Numerically stable formulations of convective terms for turbulent compressible flows
本文系统地分析了可压缩纳维-斯托克斯方程的无耗散中心差分近似的离散守恒性质。一般的三重分裂的非线性对流项被认为是，和能量保持配方的充分特点是通过推导出一个两个参数的家庭分裂形式。以前开发的制剂在文献中报道的是这个家庭的特定成员，新的分裂介绍和讨论。此外，能量方程（即总能量和内能，熵）的不同选择所产生的守恒性质进行了深入的分析。它示出，额外的保存量可以通过一个适当的自适应选择的分裂形式内的衍生家庭。本文还讨论了建立高精度激波捕捉方法的基本性质--准素不变量的局部守恒性。在零粘度下对泰勒-格林涡进行的数值试验充分证实了理论结果，并表明仔细选择分裂和能量公式可以提供非常鲁棒和准确的结果。
2018-05-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A positivity-preserving Eulerian two-phase approach with thermal relaxation for compressible flows with a liquid and gases
提出了一种求解由刚性气体状态方程控制的、含有任意数量理想气体和液体的四方程齐次松弛模型（HRM）的保正分数阶算法。分数阶算法由Allaire等人的双曲五方程模型的时间步长和无限松弛速率下的代数数值热松弛步长组成。插值和通量限制器提出了使用高阶笛卡尔有限差分或有限体积格式的一般形式，使部分密度和平方声速的积极性，以及体积分数和质量分数的有界性，保留与算法。该算法还保证了四方程HRM的保守解更新，这对于某些应用例如具有相变的应用是有利的。通过数值试验，证明了该算法的精度和鲁棒性，该算法采用了高阶显式有限差分加权紧致非线性格式（WCNS），并采用了增量模板加权基本无振荡（WENO）插值。
2022-12-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
High-order gas-kinetic scheme in general curvilinear coordinate for iLES of compressible wall-bounded turbulent flows
本文发展了一种用于可压缩湍流数值模拟的一般曲线坐标系下的高阶气体动力学格式（HGKS-cur）。基于坐标变换，将Bhatnagar-Gross-Krook（BGK）方程从物理空间变换到计算空间。为了处理由离散点给出的一般网格，需要通过逐维拉格朗日插值构造几何度量。在计算域中采用多维加权基本无振荡（WENO）重建，重建变量为单元平均雅可比矩阵和雅可比加权保守变量，以保证空间精度。两阶段的四阶方法，这是发展的时空耦合流动求解器，用于时间离散。无粘和层流的数值算例验证了HGKS-cur的精度和几何守恒定律。作为HGKS-cur的直接应用，本文将其应用于可压缩壁面湍流的隐式大涡模拟（iLES），包括可压缩槽道湍流和可压缩周期性起伏湍流。HGKS-cur的iLES计算结果与文献中的谱方法和高阶有限体积方法的计算结果吻合较好。HGKS-cur的性能表明其作为可压缩壁面湍流和大规模分离流数值模拟的有力工具的能力。
2021-07-19 physics.flu-dyn
A self-induced mechanism of large-scale helical structures in compressible turbulent flows
该研究通过定义可压缩湍流的大尺度螺旋度，揭示亚格子与黏性双通道导致的小尺度生成及逆跨尺度传递，提出大尺度螺旋结构的自诱导机制。
2024-02-03 physics.flu-dyn
Formulations for scalar boundedness in simulations of turbulent compressible multi-component flows using high-order finite-difference methods
The University of New South Wales（新南威尔士大学）；University of Turku（图尔库大学）
本文提出高阶差分方法保持标量有界性的新公式，通过自适应切换高阶与低阶形式，维持高精度与低数值耗散，测试显示单调性保持限制器方案性能更优。
2026-05-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Exact mathematical formulas for wall-heat flux in compressible turbulent channel flows
本文从内能方程或总能方程出发，导出了可压缩槽道湍流壁面平均热流密度（$q_w$）的几个精确表达式。可以应用两种不同的路线，包括FIK方法和RD方法。不同雷诺数和马赫数下的可压缩槽道流动的直接数值模拟数据验证了推导公式的正确性。对不同的能量方程和不同的路线进行了讨论，得出的结论是：目前所导出的公式大多数只是数学公式，缺乏明确的物理解释。它们可用于估计$q_w$，但可能不适合探索底层物理。
2021-08-07 physics.flu-dyn
Non-premixed Flame-Turbulence Interaction in Compressible Turbulent Flow
非预混湍流反应流动由于湍流运动与反应之间的强耦合而难以建模。典型的碳氢化合物火焰释放的大量热量导致热力学变量和分子输运系数的显著修改，从而改变了流体动力学。此外，在非预混燃烧中，火焰具有复杂的空间结构。局部的膨胀和收缩发生，增强了平行运动。因此，流动的可压缩性和热释放密切相关。然而，关于可压缩性对标量混合和反应的作用的基础研究却很少。在本文中，我们提出的结果有关的非预混火焰和可压缩湍流之间的相互作用的基本方面。
