suppresses intermittency in direct turbulent cascades
本研究通过模拟与理论发现，奇偶粘度在小尺度上抑制湍流间歇性，并构建双通道螺旋壳模型，为调控湍流间歇性提供新途径。
2024-09-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pattern formation by turbulent cascades
本文提出由湍流级联的非耗散性停止在中间尺度堆积能量而形成图案的非线性机制，并证明奇黏度可调谐波长。
2024-04-08 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Erasing and Regenerating the Turbulent Cascade Arrow
Northeast Forestry University（东北林业大学）；The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）
本研究探究湍流级串方向所需信息，通过Haar相位保留二次量，发现非线性Navier-Stokes动力学能恢复有符号通量，而线性或冻结控制不能，表明级串箭头需额外信息。
2026-10-07 physics.flu-dyn
Instanton-based Importance Sampling for Extreme Fluctuations in a Shell Model for Turbulent Energy Cascade
本文提出使用Shell Model探索源于量子场论的瞬子重要性采样方法在湍流能量级联极端涨落中的应用，验证了其在热方程极限下的有效性，并发现随着非线性增强，该方法在估计分布平坦度时的一致性变差。
2023-08-01 physics.flu-dyn
Hindered energy cascade in highly helical isotropic turbulence
基于Richardson-Kolmogorov现象学的湍流能量级联的传统方法忽略了与湍流螺旋度相关的新兴涡旋的拓扑结构。通常认为螺旋度在湍流系统中起重要作用，例如，支持大规模磁场的产生，但其对小规模能量级联的影响从未被观察到。我们首次提出了一个广义的各向同性湍流现象与任意频谱分布的螺旋度。我们讨论了具有新螺旋度效应的直接湍流叶栅的各种情况，这种效应可以解释为对光谱能量传递的阻碍。因此，能量被累积和重新分配，使得非线性相互作用的效率将足以提供恒定的能量通量。我们证实了我们的现象，高雷诺数数值模拟的基础上的螺旋湍流壳模型。在我们的模型中，能量只在一定的大尺度上注入，而螺旋度的来源分布在所有尺度上。特别地，我们发现螺旋瓶颈效应可以出现在能谱的惯性区间。
2015-11-10 physics.flu-dyn
Non-equilibrium fluctuations of the direct cascade in Surface Quasi Geostrophic turbulence
本文通过高分辨率直接数值模拟研究SQG湍流中表面势能通量的时间涨落，发现能量收支瞬时不平衡会产生谱的次主导修正，并利用多尺度方法与量纲闭合推导出适用于α-湍流的幂律修正理论预测，同时提出可推广的平衡与非平衡贡献分离方法。
2024-06-11 physics.flu-dyn
Information-Thermodynamic Bound on Information Flow in Turbulent Cascade
该研究从信息热力学角度探究湍流信息流，证明大尺度涡信息随能量级联传至小尺度，经壳模型数值验证惯性区信息流强度恒定且可由大涡翻转时间标度，信息热力学效率较低，为湍流小尺度特性的产生提供新视角。
2023-10-09 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Thermographic analysis of turbulent non-isothermal water boundary layer
利用高速红外热像技术对射流掺混流中湍流水边界层进行了研究。研究了两种湍流混合过程：淹没水射流撞击平面和两股相交射流在圆盘形容器中的混合。红外摄像机（FLIR Systems SC 7700）聚焦在对红外辐射透明的窗口上;它提供了来自靠近窗口的薄水层的热通量的高速记录。利用红外热像仪以100 Hz的记录频率采集了壁面附近水边界层不同点的温度随时间的变化曲线。记录时间从3到20分钟不等。使用快速傅立叶变换算法计算冷热水混合区不同点温度波动的功率谱。得到的谱行为进行了比较，Kolmogorov的“-5/3谱”（直接能量级联）和双级联方案预测准二维湍流（逆能量级联到较大尺度和直接涡度拟能级联到较小尺度）。
2015-05-13 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
Turbulent cascade and energy transfer rate in a solar coronal mass ejection
2012年7月6号风探测器探测到的日冕物质抛射（CME）之前、期间和之后的湍流特性进行了研究。研究了结构函数的幂律标度，提供了速度、磁场和密度涨落的功率谱密度和平坦度的信息。在前、尾太阳风以及CME鞘层和磁云中，证明了不可压缩各向同性磁流体动力学湍流的3阶矩标度律。这表明湍流在激波后可以充分发展，或者说鞘层和云区的湍流即使在与太阳风等离子体混合的过程中也能保持稳定。因此，在每个区域中评估湍流能量传递率12。CME鞘层显示出能量转移率的增加，正如13从较低水平的阿尔夫维尼克波动中预期的那样，并表明激波-风相互作用作为14湍流级联的额外能量来源。
2021-10-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energy cascades and spectra in turbulent Bose-Einstein condensates
