Transition to turbulence in slowly divergent pipe flow
本文通过实验与数值模拟研究缓慢扩张管道中的流动，发现轴对称锥形回流区及临界速度，并揭示其湍流转捩是突扩与直圆管流动中多个阶段的组合。
2013-11-30 physics.flu-dyn
Critical Behaviour in the Relaminarisation of Localised Turbulence in Pipe Flow
本文用直接数值模拟的方法研究了管内局部湍流再层化的统计特性。如最近的实验数据（Peixinho & Mullin，Phys.Rev.Lett. 96，094501，2006），衰减湍流的半衰期与标度（Re_c-Re）^{-1}一致，表明低维动力系统中常见的局部湍流状态的边界危机。临界雷诺数Re_c=1870，在实验值1750的7%以内。我们认为，经常被问到的问题，即需要哪种Re和初始扰动来触发管道中的持续湍流，实际上是两个独立的问题：“局部相空间”问题（层流状态的局部）在给定Re下初始触发湍流所需的阈值扰动，其次是“全局相空间”的问题，即Re是否超过Re_c，在这一点上，湍流状态成为吸引子。
2006-08-30 physics.flu-dyn
Profile of a coherent vortex in two-dimensional turbulence at static pumping
本文研究了在静态抽气情况下，有限箱中二维湍流逆级联的相干涡的速度分布。我们表明，在被动制度的平坦的速度分布实现，在抽运短时间相关的情况下。然而，在静态的情况下，大尺度的能通量取决于系统参数。我们证明了它与$f^{4/3}$成正比，其中$f$是激发湍流的特征力。
2017-11-07 physics.flu-dyn
Conditional vorticity budget of coherent and incoherent flow contributions in fully developed homogeneous isotropic turbulence
本文研究了充分发展的三维均匀各向同性湍流在相干和非相干流作用下的条件涡量收支。基于正交小波的相干涡量提取可以将涡量场分解为相干和非相干贡献，其中非相干贡献是类噪声的。充分发展的湍流中观察到的涡结构的统计平衡方程的影响进行量化考虑的条件涡预算。从而评估了流动中存在的基本结构与其统计含义之间的联系。的结果进行比较，获得的大规模和小规模的贡献，使用傅立叶分解，这揭示了显着的差异。
2012-03-20 physics.flu-dyn
Subcritical versus supercritical transition to turbulence in curved pipes
尽管层流Hagen-Poiffille流的线性稳定性，但如果流动扰动的幅度以及雷诺数超过最小阈值（亚临界转变），则在直管中发生向湍流的转变。随着管道曲率的增加，离心效应变得重要，从而修改基本流以及最不稳定的线性模式。如果曲率（管到弹簧圈直径$d/D$）足够大，则在湍流被激发（亚临界不稳定性）之前会遇到Hopf分叉（超临界不稳定性）。我们跟踪的不稳定阈值的$Re-d/D$参数空间中的范围$0.01\leq\ d/D \leq0.1$通过激光多普勒测速仪和确定的点，在亚临界和超临界不稳定满足。使用了两种不同的实验装置：一个封闭的系统，管道形成一个轴对称的环面和一个开放的系统，采用螺旋管。弯曲管道中的摩擦系数的测量的影响进行了讨论。
2015-08-26 physics.flu-dyn
A first coherent structure in elasto-inertial turbulence
在弹性惯性湍流区的FENE-P流体的二维通道流模拟揭示了不同的制度，从混沌到稳定的行波，它采取的箭头结构的形式。这种相干结构提供了新的见解，在聚合物/流动的相互作用驱动EIT，这是观察到在一组控制的数值实验和弹性和湍流动能之间的转移的研究。
2021-10-15 physics.flu-dyn
Modelling the transition from shear-driven turbulence to convective turbulence in a vertical heated pipe
本研究针对加热管道流中浮力引发的流动间歇性问题，构建时变背景轴向温度梯度模型，通过DNS探究不同管长与边界条件下的流动转变规律，证实局部剪切湍流衰减的无记忆特性及对流湍流的触发机制。
2025-01-14 physics.flu-dyn
Threshold amplitudes for transition to turbulence in a pipe
本文研究了圆管Poillille流向湍流转变的扰动阈值。根据能量梯度理论，我们认为湍流的转变取决于平均流能量梯度和扰动能量的大小。此外，湍流过渡所需的阈值扰动能量表示为能量角的余角的函数，该余角也表征了平均流的能量梯度的行为。通过一些数学处理，得到了扰动阈值能量随雷诺数的变化规律。然后，它被发现，对于一个固定的扰动频率，归一化的扰动振幅的比例与Re的指数为-3/2的过渡发生在管道中。该指数值与文献中报道的几个最近的结果吻合得很好。最后，对不同扰动水平下的湍流转捩机制提出了建议。