2002-03-13 physics.flu-dyn
A compressible Reynolds-averaged mixing model considering turbulent entropy and heat flux
本研究针对可压缩混合流动，在不可压缩K-L-y模型基础上引入物理可压缩性修正，整合湍流熵与热通量，构建了新型可压缩RANS混合模型，并经系统验证有效。
2025-06-19 physics.flu-dyn
Application of Modal Filtering in Discontinuous Spectral Element Method for Simulation of Compressible Channel Flow at Different Reynolds Numbers
不可压湍流的大涡模拟已得到广泛的研究，因此，已开发出适合于不同数值方案的各种模型。在可压缩流的情况下，由于滤波后的纳维-斯托克斯方程中出现的大量项，建模更具挑战性。最近，模态显式滤波实现了不连续谱元法（DSEM），以模拟可压缩流的子滤波尺度的影响。该方法在计算上是廉价的，因为它是使用完善的数学库在DSEM代码中实现的。它已成功地应用于可压缩衰减各向同性湍流和湍流槽道流的模拟。在这项研究中，通道流与三个不同的摩擦雷诺数进行了模拟，使用显式模态滤波DSEM的新方法的性能进行评估，通过比较湍流统计和摩擦雷诺数从DNS。该模型预测的摩擦雷诺数与DNS的最大误差为2.16%。尽管与DNS相比，该模型生成的平均速度剖面结果令人满意，但它需要调整滤波器强度和频率，以准确预测均方根统计数据。
2020-07-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Formulation of entropy-conservative discretizations for compressible flows of thermally perfect gases
Università di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）；Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）
本文提出了一种新型空间离散化方法，用于可压缩欧拉方程，确保在离散层面保持熵守恒，适用于热完美气体，同时保持线性不变量和动能的保守。
2026-03-10 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A High-Order Weighted Compact High Resolution Scheme with Boundary Closures for Compressible Turbulent Flows with Shocks
本文提出了一种改进的高阶加权紧致高分辨率（WCNS）格式，它将非线性插值与紧致差分格式相结合，扩展了加权紧致非线性格式（WCNS）的思想，用于可压缩湍流中激波的捕捉。该方案具有更好的分辨率性能比以前的WCNS的。这是通过使用一个紧凑的（或空间隐式）的形式，而不是传统的全显式形式的非线性插值。由于紧凑的插值方案往往有较低的色散误差相比，显式插值方案，该方案有能力解决更多的精细尺度的功能，同时仍然有能力提供足够的本地化耗散捕捉冲击和不连续性鲁棒。近似色散关系的特点，该计划进行了分析，以显示优越的分辨率性能的计划相比，其他WCNS的类似数量级的精度。对于非周期问题，我们也提出了守恒的高阶精度边界格式。此外，一个新的保守的通量差分格式的紧凑的有限差分格式推导出，并允许使用保正限制器，以提高鲁棒性。不同的测试案例表明，该计划的能力，以捕获不连续性在一个强大的和稳定的方式，同时也本地化所需的数值耗散只包含不连续性和非常高的波数功能的区域，从而更好地保持光滑的流动功能相比，WCNS的。
2021-01-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A high-fidelity solver for turbulent compressible flows on unstructured meshes
我们开发了一个高保真的数值求解器的可压缩纳维-斯托克斯方程，突出的主要目的是预测能力的低扩散数值在复杂的几何形状的流动。纳维-斯托克斯方程中对流项的空间离散依赖于稳健的能量守恒数值通量，并且从AUSM方案继承的数值扩散仅限于激波附近或感测到伪数值振荡的任何地方。求解器是能够保存的总动能在无粘极限，它承担明智的数值扩散比典型的工业求解器，与招致更大的预测能力，通过一系列的测试情况下，包括DNS，LES和URANS的湍流证明。在现有的流行的求解器，如OpenFOAM的实现简单性也突出显示。
2016-12-15 physics.flu-dyn
Decorrelating a compressible turbulent flow: an experiment
最初均匀分布在湍流流体表面上的漂浮颗粒，随后凝结，直到最终达到稳定状态。既然如此，它们显然形成一个可压缩系统。在本实验中，测量了凝结漂浮物的信息维数D_1和李雅普诺夫指数。粒子的轨迹和速度场被捕获在一系列快速获取的图像中。然后，速度序列在时间上被随机打乱以生成新的轨迹。该分析模拟Kraichnan系综，并产生在时间上（但不在空间上）与δ相关的速度关联函数的性质。将测量结果与理论预期以及Boffetta等人的模拟进行比较，非常接近这里报道的实验室实验。
2010-09-27 physics.flu-dyn
Diffusion in supersonic, turbulent, compressible flows
