Self-similar invariant solution in the near-wall region of a turbulent boundary layer at asymptotically high Reynolds numbers
在足够高的雷诺数下，壁面附近的剪切流湍流具有普遍的性质。当长度和速度由湍流的适当特征尺度重新标度，从而在\emph{inner units}中测量时，流的统计特性变得与雷诺数无关。我们证明了平行边界层的完全非线性三维纳维-斯托克斯方程的附壁非混沌精确不变解的存在性，该解捕获了近壁湍流结构的特征自相似标度。行波解的分支可以继续到$Re=1,000,000$。理论和数值相结合的证据表明，解决方案是渐近自相似和精确的尺度内单位雷诺数趋于无穷大。证明存在的不变的解决方案，捕获自相似的缩放特性的湍流在近壁区域是一个步骤，扩展的动力系统方法湍流从过渡制度充分发展的边界层。
2019-12-10 physics.flu-dyn
Reynolds number effects on transition, turbulence intensity and axial-velocity decay rate of turbulent round jets
采用显式过滤大涡模拟技术，对三种不同雷诺数（Re = 3600、88000、400000）下的湍流圆射流进行了数值模拟，以了解雷诺数对马赫数0.9亚音速射流的影响。八阶紧致格式用于空间导数估计。流场的时间演化采用二阶龙格-库塔法。单参数四阶紧致滤波器用于传输变量的低通显式滤波。随着射流雷诺数的增加，中心线轴向速度衰减率减小，湍流强度降低。射流扩展率被观察到是独立的雷诺数。对于相同的入流湍流引射，在高雷诺数的射流中观察到早期的势核崩溃和向湍流区的转变。随着雷诺数的增加，增加较小的长度尺度的作用进行了分析。据观察，行为的湍流圆形射流是类似的平面射流，无论在尺寸自由度的增益。详细讨论了从数值实验的意见。
2017-11-05 physics.flu-dyn
Coherence of velocity fluctuations in turbulent flows
本文研究了在大于或等于积分长度尺度$l_{0}$的空间距离上湍流速度脉动的时空相干量。使用受控的实验室实验，作为距离的函数的指数衰减观察到的衰减率取决于流动特性。在两种不同的流动中观察到相同的规律，表明它可能是湍流的一般性质。
2021-07-25 physics.flu-dyn
Invariant Solution underlying Oblique Stripe Patterns in Plane Couette Flow
当亚临界剪切流转变为湍流时，层流和湍流常常在空间中共存，从而产生顺-层流流型。最突出的是具有大规模周期性和倾斜方向的规则条纹图案。斜条纹是一种强有力的现象，在实验和流动模拟中观察到，但它们的起源仍不清楚。我们证明了完全非线性三维纳维-斯托克斯方程的不变平衡解的存在性，它类似于平面Couette流中的斜向层流条纹。我们揭示了条纹平衡的起源，并展示了它是如何从研究的Nagata平衡通过两个连续的分叉。
2018-09-08 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
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
Scaling laws of turbulent dynamos
我们考虑均匀各向同性和宇称不变的湍流产生的磁场。我们表明，简单的比例关系的发电机阈值，磁能和欧姆耗散可以得到依赖于磁普朗特数的值。
2007-01-29 physics.flu-dyn
Effect of helicity and rotation on the free decay of turbulent flows
本文用直接数值模拟方法研究了有旋转和无旋转时湍流中能量的自相似衰减。两个初始条件被认为是：一个非螺旋（镜像对称），和一个最大的螺旋度。结果表明，而在没有旋转的螺旋和非螺旋的情况下的能量衰减以相同的速率，在旋转流的螺旋度内容有一个主要的影响衰减率。这些差异与旋转时能量和螺旋度级联的差异有关。还讨论了在每个时间的后期出现在流中的结构的属性。
2008-11-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
towards a robust detection of viscous and turbulent flow regions using unsupervised machine learning
我们提出了一个不变的特征空间，用于检测粘性主导和湍流区域（即，边界层和尾流）。所开发的方法使用的主要不变量的应变和旋转速率张量作为输入到一个无监督的机器学习高斯混合模型。所选择的特征空间与用于生成处理数据的坐标系无关，因为它依赖于应变和旋转速率的主要不变量，这些不变量是伽利略不变量。这种方法使我们能够识别两个不同的流动区域：粘性为主的旋转区域（边界层和尾流区域）和无粘性的非旋转区域（外流区域）。在$Re=40$和$Re=3900$上，我们在层流和湍流（使用大涡模拟）情况下对流过圆柱的流动进行了测试。模拟已进行了使用高阶节点间断伽辽金谱元法（DGSEM）。结果表明，高斯混合聚类方法是一种有效的粘性主导区和旋转区的识别方法。我们还包括与传统传感器的比较表明，所提出的聚类不依赖于一个任意的阈值的选择，需要使用传统的传感器时。
