The Batchelor-Howells-Townsend spectrum: large velocity case
针对二维被动示踪剂谱标度问题，本文仅利用小波数分量的界，从概率角度证明了大波数下Batchelor-Howells-Townsend（BHT）谱标度成立，验证了经典预测且渐近误差可控。
2023-12-19 math.AP physics.flu-dyn
Passive advection in nonlinear medium
本文考虑了被动示踪剂$θ$在非线性松弛介质中被大尺度不可压速度场（Batchelor问题）强迫平流的情形，其尺度小于流的相关长度，大于扩散尺度。解释小尺度标量涨落的有效理论被证明是线性的、渐近自由的（从泵浦尺度向下尺度）和普遍的。只需要三个参数就可以详尽地描述标量差的小尺度统计量：两个与速度相关的参数，即试验线元指数拉伸率的平均值和色散（分别为$\barλ$和$Δ$），以及代表小尺度标量波动线性阻尼平均率的$α$。$α$是表征介质非线性和注入系统的$θ^{2}$通量振幅的显式泛函。结构函数表现出一种极其反常的间歇性行为：$<|δθ_{r}|^{q}> \sim r^{ξ_{q}}, ξ_{q} = \min {q,\sqrt{[ \frac{\barλ}Δ] ^{2} + \frac{2αq}Δ} - \frac{\barλ}Δ}$。问题中没有发现耗散反常现象。
1998-09-11 chao-dyn cond-mat.stat-mech nlin.CD
Statistics and geometry of passive scalars in turbulence
本文对中等雷诺数（10 =< R_λ=< 42）和施密特数大于1（2 =< Sc =< 32）时被动标量的混合进行了直接数值模拟（DNS）。模拟分辨率低于Batchelor比例高达四倍。平流湍流是均匀的和各向同性的，并保持稳定的随机强迫在低波数。被动标量通过一个方向上的平均标量梯度而呈现静止。本文研究了标量场的几何和统计性质与其梯度之间的关系。雷诺数和施密特数是不是足够大的Kolmogorov缩放或巴彻勒缩放的发展，并不奇怪，我们发现没有分形缩放的标量水平集，或等值面，在中间粘性范围。等值面的面积-体积比反映了标量涨落的近似高斯统计。由标量梯度幅值的条件概率密度函数（PDF）确定的等值面上的标量通量，具有朝向尾部的拉伸指数分布。对于小振幅和大振幅，标量耗散的PDF明显偏离对数正态分布。研究了标量及其耗散率的联合统计量，以及标量耗散的平均条件矩。我们研究粗粒化的概率密度的影响，以模拟测量中的不良探头分辨率的影响。
2005-10-21 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Very fine structures in scalar mixing
我们探索非常精细的尺度的标量耗散湍流混合，低于Kolmogorov和周围的Batchelor尺度，进行直接数值模拟在更精细的网格分辨率比通常采用在过去。我们认为，在一个本地的，波动的巴彻勒尺度的分辨率和研究的尾部的概率密度函数和多重分形性质的标量耗散的影响。这些非常精细的尺度波动的起源和重要性进行了讨论。一个结论是，它们不太可能与最强烈的耗散事件有关。
2005-02-17 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulent pair dispersion as a ballistic cascade phenomenology
本文提出尺度依赖弹道级联现象学解释湍流粒子对弥散，统一再现 Batchelor 与 Richardson 区，并联系 Richardson 常数、Kolmogorov 常数及前后向弥散不对称性。
2015-01-22 physics.flu-dyn
Reduction of mean-square advection in turbulent passive scalar mixing
直接数值模拟结果表明，在无规速度场作用下，被动标量平流中耦合项的方差小于速度场和标量场统计独立时的方差。这种效应类似于流体动力学湍流中的“非线性抑制”。我们表明，在数值数据中观察到的趋势是定性一致的封闭理论相关的Kraichnan的直接相互作用近似的预测。这一现象在普朗特数的范围内得到了证实。在惯性对流范围内，损耗相对于波数近似恒定。在Batchelor范围内效果较弱。
2012-07-20 physics.class-ph physics.flu-dyn
Shear effects on passive scalar spectra
研究了大尺度切变对被动平流标量场能谱的影响。剪切叠加在湍流各向同性流，产生Obukhov-Corrsin $k^{-5/3}$标量谱在小尺度。剪切效应出现在大尺度上，其中观察到不同的各向异性行为。标量谱的表现为$k^{-4/3}$的强度和方向固定的剪切。对于其他类型的剪切特性，斜率通常介于-5/3 Obukhov-Corrsin值和-1\f25 Batchelor-1值之间。在这种行为的起源的物理机制说明在拉格朗日粒子的运动。他们提供了一个解释的标量谱浅，并依赖于在剪切流中观察到的实验条件在中等雷诺数。
