Detonability of white dwarf plasma: turbulence models at low densities
我们研究了在低密度湍流碳氧简并等离子体中产生自持爆轰所需的条件。我们进行了一系列的三维流体动力学模拟湍流驱动与不同程度的压缩性。模拟中的平均条件代表了合并双白矮星的模型。我们发现,在压缩驱动湍流的情况下,具有非常短的点火时间的材料是丰富的。这种材料形成连续的结构,持续了许多点火时间,我们确定为预期的爆炸内核。对未来核的详细分析表明,这些物体是中心凝聚的,它们的形状具有低曲率的特点,支持自我维持的爆炸。新提出的爆轰机制的关键特征是湍流驱动的高度可压缩性。模拟的爆轰核的尺寸明显小于迄今为止进行的任何白矮星合并模拟的空间分辨率。分辨核所需的分辨率为0.1 km。我们的研究结果表明,在这种良好的解决碳-氧白矮星合并的模拟爆炸的可能性很高。这些模拟可能会在总质量较低的系统中产生爆炸,从而扩大能够产生Ia型超新星的白矮星双星的数量。因此,我们预计能够产生迅速爆炸的合并总质量的下限将向下修正。我们回顾了新的爆轰机制的应用,以各种爆炸的情况下,单一的,rasekhar质量的白矮星。
2017-04-05 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.comp-ph
Probability of Transition to Turbulence in a Reduced Stochastic Model of Pipe Flow
本文通过估计亚稳态转变概率,研究不同噪声结构下管道流湍流起始现象,利用层流态附近含乘性噪声的线性化模型建立转变概率下界,并扩展至多种噪声类型,为理解湍流起始及应用 SPDE 理论提供了方法论。
2025-03-02 math-ph math.MP math.PR
Optimizing the control of transition to turbulence using a Bayesian method
通过计算混沌边缘的性质,研究了平面层流Couette流在同相展向壁面振荡作用下的非线性鲁棒性,吸引力盆地的边界。三个措施被用来量化所选择的控制策略层流到湍流的过渡:边缘状态的动能(混沌边缘的局部吸引子),最小种子的形式(最少的能量扰动的混沌边缘),和层流概率(概率,从层流给定的动能的随机扰动将层流)。一种新的贝叶斯方法,使精确计算的分层概率在以前的方法的成本的一小部分。虽然边缘状态和最小种子提供了有用的信息过渡到湍流的动态,没有措施是特别有用的判断的控制策略的有效性,因为它们不是代表的全局几何形状的边缘。相反,分层概率提供关于边缘的全局信息,并且可以用于通过计算分层得分(预期分层概率)和受控流的相关联的预期耗散率来评估控制有效性。这两个量允许确定受期望约束的最优控制参数值。本文讨论的结果有望应用于广泛的过渡流和控制策略,旨在抑制或触发过渡到湍流。
2021-08-17 nlin.CD physics.flu-dyn
Probability density function of turbulent velocity fluctuation
本文对网格湍流的速度脉动概率密度函数进行了系统的实验研究。在离网格很小的距离处,湍流仍在发展,PDF是亚高斯的。在中等距离处,湍流充分发展,PDF是高斯的。在大距离处,湍流已经衰减,PDF是超高斯的。速度波动的傅立叶变换总是具有高斯PDF。在距离网格的中间距离处,傅立叶变换在统计上彼此独立。这是速度涨落高斯性的充分必要条件。在小距离和大距离处,傅立叶变换是相关的。
2002-03-11 physics.flu-dyn
High-resolution large-eddy simulation of indoor turbulence and its effect on airborne transmission of respiratory pathogens; model validation and infection probability analysis
利用高分辨率大涡模拟(LES)研究了室内空气湍流及其对呼吸道病毒气溶胶扩散和传播风险的影响。该方法适用于评估两种不同的方法,以减少传播风险:一种策略,以增加室内通风能力与便携式空气净化器和一种策略,利用分区利用便携式空间分隔。为了证实LES模型的物理相关性,进行了一组实验气溶胶浓度测量,并将其结果用于验证LES模型的结果。将获得的LES分散结果进行病原体暴露和感染概率分析。将Wells-Riley概率模型扩展到依赖于实际的时间和空间依赖的浓度场,以产生时间和空间依赖的感染概率场。与分析Wells-Riley模型相比,空气净化器的使用导致绝对风险的更大降低,该模型无法预测原始风险水平。然而,这两个模型在相对风险降低方面一致。空间分区策略被证明有一个不希望的效果时,没有其他措施。当与目标空气净化器单元一起使用时,分区方法可以产生积极的结果。基于LES的结果与经典的Wells-Riley模型并列进行了研究,该模型显着低估了感染概率,突出了在评估不同的风险降低策略时采用准确的室内湍流建模的重要性。