2022-07-06 physics.flu-dyn
Far field of turbulent spots
亚临界壁面剪切流中湍流的扩散涉及空间局部相干结构。湍流斑对应于对逐点扰动的有限时间非线性响应，被视为转捩过程中湍流的种子。远离一个点的湍流波动的快速空间衰减伴随着具有鲁棒结构化的大尺度流动。这些斑点的远场速度场的数值研究，在四个不同的流动方案（平面Couette，平面Poietville，Couette-Poietille和正弦剪切流）的大域中使用谱方法。与先前的预期不一致的是，速度场的平面分量是代数衰减的。这些衰减指数只取决于系统的对称性，而不取决于雷诺数。这表明一个有效的二维多极扩展的远场，占主导地位的四极流分量，或不对称的流场，由偶极流分量。
2020-09-04 physics.flu-dyn
Flow configuration and pressure effects on turbulent premixed hydrogen jet flames
Loughborough University（拉夫堡大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
研究通过直接数值模拟探讨了不同压力下槽形和圆形喷嘴湍流稀释预混氢气火焰的流动配置和压力影响，发现压力显著改变火焰传播特性。
2026-03-16 physics.flu-dyn
Turbulence decay towards the linearly-stable regime of Taylor-Couette flow
Taylor-Couette（TC）流被用来探测天体物理学中吸积盘的流体动力学稳定性。关于TC亚临界稳定性的实验数据与湍流的存在相矛盾（参见。Ji等人，Nature，444，343-346（2006）和Paoletti等人，A $\&$ A，547，A64（2012）），差异归因于终板效应。在本文中，我们数值模拟TC流与轴向周期性边界条件，探讨存在亚临界过渡到湍流时，没有端板。我们在不稳定状态下以完全湍流状态开始模拟，并通过突然开始（稳定）外圆柱旋转进入线性稳定状态。湍流初始状态的剪切雷诺数为$Re_s \sim10^5$，半径比为$η=0.714$。这种稳定性使系统表现为阻尼振荡器，相应地，湍流衰减。的扭矩和湍流动能的演变进行了分析和周期性和阻尼的振荡被量化和解释为剪切雷诺数的函数。虽然最初的湍流状态衰减，令人惊讶的是，系统被发现在此衰减过程中吸收能量。
2013-11-11 physics.flu-dyn
Growth and decay of isolated turbulent band in Plane-Couette flow
该研究通过大计算域数值模拟揭示平面 Couette 流中孤立湍流带在不同 Reynolds 数下的衰减规律及三种生长分裂方式。
2022-12-27 physics.flu-dyn
Turbulent radiative diffusion and turbulent Newtonian cooling
辐射输运在恒星大气中起着重要的作用，但湍流的影响正在被其他效应（如分层）所掩盖。使用辐射流体动力学模拟强迫湍流，我们确定的衰减率的正弦大尺度温度扰动的不同波数的光学厚和薄制度。增加波数会增加这两种情况下的衰减率，但这种效果比通常的被动标量湍流扩散要弱得多，在被动标量湍流扩散中，小波数的增加是二次的。湍流衰减是很好地描述了一个增强的牛顿冷却过程中的光学薄的限制，这是发现，表现出弱的增加成正比的波数的平方根。在光学厚度的限制，湍流衰减的增加是有点陡峭的波数低于携带能量的波数的湍流，但趋于更大的波数。在存在湍流的情况下，典型的冷却时间与湍流周转时间相当。我们观察到，在光学薄和厚的情况下，温度需要很长的时间才能达到平衡，但在前者，温度保持较小的尺度结构更长。
2021-09-28 astro-ph.SR physics.flu-dyn
A turbulent premixed flame on fractal-grid generated turbulence
在预混湍流燃烧实验中，采用了一种填充空间、低阻塞的分形网格作为新型湍流发生器。与标准湍流网格的幂律衰减相反，分形网格的下游湍流强度增加，直到在距离网格一定距离处达到峰值，然后才最终衰减。有效网格尺寸和密实度与标准正方形网格相同。结果表明，在相同的流量和化学计量比下，分形湍流增强了燃烧速率，使火焰面积进一步增大。使用火焰分形模型，试图突出在两个不同的湍流场建立的火焰之间的差异。
2010-04-13 physics.flu-dyn
Assessment of a Multiphase Formulation of One-Dimensional Turbulence using Direct Numerical Simulation of a Decaying Turbulent Interfacial Flow
本研究利用一维湍流（ODT）模型研究湍流与表面张力的相互作用，通过与直接数值模拟（DNS）对比验证模型可靠性，并拓展参数范围揭示了柯尔莫哥洛夫临界尺度的普适涨落规律。
