Data-driven classification of sheared stratified turbulence from experimental shadowgraphs
Notice bibliographique
Résumé
We propose a dimensionality reduction and unsupervised clustering method for the automatic classification and reduced-order modeling of density-stratified turbulence in laboratory experiments. We apply this method to 113 long shadowgraph movies collected in a “stratified inclined duct” experiment, where turbulence is generated by instabilities arising from a sheared buoyancy-driven counterflow at Reynolds numbers <a:math xmlns:a="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><a:mrow><a:mi>Re</a:mi><a:mo>≈</a:mo><a:mn>300</a:mn><a:mo>–</a:mo><a:mn>5000</a:mn></a:mrow></a:math>, tilt angles <b:math xmlns:b="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><b:mrow><b:mi>θ</b:mi><b:mo>=</b:mo><b:msup><b:mn>1</b:mn><b:mo>∘</b:mo></b:msup><b:mo>–</b:mo><b:msup><b:mn>6</b:mn><b:mo>∘</b:mo></b:msup></b:mrow></b:math>, and Prandtl number <c:math xmlns:c="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><c:mrow><c:mi>Pr</c:mi><c:mo>≈</c:mo><c:mn>700</c:mn></c:mrow></c:math>. The method automatically detects edges representative of discrete density interfaces, extracts a low-dimensional vector of statistics representative of their morphology, projects these statistics onto a two-dimensional phase space of principal coordinates, and applies a clustering algorithm. Five clusters are detected and interpreted physically based on their typical interface morphology and an examination of representative frames, revealing distinct types of turbulence and mixing: laminarizing, braided, overturning, granular, and unstructured, as well as some intermediate types. The ratio of time spent in each cluster varies gradually across the <d:math xmlns:d="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><d:mrow><d:mo>(</d:mo><d:mi>Re</d:mi><d:mo>,</d:mo><d:mi>θ</d:mi><d:mo>)</d:mo></d:mrow></d:math> space. At intermediate values of <e:math xmlns:e="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><e:mrow><e:mi>Re</e:mi><e:mspace width="0.16em"/><e:mi>θ</e:mi></e:mrow></e:math>, intermittent turbulence cycles between clusters in phase space and reveals at least two distinct routes to stratified turbulence. These insights demonstrate the potential of this method to reveal the underlying physics of complex turbulent systems from large experimental datasets. Published by the American Physical Society 2024
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».