我们研究超音速、紊流、可压缩流中的扩散。超声速湍流可以表征为相互作用的激波网络。我们考虑具有不同均方根马赫数的流动，并且在不同的空间尺度上插入维持动力学平衡所需的能量。我们发现，湍流输运表现出超扩散行为，由于诱导体运动。然而，在共动参考系中，扩散行为是正常的，可以用扩展到超音速区域的混合长度理论来描述。
2003-02-25 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Detailed derivation of scale-Space Energy Density Transport Equation for Compressible Inhomogeneous Turbulent Flows
尺度空间能量密度函数$E(\mathbf{x}, \mathbf{r})$定义为两点速度相关的导数。函数E描述了在位置x处尺度r的湍流动能能量密度，并且可以被认为是谱能量密度函数概念对非均匀流的推广。我们推导了可压缩流中尺度空间能量密度函数的输运方程，以更好地理解尺度间的能量传递和能量相互作用的非局部性程度。具体来说，变密度和膨胀的湍流能量动力学的影响。预计这些研究结果将产生更深入的了解压缩性的影响，导致改进的模型在所有级别的关闭质量通量，密度方差，压力膨胀，压力应变相关性和湍流耗散过程。
2020-10-05 physics.flu-dyn
Velocity transformation for compressible wall-bounded turbulent flows with and without heat transfer
本文提出了一种将可压缩壁面湍流的平均速度分布映射到不可压缩壁面规律的变换。与现有的方法不同，所提出的转换成功地崩溃，没有具体的调整，从充分发展的通道和管道流的数值模拟数据，和边界层有或没有传热。在所有这些情况下，转换是成功的跨越整个内层的边界层（包括粘性子层，缓冲层，对数层），恢复渐近精确的近壁行为的粘性子层，并符合近平衡的湍流产生和耗散的对数区域的边界层。对于边缘马赫数为0 ~ 15、摩擦雷诺数为200 ~ 2000的可压缩壁面边界流动，验证了变换的性能。基于物理参数，我们表明，这样一个一般的转换存在可压缩壁有界湍流的壁热条件无关。
2021-08-17 physics.flu-dyn
A molecular dynamics test of the Navier-Stokes-Fourier paradigm for compressible gaseous continua
一个多世纪前，努森的开创性实验和理论工作指出，纳维尔-斯托克斯-傅立叶（NSF）范式不适用于努森数（Kn）超过连续范围的可压缩气体，即不连续。然而，在连续介质的情况下，其中Kn渐近地接近零，然而在文献中（隐含地）假设可压缩NSF方程仍然适用。令人惊讶的是，这一信念似乎从来没有得到严格的检验;相反，迄今为止，对NSF方程在连续流中的可行性的大多数检验都有效地限于不可压缩流体，即液体。考虑到双速流体动力学理论最近提出了关于可压缩连续介质气体流动的NSF方程的有效性的基本问题，我们认为值得测试NSF范式对于连续介质情况的有效性。虽然我们提出的NSF测试本身并不依赖于产生测试的双速度模型的正确性，但后者提供了动机。这封信阐明了分子动力学（MD）模拟的证据表明，与目前的观点相反，NSF方程实际上不适用于可压缩气体连续体，也不可能适用于可压缩液体。重要的是，这一结论关于NSF的不适用于连续体，被证明是独立的无滑移边界条件适用于流体连续体的可行性，从而分离的问题的正确性NSF微分方程的切向速度边界条件施加在这些方程时，寻求他们的解决方案。最后，MD数据被证明在功能上与产生本研究的双速模型一致。
2013-01-24 physics.flu-dyn
Temperature transformation recovering the compressible law of the wall for turbulent channel flow
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出新的温度变换方法，用于可压缩湍流通道流，通过分析动量和能量平衡方程，改进了温度分布模型，提高了近壁建模的准确性。
2026-03-04 physics.flu-dyn
Transport of inertial spherical particles in compressible turbulent boundary layers
通过直接数值模拟研究马赫数2至6可压缩湍流边界层中惯性球形颗粒的输运，发现压缩性效应显著减弱大惯性颗粒的近壁聚集、小尺度簇聚及流向速度脉动强度，并揭示其与近壁颗粒马赫数及流体密度黏度变化有关。
2024-07-15 physics.flu-dyn
Tackling Compressible Turbulent Multi-Component Flows with Dynamic hp-Adaptation
本文提出一种hp自适应混合间断伽辽金/有限体积方法，用于模拟可压缩湍流多组分流动，通过动态切换h细化FV子单元和p自适应DG，实现精确激波定位和湍流解析，并在FLEXI框架中验证其鲁棒性，展示了在欠膨胀氢气射流混合模拟中的潜力。
2025-02-26 physics.flu-dyn
Intermittency and Universality in Fully-Developed Inviscid and Weakly-Compressible Turbulent Flows
我们进行了均匀和各向同性可压缩湍流的高分辨率数值模拟，平均三维马赫数接近0.3。我们研究了速度、密度和熵的不透明度的统计性质。对于速度场，这是主要的量，可以比较各向同性不可压缩的情况下，我们发现没有统计差异，其行为在惯性范围内，由于轻微的可压缩性或不同的耗散机制。对于密度场，我们发现证据的“前”的结构，虽然没有冲击产生的模拟。