2004-10-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Timescales of Turbulent Relative Dispersion
湍流中示踪剂的分离遵循著名的$t^{3/2}$ Richardson-Obukhov定律，该定律通常由尺度相关的有效扩散系数来解释。在这里，在最先进的数字支持下，我们重新审视这一论点。速度差的拉格朗日相关时间被发现增加太快，验证这种方法，但加速度的差异decorrelated耗散时标。这导致速度差的渐近扩散$\propto t^{1/2}$，因此距离的长时间行为是布朗运动的积分行为。收敛到这个制度的时间被证明是从巴彻勒的初始弹道制度的偏差，给出了一个规模依赖的能量耗散时间，而不是通常的周转时间。最后指出，流体流动的不稳定性不应影响这种相对的长期行为，
2012-06-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Inertial effects on two-particle relative dispersion in turbulent flows
本文报道了在水中充分发展湍流的惯性范围内，具有初始分离的固体球形颗粒对的相对运动的实验结果。颗粒密度在$1 \lessapprox ρ_{p}/ρ_{f} \lessapprox 8$、\textit{i.e.}的范围内，从中性浮力到高度惯性;它们的大小为柯尔莫哥洛夫尺度。对于所有的颗粒，我们观察到一个巴彻勒一样的制度，其中颗粒分离弹道。与示踪剂的Batchelor制度类似，在相对分离的早期阶段观察到该制度，时间为$t \lessapprox 0.1 t_0$与$t_0$，由湍流能量耗散率和粒子对之间的初始分离确定。在这个时间间隔内，较重的粒子比流体示踪剂分离得更快。二阶欧拉速度结构函数随密度的增加而增加。换句话说，这两个观测结果都表明，惯性粒子之间的相对速度大于示踪剂之间的相对速度。基于广泛应用的简化惯性质点运动方程，导出了惯性质点间相对速度增加的模型。然而，在其尺度依赖性，它不同意定量与实验结果。这归因于惯性粒子对流场的优先采样，而惯性粒子没有被模型捕获。
2010-06-03 physics.flu-dyn
Small-scale resolving simulations of the turbulent mixing in confined planar jets using one-dimensional turbulence
采用基于地图的随机一维湍流（ODT）模型，对受限平面射流的小尺度湍流混合效应进行了数值研究。通过将ODT结果与体积雷诺数$Re=20\,000$和$40\,000$的可用参考数据进行比较，对动量输运进行了模型验证。计算各种逐点统计量，并与可用的参考数据进行比较。我们表明，这些数量可以很好地捕捉，或至少在合理的程度上，由独立的模型制定和固定的模型参数。在ODT结果中，只有均方根速度波动仍然被系统地低估了（近似因子为$1.5$）。之后，被动标量的湍流输运解决施密特数$Sc=1$和$1250$。对于高施密特数和对比的速度波动，它表明，标量波动方差是高达十倍以上的ODT模拟解决巴彻勒尺度。波动方差是显着较小的施密特数较低，但表现出更好的协议与参考在名义上较高的施密特数。我们认为，这是由于隐式过滤的参考文献中，几乎没有解决柯尔莫哥洛夫规模。ODT湍流谱支持这一解释，因为只有在施密特数较高时才能观察到类似巴彻勒的标量湍流谱。借助于这些谱和涨落统计，我们得出结论，隐式滤波具有与施密特数减少类似的效果。
2019-04-17 physics.chem-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Bose-like condensation of Lagrangian particles and higher-order statistics in passive scalar turbulent advection
我们建立了一个迄今为止隐藏的零模式和瞬子的背景下，被动标量湍流平流的Kraichanan模型，依赖于生产的标量强梯度的假设是与玻色状凝聚的拉格朗日粒子。它开辟了一条道路，计算的N阶结构函数的标量的标度指数借用多体理论的技术。在最低阶近似下，标度指数在二维空间中随log N渐近增加。
2010-08-24 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A Differential Approximation Model For Passive Scalar Turbulence