2005-06-25 physics.flu-dyn
Collapse of turbulence in optimised curved pipe flow
Institute of Fluid Mechanics (LSTM), Friedrich–Alexander–Universität (FAU) Erlangen–Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学流体力学研究所）
通过增加流体轴向曲率和改变横截面形状，主动降低湍流摩擦，实验显示在Re_D=10000和20000时，湍流被抑制，压力损失减少53%和36%。
2026-04-25 physics.flu-dyn
Coherent structures in localised and global pipe turbulence
最近在管流中发现的不稳定行波（TW）被誉为一个重大突破，希望他们填充湍流吸引子。我们证实了存在的相干态与内部的快速和缓慢条纹相称的结构和能量与已知的TW在一个长管道中使用数值模拟。然而，这些只发生在低雷诺数（Re=2000-2400）时（局部）“喷流”湍流的低能量区域内，而在Re=2800时（均匀）“段塞”湍流中根本不发生。这强烈表明，所有目前已知的TW坐在层流和湍流状态之间的相空间的中间区域，而不是被嵌入在湍流吸引子本身。具有强烈减速核心的新相干快条纹态似乎取代了湍流吸引子。
2008-02-20 physics.flu-dyn
Influence of initial conditions on coherent structures in a round jet
相干结构在圆形射流等剪切流的近场中起着重要的作用。在下文中，对不同初始条件下的圆形射流的近场进行了数值研究。两种配置被认为是一个充分发展的湍流在入口处，另一个与发展不足的湍流。计算是用k-ε湍流模型进行的，但在流动中引入不同扩散水平的常数的值不同。最后，结果表明，在近场相干结构的存在强烈地依赖于在入口处的湍流水平。对于充分发展的湍流，这些结构缺失或非常弱，而对于欠发展的湍流则不是这种情况。
2018-09-07 physics.flu-dyn
Stable Manifolds and the Transition to Turbulence in Pipe Flow
在管流和其他剪切流中计算的下支行波和平衡似乎介于湍流和层流运动之间。我们采取了一个步骤，通过推导出一个数值方法，找到某些特殊的扰动的层流在一个短的管道连接这些下支管的解决方案过渡。这些特殊的扰动导致扰动速度场沿其稳定流形演化，从而逼近下支解。如果扰动稍小，流动将重新层化，如果稍大，它将过渡到湍流状态。
2008-12-24 physics.flu-dyn
Transition to turbulence in pulsating pipe flow
在自然界和实际应用中，流体流动经常受到周期性的速度调制。令人惊讶的是，即使对于流经直管的一般情况，关于脉动对湍流过渡阈值的影响也几乎没有共识：虽然大多数研究预测阈值随脉动频率单调增加（即Womersley数，$α$），但其他研究观察到相同参数的阈值降低，并且仅在低$α$时观察到阈值增加。在本研究中，我们应用最新进展的了解过渡稳定剪切流脉动管流。对于中等的脉动幅度，我们发现，遇到的第一个不稳定性是亚临界的（即需要有限振幅的扰动），并引起局部补丁的湍流（“泡芙”）类似于稳定的管流。通过监测脉动对湍流寿命的影响，我们在参数空间中映射湍流的发生。脉动流的转捩可分为三种状态。在小Womersley数的动力学是占主导地位的衰减湍流遭受在较低的部分周期，因此过渡显着延迟。如该状态所示，阈值与基于仅考虑喷烟衰减率的准稳定流假设的估计值非常一致。在零$α$极限下预测的转捩点等于由振荡雷诺数偏移的稳定管流的临界点。在高频率极限中，抽吸寿命与稳定管流中的寿命相同，因此过渡阈值似乎不受流量脉动的影响。在中频范围内，过渡阈值从衰减主导（准稳态）阈值急剧下降（随着$α$的增加）到稳态管流水平。
2017-09-12 physics.flu-dyn
Three-dimensional localized coherent structures of surface turbulence. III Experiment and model validation
本文继续致力于垂直下降液膜表面的三维非线性局域相干结构的一系列出版物。这项工作主要集中在实验研究。我们研究：（i）导致三维相干结构的不稳定性和转变;（ii）这些结构的特性。一些非平稳效应也进行了数值研究。我们的实验结果，以及其他研究人员的结果，是在一个很好的协议与我们的理论和数值预测。
2010-04-24 physics.flu-dyn
Comment on 'Critical behaviour in the relaminarization of localized turbulence in pipe flow'