2007-09-19 nlin.CD physics.flu-dyn
A general vector field coupled to a strongly compressible turbulent flow
我们考虑的模型的横向矢量（如磁场）场的最一般形式的非线性，被称为${\cal A}$模型，被动平流的强可压缩的湍流，随机搅拌的纳维-斯托克斯方程。完全随机问题等价于具有红外吸引不动点的可重正化场论模型。因此，建立了大尺度、长距离行为的标度行为。然而，参数${\cal A}$是否趋向于重整化群方程的某个不动点值或保持任意性的问题，不能在我们研究的单圈近似中回答。
2021-11-01 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Validation of a high-order finite difference compressible solver
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
本文提出了一种基于紧凑有限差分方案的高阶可压缩求解器，并通过五个典型案例验证了其在激波捕捉和湍流模拟中的准确性与可靠性。
2026-02-06 physics.flu-dyn
Whistling of turbulent cavity flows: Self-consistent predictions with the linearized compressible Navier-Stokes equations
本文提出一种基于三重分解和可压缩Navier-Stokes方程的自洽饱和模型，通过迭代更新Reynolds应力强迫直至主导模态边际稳定，成功预测了湍流低马赫数空腔流动中空气声学极限环的频率与幅度，并与大涡模拟及实验吻合良好。
2025-09-22 physics.flu-dyn
Capturing shocks and turbulence spectra in compressible flows. Part 2: A new hybrid PPM/WENO method
在本论文的第1部分中，通过研究几种不同的低阶和高阶有限体积法在捕获可压缩流的湍流谱方面的能力，对它们的性能进行了评估，在可压缩流中，小的光滑湍流结构与激波和不连续性相互作用。比较结果表明，二阶Goddom方法与PPM插值提供的结果几乎相同的四阶WENO计划，但在一个显着较低的成本。然而，它表明，PPM方法未能提供一个准确的表示在高频范围内的频谱。在本论文中，我们表明，这个特定的问题来自于斜率限制程序和一种新的混合PPM/WENO方法的开发，它有能力捕捉湍流谱的准确性正式高阶方法，但在成本的二阶Goddom方法。总体而言，它表明，几乎相同的物理解决方案，可以得到更快地通过细化模拟与二阶方法和精心选择的数值程序，而不是运行一个粗糙的高阶模拟。
2020-03-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Compressible turbulent convection in highly stratified adiabatic background
本文通过三维直接数值模拟研究了高度分层绝热背景下的可压缩湍流对流，发现在耗散数超过临界值时，流动呈现强烈的统计不对称性、全局热传递显著降低以及稀疏热羽流穿透现象。
2023-07-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Implicit relaxed all Mach number schemes for gases and compressible materials
本研究提出一种基于Jin-Xin松弛法的隐式松弛全马赫数格式，通过线性解耦椭圆方程与迎风-中心通量凸组合实现全马赫数数值扩散，经非线性弹性欧拉模型及多类模拟验证，可精确近似不同马赫区间的物质波。
2023-06-09 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Pseudo-turbulence models for compressible flow through random particle suspensions
基于颗粒解析模拟数据，将不可压缩伪湍流雷诺应力模型扩展至亚音速可压缩流动，并提出局部拉格朗日模型及能量方程闭合相关模型，用于欧拉-拉格朗日模拟。
2025-05-08 physics.flu-dyn
Three dimensional high-order gas-kinetic scheme for supersonic isotropic turbulence II: coarse-grained analysis of compressible $K_{sgs}$ budget
本文采用高阶气体动力学格式（HGKS）[{$Ma_{t} = 1.2$} \& { \it{Fluids, 192, 2019} }]对可压缩各向同性湍流进行了直至超声速的直接数值模拟。本文对亚网格尺度湍流动能收支的粗粒度分析方法$K_{sgs}$进行了全面的分析，以建立可压缩大涡模拟中的单方程亚网格湍流动能收支模型。HGKS在更高的湍流马赫数下得到了高达$Ma_{t} = 2.0$的DNS，证实了HGKS的超鲁棒性。在此基础上，采用密度加权滤波方法，导出了精确的可压缩SGS湍流动能输运方程$K_{sgs}$。基于可压缩$K_{sgs}$输运方程，采用Box滤波器在三组不可分辨网格上实现了粗粒化处理。对可压缩$K_{sgs}$预算的粗粒度分析表明，在当前系统中，所有未分辨的源项都是主导项。特别地，在初始声学时间尺度内，SGS压胀项的量级与SGS螺线管耗散项的量级相当。因此，可以得出结论，SGS的压力膨胀项不能像以前的工作被忽略。通过对可压缩$K_{sgs}$方程SGS扩散项的精细粗粒度分析，证实了脉动速度三重相关项和压力-速度相关项都是主导项。目前的粗粒度分析给出了可压缩$K_{sgs}$预算中所有SGS项的数量级，这为高马赫数湍流中可压缩LES模拟提供了坚实的基础。