本文用一个基于三阶微分近似的k空间扩散模型研究了二维被动标量湍流。傅立叶空间中的局部非线性相互作用的这种简单的描述示出了一个一般的表达式，与以前的开创性的工作，似乎是适合于各种二维湍流问题。流的谱能量密度的稳态解示出恢复Kraichnan-Kolmogorov现象的双级联，而各种被动标量谱，如Batchelor或Obukhov-Corssin谱恢复为稳态解的被动标量的谱能量密度。这些分析结果，然后证实了能量和被动标量注入和耗散的对数波数空间网格在很大的尺度范围内的时间演化问题的数值解。所获得的特定幂律谱被发现主要取决于动能和被动标量能量注入的位置。
2019-10-07 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Chaotic and turbulent mixing of passive scalar
利用对均匀不可压流动（有和无被动标量平均梯度）的$8 \leq Re_λ < 700$和反应湍流混合层的直接数值模拟结果，研究了被动标量动力学中小Taylor-Reynolds数$Re_λ \lesssim 40$的时空确定性混沌和湍流$Re_λ \gtrsim 40$的分布混沌。结果表明，在小$Re_λ$的被动标量波动的确定性混沌的特点是指数空间（波数）谱：$E(k) \propto \exp-(k/k_c)$，而在湍流$Re_λ$的分布混沌的特点是拉伸指数谱$E(k) \propto \exp-(k/k_β)^{3/4}$。Birkhoff-Saffman不变量与动量守恒有关，并且由于Noether定理，空间均匀性已被用作这种拉伸指数谱的理论基础。虽然$k_c$和$k_β$代表了大尺度结构，但也建立了Batchelor尺度$k_{bat}$的相关性：归一化值$k_c/k_{bat}$和$k_β/k_{bat}$表现出普适性。
2019-03-27 physics.flu-dyn
Lagrangian views on turbulent mixing of passive scalars
被动标量湍流的拉格朗日观点最近产生了有趣的结果和解释。本文简要评述了拉格朗日湍流在理论、实验、模拟和数据分析方面的创新。审查的一部分是密切相关的所谓的Kraichnan模型的平流的被动标量合成湍流。对更好地理解Navier-Stokes湍流中的被动标量混合的可能影响也进行了讨论。
2009-04-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Compressibility in turbulent MHD and passive scalar transport: mean-field theory
本文采用准线性近似和谱$τ$方法，发展了湍流磁流体力学和被动标量输运中压缩性效应的平均场论。我们发现，可压缩性降低了$α$效应和湍流磁扩散率在小和大的磁雷诺数，Rm。同样，可压缩性降低了被动标量在小和大的Péclet数，Pe的湍流扩散系数。另一方面，对于大的Rm，可压缩性不影响磁场的有效泵浦速度，但是对于小的Rm，可压缩性使其减小。密度分层导致被动标量的湍流泵送，但它被发现变得越来越弱的可压缩性。对于磁场，不存在这样的泵浦效应。然而，可压缩性的结果在一个新的被动标量泵效应从低到高的湍流强度的区域，无论是小的和大的Péclet数。它可以被解释为非惯性颗粒和气体混合物的可压缩的turbophoresis，而经典的turbophoresis效应只存在于惯性颗粒，并导致它们被泵送到湍流强度较低的区域。
2018-08-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Burns turbulent dispersion considers the dispersed phase as a passive scalar
本研究揭示双流体RANS泡状流中常用的Burns湍流弥散力等效于将气相视为跟随湍流涡的被动标量，验证了其适用于低空泡份额压水堆管流的气泡弥散表征。
2024-03-11 physics.flu-dyn
Notes about Passive Scalar in Large-Scale Velocity Field
我们考虑了不可压缩大尺度湍流对被动标量θ（t，r）的平流。在Kraichnan模式的框架下，得到了θ的单点统计量和被动标量差θ（r_1）-θ（r_2）（分离度r_1-r_2位于对流区间）的全部概率分布函数。
1998-10-15 chao-dyn cond-mat.stat-mech nlin.CD
A Lagrangian model for the evolution of turbulent magnetic and passive scalar fields
在本文中，我们提出了一个扩展的\emph{Recent Fluid Deformation (RFD)}封闭Chevillard和Meneveau（2006年），这是发展的不可压Navier-Stokes湍流的拉格朗日波动的时间演化模拟。我们应用RFD闭包来研究磁场和被动标量涨落的演化。这种比较是特别有趣的，因为磁场和被动标量的梯度的拉伸项是相似的，但有一个符号不同，使得湍流速度场的拉伸和压缩的效果是相反的。概率密度函数（PDF）的磁波动和波动的梯度从RFD封闭获得的被动标量进行比较，对PDF从直接数值模拟。