这是对arXiv：physics/0608292的评论，随后发表在Phys Rev Lett，98，014501（2007）中，其中Willis和Kerswell在直接数值模拟中研究了管流中湍流寿命的统计数据。他们认为，他们的数据为6个不同的雷诺数支持的雷诺数约为1870附近的寿命的分歧。然而，他们的结论并不令人信服：对他们数据的重新分析表明，它也与指数增长的寿命相一致。
2007-07-18 physics.flu-dyn
Inertialess turbulence in viscoelastic pipe flow
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）
本研究在粘弹性管流中实验发现，即使在雷诺数远低于理论预测最低值四个数量级时，高浓度聚合物溶液仍能触发纯弹性湍流，证实无惯性湍流的存在。
2026-09-15 physics.flu-dyn
Modelling and synthesizing turbulence with multi-scale coherent vortices
State Key Laboratory for Turbulence and Complex Systems, School of Mechanics and Engineering Science, Peking University（湍流与复杂系统国家重点力学与工程科学学院北京大学）；Max Planck Institute for Solar System Research（马克斯·普朗克太阳系研究所）；HEDPS-CAPT, Peking University（高能量密度物理CAPT北京大学）
本研究提出编织湍流模型，通过多尺度相干涡旋建模与合成湍流，揭示湍流的统计-结构相互作用及关键物理机制。
2025-12-03 physics.flu-dyn
Velocity statistics inside coherent vortices generated by the inverse cascade of $2d$ turbulence
本文分析了有限箱中二维（$2d$）湍流中由于逆叶栅而产生的相干涡内的速度脉动。正如我们在\cite{16KL}中所证明的，在\cite{14LBFKL}中建立的通用速度剖面对应于流动波动的被动状态。利用该性质可以计算普适区域中速度涨落的关联函数。我们目前的计算结果表明，一个非平凡的缩放的结构功能。此外，计算还揭示了结构函数的强各向异性。
2016-09-04 physics.flu-dyn
Inverse energy cascade and emergence of large coherent vortices in turbulence driven by Faraday waves
本文报道了法拉第波驱动湍流中通过逆能量级联产生大相干涡旋的实验结果。法拉第波中漂浮物的运动是三维的，但其水平速度波动与二维湍流表现出意想不到的相似性。通过测量拉格朗日速度的频谱发现了逆叶栅，并通过计算水平速度脉动的三阶矩证实了逆叶栅的存在。这是在深水中广泛的波长范围内观察到的。这一结果拓宽了最近关于薄层中法拉第波的研究范围[A. von Kameke，\textit{et al.}，\textit{Phys. Rev. Lett.} \textbf{107}，074502（2011）]。
2013-03-26 physics.flu-dyn
The Instantaneous Wall Viscosity in Pipe Flow of Power Law Fluids: Case Study for a Theory of Turbulence in Time-Independent Non-Newtonian Fluids
本文提出了一种新的非定常非牛顿流体湍流理论。壁层是仿照非定常交换的粘性动量之间的墙壁和主流，以下的经典可视化的涌入-扫描-喷射/爆裂。壁层的厚度被发现是相同的牛顿和纯粘性的非牛顿流体，当正常化的瞬时壁参数在突发。结果表明，当湍流的结构相似关系是基于与二次流发展相关的锁相参数而不是基于时均壁面参数时，牛顿流体和非定常流体的湍流机制是一致的。该相似性分析将牛顿流体和非牛顿流体在破裂点处的局部临界瞬时摩擦系数数据折叠成单个曲线。该方法大大简化了非牛顿流体中湍流输运现象的分析。关键词：湍流，非定常非牛顿流体，幂律，管流，壁层
2009-12-29 physics.flu-dyn
A low-dimensional model predicting geometry-dependent dynamics of large-scale coherent structures in turbulence
我们测试的能力，一般低维湍流模型预测几何相关的大规模相干结构，如对流卷的动力学。该模型由随机常微分方程组成，这些方程是根据纳维-斯托克斯方程推导出的边界几何函数（Brown和Ahlers，2008年）。我们使用立方体容器中的Rayleigh-Bénard对流实验来测试该模型。该模型预测了一种新的模式，在该模式中，对流辊的对齐在对角线之间切换。我们观察到这种模式的测量切换率在30%的预测。