2024-04-13 physics.flu-dyn
Mass-Transfer Control With Microbubbles in Highly Turbulent Decaying Flows
George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology（乔治·W·伍德拉夫机械工程学院，佐治亚理工学院）；Renewable Bioproducts Institute, Georgia Institute of Technology（可再生生物制品研究所，佐治亚理工学院）
通过结合极端湍流与微小表面张力降低，实现微泡尺寸控制，从而提高工业多相流的质量传递效率。
2026-04-27 physics.flu-dyn
Statistical transition to turbulence in plane channel flow
在管道、平面库埃特流和平面槽道流中，间歇性湍流-层流模式是向湍流转变的特征。采用并行拟谱程序SpectelFlow，在沿流向倾斜$24^{\circ}$的窄计算区域内，通过直接数值模拟，研究了平面槽道流中平行层流带的时间演化。通过它们的传播速度研究了带之间的相互作用。能量分布表明，孤立的湍流带周围的流动返回到层流的基础流在很大的距离。根据雷诺数，湍流带可以衰减为层流或分裂为两个带。与过去的研究其他壁有界剪切流，在大多数情况下，生存概率被发现是一致的衰减和分裂的指数分布，表明该过程是无记忆的。统计估计的平均寿命的衰变和分裂绘制为雷诺数的函数，并导致估计的临界雷诺数$Re_{\text{cross}}\simeq 965$，衰变和分裂寿命交叉大于$10^6$平流时间单位。通过对它们的傅里叶谱的分析，也考察了它们的分裂和衰变过程。大尺度谱分量的动力学似乎在统计上遵循相同的路径在湍流带的分裂，可以被认为是分裂的前兆。
2020-08-26 physics.flu-dyn
Self-similar decay of high Reynolds number Taylor-Couette turbulence
本文研究了高雷诺数Taylor-Couette湍流的衰减，即两个同轴旋转圆柱间的湍流。为此，内圆筒的旋转（Re $_i=2 \times 10^6$，外圆筒处于静止状态）在12秒内停止，从而完全去除输入到系统的能量。使用激光多普勒风速仪和粒子图像测速测量的组合，可以捕获的动能的六个衰减十年。首先，在没有圆柱旋转的情况下，在衰减期间的流速不发展任何高度依赖性，与众所周知的泰勒涡状态相反。第二，径向轮廓的方位角速度被发现是自相似的。尽管如此，这种有壁边界的非均匀湍流的衰减并不像衰减的均匀各向同性湍流那样遵循严格的幂律，但是由于边界壁施加的强粘性阻力，衰减更快。我们从理论上描述的衰减在一个定量的方式，考虑在墙壁上的额外摩擦的影响。
2016-10-27 physics.flu-dyn
The Significance of Simple Invariant Solutions in Turbulent Flows
最近在计算能力和数值分析方面取得的显著进展使我们能够填补湍流动力系统方法的空白。在这方面的一个重要进展是数值发现简单的不变集，如非线性平衡和周期解，在良好的解决Navier-Stokes流。本文介绍了一些基本的和实际的方面的动力系统理论的研究湍流，集中在最近发现的不变的解决方案和它们的意义的动力学和统计特性的低雷诺数湍流。结果表明，相干结构的近壁再生周期可以重现这样的解决方案。湍流的典型相似律，即粘性范围内的Prandtl壁律和Kolmogorov律，以及方形管道中湍流驱动的二次流的模式和强度，也可以用这些简单的不变解来表示。
2011-08-04 math.DS physics.flu-dyn
Non-equilibrium turbulence scalings and self-similarity in turbulent planar jets
本文研究了平面湍流射流的自相似性和耗散标度以及理论上隐含的平均流标度。与已经进行此类研究的湍流尾流不同（Dairay等人，2015; Obligado等人，2016），这是一种无边界湍流剪切流，其中局部雷诺数随着距离入口的距离而增加。Dairay等人（2015）修订的Townsend-George理论适用于湍流平面射流。在这个理论中，只有少数轮廓需要自相似。平均流量、湍流耗散、湍流动能和雷诺应力分布的自相似性得到了我们从18到至少54个喷嘴尺寸的实验结果的支持，这是这项工作中研究的最远的位置。此外，在湍流尾流、衰减网格生成湍流、各种周期性湍流和湍流边界层中发现的非平衡耗散标度（Vassilicos 2015，Dairay等人2015，Goto & Vassilicos 2015，Nedic等人2017）也在当前湍流平面射流和Antonia等人（1980）的湍流平面射流中观察到。根据这些观测结果，该理论意味着新的平均气流和喷流宽度定标，这与我们的数据和Antonia等人（1980）的数据是一致的。特别是，它意味着一个迄今为止未知的夹带行为：特征横流中心线流向平均流速的比率衰减为-1/3幂的流向距离在该地区的非平衡耗散缩放举行。