2010-12-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Helicity effect on turbulent passive and active scalar diffusivities
本文通过数值模拟发现螺旋度会降低有效磁扩散率但增强被动标量扩散率，并证明速度场关联时间随动能螺旋度增加是解释该结果的关键。
2025-05-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Passive scalar tracers in chaotic and turbulent atmosphere
螺旋分布混沌的概念已被用来描述从大气表层到中间层的被动标量示踪剂的时空动力学（在不同的稳定条件和不同的纬度）。具有不同类型人工和天然微量气体（臭氧、二氧化碳等）的点源、线状源和分布式源和汇，和气溶胶进行了研究。还简要讨论了多云大气中太阳辐射透射率的有关性质以及木星大气中示踪剂的类似性质。
2021-05-25 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent stretching of dumbbells with hydrodynamic interactions: an analytical study
本研究通过解析求解Fokker-Planck方程，揭示了流体动力学相互作用对湍流中弹性哑铃拉伸的影响，发现其优先增强刚性哑铃的拉伸，并通过布朗动力学模拟验证了结果。
2025-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Clustering, fronts, and heat transfer in turbulent suspensions of heavy particles
由湍流输送的重惯性粒子集中在平流被动标量（如温度）显示非常强的前状不连续性的区域。这种新颖的效应是由颗粒采样的被动场的极高水平的波动的原因，该波动影响颗粒与周围流体之间交换的热通量。瞬时和平均的热通量遵循强烈的间歇性统计和异常标度律。
2014-01-09 nlin.CD 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
Schmidt number dependence of derivative moments for quasistatic straining motion
对于施密特数$Sc$的大值，得到了无源标量的高阶导数矩的界。该程序是基于Batchelor开创的粘性对流范围的方法。阶$n$的导数矩的上界被证明是增长为$Sc^{n/2}$非常大的施密特数。结果与直接数值模拟的被动标量，其$Sc$变化之间的1/4和64，均匀各向同性湍流混合。虽然分析没有提供适当的界限归一化的时刻，分析和数值数据的组合表明，他们与$Sc$衰减，至少为奇数阶。由于版权问题，本文已被作者撤回。它出现在流体力学杂志（2003年）。http://jfm-www.damtp.cam.ac.uk/
2003-02-04 nlin.CD physics.flu-dyn
Comparative experimental study of local mixing of active and passive scalars in turbulent thermal convection
我们在$Ra\sim10^{10}$实验研究了水中湍流瑞利-贝纳德对流中主动和被动标量场的统计特性。在矩形池的侧壁附近测量了荧光染料的局部浓度和局部温度。结果表明，虽然它们是由同一湍流平流输送的，但两个标量的分布不同。这种差异是双重的，即数量本身和它们的小尺度增量都有不同的分布。结果表明，存在一个基于时间域的浮力尺度，即Bolgiano时间尺度$t_B$，在此尺度以上，浮力效应是显著的。高于$t_B$，温度是主动的，并且发现比被动的浓度更间歇。这表明，在湍流热对流中，活动标量具有较高的不稳定性。它进一步发现，这两个标量场的混合是各向同性的尺度大于$t_B$，即使浮力作用于流体在垂直方向上。低于$t_B$，温度是被动的，并且被发现比浓度更具有各向异性。但这种较高的各向异性程度归因于温度的扩散率高于浓度的扩散率。从温度和浓度的同时测量，它表明，两个标量具有相似的自相关函数，它们之间有很强的正相关。
2008-03-29 physics.flu-dyn
Chaotic and turbulent dispersion of heavy inertial particles
利用有效扩散率和分布混沌的概念，研究了被动重惯性粒子在具有Ekman阻力的均匀二维湍流中的混沌和湍流弥散。最近的直接数值模拟的结果已被用于这一目的。本文还简要地讨论了斯托克斯数对这些概念在被动重惯性粒子弥散中的适用性的影响。
2019-05-29 physics.flu-dyn
