Anomalous dissipation in fluids, deterministic turbulence, and intermittency

流体中的反常耗散、确定性湍流和间歇性

基本信息

  • 批准号:
    1210896
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30.84万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-09-15 至 2016-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ShvydkoyDMS-1210896 The most pressing mathematical issues arising in fluid dynamics are becoming increasingly intertwined with the statistical theory of turbulence. The Navier-Stokes and Euler equations have served as the primary tools for numerical modelling, yet the very basic question of whether they can actually produce solutions satisfying laws of turbulence has not been settled. In recent years, with the advances of topological methods and better understanding of the nonlinear structure of the equations, this problem, commonly known as the Onsager conjecture, has come within our reach. The underlying theme of this project is to develop an analytical approach for studying statistical properties of deterministic solutions. The focus is on finding stationary energy dissipative weak solutions of the Euler and active scalar equations in the Onsager-critical regularity class, developing rigorous fractal analysis of the empirical concept of intermittency as a volumetric measure of non-uniformity of the Richardson cascade, excluding extreme deviations from the classical Kolmogorov laws as shown by the vast experimental data, and establishing links between intermittency and the global regularity problem. Turbulence is a complex chaotic process of fluid motion that commonly happens when a stirring force, like heat from the sun or an airplane cutting fast through air, injects a lot of energy into the system. This motion gets so complicated and rough that a part of the kinetic energy gets lost, creating what is known as anomalous dissipation. In our lives we can see this dissipation responsible, for example, for creation of additional drag in the turbulent wake of an airplane or our cars. In order to improve energy efficiency it is therefore essential to understand the mechanisms behind the process of anomalous energy loss and the reasons why it arises. In this project the investigator develops mathematical foundations of this aspect of turbulence based directly on the governing equations of fluid motion. A particular emphasis is given to studying non-uniformity of energy dissipation, which allows identifying regions where it occurs the most. An integral part of the project is developing the analytical and computational skills of graduate and undergraduate students.
shvydkoydms-1210896流体动力学中产生的最紧迫的数学问题正越来越与湍流统计理论交织在一起。 Navier-Stokes和Euler方程已成为数值建模的主要工具,但是尚未解决它们是否可以真正产生满足湍流定律的解决方案的非常基本的问题。 近年来,随着拓扑方法的进步和对方程式非线性结构的更好理解,这个问题(通常称为Onsager猜想)已在我们的范围内。 该项目的基本主题是开发一种研究确定性解决方案的统计特性的分析方法。 The focus is on finding stationary energy dissipative weak solutions of the Euler and active scalar equations in the Onsager-critical regularity class, developing rigorous fractal analysis of the empirical concept of intermittency as a volumetric measure of non-uniformity of the Richardson cascade, excluding extreme deviations from the classical Kolmogorov laws as shown by the vast experimental data, and establishing links between intermittency and the global规律性问题。 湍流是一种复杂的混沌运动过程,通常会发生搅拌力(例如来自太阳的热量或飞机快速切割空气)的搅拌力时,会向系统注入大量能量。 这种运动变得如此复杂和粗糙,以至于动能的一部分丢失,从而造成了所谓的异常耗散。 在我们的生活中,我们可以看到这种耗散负责,例如,在飞机或我们的汽车的动荡中产生额外的阻力。 因此,为了提高能源效率,必须了解异常能量损失过程背后的机制及其出现的原因。 在这个项目中,研究者直接基于流体运动的管理方程来开发湍流的这一方面的数学基础。 特别强调研究能量耗散的不均匀性,这允许识别其发生最多的区域。 该项目不可或缺的一部分是发展研究生和本科生的分析和计算技能。

项目成果

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