2018-03-28 physics.flu-dyn
Multiscale analysis of the topological invariants in the logarithmic region of turbulent channels at $Re_τ=932$
本文研究了不可压槽道湍流对数层中速度梯度张量$R$和$Q$的不变量及其拟能和应变分量。在三个空间方向上对速度进行滤波，并在不同尺度上对结果进行分析。我们发现，$R$ - $Q$平面不捕获的变化所经历的流量作为过滤器宽度的增加，拟能/拟能生产和应变/应变生产平面代表更好的选择。我们还表明，有条件的平均轨迹可能会显着不同的瞬时行为的流量，因为它们是一个平均过程的结果，其中的平均值是3-5倍小于相应的标准差。在$R$ - $Q$平面的轨道周期被证明是独立的事件的强度，和相同的数量级的拟能/拟能生产和应变/应变生产平面。我们的最终目标是测试是否流动的动态是自相似的惯性范围内，答案是否定的。平均剪切被认为是负责的情况下的自相似性和逐步控制的动态观察到的漩涡作为过滤器宽度的增加。然而，自相似的行为出现时，重复计算的波动速度梯度张量。最后，通过计算给定尺度下的涡量与不同尺度下的应变的对齐来考虑涡拉伸方面的湍流叶栅。这些结果一般支持不可忽略的作用的现象学能量级联模型制定的涡拉伸。
2017-09-04 physics.flu-dyn
Distinct Lifetime Scaling Laws of Turbulent Puff in Duct Flow
通过直接数值模拟与理论分析，揭示方形管道流中湍流团寿命在临界雷诺数约1450处分岔，亚临界区遵循平方根标度律、超临界区呈超指数标度，并用噪声鞍结分岔方程解释衰减机制，证明其统计规律与管道流相似。
2025-07-02 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
One-point and two-point statistics of homogeneous isotropic decaying turbulence with variable viscosity
采用高分辨直接数值模拟（DNS）方法，研究了低雷诺数条件下变粘度流体中均匀各向同性湍流的衰减过程。目前的工作所解决的问题是如何量，如动能和相关的耗散率，以及湍流的尺度间传输机制的局部波动的粘度改变。从湍流动能的一点收支方程出发，表明平均耗散率几乎不受变粘性效应的影响。这一结果是由当地的粘度和当地的速度梯度之间的负相关性解释。然而，耗散是一个高度波动的量，具有很强的不稳定性。从统计分析表明，具有可变粘度的湍流的特征在于由一个增强的水平的小规模的不稳定性，这导致在存在较小的长度尺度和修改后的湍流混合。通过速度结构函数的收支方程，分析了粘性变化对湍流叶栅的影响。从DNS它示出，粘度梯度有助于尺度间的传输机制的形式的逆传输，其中信息传播从小尺度到大尺度。
2018-09-20 physics.flu-dyn
Manifold-Adapted Sparse RBF-SINDy: Unbiased Library Construction and Unsupervised Discovery of Dynamical States in Turbulent Wall Flows
School of Science and Technology, Department of Engineering, City St George’s, University of London（伦敦城市圣乔治大学科学与工程学部工程学院）
通过无偏库构建和无监督发现，研究在湍流壁流中识别动态状态骨架，提升对流动结构的建模能力。
2026-03-09 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
Determination of the Decay Exponent in Mechanically Stirred Isotropic Turbulence
直接数值模拟被用来研究各向同性均匀湍流的衰减指数在一定范围内的雷诺数足以显示高和低雷诺数衰减行为。初始湍流是由流过许多随机放置的小立方体的流动的搅拌作用产生的。搅拌发生在模拟域尺寸的1/30处，使得湍流谱的低波数和大尺度行为由流体产生并且不被强加。结果表明，在高雷诺数和低雷诺数下，所得湍流的衰减指数与Saffman（1967）的理论预测非常吻合。从高雷诺数行为到低雷诺数行为的转变在湍流雷诺数约为250时相对突然地发生。
2010-07-28 physics.flu-dyn
Revealing the state space of turbulence using machine learning
尽管湍流的表面复杂性，确定一个更简单的描述的基础动力系统仍然是一个根本的挑战。正如霍普夫在1948年所设想的那样，利用某种有效的表示法来捕捉湍流如何在相空间中的不稳定状态（简单不变解）之间蜿蜒流动，这是实现这一目标的最好希望，尽管识别这些状态存在固有的困难。在这里，我们通过证明深度卷积自动编码器可以识别与表征湍流吸引子的简单不变解密切相关的二维湍流的低维表示，向这一目标迈出了重要的一步。为了建立这一点，我们开发了潜傅立叶分析，将流嵌入分解成一组正交的潜傅立叶模式，这些模式解码成类似于简单不变解的物理上有意义的模式。通过分析$Re=40$的湍流Kolmogorov流（在大尺度下被迫在2D环面上流动），突出了这种方法的实用性，其中，在间歇性突发之间，流动驻留在不稳定状态的附近，并且是非常低维的。到个人的潜在傅立叶波数的投影揭示了简单的不变的解决方案，组织静态和爆裂的动态系统的方式无法访问以前的方法。
