Clustering of Rapidly Settling, Low-Inertia Particle Pairs in Isotropic Turbulence. II. Comparison of Theory and DNS
本研究的第一部分提出了一个随机理论的聚类单分散，快速沉降，低斯托克斯数粒子对均匀各向同性湍流。该理论涉及发展封闭近似的漂移和扩散通量的概率密度函数（PDF）方程对相对位置。在这第二部分的论文中，理论进行定量分析，通过比较其预测的颗粒聚类与数据从直接数值模拟（DNS）的各向同性湍流包含颗粒沉降在重力下。在泰勒微尺度雷诺数$Re_λ= 77.76$下对三个弗劳德数$Fr = \infty,~ 0.052,~ 0.006$进行了DNS。弗劳德数$Fr$被定义为加速度的柯尔莫哥洛夫尺度与重力加速度的大小之比。因此，$Fr = \infty$对应于零重力，而$Fr = 0.006$对应于三种DNS情况中的最高重力值。对于每个$Fr$，在DNS中跟踪范围$ 0.01 \le St_η\le 0.2$内的六个斯托克斯数的颗粒，并且将颗粒聚类量化为分离和球极角的函数。其中$St_η$ ~是颗粒粘性弛豫时间与柯尔莫哥洛夫时间尺度的比率。我们比较了DNS和理论值的幂律指数$β$特征的依赖于分离的聚类。$Fr = 0.006$情况下的DNS $β$与使用第二个漂移闭合（称为DF 2）获得的理论预测之间存在合理的一致性。此外，与DNS一致，理论表明$St_η\ll 1$颗粒的聚集仅是弱各向异性的。
2018-08-15 physics.flu-dyn
A closure for Lagrangian velocity gradient evolution in turbulence using recent deformation mapping of initially Gaussian fields
湍流中速度梯度张量的统计特性具有重要的理论和实际意义。拉格朗日观点为研究湍流动力学，特别是速度梯度张量提供了一个特殊的视角。各向同性湍流中速度梯度的拉格朗日演化的随机模型，以及压力Hesssian和粘性Laplacian的闭合模型，已被证明可以再现重要的特征，如非高斯概率分布、偏斜度和涡度应变率对齐。最近的流体变形（RFD）封闭介绍了使用流体变形张量映射各向同性拉格朗日压力Hessian作为上游初始条件的想法。然而，最近关于高斯场闭合的工作表明，由于固有的速度-压力耦合，即使高斯各向同性速度场也包含条件压力Hessian张量的显著各向异性，并且假设各向同性压力Hessian作为上游条件可能不现实。在本文中，高斯各向同性场统计被用来产生更多的物理上游条件，最近的流体变形映射。在这个新的框架中，已知的各向同性关系可以满足{ \it a priori}并且不需要DNS调谐系数。从新的模型，被称为最近的变形高斯场（RDGF）封闭的结果的详细比较，与现有的模型和DNS显示所获得的改进，特别是在各种单次统计的速度梯度张量在中等雷诺数。然而，应用到任意高的雷诺数仍然是一个开放的挑战，这种类型的模型。
2016-03-09 physics.flu-dyn
Turbulence and added drag over acoustic liners
本文通过孔隙解析DNS模拟掠过穿孔板的湍流，揭示了声学衬套附加阻力的物理机制，发现其处于完全粗糙状态且阻力与沙粒粗糙度相当。
2022-10-31 physics.flu-dyn
Leveraging unstructured grids for direct numerical simulations of wall turbulence
Nottingham Trent University（诺丁汉特伦特大学）；Barcelona Supercomputing Center (BSC)（巴塞罗那超级计算中心）；University of Mississippi（密西西比大学）；University of Melbourne（墨尔本大学）
本文提出了一种非结构网格生成框架η-grid，用于壁湍流的直接数值模拟，通过将壁法向和跨度方向的网格尺寸与局部柯尔莫戈洛夫尺度η成比例，实现了更高效的网格生成和计算。
2026-07-28 physics.flu-dyn
Leray-alpha simulations of wall-bounded turbulent flows
Leray- $α$模式通过平滑平流输运来减小Navier-Stokes方程的活动尺度范围。在这里，我们评估的潜力的Leray- $α$模型在其标准的制定，以模拟有壁流动。考虑了三种流动情况：$\Re_τ=590$的平面通道流动，$\Ra=10^7$和$\Pr=1$的Rayleigh-Bénard对流，以及$\Ra=5 \times 10^6$和$\Pr=0.7$的侧面加热垂直通道。模拟结果进行了比较，从一个很好的解决和粗DNS。结果发现，对于所有三种流动情况，速度场的方差随着过滤器宽度参数$a$的增加而增加，其中$a$与过滤器宽度连接为$α_i = a Δx_i$，其中$Δx_i$为局部网格尺寸。此外，粘性和扩散壁区域倾向于相对于作为$a$的函数的粗糙DNS结果而变小。在粗糙DNS过度预测壁梯度的情况下（如瑞利-贝纳德对流和侧面加热的垂直通道），增厚是有益的。然而，对于平面槽道流，粗DNS低估壁面剪切速度，增加$a$只会降低结果。结果表明，浮力效应需要包括与照顾，因为湍流热通量和湍流动能的生产密切相关。
2009-09-25 physics.flu-dyn
Folding dynamics and its intermittency in turbulence
本文通过将物质变形张量投影到最大拉伸方向，用曲率演化刻画湍流折叠动力学，揭示曲率增长从线性阶段向指数阶段的转变及由此产生的强间歇性，并提出曲率演化模型加以解释。