2015-11-03 physics.flu-dyn
Suppression of turbulence and travelling waves in a vertical heated pipe
通过管道的流体流动中的湍流可以通过浮力来抑制。由于湍流的抑制导致严重的传热恶化，这在加热和冷却应用中都是重要且不期望的现象。通常考虑垂直流动，因为轴向浮力可以帮助驱动流动。与加热测量的浮力参数$C$，我们的DNS表明，剪切驱动的湍流可以是完全laminarised或过渡到一个相对静止的对流驱动状态。浮力导致底部流动轮廓变平，这在等温管流中最近已经与湍流的完全抑制相关联（Kühnen等人，Nat.Phys.，2018年），扁平层状基底轮廓增强了非线性稳定性（Marensi等人，JFM，2019年）。与这些研究结果一致，这里分析的非线性下分支行波解，这被认为是调解过渡到湍流在等温管流，被证明是由浮力抑制。层流底流的线性不稳定性是造成$C\gtrsim 4$在所考虑的雷诺数范围内出现相对静止的对流驱动状态的原因。然而，在湍流的抑制中，即在从湍流的过渡中，我们发现与He等人（JFM，2016）的分析相比，与上述动力系统方法更清楚地联系在一起，后者更好地描述了向湍流的过渡。He等人提出的层流准则是基于由驱动压力梯度测量的流动表观雷诺数，发现该准则可捕获临界$C=C_{cr}(Re)$，在该临界值以上，流动将被层流化或切换到对流驱动型。我们的分析表明，这是削弱卷，而不是条纹，这似乎是关键的层流。
2021-06-08 physics.flu-dyn
Flow in a Circular Expansion Pipe Flow: Effect of a Vortex Perturbation on Localized Turbulence
本文报道了不可压缩粘性流体在突然膨胀圆管中流动的三维直接数值模拟结果。在入口处，抛物线速度分布与有限振幅扰动一起应用，该扰动以其轴线平行于管道轴线的涡流的形式出现。在足够高的雷诺数的回流区打破成一个湍流补丁，改变轴向的位置取决于扰动的强度。这种涡流扰动被认为比以前的倾斜扰动研究产生更不突然的过渡，因为通过在低阶方位角模式下形成波状结构观察到局部湍流，这类似于最佳放大的扰动。对于更高的振幅，局部湍流保持在恒定的轴向位置。它进一步研究使用适当的正交分解，这表明，中心区域接近的扩展是高能量的。
2016-02-23 physics.flu-dyn
Layer formation in horizontally forced stratified turbulence: connecting exact coherent structures to linear instabilities
我们认为湍流分层的“Kolmogorov”流，驱动水平剪切的正弦体强迫的形式中存在一个强加的背景线性稳定分层在第三个方向。这种流动结构允许对相干结构的形成进行受控调查，相干结构在这里通过随着分层强度的增加而使背景切变倾斜来将流动组织成水平层。通过数值收敛精确的稳定状态从直接数值模拟的混沌流，我们表明，第一次，一个强大的连接线性理论预测不稳定性从无穷小扰动的强大的有限振幅非线性分层状态中观察到的湍流。我们调查所观察到的垂直长度尺度是如何与主要的线性不稳定性，并与先前考虑的剪切不稳定性导致在其他水平剪切流层形成的例子进行比较。
2017-09-11 physics.flu-dyn
The laminar flow instability criterion and turbulence in pipe
将直管中的流识别为柔性杆，可以给出确定层流状态转变为湍流状态的准则表达式，即管中流的平移运动的直线静态结构的失稳，以及其转变为平移运动的弯曲-涡动动态结构，就像柔性杆屈曲一样。引入的标准允许考虑入口几何形状、管道长度、流速以及任何物理因素对直线流动结构的稳定性的影响。确定了雷诺数是局部水动力相似数，并指出雷诺数是引入的稳定性判据的组成部分。所发展的稳定性问题的求解方法也适用于内流和外流场的问题求解。
2003-03-19 physics.flu-dyn
The minimal seed for transition to convective turbulence in heated pipe flow
本研究通过DNS和非线性非模态稳定性分析，发现加热管道流中浮力抑制湍流，最小种子随浮力数C增大而变薄，临界能量增加，并揭示对流湍流维持的三个典型过程。
2024-07-23 physics.flu-dyn
Low-dimensional representations of exact coherent states of the Navier-Stokes equations from the resolvent model of wall turbulence