2020-09-17 physics.flu-dyn
Turbulent kinetic energy production and Turbulent kinetic energy production and flow structures in flows past smooth and rough walls
Lee & Moser（2015）、Bernardini等人（2014）、Yamamoto和Tsuji（2018）以及Orlandi等人（2015）在大雷诺数范围内对二维湍流通道进行直接数值模拟的文献中可用数据已被用于发现剪切参数（涡流周转时间与平均变形时间尺度（1/S）之间的比率），在近壁区，雷诺数与尺度关系很好。良好的缩放是由于涡流周转时间，虽然湍流动能和各向同性耗散率显示雷诺数的依赖性附近的壁。剪切参数与流动结构以及第二不变量相关，并且该量也呈现良好的缩放。已经发现，湍流动能产生的最大值发生在第二不变量近似为零的层中，即不稳定的片状结构卷起成为棒的地方。生产在拉伸和压缩应变的贡献的分解表明，这两个贡献提出了一个很好的缩放。然而，当近壁和外部结构分离时，完美的缩放保持不变。相同的统计数据已被评估的直接模拟的湍流通道上的两个壁面上的不同类型的波纹。在波峰平面附近的层中的流动物理学与表面的形状密切相关，并且已经证明，壁面速度波动的法线对流动结构的改变、阻力的增加和湍流动能的产生负责。这些模拟在中间雷诺数表明，在外部区域的汤森相似性假设成立。
2019-01-07 physics.flu-dyn
Classes of hydrodynamic and magnetohydrodynamic turbulent decay
我们进行数值模拟衰减流体动力学和磁流体动力学湍流。我们分类我们的时间依赖的解决方案，其演变轨迹之间的瞬时标度指数的参数图。我们发现不同的类的解决方案沿着特定的轨迹朝着点上的自相似的解决方案。这些轨迹是由个别情况下的基本物理决定的，而初始条件的红外斜率只起有限的作用。在螺旋线的情况下，即使对于尺度不变的初始谱（与波数k成反比），解也会沿着与巴彻勒谱（与k成正比）相同的轨迹演化。
2017-02-04 astro-ph.CO astro-ph.SR physics.flu-dyn
The non-equilibrium region of grid-generated decaying turbulence
本文研究了由各种规则和分形正方形网格生成的湍流中的非平衡耗散规律。的流量记录在各种湍流剖面，揭示其差异。尽管显着的非均匀性和各向异性的差异，新的非平衡耗散规律观察到在所有这些流动。测量各种横向和纵向积分尺度，并用于定义耗散系数$C_{\varepsilon}$。它被发现，新的非平衡耗散法是不是一个人工制品的一个特定的选择的积分尺度和通常的平衡耗散法实际上可以共存的非平衡法在不同地区的同一流量。
2014-02-19 physics.flu-dyn
Statistics of the relative velocity of particles in turbulent flows : monodisperse particles
我们使用直接数值模拟计算的相对距离$R$和相对径向速度分量$V_R$的联合概率密度函数的一对重惯性粒子悬浮在均匀和各向同性的湍流。在小尺度下，分布是尺度不变的，具有与相空间中的粒子-粒子关联维数$D_2$相关的标度指数。有人认为[1，2]，分布的尺度不变部分有两个渐近状态：（1）$|V_R| \ll R$，其中分布仅取决于$R$ ;（2）$|V_R| \gg R$，其中分布仅是$|V_R|$的函数。这两个区域中的概率分布沿直线$|V_R| = z^\ast R$匹配。我们的模拟证实这确实是正确的。我们进一步得到$D_2$和$z^\ast$作为斯托克斯数${\rm St}$的函数。前者非单调地依赖于${\rm St}$，在大约${\rm St} \approx 0.7$处具有最小值，而后者仅对${\rm St}$具有弱依赖性。
2017-10-13 physics.flu-dyn
Exploring regular and turbulent flow states in active nematic channel flow via Exact Coherent Structures and their invariant manifolds
本研究利用精确相干结构（ECS）框架统一研究二维活性向列相槽道流的稳态，拓展了预湍流区研究范围，发现弱湍流下200余个共存的不稳定ECS及对称性作用，证实预湍流区轨迹的ECS阴影运动并暗示湍流区的准周期ECS阴影现象。
2023-05-01 cond-mat.soft nlin.CD nlin.PS
Logarithmic distribution of mean velocity and turbulent kinetic energy in a pipe flow