Critical region in the spatiotemporal dynamics of a turbulent thermoacoustic system and smart passive control
提出了一种抑制钝体稳定预混湍流燃烧室热声不稳定性的被动控制策略。当当量比变化时，燃烧室中存在从燃烧噪声到热声不稳定性的过渡。我们同时进行声压，2D-PIV，和CH $^*$化学发光测量捕获的压力波动，速度场，和热释放率（HRR）场在过渡期间。我们测量的湍流速度的振幅在声频，时间平均涡度，时间平均HRR和瑞利指数的空间分布，并确定各种区域的意义。我们实施了一种被动控制策略，针对这些地区的稳定注射的二次微射流的空气，以优化注射位置，并确定关键区域。以二次空气为目标的临界区域导致对主导热声模式的大于20 dB的抑制。我们观察到，相干结构形成的剪切层后转储平面得到抑制，导致HRR波动的非相干空间分布。我们发现，湍流速度幅值正确识别的关键区域，优化被动控制热声不稳定性。与此相反，瑞利指数确定的区域最显着的声学驱动，但是，它不确定的区域最敏感的控制。最后，我们通过确定从湍流速度场测量的Hurst指数的空间分布来扩展我们的分析。我们发现，赫斯特指数确定的临界区域热声不稳定性和不稳定性，不同于其他物理措施。
2020-11-03 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
Lagrangian chaos and turbulent diffusivity
本文研究了由三个准点涡的准周期（可积）运动和三个准点涡和六个准点涡的混沌运动产生的拉格朗日混沌所产生的被动标量混合，并与二维和三维定常各向同性均匀湍流以及网格后和圆柱后湍流尾迹中被动标量的湍流混合进行了比较。数值和实验室实验的结果已被使用和有效的扩散近似以及分布式混沌方法已被应用到这个问题。
2019-04-11 physics.flu-dyn
Passive scalar transport in rotating turbulent channel flow
采用直接数值模拟的方法研究了展向系统旋转条件下槽道湍流中标量输运问题。雷诺数$Re = U_b h/ν$固定为$20\,000$，旋转数$Ro = 2 Ωh/U_b$在0至1.2之间变化，其中$U_b$是整体平均速度，$h$是半通道间隙宽度，$Ω$是旋转速率。标量值是恒定的，但在两个壁不同，导致稳定的标量输运通过通道。旋转导致不稳定的通道侧具有相对较强的湍流和湍流标量输送，以及稳定的通道侧具有相对较弱的湍流或层流，弱湍流标量输送，但大的标量波动和陡峭的平均标量梯度。在稳定通道侧的某些$Ro$处观察到的不同的顺磁层流模式在标量梯度场中诱导类似的模式。研究的主要结论是，旋转降低了标量和速度场之间的相似性，标量动量输运的雷诺类比不适用于旋转湍流槽道流。这是由速度和标量波动之间的相关性降低，并强烈减少湍流普朗特数小于0.2的不稳定通道侧远离壁在较高的$Ro$。在不稳定通道一侧，标量尺度变得比湍流尺度更大，根据光谱和湍流标量通量矢量变得更一致的平均标量梯度由于旋转。预算中的标量能量和标量通量的控制方程，以及其他相关的湍流建模统计。
2017-10-30 physics.flu-dyn
Learned discretizations for passive scalar advection in a 2-D turbulent flow
流体模拟的计算成本随着网格分辨率的增加而迅速增加。这给模拟准确解决复杂流动的小尺度特征的能力带来了很大的限制。在这里，我们使用机器学习方法来学习一种数值离散化，即使在经典方法的解决方案分辨率不足的情况下也能保持高精度。我们将这种方法应用于二维湍流中的被动标量平流。该方法保持了与传统高阶通量限制平流求解器相同的精度，同时在每个维度上使用4倍的低网格分辨率。机器学习组件与传统的有限体积方案紧密集成，并且可以通过端到端可微分编程框架进行训练。求解器可以通过卷积滤波器在CPU和加速器上实现接近峰值的硬件利用率。代码可在https://github.com/google-research/data-driven-pdes上获得。
2020-11-05 cond-mat.dis-nn physics.comp-ph physics.flu-dyn
Predictive modeling of passive scalar transfer to a wall using stochastic one-dimensional turbulence
本文将槽道湍流中的被动标量作为湍流边界层传热传质的正则问题来研究。一维湍流模型被用来数值研究施密特和雷诺数的依赖性标量转移到一个壁，由于波动的壁正常传输。首先，该模型是校准低阶速度统计。在此之后，我们保持模型参数固定，并调查低阶被动标量统计相关的施密特和雷诺数范围。我们表明，该模型一致预测的边界层结构和缩放制度，它是接近渐近一维理论。
2020-11-09 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Energy and flux budget closure theory for passive scalar in stably stratified turbulence