我们报告说，许多精确的不变解的纳维-斯托克斯方程的管道和通道流是很好地表示为几个模式的模型McKeon & Sharma J. Fl. Mech.658，356（2010）。该模型提供的模式，作为一个基础来分解的速度场，排序的幅度，迫使规模之间的相互作用。该模型最初是从纳维-斯托克斯方程中推导出来的，用于表示湍流，并已用于解释相干结构和预测湍流统计。这在理解湍流的两种不同方法之间建立了一种令人惊讶的新联系。
2016-01-25 physics.flu-dyn
On the transient nature of localized pipe flow turbulence
剪切流湍流的起始特征在于由层流区域限定的湍流斑块。在低雷诺数下，局部湍流再次分层，这就提出了一个问题，即它本质上是瞬态的，还是在临界阈值下持续存在。我们提出了广泛的数值模拟和详细的数据统计分析，以阐明文献中存在的差异的来源。结果与最近的实验结果非常吻合，表明湍流寿命随雷诺数的增加呈超指数增长。此外，我们提供了证据的下限以下，有没有亚稳态特性的瞬态，即relaminarisation过程不再是记忆。
2009-10-02 physics.flu-dyn
Study of Turbulence and Pressure Recovery in the Heat Pipe Vapor Flow Using the Spectral-Element Method
本文利用谱元法开展二维和三维热管蒸汽核心模拟，结合湍流模型与大涡模拟研究冷凝段压力恢复，旨在为一维热管程序建立改进关联式并优化核微反应堆热管设计。
2024-08-05 physics.flu-dyn
Data-driven turbulence modelling for magnetohydrodynamic flows in annular pipes
针对磁流体流动中标准湍流模型描述效果差的问题，提出结合改进TBNN与扩展广义涡假设的数据驱动湍流闭合建模方法，可降低平均流误差并具备跨Hartmann数的泛化能力。
2025-02-22 physics.flu-dyn
The coherent structure of the kinetic energy transfer in shear turbulence
湍流中的能量级联，即，自20世纪40年代以来，动能从大流动尺度到小流动尺度或反之亦然（后向级联）的传递是大多数湍流理论和模型的基石。然而，理解空间组织的动能转移仍然是一个突出的挑战，在流体力学。在这里，我们揭示了三维结构的能量级联跨剪切占主导地位的尺度均匀剪切湍流的数值数据。我们表明，与能量传递相关的特征流结构是一个漩涡形状为一个倒置的发夹，然后由一个直立的发夹。前向和后向叶栅之间的不对称性是由发夹结构内的反向流动循环引起的，这触发了流动中的反向模式。
2020-03-07 physics.flu-dyn
Coherent structures at the origin of time irreversibility in wall turbulence
本研究提出欧拉多尺度分析方法研究壁面湍流时间不可逆性，发现其与相干结构强关联，近壁区关联内谱峰、远壁区关联外谱峰，为相关建模与控制奠定基础。
2023-05-05 physics.flu-dyn
Transition in pipe flow: the saddle structure on the boundary of turbulence
层流-紊流边界S是分离初始条件的集合，该初始条件从变得紊流的初始条件中平静地再层化。相空间轨迹在这个超曲面上的圆柱管流看起来是混乱的，并显示出连贯结构的反复出现的证据。一个通用的数值技术的开发，用于识别这些结构的方法，然后用于确定精确的相干解决方案本身。数值证据表明，S上的轨迹组织周围只有几个行波和它们的异宿连接。如果流被适当地约束到具有离散旋转对称性的子空间，则有可能找到嵌入S内的局部吸引行波。使用这种方法发现了四种新类型的行波。
2008-07-01 physics.flu-dyn
Performance of eddy-viscosity turbulence models for predicting swirling pipe-flow: Simulations and laser-Doppler velocimetry
我们使用激光多普勒测速（LDV）实验和雷诺平均Navier-Stokes（RANS）模拟研究的特征流模式下游的一个标准化的顺时针旋流扰动发生器。在量化网格尺寸的影响后，我们评估了各种涡粘性湍流模型在提供合理的近似实验参考方面的潜力。湍流模型的选择反映了当前的行业实践。我们的研究结果表明，从$k$ - $ε$家庭的模型更准确地预测旋流比从$k$ - $ω$家庭的模型。对于充分分辨的网格，可实现的$k$ - $ε$模型提供了最精确的速度幅值近似，尽管它未能捕获由标准$k$ - $ε$模型和RNG $k$ - $ε$模型准确预测的小尺度流动结构。在整篇文章中，我们强调了旋转流RANS湍流模型选择的实际指导。
2015-10-26 physics.flu-dyn