基于李群相似理论，发展了一种适用于湍流管流中动量和能量分布的相似理论，得到了平均速度和湍流动能的渐近对数分布。在很宽的Re范围内的通道和管道数据产生0.45是通用的卡门常数。发现了一个新的表征外动力学的空间不变量，并通过可靠的实验数据进行了验证。对于高Re实验数据（高达4000万），该理论以99%的准确度预测平均速度剖面（MVP），并为Hullmak等人最近观察到的对数动能分布提供了定量解释（Phys. Rev. Lett. 108，094501）。
2012-09-20 physics.flu-dyn
Stages of turbulence generation and decay in a T-shaped mixer
Center of Applied Space Technology and Microgravity (ZARM), University of Bremen（不莱梅大学应用空间技术与微重力中心（ZARM））
通过直接数值模拟研究T形混合器在Re≤2000、Sc=1下的湍流动力学，发现混合通道内存在射流状流动和湍流衰减两个阶段，并分析了速度场和标量场的幂律衰减指数。
2026-09-09 physics.flu-dyn
Multi-scale invariant solutions in plane Couette flow: a reduced-order model approach
本文针对Re=1200平面库埃特流，采用600自由度降阶模型计算多尺度不变解，发现非定常的周期轨道而非平衡态才能准确描述多尺度湍流动力学及相关能量学。
2024-02-01 physics.flu-dyn
Data-driven nonlinear turbulent flow scaling with Buckingham Pi variables
本文提出基于 Buckingham Pi 的稀疏非线性标度方法，利用速度梯度张量不变量识别跨 Reynolds 数的尺度不变涡结构，并用于评估湍流机器学习模型的插值与外推性能。
2024-03-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Role of thermal friction in relaxation of turbulent Bose-Einstein condensates
在最近的实验中，通过测量各种样品条件下的涡旋衰减速率[Phys. Rev. $\bf 90$，063627（2014）]来研究高度扁的湍流玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的弛豫动力学，并且分别地，涡运动的热摩擦系数$α$是从BEC中共转涡对的长时间演化中测量的。A $\bf 92$，051601（R）（2015）]。对实验结果进行了比较分析，发现涡旋衰减率$Γ$与$α$几乎成线性关系。我们进行了数值模拟的时间演化的湍流BEC使用点涡模型配备纵向摩擦和涡-反涡对湮灭，并观察到的线性依赖的$Γ$上$α$的耗散点涡模型定量占。数值模拟表明，实验中的热摩擦太强，不允许从衰减湍流中出现涡团状态。
2016-09-06 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Lagrangian statistics of a shock-driven turbulent dynamo in decaying turbulence
在超新星激波和星系团中观测到$n$ G级的小尺度波动磁场，其放大可能是由比尔曼电池机制引起的。然而，如果没有湍流发电机，这些磁场就不能进一步放大，湍流发电机通过拉伸-扭曲-折叠（STF）机制产生磁能。因此，我们在这里提出了新的三维磁流体动力学（MHD）模拟的激光驱动的冲击波传播到分层，多相介质，调查后冲击波湍流磁场放大通过湍流发电机。这里使用的配置目前正在国家点火装置（NIF）的激波风洞中进行测试。为了探索激波后湍流区的统计特性，我们使用$384 \times 512 \times 384$示踪剂通过拉格朗日框架跟踪其演变，从而提供了一个高保真的分析冲击介质。我们的模拟表明，磁场的增长，伴随着近萨夫曼动能衰减（$E_{\textrm{kin}} \propto t^{-1.15})$没有湍流驱动，表现出略有不同的特性相比，周期性的盒子模拟。在其演化过程中似乎不存在明显的阶段，因为在湍流衰减过程中观察到磁场放大的激波通道和时间非常短（湍流翻转时间的$\sim\!0.3$）。然而，增长率仍然是一致的压缩（无卷曲）湍流驱动亚音速，可压缩湍流的预期。唯象理解的磁场和速度场的动态也阐明通过拉格朗日频谱，这是一致的预期的惯性范围缩放的欧拉-拉格朗日桥。
2023-02-16 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
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
Probabilistic neural networks for predicting energy dissipation rates in geophysical turbulent flows