2023-01-24 physics.flu-dyn
Viscosity scaling of fingering instability in finite slices with Korteweg stress
我们进行线性稳定性分析（LSA）和直接数值模拟（DNS）调查的动态粘度的粘性指进（VF）不稳定性的影响，在互溶切片。选择适当的特征尺度的重要性的动态粘度的大小的VF在互溶切片已被显示在瞬态界面张力的上下文中。此外，我们已经证实了这一结果为不混溶流体和表现VF之间的相似性，在不混溶和混溶切片与瞬态界面张力。在一个更一般的设置，这封信的调查结果将是非常有用的多相粘性流，其中的动量平衡方程包含一个额外的应力项的动态粘度。
2015-02-27 physics.flu-dyn
Tailor-designed models for the turbulent velocity gradient through normalizing flow
本文提出用归一化流从DNS学习湍流速度梯度PDF，并构造确定性混沌动力系统，再优化时间相关性，使模型时间序列与DNS统计高度一致。
2024-02-29 physics.flu-dyn
Turbulent Pipe Flow of Thixotropic Fluids
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Monash University（蒙纳士大学）；Spanish National Research Council (IDAEA-CSIC)（西班牙国家研究委员会（IDAEA-CSIC））
研究湍流管道中流变微结构流体的流变学与湍流结构的相互作用，通过直接数值模拟揭示流体在不同流变动力学数下的行为特征。
2025-01-03 physics.flu-dyn
Small scale structure of homogeneous turbulent shear flow
利用直接数值模拟（DNS）和可压缩和不可压缩情况下的线性分析产生的数据，均匀湍流剪切流的结构进行了研究。在大的平均剪切速率值，快速变形理论（RDT）的限制接近。得到了无粘可压缩RDT方程的长时间解析解。RDT方程也数值求解无粘和粘性的情况下。由DNS结果证实的RDT解表明，双曲和螺线管速度场的偶数阶横导数矩是各向异性的，双曲运动比螺线管运动更具有各向异性。不可压缩情况下得到的结果与可压缩情况下螺线管运动的结果相似。DNS的结果还表明，增加的各向异性的偶数阶横向导数的时刻的顺序，与RDT的预测。尽管各向异性随着雷诺数的增加而减小，但对于更高的偶数阶矩，与局部各向同性的假设相反，它可能会在雷诺数的大值下持续存在。RDT的解决方案还预测，规范化的奇数阶的螺线管速度的横向导数矩的可压缩的情况下，和不可压缩的情况下的速度应接近一个常数，在大的时间比零不同。这一预测得到了DNS数据的支持。对于较高的奇数阶归一化矩，RDT分析表明，各向异性可能会持续在大的雷诺数值，与现有的实验数据。
2004-04-22 physics.flu-dyn
Kolmogorov-size particles in homogeneous and isotropic turbulence
本研究通过对比界面分辨与点粒子直接数值模拟，探究Kolmogorov尺度粒子在均匀各向同性湍流中的运动，发现点粒子模型在低密度下预测准确，但高密度下低估聚集。
2025-01-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lagrangian model for passive scalar gradients in turbulence
本文提出一个基于RDGF闭合的拉格朗日模型，用于各向同性湍流中被动标量梯度的预测，通过纳入轨迹历史信息修正误差，在泰勒雷诺数约500以内与DNS数据高度吻合。
2022-10-31 physics.flu-dyn
Scaling of acceleration in locally isotropic turbulence
给出了流体质点加速度、压力梯度和粘性力的方差。这些变化的比例参数是可以用单线风速计测量的速度统计。对于高和低雷诺数，渐近标度公式给出，这些同意定量与DNS数据。因此，可以假定对于所有雷诺数，标度都是已知的。流体颗粒加速度方差不服从K41标度在任何雷诺数，这是与最近的实验数据。无因次压力梯度方差命名为Δ t_sub {T} /Δ t_sub {P}被证明是过时的。
2001-11-24 physics.flu-dyn
Maximum Entropy in Turbulence
湍流可能表现为具有多种尺度和流型的复杂过程，但仍然遵循简单的物理原理，例如动量守恒、能量守恒和最大熵原理。后者指出，能量分布将趋向于最大熵的物理约束下，如零能量的边界和粘性耗散。对于湍流能量谱，在物理约束下熵最大化的分布函数是对数正态函数，在很大的雷诺数和尺度范围内与实验数据吻合得很好。此外，对于通道流DNS数据表现出增加的香农熵和总粘性耗散作为雷诺数的函数在一个可预测的方式。这些概念用于确定湍流能谱和湍流动能的空间分布。当与前面发现的雷诺应力的表达式结合使用时，后者导致了槽道流动问题的解决方案。
2019-04-22 physics.flu-dyn
Physics-Informed Machine Learning of the Lagrangian Dynamics of Velocity Gradient Tensor