Statistical State Dynamics of Large-Scale Structure Formation in Shallow Water Magnetohydrodynamic Turbulence
Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University（哈佛大学地球与行星科学系）
本研究应用统计态动力学框架，分析浅水磁流体动力学湍流中相干结构的动力学，揭示雷诺应力与麦克斯韦应力共同作用下的喷流-环形磁场结构形成机制。
2026-03-08 physics.flu-dyn
Coherent vortex structures in quantum turbulence
这份报告解决了量子湍流社区在过去十年中讨论的一个重要问题：在零温度超流体中，量子化涡旋是否形成了与普通粘性湍流中的涡管类似的相干结构？到目前为止，数值模拟提供的证据是，在有限温度超流体中出现了量子化涡旋束，但来自与湍流（粘性）正常流体中现有相干结构的相互作用，而不是由于内部超流体动力学。在这份报告中，我们表明，在非常强烈的量子湍流（其模拟是可能的树算法），涡缠结包含小相干涡结构（束量子化涡），产生的Biot-Savart动力学单独的，这是类似于在经典粘性湍流中观察到的相干结构。
2011-10-11 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Exact Coherent Structures in Fully Developed Two-Dimensional Turbulence
本文在周期边界方形域上发现二维欧拉方程的新弱不稳定循环解，以高维连续族存在且类型间相互连接，并在高雷诺数湍流中动态相关，对应大尺度相干结构。
2023-08-30 physics.flu-dyn
Two-dimensional turbulence in a finite box
该研究提出薄流体膜中外力激发的二维湍流理论，分析了逆级联与大相干涡的形成，探讨不同状态下相干涡的平均速度剖面和流动涨落，证实强相互作用涨落会引发相干涡内部的各向异性标度。
2024-03-06 physics.flu-dyn
Simplifying the complexity of pipe flow
过渡管流被模拟为一维可激发和可压缩介质。模型中提出了两个变量，湍流强度和平均剪切，演变根据过渡湍流的既定属性。一个连续的模型捕捉的本质，从兴奋性的变化，双稳态的喷气段塞过渡。一个离散的模型，另外将湍流局部作为一个混乱的排斥，再现几乎所有的大规模的过渡管流的功能。特别是，它捕获亚稳态局部泡芙，泡芙分裂，段塞，通过时空不连续性（定向渗透）持续湍流的连续过渡，以及随后的湍流分数增加到均匀，无特征的湍流。
2011-05-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Geometry of transient chaos in streamwise-localized pipe flow turbulence
在管道和通道中，湍流的开始最初由局部瞬变控制，这通过其集体动力学导致持续的湍流。在目前的工作中，我们研究了局部湍流管流数值和阐明状态空间结构，引起瞬态混沌。从盆边界分离层流和湍流，我们确定横向同宿轨道，它的存在必然是一个同宿纠缠和混乱。同宿缠结的一个直接结果是层流-湍流边界的分形性质，这在各种早期的研究中得到了证实。通过映射的稳定和不稳定的流形的周期性轨道之间的横向交叉，我们确定的“网关”，促进逃离湍流。
2019-10-21 nlin.CD physics.flu-dyn
Effect of Expansion Geometry on Turbulence in Axisymmetric Pipe Flows
Faculty of Mechanical Engineering, Technion - Israel Institute of Technology（以色列理工学院机械工程学院）
研究通过比较突扩和渐扩管道流动，分析扩张几何对湍流结构的影响，发现渐扩能产生更高湍流水平和更强的湍流生成机制。
2025-09-26 physics.flu-dyn
A critical point for bifurcation cascades and featureless turbulence
在这封信中，我们表明，分叉级联和充分持续的湍流可以共享流体流动系统的相空间，从而导致竞争的稳定吸引子的存在。我们分析了环形管流，它经历了亚临界过渡到湍流在低管曲率和超临界过渡在高曲率，如前所述。我们提供了决定性的证据表明，超临界过渡的性质是Ruelle-Takens型，并在一个狭窄的范围内的中间曲率，其动态竞争与持续的湍流出现通过亚临界过渡机制。
2019-12-04 physics.flu-dyn
Coherent structures in wall-bounded turbulence