2021-10-27 physics.flu-dyn
The momentum flux probability distribution function for ion-temperature-gradient turbulence
有压倒性的证据表明,相干结构在确定各种系统的整体传输中起着关键作用。我们计算的概率分布函数(PDF)的尾巴的动量通量和热通量的离子温度梯度湍流,考虑到modons之间的相互作用,这被假定为相干结构负责突发性和间歇性的事件,有助于PDF的尾巴。动量通量$R = < v_x v_y>$的PDF的尾部被证明是指数形式的$\exp{\{-ξR^{3/2}\}}$,这是比高斯更广泛的,类似于在以前的本地研究中发现的。对于热通量的PDF尾部,找到了具有相同函数依赖性的类似表达式。此外,我们提出了一个详细的数值研究的PDF尾部的温度和密度标度长度和其他物理参数的依赖关系,通过系数$ξ$。
2009-01-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Tensor networks enable the calculation of turbulence probability distributions
本研究提出利用张量网络(TN)参数化高维湍流概率密度函数(PDFs),在单核CPU上实现内存和计算成本大幅降低,为直接模拟湍流等混沌系统的高维PDFs开辟了新路径。
2025-01-29 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Analytical theory of the probability distribution function of structure formation
本文计算了离子温度梯度(ITG)湍流中纬向流结构形成的概率分布函数(PDF)尾和考虑剪切流影响的动量通量的PDF尾。双极涡旋孤子(modon)被认为是相干结构负责驱动PDF尾巴的突发和间歇事件。结果表明,ITG湍流比长谷川-三马(HM)湍流产生更强的带状流动,并且远离边缘稳定性。这表明,虽然ITG湍流具有较高的热通量水平,但它也更有可能产生更强的纬向流,从而导致自我调节系统。研究还表明,剪切流可以显着减少PDF尾部的雷诺应力和结构的形成。
2009-01-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Velocity and velocity-difference distributions in Burgers turbulence
本文研究了一维Burgers方程在高斯短时关联力作用下的大尺度随机扰动。利用耗散反常的方法,我们得到了速度和速度差概率密度函数,并用高分辨率数值模拟证实了结果。
2004-11-01 astro-ph cond-mat hep-th
Efficient point-based simulation of four-way coupled particles in turbulence at high number density
本文提出一种高效点基模拟方法,用于高数密度湍流中极轻粒子或气泡的四向耦合模拟,可同时捕捉流体对粒子、粒子对流体的反作用及粒子间相互作用,为研究小粒子集体效应提供新途径。
2024-06-27 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Theory of multi-point probability densities for incompressible Navier-Stokes fluids
在湍流的统计描述中出现的一个公开问题与表征Navier-Stokes流体的所谓多点速度概率密度函数(PDF)的\textit{theoretical prediction based on first principles}有关。在本文中,它将被证明-基于一个合适的公理方法-这个问题的解决方案实际上可以实现基于所谓的逆动力学理论(IKT),最近开发的不可压缩流体。更准确地说,我们打算表明,基于要求\textit{the Boltzmann-Shannon entropy for the s-point velocity PDF ($f_s$) is independent of the order $s$ and is also maximal at all times},所有多点PDF是\textit{necessarily factorized in terms of the corresponding 1-point velocity PDF}($f_1$)。因此,通常被认为是湍流的唯象描述的多点PDF可以在理论上预测\textit {基于知识的$% f_1$通过IKT获得。
2010-03-09 physics.flu-dyn
Simultaneous measurements of deforming Hinze-scale bubbles with surrounding turbulence