在物理信息机器学习（PIML）框架下，建立了描述均匀各向同性湍流（HIT）中速度梯度张量（VGT）的拉格朗日动力学的简化模型。我们认为VGT在Kolmogorov尺度和粗粒度尺度的惯性范围内的HIT。建立简化模型需要解决压力Hessian和子滤波器的贡献，这是通过使用VGT的完整性基础和不变量来构建它们来完成的。所开发的模型可以表示使用扩展张量基神经网络（TBNN）。物理约束，如伽利略不变性，旋转不变性和不可压缩性条件，从而嵌入到模型明确。我们的PIML模型是在高雷诺数直接数值模拟（DNS）的拉格朗日数据上训练的。为了验证结果，我们进行了全面的样本外测试。我们观察到，PIML模型提供了一个改进的表示的大小和方向的小规模的压力海森贡献。流量的统计数据，如VGT的第二和第三不变量的联合PDF所示，显示出与“地面实况”DNS数据的良好一致性。该模型成功地再现了描述HIT结构的其他一些重要特征。我们还确定了在建模惯性范围动态，这表明，需要一个更丰富的建模策略的挑战。这有助于我们确定未来研究的重要方向，特别是将惯性距离几何纳入TBNN。
2021-08-16 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Simulation of flux expulsion and associated dynamics in a two-dimensional magnetohydrodynamic channel flow
本文研究了在平均压力梯度作用下，外加零均值流向周期性磁场的导电流体平面槽道流动。磁通量驱逐和相关的分叉在这样的配置探索使用直接数值模拟（DNS）。研究了哈特曼状态（其中主导平衡是通过洛伦兹力）和波依维耶状态（其中粘性效应起重要作用）中的流和磁场的结构，并与Kamkar和Moffatt（J. Fluid.机械、Vol.90，pp 107-122，1982）来评估模型的有效性。比较表明，该模型与DNS在哈特曼政权的良好协议，但显着的差异时，非线性效应变得重要的Poietille政权。研究了磁场雷诺数、外加场波数等参数对流动分叉的影响。动态失控过程中发生的磁场线重联揭示了一个特定的两步模式，导致在核心区域的磁通量逐渐驱逐。
2015-05-09 physics.flu-dyn
Self-organization and Nonuniversal Anomalous Scaling in Non-Newtonian Turbulence
我们通过直接数值模拟（DNS）调查的统计特性的湍流在惯性子区的非牛顿幂律流体。结构不变性发现的旋涡尺寸分布是通过自组织机制在微观尺度上的湍流运动，调整，根据流体的流变特性，粘性耗散的内部和外部的旋涡之间的比例。结构函数指数与K41理论的偏离揭示了反常标度与流体流变性质之间的系统性非普适性。
2018-06-20 physics.flu-dyn
Revisiting steady viscous flow of a generalized Newtonian fluid through a slender elastic tube using shell theory
具有弹性壁的流动容器可以由于其内部的粘性流体流动而显著变形，即使在雷诺数为零时（没有流体惯性）。由于横截面积的变化，变形导致产量的提高。后者在流动方向上产生非恒定的压力梯度，因此，产生非线性的流速-压降关系（与刚性管的哈根-泊里叶定律不同）。许多生物流体是非牛顿的，并且可以很好地近似于广义牛顿（例如幂律）流变模型。因此，我们分析了稳定的低雷诺数流动的广义牛顿流体通过细长的弹性管耦合流体润滑理论的结构问题提出的唐奈壳理论的问题。一个微扰的方法（在细长参数）产生的流动和变形的解析解。使用匹配渐近，我们得到了一个一致有效的解决方案，管的径向位移，它具有边界层和角层附近的固定端局部弯曲所造成的。在这样做的时候，我们得到了一个“广义哈根-Poietille定律”的软微管。我们基准的数学预测对三维双向耦合直接数值模拟（DNS）的流动和变形进行使用商业计算工程平台ANSYS。模拟结果显示出良好的一致性，并建立了理论的有效性范围。最后，我们讨论了该理论对某些教科书中描述的血管流动变形问题的影响。
2020-07-19 physics.flu-dyn
A public turbulence database cluster and applications to study Lagrangian evolution of velocity increments in turbulence
本文描述了一个公共数据库系统，该系统保存了各向同性强迫湍流的直接数值模拟（DNS）数据集。该数据集由DNS输出的$1024^3$空间点和1024个时间样本跨越约一个大规模的周转时间尺度。这一完整的$1024^4$时空历史的动荡是远程访问的用户通过一个接口，是基于Web服务模型。用户可以在他们的主机上编写和执行分析程序，而程序则进行类似子例程的调用，通过网络请求所需的数据部分。因此，用户能够通过使用笔记本电脑等常规平台访问27 TB的DNS数据来进行数值实验。数据库的架构进行了解释，因为是一些本地定义的功能，如微分和插值。进行测试计算，以说明该系统的使用，并验证方法的准确性。然后，该数据库被用来分析湍流中的小尺度不稳定性的动力学模型。具体而言，使用从数据库中的DNS数据计算的条件平均值的速度增量的拉格朗日演化的压力和粘性项的动力学效应进行评估。结果表明，这些影响之间有很大的不同，因此需要不同的建模策略，在拉格朗日模型的速度增量和粘性。
2008-04-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
On the turbulent flow field over riblets of various groove sizes at low Reynolds number