2020-05-25 physics.flu-dyn
Classical 1/3 Nusselt number scaling in highly turbulent compressible convection
本文通过MacCormack-TVD有限差分方法模拟可压缩湍流对流，首次将二维模拟推至Ra=10^16，发现体流绝热温降导致Re∝Ra^{1/2}，并验证了经典1/3努塞尔数标度律。
2025-02-03 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Optimized Flow Control based on Automatic Differentiation in Compressible Turbulent Channel Flows
本研究提出基于自动微分的可微边界条件框架，用于可压缩湍流通道流的高效流动控制优化，发现以湍动能为目标的反向控制能实现更稳定的减阻效果。
2024-10-30 physics.flu-dyn
Interactions between the near-wall turbulent structures and heavy particles in compressible turbulent boundary layers
本文通过马赫数6载重粒子可压缩湍流边界层的直接数值模拟，揭示粒子质量载荷削弱近壁胀压运动但表面摩擦变化仍主要由无散雷诺剪切应力控制。
2024-10-18 physics.flu-dyn
High-order gas-kinetic scheme with parallel computation for direct numerical simulation of turbulent flows
本文研究了高阶气体动力学格式（HGKS）对各向同性可压缩湍流的直接数值模拟（DNS）的性能。由于HGKS的多尺度特性和时空耦合演化过程，它为可压缩湍流的数值模拟提供了一个有效的工具。基于区域分解和消息传递接口（MPI），本文开发了一个适用于大规模计算的并行HGKS程序。从近不可压缩流到超声速流，包括Taylor-Green涡问题、湍流槽道流和各向同性可压缩湍流，通过标准测试验证了并行实现的可扩展性、效率、精度和鲁棒性。对于近不可压湍流，HGKS的性能与高阶有限差分格式相当，包括流动结构的分辨率和计算效率。根据数值解的精度，对该格式在湍流模拟中的数值耗散进行了定量评价。作为一种介观方法，HGKS方法由于其高阶精度而优于格子玻尔兹曼方法（LBM）和离散统一气体动力学方法（DUGKS）。同时，基于动力学方程的HGKS方法在超声速湍流模拟中具有较高的精度和鲁棒性。目前的工作表明，HGKS作为一个强大的DNS工具的能力，从低速到超音速湍流研究，这是很少报告的框架下的有限体积格式。
2020-05-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
New methodology based on energy flux similarity for large-eddy simulation of transitional and turbulent flows
本文提出了一种基于能流相似的转捩和湍流大涡模拟新方法。现有的知识表明，能量级联一般存在于不同分布的过渡流和湍流中，能量级联过程中尺度相互作用的特征量是能通量。因此，选择能流相似作为基本准则，以保证LES得到的流场与真实流场高度相似。通过先验检验，我们发现张量扩散率（TD）模型的能流与真实的能流有很高的相似性。然后，我们从TD模型修改的模拟能通量，得到了统一的公式对应于不同的过滤器的宽度和位置的有壁湍流的能通量相似。为了确保模拟的鲁棒性和LES结果类似于真实的流动，我们应用能量通量相似方法（EFSM）的Smagorinsky模型在LES的可压缩湍流通道流，可压缩平板流，和流动的可压缩斜坡。后验检验表明，总体而言，EFSM可以更好地预测这些流量比其他子网格尺度模型。在槽道湍流的模拟中，EFSM可以准确地预测平均流向速度、雷诺应力和丰富的拟序结构。在可压缩平板流动的大涡模拟中，EFSM在三种不同网格尺度下均能准确地模拟转捩起始点和转捩峰值、表面摩擦力和流向平均速度。同时，对于可压缩斜坡绕流，EFSM能正确描述绕流转捩过程、角区分离和再附位置以及丰富的拟序涡结构等。
2019-10-28 physics.flu-dyn
Impact of Structure-Preserving Discretizations on Compressible Wall-Bounded Turbulence of Thermally Perfect Gases
Università di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）；Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学）
本文研究了结构保持离散化对高马赫数下热完美气体压缩性壁限湍流的影响，重点评估熵守恒、动能守恒及热力学闭合一致性对湍流模拟的贡献。
2026-02-19 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
The Turbulent Dynamo in Highly Compressible Supersonic Plasmas