本文讨论了作为一个确定性的高维动力系统的相互作用的相干结构，定义为足够的内部动力学行为相对自主的任何剩余的非相干部分的流动的涡流有界湍流的描述。指导原则是随机性不是一种属性，而是一种方法论选择，可以忽略流动中的哪些东西，而对湍流的完整理解，包括控制的可能性，要求将其保持在最低限度。在简要回顾了基本的低阶统计流量在中等雷诺数，本文探讨了两点统计意味着分解成单独的涡流的流量。强烈的漩涡检查，包括他们的时间演变，并满足许多所需的一致性的属性。特别是，它示出的相干结构大于Corrsin规模的剪切的自然后果。在有壁湍流中，它们可以分为相干色散波和瞬态爆发。前者出现在壁面附近的粘性层中，是跨越边界层厚度的非常大的结构。虽然它们是剪切驱动的，但这些波有足够的内部结构来保持均匀的平流速度。相反，爆发存在于所有尺度，是对数层的特征，并与剪切几乎线性地相互作用。虽然波需要一个墙来确定其长度scale.The突发基本上是独立的，从它的文章结束时，我们目前的湍流结构的理论认识的简要回顾，并与开放的问题和未来的前景的列表。
2018-02-24 physics.flu-dyn
Structures of elastoinertial turbulence in pipe flow
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文通过VESPOD方法分析了管道流动中弹性惯性湍流的主导结构，发现其由三种不同波家族的行波主导，其中高波数结构为基波的谐波，且存在嵌套结构。
2026-05-15 physics.flu-dyn
Scaling of the minimal energy for turbulence transition in pipe flow
University of Bremen（不来梅大学）
采用变分法计算非线性最优扰动，发现扰动能量超过常数阈值时发生转捩，最小扰动能量标度为O(Re^{-3})。
2026-06-23 physics.flu-dyn
Do extreme events trigger turbulence decay? - a numerical study of turbulence decay time in pipe flows
在层流管流中局部产生的湍流在随机等待时间后表现出突然衰减或分裂。在实验室实验中，观察到的平均等待时间增加的双指数的雷诺数（Re）接近其临界值。为了了解这种双指数增长的起源，我们进行了许多管流直接数值模拟的纳维-斯托克斯方程，并测量累积直方图的最大轴向涡度场的管道（湍流强度）。在湍流强度不小的区域中，我们观察到直方图很好地近似于Gumbel极值分布。该区域中的最小湍流强度大致对应于局部稳定湍流和亚稳定（边缘）状态之间的过渡值。通过研究该分布中拟合参数的Re依赖性，我们得出当Re接近临界值时，这两种状态之间的过渡时间尺度呈双指数增长。相反，在较小的湍流强度低于这个域，我们观察到的分布是不敏感的Re的变化。这意味着亚稳态的衰减时间（到层流状态）是随机的，但平均而言与Re无关。我们的观察表明，Goldenfeld等人提出的湍流衰减时间双指数增长的猜想在我们研究的Re范围内是近似满足的。我们还讨论了使用另一个极值分布，Fréchet分布，而不是Gumbel分布来近似湍流强度的直方图，这揭示了有趣的观点。
2021-02-15 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
An extension of the momentum transfer model to time-dependent pipe turbulence
我们分析了一个可能的扩展Gioia和Chakraborty的动量传递模型的摩擦稳定湍流管流（物理评论快报。96，044502（2006））到时间和/或空间相关的湍流的情况。最终结果是壁处的应力的表达式为稳态分量和动态分量之和。定常部分是利用定常流壁面应力表达式中的瞬时速度得到的。非定常部分是在流动加速的历史上的加权平均值，具有与Vardy和Brown（Journal of Sound and Vibration 259，1011（2003）;同上，270，233（2004））提出的加权函数类似的加权函数，但是自然地包括平均流的空间导数的影响，如在Brunone模型（B. Brunone等人，水资源规划和管理236（2000））。
2012-01-10 physics.flu-dyn
Linear control of coherent structures in wall-bounded turbulence at Re$_τ= 2000$
我们考虑在不可压缩湍流槽道流的最大尺度的线性反馈流动控制的摩擦雷诺数Re $_τ$ = 2000。通过将关于湍流平均值的纳维-斯托克斯方程线性化并用涡动粘性对其进行扩充，形成线性模型。速度扰动，然后产生随机迫使线性算子。其目的是减少这些速度扰动的动能在最大尺度上使用体力。它示出了一个控制设置与放置良好的传感器和致动器的阵列进行重复测量的流量无处不在（而限制致动器到一个单一的壁高）或致动的流量无处不在（而限制传感器到一个单一的壁高）。通过这种方式，我们获得洞察力（在低计算成本）如何最有效地估计和控制非常大规模的湍流。
2020-10-19 physics.flu-dyn