在这项工作中，低雷诺数湍流通过一个波纹通道，形成标准的V形槽脊，通过直接数值模拟（DNS）进行了研究。模拟试图评估由V形槽肋的特征尺寸的变化引起的流动动力学的变化。这种尺寸效应的表征提供了一种手段，以确定所产生的局部流动特征的流体沟槽相互作用，并调查其相关性的粘性阻力和湍流统计的变化。目前的模拟证实了改善的变化趋势时，在光的凹槽尺寸的流动动力学检查。在所考虑的凹槽尺寸范围的下端，湍流统计的轮廓或多或少类似于平面通道流，除了随凹槽尺寸的系统移位。当沟槽尺寸变大时，近壁流动结构的沉积和平均二次流的产生趋于更加明显。流动结构的沉积和平均二次流的集体影响与粘性阻力的增加相关，并导致湍流统计的显著变化。
2018-03-20 physics.flu-dyn
Dynamics of particle-laden turbulent Couette flow. Part2: Modified fluctuating force model (M-FFS)
在体积分数范围$ϕ>10^{-4}$中，对载有颗粒的湍流Couette流[1]进行的双向耦合DNS模拟显示，超过临界体积分数$ϕ_{cr}\sim7.875\times10^{-4}$后，湍流强度会不连续地降低。由于高惯性颗粒的存在，湍流剪切产生的急剧减少被认为是湍流不连续衰减的主要原因。在这篇文章中，粒子相统计进行了探讨。双向耦合DNS显示，横向流（y）和展向（z）方向的均方速度分布是平坦的，并且随着$ϕ$的增加而增加，因为较高的碰撞频率有助于将流向动量传递到展向和壁面法线方向。而流向脉动随载荷的增加而减小并趋于平缓。在具有$ϕ>ϕ_{cr}$的区域中，颗粒速度波动驱动流体相速度波动。此外，观察到单向耦合DNS和波动力模拟（FFS）[2]能够在$ϕ<ϕ_{cr}$区域中以合理的精度预测颗粒相统计，其中壁-颗粒碰撞时间和颗粒间碰撞时间小于颗粒的粘性弛豫时间。对于$ϕ>ϕ_{cr}$，由于FFS在捕获湍流衰减和平均流体速度剖面变化方面的限制，观察到单向耦合DNS和FFS的预测中的显著误差。本文成功地建立了一个修正的FFS模型（M-FFS），该模型修正了平均流速剖面和零扩散系数。
2022-04-01 physics.data-an physics.flu-dyn
Modeling the wall-slip in large eddy simulations with immersed boundaries
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
提出浸入边界大涡模拟框架（IBMLES）模拟复杂壁面高雷诺数流动。通过对Navier-Stokes方程体积滤波导出浸入边界体力，给出壁面滑移速度模型并经先验分析验证，还探讨了其他项行为。
2026-07-07 physics.flu-dyn
Exploring the turbulent velocity gradients at different scales from the perspective of the strain-rate eigenframe
在应变率本征框架中表达过滤速度梯度张量（FVGT）的演化方程提供了一种有见地的方式来解开和理解各种过程，如应变自放大，涡拉伸和倾斜，并考虑它们在不同尺度下的流动特性。利用强迫纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟（DNS）数据，通过统计分析，研究了FVGT本征框架方程中局部项和非局部项在不同尺度下的相对重要性。驱动涡度倾斜的本征架旋转率的分析表明，各向异性压力Hessian起着关键作用，亚网格应力在耗散范围外做出重要贡献，而涡度引起的局部旋转做出的贡献要小得多。结果还表明，涡度倾斜项即使在较大尺度上也具有很强的间歇性。我们推导出一个推广的Lumley三角形，使我们能够表明，压力Hessian有一个偏好的两个组件的轴对称配置在小尺度，过渡到一个更各向同性的状态在较大的尺度。考虑了子网格应力与特征框架方程中其他项之间的相关性，突出了子网格与非线性放大项之间的耦合，子网格项在正则化系统中起着重要作用。这些结果提供了有用的指导方针，改进拉格朗日模型的FVGT，因为目前的模型未能捕捉到一些微妙的功能，我们的结果中观察到的。
2020-05-08 physics.flu-dyn
An accurate finite element method for the numerical solution of isothermal and incompressible flow of viscous fluid
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
本文提出了一种无需稳定化或分裂方案的通用方法，用于求解粘性流体流动问题，通过平衡方程直接求解，提高了计算的准确性和鲁棒性，适用于多物理场应用。
2018-12-08 cs.CE cs.NA math.NA
Experimental investigation relating free-surface features to sub-surface turbulence
Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；University of Ottawa（渥太华大学）
通过实验测量射流搅拌槽中的自由表面拓扑和次表面湍流速度，验证了高雷诺数下表面散度与表面特征的相关性，并发现表面到体相的相关性随深度线性衰减但空间非局部。
2026-05-25 physics.flu-dyn
Statistics of Pressure Fluctuations in Decaying, Isotropic Turbulence