这个动荡的发电机可以解释宇宙磁力的起源。虽然磁场的指数放大已经在不可压缩气体中进行了研究，但对高度可压缩的超音速等离子体（如星系的星际介质和早期宇宙）中的发电机作用知之甚少。在这里，我们进行了第一次定量比较的理论模型的发电机增长率和饱和度与三维磁流体动力学模拟超音速湍流与网格分辨率高达1024^3细胞。我们获得了数值收敛性，并发现发电机作用在低和高磁普朗特数Pm = nu/eta = 0.1-10（粘性耗散与磁耗散之比）时都发生，而这在超音速湍流中只在Pm >= 1时才出现。我们测量了临界磁雷诺数，Rm_crit = 129（+43，-31），表明可压缩发电机几乎与不可压缩气体一样有效。考虑到现在和早期宇宙的物理条件，我们得出结论，磁场需要考虑从早期到现在的宇宙年龄的结构形成过程中，因为它们抑制气体碎裂和驱动强大的喷流和外流，都极大地影响了恒星的初始质量函数。
2014-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Advection by Compressible Turbulent Flows: Renormalization Group Study of Vector and Tracer Admixture
利用场论微扰重整化群分析了磁场和示踪场的对流扩散问题。两个平流场都被认为是被动的，即，平流速度场由可压缩形式的随机纳维-斯托克斯方程产生。该模型被认为是在空间维度$d=4$附近，并且是先前工作的延续[N.V. Antonov等人，E 95，033120（2017）]。在$y$（描述随机力进入速度场随机方程的标度行为）和$ε=4-d$中的双展开方案中构造了特殊维$d=4$附近的微扰理论。我们发现，一个循环近似两种类型的平流场表现出类似的普遍标度行为。特别是，我们证明了这种说法的惯性范围渐近行为的关联函数的平流场。在$(y,ε)$展开式的首阶中计算了张量复合算子的临界维数。
2019-04-18 nlin.CD physics.flu-dyn
An Onsager Singularity Theorem for Turbulent Solutions of Compressible Euler Equations
我们证明了可压缩Euler方程的有界弱解将保持热力学熵，除非解场具有足够低的时空Besov正则性。对于这种欧拉解，测量动能级联的量也将消失，除非满足相同的奇异性条件。进一步证明了可压缩Navier-斯托克斯方程有界且具有反常耗散的解的强极限是弱Euler解。这些无粘极限解具有非负的反常熵产生和动能耗散，当解高于Besov正则性的临界程度时，熵产生和动能耗散都消失。具有理想气体状态方程的欧几里得空间中的定常平面激波提供了满足我们定理的条件的简单例子，并证明了我们基于$L^3$的条件的尖锐性。这些条件涉及时空Besov正则性，但我们表明，它们是满足欧拉解具有类似的空间规律性一致的时间。
2017-10-25 math-ph math.AP math.MP
Linear Stability Analysis of Compressible Channel Flow with Porous Walls
我们已经调查了渗透墙的影响，线性声阻抗与零电抗，可压缩通道流动通过线性稳定性分析（LSA）。基流剖面取自体积雷诺数$Re_b$ = 6900和马赫数$M_b$ = 0.2、0.5、0.85时的不可渗透等温壁层流和湍流通道流模拟。对于一个足够高的渗透率值，两个主要模式是不稳定的：一个整体压力模式，导致对称的驱逐和吸入的质量从多孔壁（模式0）;驻波状模式，与压力节点的中心线（模式I）。在湍流平均流剖面的情况下，这两种模式都会产生额外的雷诺剪应力，增强（基本）湍流剪应力，但集中在粘性子层区域;对于壁渗透率值，复相速度空间中两种模式的轨迹密切相关跨越两个数量级，表明它们共存。从亚临界到超临界渗透率的过渡并不改变两种模式的波数范围内的结构调查，这表明壁渗透率只是加重预先存在的，否则稳定的模式。本研究的结果将为通过壁面阻抗设计新的可压缩湍流边界层控制策略提供依据。
2015-12-27 physics.flu-dyn
Pressure-equilibrium-preserving and fully conservative discretization of compressible flow equations for real and thermally perfect gases
Università di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）；Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）
提出一种新的数值离散方法，通过基于状态方程细节的非线性数值通量，同时保持质量、动量和总能量的完全守恒以及压力平衡条件，并保持动能守恒，适用于任意状态方程的热完美气体和实际气体。
2026-05-26 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Compressible turbulent convection: The role of temperature-dependent thermal conductivity and dynamic viscosity
本研究通过两组三维直接数值模拟，探讨了温度依赖的热导率和动力粘度对超越非弹性极限的完全可压缩湍流对流动力学的影响，发现材料参数的温度依赖性会引起统计量的系统性定量变化，并显著改变湍流动量与热传递效率。
2024-05-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Towards high-accuracy deep learning inference of compressible turbulent flows over aerofoils