Structure of coherent vortices generated by the inverse cascade of two-dimensional turbulence in a finite box
本文讨论了有限盒内二维湍流中逆叶栅产生的相干涡的结构和几何特征。我们表明，普遍的速度分布，建立以前，对应于被动制度的流量波动。我们发现的涡核半径和涡的大小，并认为，在盒子中产生的涡量取决于系统参数。
2015-11-10 nlin.CD physics.flu-dyn
Coherent structure detection and the inverse cascade mechanism in two-dimensional Navier-Stokes turbulence
本文比较了二维Navier-Stokes湍流中多种相干结构检测方法，揭示相干结构对能量逆级联贡献较小但会显著影响大尺度能谱，并通过多尺度梯度方法解释了其形状保持机制。
2023-04-06 physics.flu-dyn
Universal profile of the vortex condensate in two-dimensional turbulence
在受限的二维周期域中的逆湍流叶栅导致了凝结物的产生--一对相干的系统尺寸的涡。我们进行了大量的数值模拟，并进行详细的理论分析的基础上的湍流波动和平均相干凝聚（涡）之间的动量和能量交换。理论预测的涡廓线和振幅与数值计算结果吻合较好。
2014-06-05 physics.flu-dyn
Dynamics of viscoelastic pipe flow in the maximum drag reduction limit
聚合物添加剂可以显著降低湍流的阻力，并且所谓的“最大减阻”（MDR）渐近线的上限是通用的，即与所使用的聚合物和溶剂的类型无关。直到最近，人们的共识是，在这种极限下，流动处于一种边缘状态，只有最低水平的湍流活动持续存在。在直接数值模拟中使用最小尺寸的通道的观察似乎支持这一观点，并报告了长期的“冬眠”期，湍流被边缘化。在模拟管流，我们发现，事实上，随着韦森伯格数（Wi）的增加，湍流表示长时间的冬眠，如果域的大小是小的。然而，随着管道长度的增加，时间的冬眠不断改变时空的不稳定性，在这里的流动由湍流喷流包围的层流。此外，当Wi增加时，流动完全重新分层，与最近的实验一致。在甚至更大的Wi下，遇到不同的不稳定性，导致朝向MDR的阻力增加。因此，我们的研究结果链接早期最小流动单元模拟与最近的实验，并确认，聚合物的加入最初抑制牛顿湍流，并导致反向过渡。另一方面，MDR状态由单独的不稳定性产生，并且基本动力学对应于最近提出的弹性惯性湍流（EIT）状态。
2018-08-13 physics.flu-dyn
The critical point of the transition to turbulence in pipe flow
雷诺提出，经过足够长的时间后，管道中的流动应该稳定下来：在临界雷诺数以下，流动应该（无论初始条件如何）总是返回层流，而在临界雷诺数以上，涡流运动应该持续存在。如图所示，即使在数千直径长的管道中，在管道末端观察到的时空间歇流型强烈依赖于初始条件，没有迹象表明接近（统计）稳态。利用这一事实，即湍流喷烟不老化，我们不断重新创建喷烟序列退出管道的入口处，从而引入周期性的边界条件的流动模式。这一过程使我们能够研究任意长时间的流动模式的演变。我们发现，在超过$10^7$平流时间单位的时间后，达到统计稳定状态。虽然产生的流动保持时空间歇性，但烟团分裂和衰减速率最终达到平衡，使得湍流分数在仅取决于$Re$的明确定义的水平周围波动。我们发现，在较低的$Re$（这里是2020），流动最终总是层流，而较高的$Re$（$>=2060$）湍流持续存在。因此，管流的临界点位于间隔$2020<Re_c<2060$中，这与最近提出的$Re_c=2040$值非常一致。后一种估计是基于单次喷烟统计数据，完全忽略了喷烟相互作用。不像典型的接触过程，这种相互作用强烈影响临界点，在管流中，它只受到轻微的影响。另一方面，相互作用负责接近统计稳定状态。如图所示，它们强烈地影响所产生的流型，在那里它们导致“喷烟聚集”，其中簇以波浪状方式穿过喷烟模式。
2017-09-19 physics.flu-dyn
Sensitive dependence on initial conditions in transition to turbulence in pipe flow
Darbyshire和Mullin（J.Fluid Mech.289，83（1995））关于管流中向湍流转变的实验表明，在触发湍流的初始条件和不触发湍流的初始条件之间没有明显的边界。在这里，我们将这种行为的可能性，过渡到湍流连接与形成一个混乱的鞍在相空间的系统。我们量化的敏感依赖于初始条件，并发现在统计分析中，在过渡区的湍流寿命的分布遵循指数规律。分布的特征平均寿命随雷诺数迅速增加，当雷诺数超过约2200时，平均寿命变得非常大。合适的实验，以进一步探讨这一概念提出。
2004-01-14 nlin.CD physics.flu-dyn