我们提出的结果，从一个系统的直接数值模拟研究的压力波动在一个无强迫的，不可压缩的，均匀的，各向同性的，三维湍流流体。在叶栅完成时，低压等值面被发现组织成细长的细丝，而主要的等值结构出现片状。我们展示了几个新的结果，包括空间压力差的概率分布图，压力梯度范数，和压力海森张量的特征值。图的时间演化的平均压力梯度范数，和平均特征值的压力海森张量也展出。我们发现的压力-海森张量，压力梯度，应变率张量，涡量和速度的特征向量之间的统计优选的取向。的非局部部分的压力海森张量的统计特性也展出，为第一次。本文对Ohkitani [Phys. Fluids A { \bf 5}，2570（1993）]和Ohkitani和Kishiba [Phys. Fluids { \bf 7}，411（1995）]中有关压力-海森张量和应变率张量的一些公式进行了数值试验（在粘性情况下），用于无强迫、不可压缩的三维欧拉方程。
2006-03-20 astro-ph cond-mat.stat-mech nlin.CD
Fluctuation-Induced Transitions in Anisotropic Two-Dimensional Turbulence
本研究通过直接数值模拟探讨了各向异性二维湍流中大尺度涡旋与单向射流之间的涨落诱导转变，揭示了其寿命呈无记忆指数分布，并发现转变分两阶段进行且伴随滞后现象。
2024-04-23 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.comp-ph
Small scale aspects of flows in proximity of the turbulent/non-turbulent interface
下面报告的工作是第一次对牛顿流体中湍流/非湍流界面附近无强平均剪切的湍流特性进行研究，重点是小尺度方面。使用的主要工具是三维粒子跟踪系统（3D-PTV），允许测量和遵循拉格朗日方式的速度导数和直接数值模拟（DNS）领域。通过比较界面附近的湍流区（A）、中间区（B）和非湍流区（C）的流动特性，可以直接观察夹带现象背后的关键物理过程。小尺度应变和涡度拟能之间的差异是惊人的，并指出通过源于应变的粘性力的湍流卷吸的明确方案。
2007-05-04 physics.flu-dyn
Deep reinforcement learning for large-eddy simulation modeling in wall-bounded turbulence
发展可靠的亚网格尺度（SGS）大涡模拟（LES）模型对许多科学和工程应用具有重要意义。最近，深度学习方法已经为此目的进行了测试，使用高保真数据，例如监督学习过程中的直接数值模拟（DNS）。然而，实际上通常无法获得此类数据。仅使用有限目标统计的深度强化学习（DRL）可以是一种替代算法，其中模型的训练和测试在相同的LES环境中进行。湍流模型的DRL由于其混沌特性、作用空间的高维性和计算量大而具有挑战性。在本研究中，我们提出了一个物理约束的DRL框架，可以开发基于深度神经网络（DNN）的SGS模型用于湍流通道流的LES。产生SGS应力的DRL模型基于滤波速度的局部梯度进行训练。SGS模型自动满足反射不变性和壁面边界条件，无需额外的训练过程，使DRL可以快速找到最优策略。此外，奖励的直接积累，空间和时间相关的探索，以及预训练过程被应用于高效和有效的学习。在各种环境中，我们的DRL可以发现SGS模型，这些模型产生的粘性和雷诺应力统计数据与过滤后的DNS完全一致。通过比较训练模型和传统SGS模型获得的各种统计数据，我们提出了DRL模型性能更好的可能解释。
2022-06-30 physics.flu-dyn
Interface-induced turbulence in viscous binary fluid mixtures
本文通过 Cahn-Hilliard-Navier-Stokes 方程的直接数值模拟，揭示了低雷诺数二元流体中由界面涨落引发的界面诱导湍流，发现其具有无惯性级联的幂律能谱，并证实了拉格朗日粒子的扩散行为标志着强烈的混合特性。
2025-08-12 nlin.CD physics.flu-dyn
Pseudophase-Change Effects in Turbulent Channel Flow under Transcritical Temperature Conditions
我们已经进行了直接数值模拟（DNS）的可压缩湍流通道流在超临界压力与顶部和底部等温壁分别保持在超临界（Ttop > Tpb）和亚临界温度（Tbot < Tpb），其中Tpb是拟沸腾温度。DNS是使用高阶离散的完全可压缩的纳维-斯托克斯方程的保守形式封闭的Peng-Robinsion（PR）状态方程。调整体积密度以获得大约pb = 1.1pcr的体积压力，其中pcr是工作流体的临界压力。研究的顶部到底部的温差为DT = 5 K、10 K和20 K，其中Ttop/bot = Tpb +- DT / 2;浮力效应被忽略。改变DT将伪相位变化的平均位置从ypb/h = -0.23（DT = 5 K）修改为0.89（DT = 20 K），其中h是通道半高，y = 0是中心线位置。真实流体效应导致平均速度剖面明显偏离经典标度律。由于拉伸和倾斜而产生的涡度拟能随DT而减小。接近伪过渡层抑制的强度的速度波动，同时提高密度和温度波动。条件概率分析表明，该表的流体进行伪相变的特点是由一个显着减少的密度波动的峰度，并成为更薄的DT增加。瞬时可视化显示稠密的流体喷射从伪液体粘性子层，一些到达通道核心，导致在各自的缓冲层区域的密度偏度的正值（反之亦然的顶壁）。
2017-12-15 physics.flu-dyn
A Unified Spectrum for Turbulence in Microfluidic Flow
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；The University of Sydney（悉尼大学）