本文采用三维Gross-Pitaevskii方程对玻色-爱因斯坦凝聚体中的湍流进行了数值研究。我们集中在强迫耗散系统中的直接能量级联。我们表明，系统的行为是非常敏感的模型的属性在尺度大于强迫尺度，我们确定了三个不同的普遍制度：（1）当最大尺度没有耗散时，非定常区域具有凝结和从四波到三波相互作用过程的转变，（2）当最大尺度耗散为摩擦型耗散时，为稳定的弱波湍流状态;（3）当大尺度耗散为低粘性耗散时，为线性和非线性时间尺度逐尺度平衡的状态。
2009-05-20 cond-mat.other nlin.CD physics.flu-dyn
Large eddy simulation of a low pressure turbine cascade with turbulent end wall boundary layers
我们给出了MTU T161低压涡轮在雷诺数为90，000和马赫数为0.6时隐式大涡模拟的第一批结果，两者均基于等熵出口条件，采用高阶间断Galerkin方法。其目的是验证的数值设置与现有的实验数据。我们讨论了在端壁边界层厚度和自由流湍流强度方面创建真实流入边界条件所采取的步骤。这是通过将雷诺应力和湍流长度尺度的输入分布定制到基于傅立叶级数的合成湍流发生器来实现的。叶片载荷和中跨处的总压损失都与测量结果非常吻合。在对由于进入的边界层和涡轮叶片的相互作用而出现的二次流结构进行简短讨论之后，我们表明，该模拟还能够在整个通道高度上再现叶片后面的损失分布。
2022-12-16 physics.flu-dyn
Cascades and transitions in turbulent flows
湍流的特征在于能量和其他无粘不变量的非线性级联，这些能量和不变量从它们注入的地方到它们消散的地方跨越了巨大的尺度范围。最近，新的实验，数值和理论工作表明，许多湍流配置偏离理想的三维/二维各向同性的情况下，其特征在于存在一个严格的直接/反向的能量级联，分别。我们回顾最近的作品从一个统一的角度来看，我们提出了一个分类的所有已知的转移机制。除了经典的直接和反向级联的情况下，不同的情况下，包括：分裂级联到小和大规模的同时，多/双级联的不同数量，双向级联的直接和反向转移相同的不变量共存于相同的规模范围内，最后平衡态，其中没有级联，包括当冷凝物形成的情况下。我们将所有的过渡控制参数的变化，我们分析何时以及为什么观察到不同的配置。我们的讨论是基于一组典型的应用：螺旋湍流，旋转和/或分层流，MHD和被动/主动标量的传输特性被改变作为一个改变的嵌入尺寸，域的厚度或其他相关的控制参数，如雷诺数，Rossby，弗劳德，Peclet，或阿尔芬数。我们讨论了与组态空间中能量耗散的间歇性有关的反常标度律的存在。还提供了一个概述有关级联在其他应用中，如有界流，量子，相对论和可压缩湍流，和活性物质，以及湍流建模的影响。最后，我们提出了一系列开放的问题和挑战，未来的工作需要解决。
2018-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CD
Cascades of turbulent kinetic energy and multicomponent scalars in a momentum-scalar coupling turbulence driven by multiscale forces under homogeneous and isotropic hypotheses
本研究初步理论探索了多尺度力驱动的动量-标量耦合湍流中多重耦合机制对湍动能和多分量标量级联的控制作用，验证了四重级联过程并发现了多个新的VF子范围。
2024-06-05 physics.flu-dyn
Ascending-descending and direct-inverse cascades of Reynolds stresses in turbulent Couette flow
在湍流平面Couette流中研究了小尺度和大尺度结构之间的相互作用，以及自下而上和自上而下过程的共存，其中在雷诺数$Re$相对较低的情况下出现填充空间的纵向卷。在$Re_τ=101$建立DNS数据库以复制Kawata和Alfredsson在最近的实验工作中考虑的最高$Re$（Phys. Rev. Lett.，vol.120，2018，244501）。我们的研究是基于二阶结构函数张量$\langle δu_i δu_j \rangle$的精确收支方程，即各向异性广义Kolmogorov方程（AGKE）。AGKE同时考虑了物理空间和尺度空间，研究了雷诺应力张量各分量的产生、再分布、输运和耗散，并适当定义了非均匀壁面法向尺度的概念。我们展示了大尺度含能运动是如何参与湍流涨落的产生和再分布的。自下而上和自上而下的交互都会发生，直接和反向级联也是如此。平行于壁面的分量$\langle δu δu \rangle$和$\langle δw δw \rangle$表明，近壁的小尺度和大尺度都向远离壁面的大尺度输送。壁法向分量$\langle δv δv \rangle$是不同的，并显示出占主导地位的自上而下的动力学，通过压力-应变重新分布远离壁和转移到近壁更大的尺度通过逆级联。非对角分量显示了自上而下的相互作用，既有直接级联，也有反向级联，尽管后者发生在有限的尺度范围内。
2021-09-23 physics.flu-dyn
The friction factor of two-dimensional rough-boundary turbulent soap film flows
我们使用动量传递参数预测的摩擦系数$f$在二维湍流肥皂膜流与粗糙边界（三维管流的模拟）作为雷诺数Re和粗糙度$r$的函数，分别考虑逆能量级联和前向拟能级联。在中间Re，我们预测的Blasius一样的摩擦因子标度的$f\propto\textrm{Re}^{-1/2}$流为主的拟能级联，不同于能量级联标度的$\textrm{Re}^{-1/4}$。对于大Re，在拟能占优的情况下，$f \sim r$。我们使用保形映射技术来执行与理论令人满意一致的直接数值模拟，并展示了粗糙度引起的临界性的数据崩溃缩放，此前已证明该临界性出现在Nikuradse的3D管道数据中。
2009-03-25 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