针对稳定分层湍流，发展了被动标量（非浮力和非惯性粒子或气体混合物）的能量和通量收支（EFB）封闭理论。EFB湍流闭合的物理背景是基于湍流动能和势能以及动量和浮力的湍流通量以及颗粒的湍流通量的收支方程。EFB湍流闭合是为从中性到非常稳定的分层地球物理流而设计的，它意味着在任何分层处，湍流都是由速度切变维持的。在定常状态下，导出了被动标量的湍流通量和各向异性非对称湍流扩散张量的表达式，并得到了该张量各分量的普适通量理查森数依赖关系。湍流扩散张量在垂直方向上的对角分量被强分层抑制，而在水平方向上的对角分量没有被抑制，并且它们与湍流扩散张量的其他分量相比是占主导地位的。这意味着，任何最初创建的强烈不均匀的粒子云演变成一个薄煎饼在水平面上的垂直方向上的厚度非常缓慢的增加。湍流Schmidt数随梯度理查森数线性增加。考虑到这些结果的应用程序的大气边界层湍流，理论关系推导出允许确定的湍流扩散张量作为一个函数的垂直坐标测量的单位的地方Obukhov长度尺度。所得到的关系式在模拟大气边界层湍流和自由大气湍流中的颗粒弥散方面具有潜在的应用价值。
2021-06-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Evolution of localized magnetic field perturbations and the nature of turbulent dynamo
本文提出将任意磁场分布视为局部扰动叠加的方法，揭示了三维湍流惯性区内磁场呈指数增长的发电机机制，并解释了二维缺失与三维高效性的差异。
2021-03-24 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Experimental study of turbulent mixing in a T-shaped mixer
本研究引入新型实验装置对T形混合器中的湍流混合进行光学研究，通过二维粒子图像测速和平面激光诱导荧光测量表征湍流动能、耗散及标量浓度方差，并与模型预测和直接数值模拟结果进行了对比。
2025-09-12 physics.flu-dyn
Constraints on scalar diffusion anomaly in three-dimensional flows having bounded velocity gradients
本研究关注的是一个被动标量$θ$在三维流动有界速度梯度的衰减行为。给定一个初始光滑的标量分布，标量方差$<θ^2>$的衰减率$d<θ^2>/dt$被发现是有界的控制物理参数。此外，在零扩散率极限$κ\to0$中，如果存在与$κ$无关的$α_0\in(0,1]$，使得对于$α\leα_0$为$<|(-Δ)^{α/2}θ|^2><\infty$，则该速率作为$κ^{α_0}$消失。如果在极限$κ\to0$中，方差谱$Θ(k)$对于大的波数$k$保持比$k^{-1}$陡，则满足该条件。当不存在这样的正$α_0$时，标量场可以说变成虚拟奇异的。与Batchelor理论一致的一个合理的情况是，对于较小的$κ$，$Θ(k)$变得越来越浅，接近极限$κ\to0$中的Batchelor缩放$k^{-1}$。在这个经典的例子中，衰变率也会消失，尽管更慢--就像$(\ln P_r)^{-1}$，其中$P_r$是普朗特数或施密特数。因此，扩散异常被排除在一个广泛的标量分布，包括幂律谱不浅于$k^{-1}$。这意味着，为了有一个$κ$独立的和非零的衰变率，在小尺度的方差必须大于巴彻勒光谱所允许的。这些结果进行了讨论，在现有的文献中的渐近指数衰减$<θ^2>\sim e^{-γt}$，其中$γ>0$是独立的$κ$。
2008-06-19 physics.flu-dyn
Effective diffusivity of passive scalars in rotating turbulence
我们使用直接数值模拟来计算湍流旋转流中被动标量的湍流输运系数。在平行和垂直于旋转轴的方向上的有效扩散系数通过研究被动标量的施加的初始轮廓的扩散而获得，并且通过测量标量的平均浓度和平均空间通量作为时间的函数而计算。改变Rossby和Schmidt数以量化它们对有效扩散的影响。研究发现，旋转会降低垂直方向上的标量扩散率。垂直扩散可以使用垂直于旋转轴的特征速度和长度从混合长度参数估计。小施密特数，湍流运输减少和分子扩散变得更加显着的偏差。
2013-02-12 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Passive scalar anisotropy in a heated turbulent wake: new observations and implications for LES
