Collaborative research: Turbulent cascades and regularity theory in physical scales of 3D incompressible fluid flows
合作研究:3D 不可压缩流体物理尺度中的湍流级联和规律性理论
基本信息
- 批准号:1211413
- 负责人:
- 金额:$ 14.25万
- 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:2012-09-01 至 2016-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Grujic, DMS-1212023Dascaliuc, DMS-1211413 The investigators aim to advance our understanding of the phenomenon of turbulence, as well as to offer new insights into the problem of possible singularity formations in 3D viscous incompressible fluids described by the 3D Navier-Stokes equations (NSE). The project extends their recent results regarding existence and locality of energy cascades, and anomalous dissipation in physical scales of the flow. The main goals are, on one hand, to present Onsager-critical Morrey-type conditions preventing anomalous dissipation in 3D incompressible flows and to discover a set of universal scaling laws -- reminiscent of the fundamental Kolmogorov K41 laws -- that naturally transpire from their theory of turbulent cascades in physical scales, and on the other hand, to present mathematical evidence of a geometric scenario closing the scaling gap in the regularity problem, that is, of the criticality of the 3D NSE problem for large data. The key idea is to use a new ensemble-averaging process capable of detecting significant sign fluctuations of the physical density of interest at the given scale. This approach is highly local in space and is applicable to flows that do not satisfy homogeneity and isotropy assumptions. In addition, it provides a framework for the study of geometrically coherent structures in physical space. In 2000, the Clay Mathematical Institute identified seven "Millennium Problems" in mathematics, solutions to which would have a broad impact on society in the 21st century. One of these problems is the task of providing a rigorous mathematical foundation (namely, addressing the possibilities of singularity formations) for the Navier-Stokes equations that describe the motion of fluids. Existence of singularities is a fundamental issue for mathematical modeling of any real-life phenomenon. In the case of Navier-Stokes equations this regularity problem is believed to be linked with the notion of turbulence. Despite successes in empirical modeling and computational techniques used to study turbulence, this phenomenon remains one of the unresolved fundamental problems of modern physics. Any measurable progress in understanding turbulence can have a broad impact in such areas as weather and climate modeling and engineering applications. On one hand, suppressing turbulence is essential in designing and engineering more efficient vehicles, wind turbines, pipeline systems. On the other hand, enhancing turbulent mixing is desired in a variety of nano-scale engineering designs, as well as in biomedical engineering -- one example being more efficient drug delivery systems. The project helps advance understanding of how to better predict and detect turbulent behavior, as well as possibly control it. The investigators engage graduate and undergraduate students in the project and present lectures on turbulence to local high school students.
Grujic, DMS-1212023Dascaliuc, DMS-1211413 研究人员旨在增进我们对湍流现象的理解,并为 3D 纳维-斯托克斯方程 (NSE) 描述的 3D 粘性不可压缩流体中可能形成奇点的问题提供新的见解。 该项目扩展了他们最近关于能量级联的存在和局部性以及流动物理尺度的异常耗散的结果。 主要目标是,一方面,提出 Onsager 临界 Morrey 型条件,防止 3D 不可压缩流中的反常耗散,并发现一组普遍的标度定律(让人想起基本的 Kolmogorov K41 定律),这些定律自然地从物理尺度的湍流级联理论中衍生出来;另一方面,提供关闭 规律性问题中的缩放差距,即大数据的 3D NSE 问题的关键性。 关键思想是使用一种新的集合平均过程,能够检测给定尺度下感兴趣的物理密度的显着符号波动。 这种方法在空间中具有高度局部性,适用于不满足均匀性和各向同性假设的流动。 此外,它还为研究物理空间中的几何相干结构提供了一个框架。 2000年,克莱数学研究所确定了数学中的七个“千年难题”,这些问题的解决将对21世纪的社会产生广泛的影响。 这些问题之一是为描述流体运动的纳维-斯托克斯方程提供严格的数学基础(即解决奇点形成的可能性)。 奇点的存在是任何现实生活现象的数学建模的基本问题。 就纳维-斯托克斯方程而言,这种规律性问题被认为与湍流的概念有关。 尽管用于研究湍流的经验建模和计算技术取得了成功,但这种现象仍然是现代物理学未解决的基本问题之一。 在理解湍流方面的任何可衡量的进展都可能对天气和气候建模以及工程应用等领域产生广泛的影响。 一方面,抑制湍流对于设计和工程更高效的车辆、风力涡轮机、管道系统至关重要。 另一方面,在各种纳米级工程设计以及生物医学工程中都需要增强湍流混合——一个例子是更有效的药物输送系统。 该项目有助于加深对如何更好地预测和检测湍流行为以及如何控制它的理解。 研究人员让研究生和本科生参与该项目,并向当地高中生进行有关湍流的讲座。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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