本文提出一个预测性主频谱，用于描述微流体系统中的湍流类流动，通过扩展Pao的粘性范围闭合模型，引入自适应惯性范围斜率和物理特定截止，统一了电动力学、主动、界面和压缩性湍流 regime。
2026-06-29 physics.flu-dyn
Lagrangian time correlations of vorticity alignments in isotropic turbulence: observations and model predictions
受最近湍流中粒子跟踪实验结果的启发（Xu等人，Nat.Phys.7，709（2011）），我们研究了涡度排列与变形率张量的三个特征向量的拉格朗日时间相关性。我们使用直接数值模拟（DNS）的数据，并探讨速度梯度张量的拉格朗日模型的预测。我们发现，用拉格朗日模式精确地再现了徐等观测到的涡度方向与最广泛本征方向相关的初始增长，以及与其他两个本征方向相关的演化。相反，涡度方向与压力Hessian张量的本征标架的时间相关性与模型显示出差异。
2011-10-31 nlin.CD physics.flu-dyn
Clustering and energy spectra in two-dimensional dusty gas turbulence
本文对二维湍流（气体）中的重惯性粒子（尘埃）进行了直接数值模拟（DNS）。粉尘被建模为单分散的重粒子，能够通过双向耦合来改变流动。通过改变Stokes数St和质量负载参数$(ϕ_{\rm m})$，研究了团簇现象和气相动能谱。我们发现尘埃-尘埃关联维数$(d_2)$也依赖于$ϕ_{\rm m}$。特别地，当质量负载$(ϕ_{\rm m})$增加时，聚集减少。在气体的动能谱，我们表明：（i）出现了一个新的标度制度，（ii）在这个制度的标度指数不是唯一的，而是一个函数的St和$(ϕ_{\rm m} )$。使用按尺度拟能预算分析，我们表明，在新的标度制度，由于气体的粘性耗散平衡从尘埃的反作用。
2019-02-14 physics.flu-dyn
Patched Flow Matching: Generative Wall-Pressure Reconstruction Beyond Training-Domain Scales from Sparse Sensors
Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, Cornell University（康奈尔大学机械与航空航天工程系）；Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Notre Dame（诺丁汉大学航空航天与机械工程系）
提出补丁流匹配（Patched FM）生成框架，通过补丁局部先验和稀疏传感器测量，实现超出训练域尺度的壁面压力场重建，并利用内尺度坐标实现雷诺数迁移。
2026-06-23 cs.LG physics.flu-dyn
Unveiling the Spatiotemporal Evolution of Liquid-Lens Coalescence: Self-Similarity, Vortex Quadrupoles, and Turbulence in a Three-Phase Fluid System
本文通过三相Cahn-Hilliard-Navier-Stokes系统模拟液透镜聚并，揭示粘性区与惯性区的自相似增长、涡旋四极子及湍流特征，并给出不对称透镜合并的幂律指数。
2023-10-17 physics.flu-dyn
Modeling and Simulation of a Fluttering Cantilever in Channel Flow
表征悬臂在通道流中的动态特性与从打鼾到能量收集的应用范围相关。气动弹性颤振引起大的振荡振幅和频率的急剧变化，影响这些系统的操作。驱动颤振的流体-结构机制可以随着系统参数的变化而变化，其中稳定性边界对通道高度和雷诺数变得特别敏感，特别是当通道高度和雷诺数中的一个或两个都很小时。在本文中，我们发展了一个流固耦合模型的粘性，二维渠道流的任意形状。然后将其颤振边界与二维直接数值模拟的结果进行比较，以探讨模型的有效性。假设无量纲通道高度保持较小，分析表明，该模型不仅能够在确保满足基本假设的参数限制内复制DNS结果，而且能够在更宽的雷诺数和流体-结构质量比范围内复制DNS结果。随着雷诺数的增加，对于相同的几何形状，模型预测也向无粘模型收敛。
2019-03-08 physics.flu-dyn
Phenomenology of Wall Bounded Newtonian Turbulence
我们构造了一个简单的分析模型的壁有界湍流，只包含四个可调参数。其中两个参数表征雷诺应力张量分量的粘性耗散，另外两个参数表征其非线性松弛。该模型提供了一个分析描述的平均速度和速度波动的关联函数在整个边界区域，从粘性子层，通过缓冲层，并进一步进入日志层的配置文件。作为第一近似，我们采用传统的回归各向同性假设，它产生一个非常简单的分布之间的湍流动能的速度分量在日志层：流向分量包含总能量的一半，而壁正常和横流分量包含四分之一。此外，该模型预测了冯卡门斜率$κ$和对数律区域$v^+$（以壁面为单位）中湍流速度之间的一个非常简单的关系：$v^+=6 κ$。这些预测与DNS数据和最近的实验室实验非常一致。
2005-06-28 nlin.CD physics.flu-dyn
A physics-assisted deep neural network-based closure framework for velocity gradient dynamics in compressible flows with vibrational non-equilibrium
