湍流对流中大尺度态之间的集体变量
流体动力学
2023-08-03 v1
摘要
受限湍流对流流的动力学由多个长寿命的宏观环流态主导，系统以马尔可夫型跳跃过程依次访问这些态。在本工作中，我们通过数据驱动的学习算法分析这些相继宏观系统态之间的短过渡路径，该算法提取低维过渡流形及相关的新的坐标（我们称之为集体变量）于复杂湍流流的状态空间中。因此我们转移并扩展了随机微观系统（如大分子动力学中）构象过渡的概念至确定性宏观流。我们的分析基于在普朗特数 、瑞利数 和 、时间滞后 对流自由落体时间单位的封闭立方腔内湍流对流的长期直接数值模拟轨迹。模拟分辨了所有物理相关尺度的涡与羽流，形成由超过 350 万自由度张成的状态空间。大尺度环流态之间的过渡动力学可仅用两个集体变量的过渡流形分析捕捉，这意味着数据维度缩减了超过一百万倍。我们的方法表明在当前设置下大尺度流的停滞与后续反转不太可能，从而为发展宏观复杂非线性动力系统的有效降阶模型铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2304.02966,
title = {Collective variables between large-scale states in turbulent convection},
author = {Priyanka Maity and Andreas Bittracher and Péter Koltai and Jörg Schumacher},
journal= {arXiv preprint arXiv:2304.02966},
year = {2023}
}
备注
24 pages, 12 Figures, 1 table