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文研究了用深度神经网络精确推导二维翼型绕流的雷诺平均Navier-Stokes方程解。我们的方法产生的网络，学习生成精确的流场为不同的贴体，结构化的网格，通过为他们提供相应的映射到一个规范的空间的解决方案的编码。我们将深度神经网络模型应用于随机给定攻角和雷诺数的不可压缩流的基准案例，与以前的工作相比，实现了一个数量级以上的改进。此外，对于跨音速流动情况，深度神经网络模型准确预测高雷诺数下的复杂流动行为，例如激波/边界层相互作用，以及压力系数、表面摩擦系数等定量分布以及翼型下游的尾流总压剖面。提出的深度学习方法显着加快了流场的预测速度，并有望实现快速的空气动力学设计。
2022-11-16 cs.LG physics.flu-dyn
Strongly superadiabatic and stratified limits of compressible convection
本文通过三维数值模拟研究超越Oberbeck-Boussinesq极限的完全可压缩湍流对流，发现超绝热性 $ε$ 和耗散数 $D$ 导致强超绝热与强分层两种极限，并详细分析了强分层引起的边界层动力学不对称及能量收支传输特性。
2023-10-04 physics.flu-dyn
High-order semi-Lagrangian kinetic scheme for compressible turbulence
紊流可压缩流传统上是用显式时间积分器来模拟的，该积分器应用于纳维-斯托克斯方程的离散化版本。然而，相关的Courant-Friedrichs-Lewy条件严重限制了最大时间步长。利用玻尔兹曼方程的物质导数的拉格朗日性质，我们现在引入一个可行的三维半拉格朗日格子玻尔兹曼方法（SLLBM），它绕过了这个限制。由于三维中离散速度的数量巨大，许多用于可压缩流的格子玻尔兹曼方法被限制在二维中，而SLLBM仅使用45个离散速度。基于可压缩泰勒-格林涡模拟，我们表明，新的方法准确地捕捉激波或小激波以及湍流在3D中，而不使用额外的滤波或稳定技术，即使当时间步长的大小是两个数量级以上的文献中的模拟相比。因此，我们的新方法使研究人员第一次研究可压缩湍流的一个完全明确的计划，其范围内的容许的时间步长大小只由物理决定，而从空间离散解耦。
2021-05-17 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.flu-dyn
Controlling Turbulent Flows in Compressible Active Liquid Crystals
University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Emory University（埃默里大学）；Brandeis University（布兰迪斯大学）
基于光图案化准二维活性悬浮液实验，发展可压缩活性向列相连续介质理论，以压缩率为调节旋钮，引导活性湍流，稳定动力学稳态，确立压缩率为活性向列相悬浮液密度变化和湍流的控制参数。
2026-10-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
An extended hybrid numerical simulation of isotropic compressible turbulence
本文提出了一种扩展的混合计划提出的王等。（J.计算。Phys.229（2010）169-180），用于数值模拟可压缩各向同性湍流到具有较高湍流马赫数的流动。该计划仍然利用8阶紧凑计划与内置的高粘度的光滑区域和7阶WENO计划的高压缩区域，但现在在他们的守恒公式和后者与罗伊型特征明智的重建。为了提高WENO格式的鲁棒性而不影响其高分辨率和精度，采用递归降阶方法，构造了一种新的重建失效检测准则.为了在极端条件下正确捕获逆风方向，使用了全球Lax-Friedrichs数值通量。此外，提出了一种新的冷却函数形式，并证明了该形式是保正的。新格式不仅继承了原格式的优点，而且大大扩展了湍流马赫数的计算范围，数值结果进一步证实了这一点。
2017-11-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulent drag reduction with streamwise travelling waves in the compressible regime
本研究通过直接数值模拟对比不同可压缩槽道流的行波减阻效果，发现可压缩性对减阻的提升程度受对比流程影响，采用动能约束为固定比例转热能的对比方法更合理，此时可压缩性对减阻提升微弱。
2023-12-15 physics.flu-dyn
Large-scale motions and self-similar structures in compressible turbulent channel flows
在这项工作中，我们研究的尺度特性的日志和外部区域的运动和结构在亚音速和超音速湍流。为此，本文对中等雷诺数下的可压缩槽道湍流进行了一系列直接数值模拟。在此基础上，利用两点相关和一维谱分析了外区运动的流向和展向长度尺度。在外部区域的多尺度结构之间的能量分布被发现是由半局部摩擦雷诺数效应，而不是马赫数效应。这一结论不仅适用于速度涨落，而且适用于热力学变量的涨落。此外，如先前的实验研究所报告的，当流动通过音障时，外部运动的流向和展向长度尺度没有显著改变（Bross等人，流体力学杂志，第911卷，2021，A2）。另一方面，采用线性相干谱研究了对数区域的自相似结构。自相似附壁结构的流向速度和温度波动的流向/壁法向纵横比约为15.5，而密度和压力波动的对应物为1.8。本研究证实了可压缩壁湍流中自相似结构的存在，并评估其几何特征。
