通过拓扑数据分析揭示 helically 旋转湍流中的间歇性时空特征
流体动力学
2026-05-19 v1
摘要
湍流动力学的核心挑战之一是精确识别强烈湍流波动 (STFs) 何时以及在何长度尺度上出现并发展为间歇事件，这些事件往往被传统统计诊断所掩盖。我们通过对低分辨率 (128^3) helically 旋转湍流流动应用拓扑数据分析 (TDA) 框架来揭示其间歇性的时空特征。采用涡度幅值和长度尺度 (涡旋大小) 场作为标量观测量进行 TDA：涡度刻画产生多尺度流结构的旋转动力学，而长度尺度场编码间歇活动出现的尺度。其演化的拓扑结构通过持久图和 Wasserstein 距离度量进行量化。与传统统计方法相比，该框架对局部和短暂的流变异更敏感，更清晰地检测到间歇行为。Wasserstein 距离热图图中的显著变化提供了 STFs 在空间和时间上的直接间歇性特征。这些结果表明，TDA 为检测导致间歇性的 STFs 提供了一种有效的补充工具。
引用
@article{arxiv.2605.17560,
title = {Spatio-Temporal Signatures of Intermittency in Helically Rotating Turbulence through Topological Data Analysis},
author = {Snigdhashree Mallick and Yashwanth Ramamurthi and Shiva Kumar Malapaka and Amit Chattopadhyay},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.17560},
year = {2026}
}
备注
42 pages, in which from pages 24 to 42 are fully figures only. Submitted to PRX