实验研究了被动标量各向异性对亚网格物理和大涡模拟模拟的影响。测量横跨一个中等雷诺数尾流产生的加热气缸，使用一个阵列的四个X线和四个冷线探头。通过改变阵列中探针之间的间隔距离，我们获得了三种不同滤波器尺寸下的滤波量和亚网格量。我们计算几个条款，包括次网格耗散张量的动能和标量方差和测试各向同性的行为，作为一个功能的过滤器规模。我们发现，而动能耗散张量趋于各向同性在小尺度上，SGS的标量方差耗散保持各向异性独立的过滤器规模。涡扩散模型预测各向同性的行为，而非线性（或张量涡扩散）模型再现正确的趋势，但高估了标量耗散各向异性的水平。这些结果为所谓的混合模型提供了一些支持，但对所观察到的各向异性的原因提出了新的问题。
2001-06-04 physics.flu-dyn
Turbulent transport in a non-Markovian velocity field
本文利用Furutsu-Novikov定理计算非零相关时间对湍流输运系数的最低阶修正，发现被动标量和磁场的湍流扩散率均被抑制，且磁场扩散率小于被动标量，并给出α效应修正。
2025-02-05 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
A dynamical equation for the distribution of a scalar advected by turbulence
本文提出了一个唯象模型来描述由于流体运动引起的应变引起的标量涨落的耗散。一个显式方程的粗粒标量浓度的概率分布函数的时间演化。该模型依赖于自卷积过程。我们首先提出了这个模型中的巴彻勒政权，然后经验扩展我们的结果的湍流情况。列入该模型在更一般的传输方程，包括空间梯度，讨论与二维湍流和分层流。
2006-03-27 physics.flu-dyn
Passive scalar cascades in rotating helical and non-helical flows
我们研究了螺旋度如何影响旋转湍流中被动标量的频谱，使用数值模拟的湍流有或没有旋转，和有或没有注入的螺旋度。能量和被动标量谱在垂直于旋转轴的方向上的标度律在旋转螺旋流中不同于在非螺旋情况下发现的标度律，在前一种情况下被动标量方差的谱比后者浅。一个简单的唯象模型，链接的螺旋性的影响，能谱与被动标量谱。
2012-07-30 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Passive scalar diffusion as a damped wave
三维湍流模拟表明，湍流均方根速度是湍流扩散速度的上限。这与磁扩散非常相似，其中最大扩散速度是光速。从数学上讲，这是由于包含法拉第位移电流，它确保了因果关系的遵守。在湍流扩散中，当使用最小τ近似时，很自然地出现类似于位移电流的项。模拟证实了这样一个长期的存在，并给出了其相对重要性的定量测量。
2004-04-26 physics.flu-dyn
Scaling Laws of Passive-Scalar Diffusion in the Interstellar Medium
University of Cambridge（剑桥大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
研究星际介质中被动标量扩散的标度规律，提出分数扩散方程描述湍流对流，验证了湍流马赫数对扩散的影响，指出均值标度适用于集合行为，但单个粒子仍保持相干性。
2017-01-27 astro-ph.GA cs.NA math.NA
Experimental investigation of vertical turbulent transport of a passive scalar in a boundary layer: statistics and visibility graph analysis
本文利用垂直湍流输运时间序列对被动标量羽流在湍流边界层中的动力学特性进行了实验研究。数据是在粗糙壁湍流边界层中获得的，该边界层在循环风洞装置中形成。为了研究排放条件对羽流动力学的影响，考虑了两个源在高处的大小。分析的重点是弯曲运动和相对色散的影响。首先，研究了经典统计。我们发现，（根据以前的研究）的曲折运动是主要负责的差异的方差和不稳定性，以及峰度和功率谱密度，两个源的大小之间。相反，平均值和偏度受排放条件的影响较小。为了表征湍流输送序列的时间结构，利用可见性算法进行基于复杂网络的分析。分析了两个网络指标-平均峰值发生率和波动系数，因为它们可以反映极端事件的时间发生情况及其在系列中的相对强度。的弯曲运动和相对分散的羽流的影响进行了讨论，在网络度量的视图中，揭示了一个较强的弯曲运动与较高的平均峰值出现和折射率系数的值。基于网络的分析通过描述排放条件对极端事件及其相对强度的信号时间结构的影响，提高了经典统计的信息水平。通过这种方式，复杂网络提供了-通过网络度量的评估-实验数据的时间序列分析的有效工具。
2019-10-09 physics.flu-dyn stat.OT