基于海洋观测数据，提出了一个概率神经网络（PNN）模型，用于计算密度分层湍流中由速度梯度和密度梯度组成的垂直柱的湍流能量耗散率。我们在衰减湍流的高分辨率模拟上对模型进行训练和测试，该模型旨在模拟与海洋中发现的地球物理条件相似的地球物理条件。PNN模型优于广泛用于计算垂直切变海洋观测耗散率的基线理论模型，在湍流衰减过程中，在多个不同时间点捕获输出分布的尾部时更加稳健。差分灵敏度分析表明，这种改善可能是由于网络的能力，以捕捉额外的底层物理引入的密度梯度流。
2021-12-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Dual cascade and dissipation mechanisms in helical quantum turbulence
在经典湍流中，螺旋度会减少非线性，并能改变湍流的演化，而在量子湍流中，螺旋度的作用还没有完全被理解。本文采用Gross-Pitaevskii方程对螺旋量子湍流的自由衰减进行了高空间分辨率的数值模拟。这一演化过程与经典流动有着显著的相似之处，经典流动表现出不可压缩动能和螺旋度向小尺度的双重转移。时空分析表明，这两个数量耗散在小尺度上通过非线性激发开尔文波和随后的声子发射。在衰减开始时，产生的湍流显示出极化的大尺度结构和非极化的静止斑块，这让人想起在非常大的雷诺数下模拟经典湍流时观察到的那些。
2017-05-12 physics.flu-dyn
How does flow in a pipe become turbulent?
管流中向湍流的过渡不遵循瑞利-贝纳德或泰勒-库埃特流中熟悉的情况，因为层流剖面在所有雷诺数下都是稳定的，不受无穷小扰动的影响。此外，即使当流速足够高并且扰动足够强使得建立湍流时，它也可以返回到层流状态而没有任何即将衰减的指示。在此参数范围内，扰动的寿命表现出对初始条件的敏感依赖性和指数分布。湍流似乎是由三维行波的支持，出现在流场中的瞬态。层流和湍流动力学之间的边界是由不变的混沌状态的稳定流形形成的。我们还将讨论在短期内，定期连续域的观测之间的关系，并在充分扩展喷流的动态。
2007-09-20 physics.flu-dyn
Cascade-driven fragmentation-aggregation transitions in decaying turbulence
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本研究提出级联控制框架，揭示衰减湍流中Hinze尺度动态变化驱动破碎-聚并转变，预测临界指数5/3，并通过数值模拟和实验验证，取代传统瞬时准则。
2026-09-22 physics.flu-dyn
Complexity of the laminar-turbulent boundary in pipe flow
在过去的十年中，混沌的边缘已被证明是一个富有成效的出发点，当层流的底部流是线性稳定的剪切流的调查。剪切流的大量计算研究表明，存在状态空间的层流和湍流区域分开的状态。此外，一些研究确定了驻留在该边缘上的不变解。在本文中，我们研究的不稳定流形的一个这样的解决方案与援助的连续性，减少，我们在这里制定的第一次为轴向和方位角对称性的同时消除。在我们对不稳定流形的研究中，我们发现了一个以前未知的具有相对复杂结构的层流-湍流边界上的行波解。通过低维投影，我们可视化不同的动力学路径，连接这些解决方案的湍流。我们的数值实验表明，层流湍流边界表现出定性不同的区域，其性质的影响附近的不变的解决方案。
2018-05-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Neural-network-based mixed subgrid-scale model for turbulent flow
本文提出一种基于人工神经网络的亚格子模型，利用解析应力作为输入，可准确预测未经训练的衰减各向同性湍流，性能优于传统动态模型且计算更高效。
2022-10-23 physics.flu-dyn
Effect of thermal fluctuations on spectra and predictability in compressible decaying isotropic turbulence
本研究利用USP方法揭示了分子热涨落对可压缩衰减各向同性湍流能谱的标度律影响，并发现热涨落通过“误差逆向级联”显著降低湍流在较大尺度上的可预测性。
2023-06-30 physics.flu-dyn
On the growth of laminar-turbulent patterns in plane Couette flow
本文研究了平面Couette流中层流-湍流带斑图在全局稳定性阈值R_g附近的增长，在该阈值R_g以下，层流最终占优势。适当定制的直接数值模拟进行管理系统扩展到足以容纳几个波段。初始状态或萌芽是一个有限范围的倾斜湍流斑块。的增长被认为是从几个竞争的过程中产生的：（i）湍流补丁的成核接近或在已经形成的带段的末端，与相同的结晶性作为胚芽或相反的一个，和（ii）湍流崩溃类似的带衰减的间隙形成。展向扩张一旦有效，就可以观察到向螺旋形的生长。当R足够大时，理想对齐的图案通常在长而渐进的正则化阶段结束时获得。在略高于R_g时，可观察到稳定的分离带。当生长速率不够大时，细菌会在一个长的瞬态结束时腐烂，类似于实验中观察到的情况。局部连续增长/衰减微观机制被认为是竞争与大的偏差，这是介观成核事件（湍流补丁或层流间隙）控制系统的宏观行为（模式）的原因。这些研究结果的影响进行了讨论，根据Pomeau的建议，在统计物理中的定向渗流和一阶相变。