实验研究了Hinze尺度气泡在湍流中的破碎机理和破碎概率。Hinze尺度被定义为基于临界平均韦伯数的临界气泡尺寸,在该临界平均韦伯数上,气泡破裂概率被认为具有从由湍流应力主导到由表面张力完全抑制的突然转变。在这项工作中,量化的破碎概率的大小接近Hinze尺度的气泡,并检查不同的破碎机制,气泡和它们周围的示踪粒子同时跟踪。从实验结果中,两个韦伯数,一个从两个阶段之间的滑移速度计算,另一个从当地的速度梯度,分离和拟合的模型,可以链接回湍流特性。此外,我们还提供了一个经验模型连接气泡变形的两个韦伯数通过扩展的关系从势流理论。气泡的长宽比和韦伯数之间的建议的关系,似乎一直很好的工作范围内的气泡尺寸。此外,气泡的纵横比和两个韦伯数的时间轨迹连接使用线性受迫振子模型。最后,获得这两个韦伯数的分布提供了一种独特的方式来提取破碎概率的大小接近Hinze尺度的气泡。
2021-01-18 physics.flu-dyn
Analyses of turbulence in a wind tunnel by a multifractal theory for probability density functions
本文利用多重分形概率密度函数理论中的概率密度函数理论公式,对由风洞网格湍流时间序列数据建立的能量耗散率概率密度函数(PDF)进行了高精度的分析。多重分形PDF理论是在假设充分发展的湍流有两个主要组成部分的前提下建立的,即:相干和不相干的元素。PDF的尾部,代表间歇性的相干运动,确定Tsallis型PDF的奇异性指数基本上与一个参数的帮助下,新的标度关系,其有效性检查的情况下的网格湍流。对于代表相干运动和围绕前者的波动非相干运动的贡献的中心部分PDF,我们引入了由三个可调参数指定的试验函数,其令人惊讶地表示在不限于惯性范围的更宽的区域中的标度行为。通过对两种近似速度时间导数的差分公式的比较,揭示了由PDF理论分析提取的PDF中心和尾部的连接点实际上是相干和非相干两种不稳定性的边界。
2012-04-22 cond-mat.stat-mech physics.data-an physics.flu-dyn
On the velocity distribution in homogeneous isotropic turbulence: correlations and deviations from Gaussianity
本文研究了三维稳态和衰减均匀各向同性湍流中速度的单点概率密度函数。为此,我们应用的统计框架的Lundal-Monin-Novikov层次结构与条件平均相结合,确定的数量,确定的概率密度函数的形状。在这个框架中,能量耗散率、速度扩散和相对于速度的压力梯度的条件平均值起关键作用。纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟用于补充理论结果和评估偏离高斯性。
2011-07-01 physics.flu-dyn
Inertial particles distribute in turbulence as Poissonian points with random intensity inducing clustering and supervoiding
本文采用点粒子近似方法研究了湍流中惯性粒子的分布。我们证明了由粒子在空间中的位置所形成的随机点过程是具有对数正态随机强度的泊松点过程(“对数高斯考克斯过程”或LGCP)。在一个小的体积中有一个有限数量的粒子的概率给出的对数正态分布的特征函数。修正由于离散的粒子数的粒子浓度在连续极限的先前推导的统计提供。这些与处理实验或数值数据有关。具有没有粒子的区域(即空隙)的概率对于惯性粒子比对于示踪粒子更大,其中空隙根据泊松过程分布。此外,具有大空隙的概率仅随尺寸对数正态地衰减。这表明颗粒聚集,留下空隙。在没有聚集的尺度上,仍然可以增加空隙概率,使得湍流空隙比聚集更强。所证明的分布的双重随机性起源于波动的两步形成。首先,湍流使粒子随机地靠近在一起,这是以泊松型概率发生的。然后,湍流压缩观察体积中的粒子体积。我们证实了理论的统计数量的粒子在小体积的惯性粒子运动在一个混乱的ABC流的数值观测。改进的理解聚类过程可以应用于预测反应颗粒的长期生存概率。我们的工作意味着,在弱可压缩流与有限时间相关的颗粒分布是一个LGCP,独立的流量统计的细节。
2016-09-20 physics.flu-dyn
Origin of Lagrangian Intermittency in Drift-Wave Turbulence
研究了耗散漂移波湍流的拉格朗日速度统计。对于绝热性(或小碰撞性)的大值,拉格朗日加速度的概率密度函数显示指数尾,而不是拉伸指数或代数尾,通常观察到的高度间歇性加速的Navier-Stokes湍流。这种指数分布被证明是一个强大的功能独立的雷诺数。对于较小的绝热性,代数尾巴观察,这表明强的影响点涡状动力学的加速度。的概率密度函数的形状和自相关的规范的加速度之间的因果关系。