Combined active-passive heat transfer control using slotted fins and oscillation in turbulent flow: the cases of single cylinder and tube banks
在强化传热的方法中，如径向翅片，强化传热通常导致阻力增加。在本文中，槽插入的鳍，同时降低阻力系数。本文研究了圆柱体和带有径向开槽翅片的振荡管束的湍流对流换热。基于k-ω SST闭合模型，利用OpenFOAM软件对控制方程进行二维求解。研究了不同槽位、槽宽、槽数、鳍片高度和振荡频率的情况。在所有情况下，雷诺数取为等于5000。在鳍片上的三个槽的存在下，阻力系数降低了23%，努塞尔数增加了76%。为了强化管束的传热，采用了管束振动和开槽翅片的方法。最佳情况发生在具有振荡的第三柱的样品中，其相对于固定情况显示出3%的热传递增量。这是同时添加开槽翅片到振荡管组增加传热高达2.5倍。
2021-06-14 physics.flu-dyn
Multipoint Statistical Turbulent Dynamics from Hopf Equation Closures
University of California Irvine（加州大学尔湾分校）
本文提出基于霍普夫方程闭合方法，用于分析多点湍流统计信息，通过解析解和数值近似深入理解湍流特性。
2026-03-12 physics.flu-dyn
Mean temperature profiles in turbulent internal flows
本文基于内层热涡扩散率和核心流被动标量亏损的普适性，推导出受迫湍流对流中平均温度剖面的显式公式，并在管道和通道流的直接数值模拟中验证了其广泛适用性。
2024-08-30 physics.flu-dyn
Passive transverse forcing of turbulent boundary-layer flow using sinusoidal surface grooves
Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学航空航天学院）
实验研究平行蜿蜒流向沟槽的被动横向强迫效应，发现诱导的会聚-发散流动模式由侧向压力梯度周期性和表面几何形状决定，但摩擦阻力减少潜力有限。
2026-06-02 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
Coherent Organization of Passive Scalar from a Point-Source in a Turbulent Boundary Layer
本文研究湍流边界层中点源被动标量羽流的空间组织与蜿蜒破碎机制，通过Ac-PLIF和PIV同步测量揭示相干涡旋运动主导高浓度标量离壁输运，并提出基于相干结构的输运机制。
2025-04-14 physics.flu-dyn
Single inertial particle statistics in turbulent flows from Lagrangian velocity models
我们提出了拉格朗日示踪粒子模拟技术的扩展[B. Viggiano等人，流体力学杂志（2020），第900卷，A27]，其考虑了颗粒惯性的影响。因此，几个斯托克斯数的粒子速度直接建模的多层Ornstein-Uhlenbeck过程和比较的关键统计量（二阶速度结构函数，加速度关联函数，和均方根加速度）的表达式来自巴彻勒的模型，以及直接的数值模拟（DNS）进行。在这两种方法中，斯托克斯的阻力由近似的“线性滤波器”处理，该滤波器将进入流体速度场的粒子位置替换为相应的理想示踪剂位置。惯性粒子的优先浓度的影响被考虑在一个有效的斯托克斯数，这是从零交叉的加速度关联函数从DNS确定。因此，这种近似允许通过随机方法和拉格朗日速度模型对惯性粒子统计进行建模;粒子速度有效地与粒子位置解耦。与普通滤波技术[Cencini等人，杰·特布尔（2006），7，N36]，我们的方法捕获了在低斯托克斯数下的粒子的优先浓度的影响，其例如通过增加斯托克斯数的加速度方差的急剧减小而表现出来。
2021-06-14 physics.flu-dyn
Passivity-Based Output-Feedback Control of Turbulent Channel Flow
本文介绍了一种鲁棒线性时不变输出闭环控制策略，以减少湍流波动，因此皮肤摩擦阻力，在壁有界的湍流流体流动，但在非线性湍流制度的性能保证。新的策略是有效的，在减少可用能量的供应，以饲料的湍流波动，表示为减少二次存储功能的供应率的约束。控制流动动态的方程中存在的非线性已知是被动的，并且可以被认为是对线性化动态的反馈强迫（Lur 'e分解）。因此，只需要控制线性动态，以使系统接近被动。确定了槽道湍流的十种最能产生能量的空间模式。然后生成基于无源性的控制器来控制这些模式。控制器需要测量流向和展向壁面剪应力，它们通过壁面蒸发来驱动。非线性直接数值模拟表明，这些控制器能够显着降低湍流能量和表面摩擦阻力的流动。
2016-02-23 math.OC physics.flu-dyn
