کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
8201468 1529822 2018 39 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Potential landscape and flux field theory for turbulence and nonequilibrium fluid systems
ترجمه فارسی عنوان
چشم انداز بالقوه و تئوری میدان شار برای آشفتگی و سیستم های مایع غیرمجاز
ترجمه چکیده
آشفتگی یک پارادایم برای سیستم های دور از تعادل بدون تقارن معکوس است. برای جذب ماهیت غیر قابل برگشت ناپایدار آشفتگی و بررسی پیامدهای آن، ما یک چشم انداز بالقوه و تئوری میدان شار برای جریان متلاطم و سیستم های مایع غیرموجب مایع که توسط معادلات ناجی-استوکس تصادفی تنظیم می شود، ایجاد می کنیم. ما متوجه می شویم که سیستم های مایع تعادل با برگشت پذیری زمان با محدودیت تعادل دقیق مشخص می شود که شرایط تعادل دقیق را تعیین می کند. در سیستم های غیر مایع مایع با حالت های ثابت ناپایدار، تعادل دقیق تعادل مستقیما به یک جفت پیامد مرتبط می شود، یعنی، چشم انداز پتانسیل غیر غایی و شتاب احتمالی غیرقابل برگشت، ایجاد یک "تثلیث غیرمترقبه". تثلیث نابرابر سهبعدی جوهر غیرقابل برگشت غیرمستقیم سیستم های مایع را با عدم برگشت پذیری ذاتی مشخص می کند و در جنبه های مختلف این سیستم ها ظاهر می شود. به نظر می رسد دینامیک تصادفی ناپایداری سیستم های مایع از جمله آشفتگی با تعادل تعادل دقیق توسط هر دو گرادیان پتانسیل پتانسیل غیر غاز و شار احتمالی غیرقابل برگشت، همراه با نیروی مجاور برگشت پذیر و نیروی تکان دهنده تصادفی رانده شده است. ما یک اتصال پایه ای از جریان انرژی ضروری برای آبشار آشفتگی انرژی را به شتاب احتمالی غیرقابل برگشت و چشم انداز پتانسیل غوطه وری تولید شده توسط شکستن تعادل دقیق نشان می دهد. با استفاده از شار انرژی به عنوان یک مرکز اتصال، ما نشان می دهیم که قانون چهار پنجم در آشفتگی کامل ایجاد شده نتیجه و بازتاب تثلیث نابرابر است. ما همچنین نشان می دهیم که چگونه تثلیث نابرابر ممکن است در قوانین مقیاس گذاری در آشفتگی تاثیر بگذارد.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه فیزیک و نجوم فیزیک و نجوم (عمومی)
چکیده انگلیسی
Turbulence is a paradigm for far-from-equilibrium systems without time reversal symmetry. To capture the nonequilibrium irreversible nature of turbulence and investigate its implications, we develop a potential landscape and flux field theory for turbulent flow and more general nonequilibrium fluid systems governed by stochastic Navier-Stokes equations. We find that equilibrium fluid systems with time reversibility are characterized by a detailed balance constraint that quantifies the detailed balance condition. In nonequilibrium fluid systems with nonequilibrium steady states, detailed balance breaking leads directly to a pair of interconnected consequences, namely, the non-Gaussian potential landscape and the irreversible probability flux, forming a 'nonequilibrium trinity'. The nonequilibrium trinity characterizes the nonequilibrium irreversible essence of fluid systems with intrinsic time irreversibility and is manifested in various aspects of these systems. The nonequilibrium stochastic dynamics of fluid systems including turbulence with detailed balance breaking is shown to be driven by both the non-Gaussian potential landscape gradient and the irreversible probability flux, together with the reversible convective force and the stochastic stirring force. We reveal an underlying connection of the energy flux essential for turbulence energy cascade to the irreversible probability flux and the non-Gaussian potential landscape generated by detailed balance breaking. Using the energy flux as a center of connection, we demonstrate that the four-fifths law in fully developed turbulence is a consequence and reflection of the nonequilibrium trinity. We also show how the nonequilibrium trinity can affect the scaling laws in turbulence.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Annals of Physics - Volume 389, February 2018, Pages 63-101
نویسندگان
, , ,