2010-09-28 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A machine-learned probability distribution in the phase space of turbulent channel flow for synthetic turbulence and flow reconstruction
KU Leuven(荷语鲁汶大学)
研究湍流通道流相空间中机器学习概率分布能否近似物理不变分布,通过训练基于流的生成模型并评估相关属性,经与直接数值模拟比较及应用验证,该分布能很好近似湍流动力系统自然分布,可用于合成湍流和流动重构。
2026-07-21 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
An Empirical Investigation of Scaling Behavior in the Atmospheric Turbulence for Understanding the Underlying Cascade Process
我们研究了在大气近地层采集的风速时间序列的标度行为,并将其与两种常用的级联模型,截断稳定分布和对数正态模型进行了比较。结果表明,虽然两种模型都能描述概率密度函数随着时间尺度的增加从非高斯分布向类高斯分布的变化,但它们不能同时拟合收益概率和时刻的标度行为。这一工作为进一步认识大气湍流中的级联过程提供了一些线索。
2012-11-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Large negative velocity gradients in Burgers turbulence
考虑大尺度时变白随机力驱动下的一维Burgers方程。在描述速度统计的路径积分中,采用鞍点近似分析了速度梯度概率分布函数(PDF)的尾部。对实现概率最大化的速度场结构即鞍点(瞬子)结构进行了详细的数值研究。数值结果使我们能够找到解析解的瞬子的长时间的一部分。它的仔细分析证实了[物理学评论Lett. 78(8)1452(1997)[chao-dyn/9609005]]基于短时间估计,PDF的左尾具有形式ln P(u_x)\propto - |u_x| ^(3/2)。
2001-05-08 cond-mat.stat-mech nlin.CD 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
Large Fluctuations in Stochastic Models of Turbulence
本文讨论了三种湍流模型中的间歇现象,采用分析和数值方法分析随机过程及其引起的概率分布。最初的章节提出了一个审查的统计理论的湍流和统计理论的领域适用于平衡物理。正文的两章分别用MSRJD泛函方法研究了RFD模型和Burgers模型。在这两个模型中的瞬子周围的波动对应的微扰修正进行了分析。最后一章给出了一个平稳的一维随机过程作为拉格朗日伪耗散涨落的模型。数值结果表明,该过程服从对数正态分布,并具有长程幂律相关性。
2020-09-02 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Investigation of a generalized Obukhov Model for Turbulence
我们介绍一个推广的Obukhov的模型[A.M. Obukhov,Adv. Geophys. 6,113(1959)]描述了充分发展的湍流中单个流体粒子的联合位置-速度统计。在所提出的模型中,速度被假定为经历连续时间的随机游走。这考虑到了长时间的相关性。因此,联合位置-速度概率分布的演化方程是具有分数阶时间导数的福克-普朗克方程。我们确定该方程的解的形式的积分变换,并推导出任意单时刻的关系。给出了联合概率分布及其矩的解析解。
2008-07-31 physics.data-an physics.flu-dyn
Intermittency of Energy Dissipation in Alfvenic Turbulence
我们研究的能量耗散的Alfvenic湍流的粗粒度的能量耗散率的统计,使用直接测量的磁流体动力学湍流的数值模拟和替代测量从太阳风。我们比较结果的对数正态和对数泊松随机级联模型的预测。我们发现,一个很好的近似,对数正态模型描述的概率密度函数的能量耗散在很宽的尺度范围内,但不准确地描述的时刻的标度指数。对数泊松模型更好地描述了各时刻的标度指数,而与概率密度函数的比较并不简单。
2015-12-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
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
Velocity statistics for point vortices in the local α-models of turbulence