研究针对具有振动非平衡的可压缩湍流中速度梯度演化，用物理辅助深度神经网络提出动力学模型，结合唯象学与数据驱动表示，构建H - EHEE模型，该模型相比现有模型有显著改进，与DNS数据一致性好。
2026-07-24 physics.flu-dyn
A high-order semi-explicit discontinuous Galerkin solver for 3D incompressible flow with application to DNS and LES of turbulent channel flow
Technische Universität München（慕尼黑工业大学）
本文提出一种高阶半显式DG求解器，用于模拟不可压缩纳维-斯托克斯方程，通过一致惩罚项减少局部散度误差，提升湍流通道流DNS和LES的稳定性与可扩展性。
2016-07-05 cs.NA math.NA physics.ao-ph
Dynamics of the Reynolds Shear Stress in Adverse Pressure-Gradient Flows, from the Lagrangian Transport Formalism
本文利用拉格朗日输运分析将雷诺应力梯度表示为局部动量通量与力项的函数，并用DNS数据在两种逆压梯度边界层中验证了该方法，同时导出了湍流二阶矩的导数标度关系。
2024-07-07 physics.flu-dyn
Model of incompressible turbulent flows via a kinetic theory
State Key Laboratory of Coal Combustion, School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室）；Institute of Interdisciplinary Research for Mathematics and Applied Science, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学数学与交叉科学研究院）；College of Energy Engineering, Zhejiang University（浙江大学能源工程学院）
本文扩展并分析了Chen等人提出的不可压缩湍流动力学模型，通过重新选择弛豫时间并改进近壁流动处理，提升了湍流输运系数的一致性，并验证了模型在湍流平面Couette流中的有效性。
2026-03-12 physics.flu-dyn
Interface-resolved simulations of small inertial particles in turbulent channel flow
本文通过界面解析与单向耦合点粒子DNS的直接对比，研究了湍流槽道流中小惯性颗粒的动力学，发现近壁区因强剪切诱导升力导致两者统计结果存在显著定性差异。
2024-07-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Liquid velocity fluctuations and energy spectra in three-dimensional buoyancy driven bubbly flows
本文对浮力驱动的泡状流中的伪湍流进行了直接数值模拟（DNS），研究了雷诺数（$\Rey$）和阿特伍德数（$\At$）的变化范围。我们研究了水平和垂直液体速度波动的概率分布函数，发现它们与实验定量一致。能谱显示在高$\Rey$下的$k^{-3}$缩放，并且在降低$\Rey$时变得更陡。为了研究流中的频谱传输，我们推导了逐尺度能量收支方程。我们的分析表明，对于尺度小于气泡直径，净生产，因为表面张力和动能通量平衡粘性耗散给$k^{-3}$缩放的能谱低和高$\At$。
2019-10-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Instantons and Fluctuations in a Lagrangian Model of Turbulence
我们进行了详细的分析研究，最近的流体变形（RFD）模型的拉格朗日不稳定性的发病情况下，马丁-Siggia-Rose-Janssen-de Dominant（MSRJD）的路径积分形式主义。该模型的基础上，作为一个关键点，局部封闭的压力海森和粘性耗散项的速度梯度张量的随机动力学方程。我们进行了一个功率计数的层次分类的几个扰动的贡献与周围的瞬子评估MSRJD行动的波动，沿着累积量扩展的线。最相关的费曼图，然后整合到重整化有效作用量，计算速度梯度概率分布函数（vgPDF）。虽然子前导微扰校正不会以明显的定性方式影响vgPDF的全局形状，但事实证明，它们在精确描述其非高斯核中具有重要作用。
2018-10-07 physics.flu-dyn
Turbulent activity in the near-wall region of adverse pressure gradient turbulent boundary layers
本文通过对比两个直接数值模拟数据库，研究了逆压梯度湍流边界层中外层湍流对内层结构和能量传递的影响，发现内层湍流能自我维持且能量传递机制不随速度亏损改变。
2024-02-15 physics.flu-dyn
Inferring turbulent velocity and temperature fields and their statistics from Lagrangian velocity measurements using physics-informed Kolmogorov-Arnold Networks