2022-10-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Resolvent analysis of compressible laminar and turbulent cavity flows
目前的工作表明，使用预解式分析，以获得物理见解的开放腔流。预解式分析确定了对谐波强迫的流量响应，给出了稳定的基本状态，根据响应和强迫模式以及放大增益。的响应和强迫模式揭示了与此放大过程相关的空间结构。在这项研究中，我们进行解析分析层流和湍流超过一个矩形空腔的长度与深度比$L/D=6$在自由流马赫数为$M_\infty=0.6$在展向周期设置。基于基态的主导不稳定性，在预解式分析中引入折扣参数，考察了有限时间窗内的谐波特性。我们首先揭示了基本的流动物理和解释的结果从层流在$Re_D = 502$。这些结果从层流扩展到一个更实际的空腔流动的例子在一个更高的雷诺数$Re_D = 10^4$。层流和湍流空腔流的响应模式和强迫模式的特征与层流分析的空间结构相似。我们进一步发现，在流动响应中的能量的大放大与高频率的湍流，而流动是更响应于低频激励的层流的情况下。这些研究结果从预解式分析提供了有价值的见解，流动控制研究方面的参数选择和放置的致动器和传感器。
2019-09-13 physics.flu-dyn
Radon Measure Solutions to Riemann Problems for Isentropic Compressible Euler Equations of Polytropic Gases
本文在Radon测度类中求解了多变气体等熵可压缩Euler方程的黎曼问题，其解允许有质量集中。结果表明，在满足过压缩熵条件的条件下：（i）存在唯一的Delta激波解，对应于有两个强经典Lax激波的情形;（ii）对于经典Riemann解包含一个激波和一个稀疏波或两个激波，其中一个是弱激波的初始数据，存在无穷多个解，每一个都由一个delta激波和一个稀疏波组成;（iii）对于经典熵弱解只由稀疏波组成的情况，没有delta激波。这些解是自相似的。此外，对于初始质量集中在初始数据间断点的广义黎曼问题，至少在短时间内，总是存在唯一的δ激波。它可以延长到一个全球性的解决方案。并不是所有的解决方案是自相似的，由于初始速度的集中点质量（粒子）。阐明了所构造的δ激波解是否满足过压缩熵条件。这是第一个结果的建设奇异措施解决方案的可压缩欧拉系统的多方气体，这是严格的双曲型，其特点都是真正的非线性。我们还讨论了这些新的解决方案可能的物理解释和应用。
2022-04-29 math-ph math.AP math.MP
Large eddy simulations of turbulent compressible supersonic jet flows using discontinous Galerkin methods
本文采用间断Galerkin格式对超声速喷流进行大涡模拟。总共进行了四次模拟与不同的网格和精度顺序。来自模拟的自由度的数量从50 x 106变化到400 x 106。结果表明，随着模拟分辨率的提高，总体上模拟结果更接近实验数据。射流唇线是唯一没有观察到这种行为的区域。研究了一种用低阶模拟初始化高阶模拟的方法，从而减少了高阶模拟的总时间。这种策略是成功的，并允许执行高阶模拟，只有5%以上的计算工作量比一个完整的二阶模拟。
2023-01-04 physics.flu-dyn
Compressible turbulent boundary layers over two-dimensional square-rib roughness
Tsinghua University（清华大学）
研究表面粗糙度与壁面热传递对Ma=2.5的空间发展可压缩湍流边界层的联合影响，提出基于拟合的优化程序确定运动虚拟原点，修正对数行为，并改进粗糙壁GRA以准确重建温度-速度关系。
2026-04-13 physics.flu-dyn
Upward Overshooting in Turbulent Compressible Convection. I.Effects of the relative stability parameter, the Prandtl number, and the Péclet number
在本文中，我们研究了向上过冲的三维数值模拟。我们发现，上述对流稳定区可以分为三个层：热调节层（混合熵和物质），湍流耗散层（混合物质，但不混合熵），和热耗散层（既不混合熵也不混合物质）。湍流耗散层通过垂直速度相关的第一和第二零点与热调节层和热耗散层分离。模拟结果与一维湍流雷诺应力模型的预测结果吻合较好。首先，层结构相似。第二，热调整层的上边界接近温度扰动的峰值。第三，在湍流耗散层的上边界处的Péclet数接近于1。此外，我们还研究了超调距离对相对稳定性参数$S$、普朗特数$\rm Pr$和Péclet数$\rm Pe$的标度关系. $S$上的缩放不是唯一的。趋势是超调距离随着$S$而减小。在$\rm Pr$上的拟合表明，过冲距离随着$\rm Pr$的增加而增加。在$\rm Pe$上的拟合表明，超调距离随着$\rm Pe$而减小。最后计算了湍流耗散层厚度与热调节层厚度的比值。该比率几乎保持不变，约为2.4。
2019-11-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn
A weakly compressible SPH method for RANS simulation of wall-bounded turbulent flows
本文提出一种弱可压缩SPH方法求解RANS模型，通过主流与近壁改进解决拉格朗日特性与RANS的不一致性，在多种基准壁面湍流案例中首次实现良好收敛，为湍流流固耦合模拟提供潜力。
2025-01-30 cs.CE physics.flu-dyn