2012-02-01 nlin.PS physics.flu-dyn
A mass invariant in a compressible turbulent medium
Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université de Lyon（里昂高等师范学校，里昂大学）；University of Exeter（埃克塞特大学）；CEA-DAM-DIF（法国原子能和替代能源委员会达姆研究所）
本文通过数值模拟验证可压缩湍流中质量不变量 $M_{\rm inv}$ 在衰减阶段的恒定性，并提出无自由参数的理论模型，将相关长度及对数密度概率分布函数的非高斯演化与其方差联系起来。
2026-10-20 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
The energy flux spectrum of internal waves generated by turbulent convection
我们提出了一个自洽的，Boussinesq和笛卡尔模型的对流稳定分层流体湍流对流激发内波的三维直接数值模拟。我们证明，在大瑞利数（$Ra\in [4\times 10^7,10^9]$）和大分层（Brunt-Väisälä频率$f_N \gg f_c$，其中$f_c$是对流频率）的限制下，模拟与假设波是由湍流区域中的涡流引起的雷诺应力产生的理论（Lecoanet \& Quataert 2013 MNRAS 430（3）2363-2376）非常一致。具体来说，我们证明了波能通量谱的尺度类似于弱阻尼波的$k_{\perp}^4f^{-13/2}$（$k_{\perp}$和$f$是波的水平波数和频率），并且总波能通量随$z$（距对流区域的距离）衰减，就像$z^{-13/8}$。
2018-08-14 physics.flu-dyn
Collapse of statistical equilibrium in large-scale hydroelastic turbulent waves
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
研究揭示了大尺度水弹性湍流波在统计平衡状态下的衰减规律，通过实验验证了能量衰减的幂律关系及耗散机制。
2026-01-13 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.ao-ph
Drag Reduction by Polymers in Turbulent Channel Flows: Energy Redistribution Between Invariant Empirical Modes
本文采用粘弹流体FENE-P模型的直接数值模拟（DNS）方法，研究了稀聚合物添加剂对湍流的减阻作用。已经充分证明了这些模型方程再现了这一现象，但DNS的结果到目前为止还没有进行分析，目的是解释这一现象。为了建立一个有用的框架，了解减阻，我们开始在本文中的调查中最重要的模式，分别在粘弹性和牛顿湍流。经验获得的模式，使用Karhunen-Loeve分解，使我们能够比较最具活力的模式中的粘弹性和牛顿流。本研究的主要发现是，最具活力的模式的空间分布几乎没有改变之间的两个流动。变化的是与这些模式相关的能量，以及它们的相对顺序，从最具能量到最少。在一个流中被高度激发的模式可以在另一个流中被强烈抑制，反之亦然。这种剧烈的能量重新分配是本文提出的减阻机理的重要线索。特别是有一个增强的能量包含模式的粘弹性流相比，牛顿的;减阻被认为是在能量包含模式，而不是耗散模式中提出的一些以前的理论。
2002-10-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulent Decay of a Passive Scalar in Batchelor Limit: Exact Results from a Quantum-Mechanical Approach
我们证明了在Batchelor极限下，由具有零关联时间的随机不可压流平流输送的被动标量$θ$的衰变可以精确地映射到具有有限个自由度的量子力学系统。推导了薛定谔方程，并分析了其解的情况下，在开始时的标量具有高斯统计的相关函数的形式$e^{-|x-y|^2}$。标量的任何等时相关函数都可以通过薛定谔方程的解以封闭的代数形式表示。我们发现，标量是间歇性的，在其衰减和平均$|θ|^α$（假设零平均值$θ$）下降为$e^{-γ_αDt}$在大$t$，其中$D$是一个参数的流量，$γ_α=α(6-α)/4$的$0<α<3$，和$γ_α=9/4$的$α\geq 3$，独立于$α$。
1999-04-12 chao-dyn cond-mat.stat-mech hep-ph