Brown University（布朗大学）；Technische Universität Ilmenau（伊尔默瑙工业大学）
提出基于物理信息Kolmogorov-Arnold网络的AIVT方法，仅利用稀疏拉格朗日速度数据推断连续温度场，实现与DNS媲美的湍流场重建，为高雷诺数湍流定量研究提供新途径。
2024-07-23 cs.LG physics.comp-ph physics.flu-dyn
On the streamwise velocity variance in the near-wall region of turbulent flows
本文基于高雷诺数管道流DNS数据，发现近壁区流向速度方差遵循带指数修正的缺陷幂律，揭示超大尺度结构贡献随雷诺数缓慢衰减，并给出无限雷诺数极限下的峰值与耗散率预测。
2024-07-19 physics.flu-dyn
Restricted Euler dynamics in free-surface turbulence
该研究推导了自由表面湍流的受限欧拉模型，经实验验证其可捕捉部分速度梯度特征，同时揭示了自由表面对湍流能量级联及速度梯度间歇性的影响。
2024-12-04 physics.flu-dyn
Assessment of turbulent boundary layers on a NACA4412 wing section at moderate Re
本文给出了用NACA 4412翼型表示的机翼剖面绕流的DNS结果，其中Rec = 400，000，迎角为5 °。高阶谱元代码Nek 5000用于计算。克劳泽压力梯度参数在吸力侧，Re_theta和Re_tau的范围从0到85，最大值分别为2，800和373。吸力面与ZPG TBL数据之间的比较显示出更显著的尾流、更陡的对数区域和缓冲区中的更低速度。APG还导致切向速度波动的内峰值逐渐增加，以及外峰的发展，这也是在雷诺应力张量的其他组件中观察到的。强APG的其他影响是增加整个边界层的生产和耗散剖面，以及增强的粘性扩散和壁附近的速度-压力梯度相关值。所有这些效应都与这样一个事实有关，即流动的大尺度运动由于APG而变得充满能量，这从展向预乘功率谱密度图中可以明显看出。
2018-12-10 physics.flu-dyn
Local and Nonlocal Strain Rate Fields and Vorticity Alignment in Turbulent Flows
局部和非局部贡献的总应变率张量在任何一点的流动制定从一个扩展的涡度场在一个局部的球形邻域半径R为中心的x。由此产生的精确表达式允许从总应变率张量获得非局部（背景）应变率张量。在湍流中，涡量自然地集中到相对紧凑的结构中，这允许对涡量与背景应变率张量的最延伸主轴的局部对准进行评估。在任何旋涡结构附近，所需的半径R和膨胀必须达到的相应阶数n由粘性长度尺度决定。我们证明了收敛到背景应变率场的增加R和n的平衡Burgers涡，并表明，这解决了异常对齐的涡度与总应变率张量的中间特征向量。然后，我们评估了均匀各向同性湍流DNS的背景应变场，即使对于有限的R和n对应的截断级数展开，结果表明，在预期的平衡对齐的涡度与最延伸的主轴的背景应变率张量的增加。
2008-01-08 physics.flu-dyn
Dynamics of particle-laden turbulent Couette flow. Part1: Turbulence modulation by inertial particles
在载有颗粒的湍流中，对于高于$10^{-4}$的体积分数，载体流体相中的湍流受到分散颗粒相的影响，因此反向耦合或双向耦合在该体积分数范围内变得相关。在Muramulla $et.al.^1$最近的一项研究中，对于临界体积分数O（$10^{-3}$），在垂直的载有颗粒的湍流槽道流中观察到湍流强度的不连续降低。湍流强度的崩溃是湍流能量产生率灾难性下降的结果。从机理上讲，固液耦合在固粒湍流库埃特流中不同于在封闭槽道流中。本文通过双向耦合DNS研究了惯性颗粒对Couette流湍流的调制作用，其中颗粒体积分数（$ϕ$）从$1.75\times10^{-4}$变化到$1.05\times10^{-3}$，基于半通道宽度的雷诺数（$δ$）和基于壁面速度的雷诺数（$U$）（$Re_δ$）为$750$。粒子是重点粒子，具有基于流体积分时标的$St\sim367$，由$δ/U$表示。在超过临界体积分数$ϕ_{cr}\sim7.875\times10^{-4}$后，流体湍流强度、均方速度和雷诺应力均出现不连续的下降。湍流剪切产生的急剧减少和湍流动能的粘性耗散的减少是发生类似槽道流的不连续转捩的两个重要现象。逐步粒子注入和逐步去除的研究证实，这是粒子的存在，这主要是在这个不连续的过渡。
2022-04-01 physics.flu-dyn
Non-equilibrium wall model for large eddy simulations of complex flows exhibiting turbulent smooth body separation
提出非平衡壁面模型，通过比较摩擦速度与压力梯度速度识别非平衡，在光滑体分离流动中改进分离预测，优于传统平衡壁面模型。
2024-07-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Integral analysis based diagnostics of turbulence model errors in skin friction
Penn State University（宾夕法尼亚州立大学）
本文提出基于角动量积分的湍流模型误差诊断方法，通过分析不同流动条件下的误差来源，为模型改进提供指导。
2026-03-11 physics.flu-dyn