本文研究了α湍流方程中点涡模型的速度脉动,该方程的特征是活动标量与流函数之间的分数拉普拉斯关系。特别是,我们专注于本地动态政权。局部动力学不同于研究充分的二维湍流情况,因为它允许考虑真正的热力学极限。未为2D湍流定义此限制。我们显示了不同程度的本地化的速度波动的概率密度分布的分析形式。与2D湍流的情况相反,分布的中心区域不是高斯的,但是在小的速度限制下可以用高斯函数近似。分布的尾部表现出幂律行为和密度变量的自相似性。由于热力学的限制,核心的高斯近似和尾部的陡度都与点涡的数目无关,而依赖于α模型。在经典湍流α模型的背景下,我们还证明了均匀分布点涡的速度统计与非均匀分布点涡的速度统计之间的联系。由于幂律的指数仅取决于α,我们通过模拟不同α值的全湍流场来检验用点涡近似得到的幂律近似,并计算速度场绝对值的相应概率密度分布。这些结果表明,在海洋或大气中的湍流波动的局部性质可能会推导出的概率密度函数的尾部的形状。
2018-10-16 physics.flu-dyn
Normalizing Flows as a Novel PDF Turbulence Model
本文提出了一种新的概率密度函数湍流模型(NF-PDF模型)--归一化流(NF)模型,用于求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程。我们建议以两种不同的方式使用归一化流:首先,作为雷诺应力张量的直接模型,其次作为二阶矩闭合模型,即用于模拟雷诺应力输运方程中的压力-应变和耗散张量。在经典的PDF闭合模型中,必须对随机微分方程进行建模和求解以获得湍流量的样本。NF-PDF闭合模型允许从波动湍流量的基本概率密度函数直接采样,从而可以计算整体平均量。为了说明这种方法,我们展示了均匀剪切湍流的典型情况下的应用。训练数据从高保真直接数值模拟(DNS)中提取。
2021-01-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effect of enhanced dissipation by shear flows on transient relaxation and probability density function in two dimensions
我们报告了一个非微扰研究的剪切流的影响湍流减少衰减在二维湍流。通过考虑不同的初始功率谱和剪切流(纬向流,结合纬向流和流光),我们演示了剪切流如何快速产生小尺度,导致湍流振幅的快速阻尼。特别是,湍流振幅的双指数下降示出发生由于波数的指数增加。的有效耗散时间尺度$τ_{e}$,以前采取的混合时间尺度$τ_{e} \propto τ_Ω^{2/3} τ_η$的缩放,示出依赖于剪切流的类型以及初始功率谱的类型。这里,$τ_Ω$和$τ_η$分别是剪切和分子扩散时间。此外,我们提出了时间相关的概率密度函数(PDF),并讨论了增强耗散对PDF和动态时标$τ(t)$的影响,它代表了系统通过统计上不同的状态的时间尺度。
2017-11-14 cs.IT math.IT physics.flu-dyn
Probability density function of turbulent velocity fluctuations in rough-wall boundary layer
本文利用含能范围内的傅里叶系数,系统地研究了湍流中单点速度脉动的概率密度函数。在理想湍流中,包含能量的运动是随机和独立的,傅立叶系数趋于高斯和相互独立。因此,速度波动趋于高斯分布。然而,如果包含能量的运动是间歇性的或被有界振幅运动(如波浪尾流)污染,则傅立叶系数趋于非高斯且彼此相关。因此,速度波动倾向于非高斯。这些情况是在我们的粗糙壁边界层实验中发现的。
2003-07-23 physics.flu-dyn
Joint probability density function modeling of velocity and scalar in turbulence with unstructured grids
在概率密度函数(PDF)方法中,数值求解输运方程以计算湍流中几个流动变量随时间和空间的概率分布。速度分量的联合PDF包含有关湍流速度场的所有单点一次性统计的信息,包括平均值、雷诺应力和高阶统计。我们开发了一系列的数值算法来模拟湍流速度,频率和标量组成的联合PDF的高雷诺数不可压缩流在复杂的几何形状,使用非结构化网格。对流、粘性扩散和化学反应在PDF格式中以封闭形式出现,因此不需要封闭假设。采用广义朗之万模型(GLM)和椭圆松弛技术,模拟了壁面对压力重分布和湍流动能各向异性耗散的非局部影响。控制系统的方程完全解决拉格朗日框架采用大量的粒子代表一个有限的样本的所有流体粒子。在非结构化网格的网格点处提取欧拉统计量。与其他PDF方程的粒子-单元方法相比,该方法是非混合的,因此计算的场保持完全一致,而不需要任何特定的处理。两个算例验证了该算法的适用性:一个充分发展的湍流槽道流和经典的空腔流都与标量从集中源释放。
2010-06-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn