Exploring the beta distribution in variable-density turbulent mixing
在湍流燃烧的假设概率密度函数（pdf）方法中，标量pdf的形状被假定为先验的，并且pdf由其模型方程求解的矩参数化。在非预混流动中，β分布是一种方便的选择，可以用来表示二元混合物中的混合物分数或燃烧过程中的一个过程变量。在这里，beta-pdf方法被扩展到变密度混合：具有非常大的密度差异的材料之间的混合，因此标量场是活跃的。结果，由于1）纳维-斯托克斯方程中的立方非线性，2）分子扩散项中的附加非线性和3）作为动力学变量的比容的出现，出现了新的混合现象。通过给出相应的随机微分方程，将假定的beta-pdf方法推广到迁移pdf方法。β分布被证明是一个可实现的，一致的和足够的一般性表示的边缘pdf的流体密度，一个活跃的标量，在非预混变密度湍流混合。从质量守恒导出的力矩方程进行了比较，从管理的力矩方程。这就产生了一系列的非定常系数之间的关系的非定常系数和混合物理。我们对这个问题的处理是一般的：混合在数学上由速度场的发散表示，速度场的发散只能在问题被定义后才能被指定。在本文中，我们试图描述一个理论框架，随后的应用。我们报告和文件的几个严格的数学结果，必要的即将开展的工作，处理与应用程序的当前结果的模型规格，计算和验证的二进制混合的惰性流体。
2010-11-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Wavelet Cross-Correlation Analysis of Turbulent Mixing from Large-Eddy-Simulations
本文用小波互相关分析方法研究了钝体稳定火焰中湍流与混合之间的复杂相互作用。结合的方法可以更好地指出典型的特征，通过表征的过程中所涉及的时间和尺度的非定常湍流混合。小波互相关分析的速度和混合分数波动的时间信号可以是一个有效的工具，研究湍流混合流动的过程中，在燃烧问题的极大兴趣。
2000-03-14 physics.flu-dyn
Simulation of particle mixing in turbulent channel flow due to intrinsic fluid velocity fluctuation
我们结合离散元模拟与随机过程来模拟球形颗粒在湍流槽道流中的运动。利用该模型，我们研究了两种颗粒在通道中流动的混合特性。我们发现混合区的长度与管道的线性增加。研究了不同雷诺数下的流动。在泰勒微尺度下的临界雷诺数$R_{c} \approx 300$附近，混合速率强烈依赖于雷诺数。高于$R_{c}$，混合速率几乎保持恒定。
2011-02-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Mixing layer and turbulent jet flow in a Hele--Shaw cell
本文研究了两个相对封闭的刚性壁面间理想均匀流体剪切流动中的平面湍流混合。流动的性质是由在Kelvin-Helmholtz不稳定性发展的非线性阶段产生的涡的相互作用和湍流摩擦决定的。在浅水理论和三层流动表示的框架内，提出了混合层的一维模型。所得到的方程允许一个来确定强烈的流体混合的区域的平均边界。稳态解的控制方程的构造和分析。利用由一维方程得到的平均流动特性，导出了确定混合层速度分布和雷诺剪应力的双曲线方程组。与实验结果的比较表明，在Hele-Shaw细胞的湍流射流的演变表明，所提出的模型提供了一个相当准确的描述的平均边界的区域的强烈混合，以及速度分布和雷诺剪应力的混合层。
2020-03-14 physics.flu-dyn
Turbulent mixing: matching real flows to Kraichnan flows
关于湍流混合的理论结果大多是基于零关联时间的理想流动模型。我们讨论的原因，这样的结果可能会失败的真实流量，并制定一个计划，使人们有可能匹配真实流量的理想流量。特别地，我们引入了可以取分数值的流的混合维数的概念。对于真实的不可压缩流，混合维数超过了拓扑维数，这导致了混合的局部不均匀性-一种在理想流中没有观察到的现象，具有深远的意义，例如影响湍流中的双分子反应速率。最后，我们建立了一个可压缩流模型，再现了Boffetta等人（2004）在时间相关流中观察到的异常李雅普诺夫指数值，并对这一现象提供了定性解释。
2016-02-04 physics.flu-dyn
Wall-induced anisotropy effects on turbulent mixing in channel flow: A network-based analysis
在拉格朗日框架下，采用基于复杂网络的方法研究了湍流混合。我们考虑在$Re_τ = 950$上模拟的湍流通道内被动非惯性粒子的运动。建立了时间相关网络来评估示踪剂在薄壁平行层之间的转移，所述薄壁平行层在壁法线方向上划分通道。通过这样做，我们能够评估湍流动力学及其对混合过程的影响所产生的空间和时间的复杂性。这种方法突出了湍流结构的小尺度特征的影响，以及由壁诱导的各向异性决定的较大尺度的影响。复杂网络与湍流的拉格朗日描述相结合，有效地为非均匀湍流和混合提供了新的见解。
2020-10-27 physics.flu-dyn
Exact Expansion Law for Richtmyer-Meshkov Turbulent Mixing Zone
Richtmyer-Meshkov不稳定性的发展导致两种物质通过接触边界分离的混合。两种流体的混合被限制在两个混合前沿之间。普适渐近性遵循后期的过渡阶段。描述前沿穿透的函数渐进地转换为幂律依赖性。混合是伴随着一个湍流混合区主导尺度的级联扩大。幂律的指数为：2D为2/5，3D为1/3。在我们的工作中计算了这些精确的指数。它们是由动量从小尺度到大尺度的再分配机制决定的。
2005-03-24 physics.flu-dyn
Lagrangian network analysis of turbulent mixing
提出了一种基于时间复杂网络的方法，从拉格朗日的角度研究湍流混合。通过利用空间邻近准则，一组流体粒子的动力学被几何化为一个随时间变化的加权网络。具体而言，数值求解的湍流槽道流作为一个示例性的情况下。我们表明，随时间变化的网络是能够清楚地描述粒子群动力学，在参数鲁棒性和计算成本低廉的方式。网络形式主义能够直接识别瞬态和长期流态，湍流混合和平均流平流之间的相互作用，以及颗粒之间的邻近事件的发生。由于其多功能性和突出显着的流动特征的能力，复杂的网络代表了一个合适的工具，湍流混合的拉格朗日调查。复杂网络的应用为湍流的拉格朗日分析提供了强有力的资源，从而为湍流研究和网络科学之间的桥梁提供了进一步的步骤。
2019-02-21 physics.flu-dyn
Heterogeneous Turbulent Jets of the Mutually Immiscible Liquids: the Mixing and Heat Transfer Processes
许多自然过程和技术过程都涉及互不相溶液体射流中的湍流混合和传热，它们代表了现代多相系统动力学的一类重要内容。对于自由射流和受限射流，考虑了轴对称二维定常流的微分方程和柱坐标系中的积分关联式。对自由射流和燃烧室内两相流的湍流混合参数进行了模拟和分析。最后，以核电站严重事故模拟中水冷金属熔体的高温流动为例进行了计算，并与实验数据进行了比较。该算法和所得结果可能对某些研究和工业任务感兴趣，其中多相湍流混合和传热参数的计算是重要的。
2018-03-26 physics.flu-dyn
Deep Learning of Turbulent Scalar Mixing
基于物理学深度学习和深层隐藏物理模型的最新发展，我们提出了一个框架，用于从概率密度函数（PDF）的分散和潜在噪声时空测量中发现湍流模型。这些模型用于由其传输单点PDF方程描述的菲克标量的条件预期扩散和条件预期耗散。所发现的模型进行了评估，对精确解的振幅映射封闭（AMC）/ Johnsohn-Edgeworth翻译（JET）模型的二元标量混合均匀湍流。
2018-11-17 cs.CE physics.comp-ph physics.flu-dyn
An investigation of subgrid mixing timescale modelling in LES of supersonic turbulent flames
针对超声速湍流燃烧中PaSR模型混合时间尺度估计不准的问题，提出基于梯度的估计方法，并在超声速混合层上验证其优于耗散率模型，能正确估计粗网格亚网格混合时间尺度。
2023-06-19 physics.flu-dyn
Deep learning approach in multi-scale prediction of turbulent mixing-layer
求解纳维-斯托克斯方程是一个具有挑战性的课题，尤其是其封闭性问题。为了获得特定的解，存在多种数值模拟，包括直接数值模拟（DNS）或大涡模拟（LES）。这些方法通过有效的降阶建模，如适当的正交分解或Koopman方法来分析流动物理，在流体动力学中表现出突出的保真度。生成对抗网络（GAN）是大脑中神经元作为线性运算组合的翻版，利用生成器和神经元之间的竞争。目前的论文提出了深度学习网络，用于预测小规模的运动，只进行大规模的检查，使用GAN。因此，三维混合层的DNS结果被过滤掉模糊的小尺度结构，然后预测其详细结构，利用生成对抗网络（GAN）。这使得多分辨率分析被要求预测精细分辨率的解决方案，只有模糊的一个检查。在网格尺度下，本文提出了一种基于深度学习的湍流小尺度特征建模方法。该方法在利用未处理的仿真数据、通过处理三维卷积实现三维结构预测以及以较少的计算代价预测精确解方面具有新颖性。
2018-11-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulent mixing of a hydrogen jet in crossflow: direct numerical simulation and model assessment
Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Caterpillar Inc.（卡特彼勒公司）；Convergent Science, Inc.（Convergent Science 公司）
研究基于特定几何形状，用DNS、LES和RANS方法对氢气流横向喷射进行数值研究，重点评估后两者预测湍流流场和混合过程的性能，找出RANS性能不佳原因，提供数据集并对改进湍流混合建模有新见解。
2026-04-23 physics.flu-dyn
Modeling and computer simulation of the mixing and heat transfer in heterogeneous turbulent two-phase jets of mutually immiscible liquids by the method of Professor Alfred I. Nakorchevskii. Part 1
本文研究了两相湍流非均质射流中互不相溶液体的混合与传热特性。许多自然过程和技术过程都涉及相互不混溶的液体的湍流射流，这是现代多相系统动力学的一个重要类别。考虑了轴对称二维定常流的微分方程组和柱坐标系中的积分关联式，研究了喷嘴喷入与喷嘴不混溶的另一种流体的射流。对两相射流中的湍流混合参数进行了模拟和分析。计算结果对研究和工业生产具有一定的参考价值，因为多相湍流混合和传热参数的计算是很重要的。
2020-12-07 cs.CE physics.flu-dyn
Experimental study of turbulent mixing in a T-shaped mixer
本研究引入新型实验装置对T形混合器中的湍流混合进行光学研究，通过二维粒子图像测速和平面激光诱导荧光测量表征湍流动能、耗散及标量浓度方差，并与模型预测和直接数值模拟结果进行了对比。
2025-09-12 physics.flu-dyn
Understanding and modeling turbulent fluxes and entrainment in a gravity current
本文对重力流在斜面上的混合过程进行了实验研究。动量和密度的湍流输运可以用一个非常直接和紧凑的形式来描述，由普朗特混合长度模型：湍流的动量和密度的垂直通量被发现与速度和密度的垂直平均梯度成二次比例。比例系数，混合长度的平方，是近似恒定的混合区的分层剪切层。我们展示了在不同的流动构型中，这个长度如何与流动的剪切长度（$ε$ / $\partial$ z u ^3）^[1/2]相关。我们还研究了动量和密度湍流通量的波动，展示了它们如何与混合和夹带/分离平衡。我们提出了一个定量的措施，来自所观察到的密度通量和密度或垂直速度波动的条件相关性的本地夹带和detrainment。
2015-06-19 physics.flu-dyn
Transition between Boundary-Limited Scaling and Mixing-Length Scaling of Turbulent Transport in Internally Heated Convection
湍流热对流中的热传输随着热强迫的增加而增加，但在几乎所有的研究中，这种增加的速率都比如果传输变得独立于分子扩散率的话慢-热传输缩放比混合长度（或“终极”）缩放慢。在由热边界条件或内部加热驱动的配置中，热边界层反而导致边界限制（或“经典”）缩放。在不同区域的净零内部加热和冷却，混合长度缩放可以发生，因为热量不需要穿过边界。我们报告的数值模拟中，加热和冷却是不平等的，在各种自然系统中，在普朗特数的团结。随着加热和冷却速率的接近，热传输的标度指数从其边界限制值变化到其混合长度值。
2022-07-11 physics.flu-dyn
Geometry of stratified turbulent mixing: local alignment of the density gradient with rotation, shear and viscous dissipation
本文提出基于速度梯度张量构造两个正交基的几何分析方法，研究分层湍流中密度梯度与旋转、剪切及黏性耗散的局部对齐，并利用分层倾斜管道实验揭示高剪切区密度梯度优先沿最小耗散方向且垂直于rotex-剪切平面的规律。
2023-09-19 physics.flu-dyn
Investigating the magnitude and temporal localization of inertial particle mixing in turbulent channel flows
该研究通过直接数值模拟与拉格朗日框架，探究不同斯托克斯数惯性颗粒在Reτ=950湍流槽道流中的混合特性，揭示了颗粒惯性对混合的影响随源点位置、排列及距壁距离变化的规律。
2023-06-16 physics.flu-dyn
Turbulence in a wedge: the case of the mixing layerTurbulence in a wedge: the case of the mixing layer
流体中湍流的合理理论的最终目标是以合理的方式封闭雷诺方程，即将湍流应力张量表示为速度场的时间平均值的函数。基于充分发展的湍流中耗散是由欧拉方程描述的演化引起的奇异事件的想法，最近已经观察到封闭问题是强烈限制的，并且它意味着湍流应力是平均速度场的空间中的非局部函数，这是经典Boussinesq湍流粘性理论的一种扩展。这导致了时间平均速度场的相当复杂的非线性积分方程。这个方程满足欧拉方程的一些对称性。这种对称性被普朗特和朗道用来对简单几何中的湍流区域的形状做出各种预测。我们具体探讨了混合层的情况下，其中的平均速度场只取决于楔后的分离板的角度。这种解决方案在分流器的两侧之间产生压力差，这有助于板感觉到的升力。此外，由于湍流应力方程的结构，人们可以满足柯西-施瓦茨不等式，也称为可实现性条件，这个湍流应力。这种可实现性条件不能用简单的湍流粘性来满足。
2020-12-22 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
Chaotic and turbulent mixing of passive scalar
利用对均匀不可压流动（有和无被动标量平均梯度）的$8 \leq Re_λ < 700$和反应湍流混合层的直接数值模拟结果，研究了被动标量动力学中小Taylor-Reynolds数$Re_λ \lesssim 40$的时空确定性混沌和湍流$Re_λ \gtrsim 40$的分布混沌。结果表明，在小$Re_λ$的被动标量波动的确定性混沌的特点是指数空间（波数）谱：$E(k) \propto \exp-(k/k_c)$，而在湍流$Re_λ$的分布混沌的特点是拉伸指数谱$E(k) \propto \exp-(k/k_β)^{3/4}$。Birkhoff-Saffman不变量与动量守恒有关，并且由于Noether定理，空间均匀性已被用作这种拉伸指数谱的理论基础。虽然$k_c$和$k_β$代表了大尺度结构，但也建立了Batchelor尺度$k_{bat}$的相关性：归一化值$k_c/k_{bat}$和$k_β/k_{bat}$表现出普适性。
2019-03-27 physics.flu-dyn
Growth rate of Rayleigh-Taylor turbulent mixing layers with the foliation approach
多年来，天体物理学家、等离子体聚变和流体物理学家一直对瑞利-泰勒湍流混合层感到困惑。特别是，强烈的增长率之间的差异已经观察到实验和数值模拟。虽然两种唯象机制（模式耦合和模式竞争）带来了一些洞察这些差异，令人信服的理论论据是缺乏解释观察到的值。在本文中，我们提供了一个与这两种机制兼容的增长率的解析表达式，并适用于自相似的，低Atwood Rayleigh-Taylor湍流混合受到恒定或随时间变化的加速度。在我们的三维数值模拟中，引入了{ \it叶状}平均和{ \it叶状}湍流谱是这项工作的关键。我们表明，瑞利-泰勒增长率的确切值不仅取决于加速的历史，但也绑定到{ \it foliated}光谱在大尺度上的幂律指数。
2014-11-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A new form of mixing in turbulent sedimentation
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
本文通过直接数值模拟揭示了湍流沉降中颗粒形成的新混合机制，发现混合层扩展速度呈现非整数指数增长，且提出了一维模型以描述该现象。
2026-01-27 physics.flu-dyn
Exponentially fast Thinning of Nanoscale Films by Turbulent Mixing
薄膜是泡沫、乳液和悬浮液的纳米级元素，并形成纳米通道传输的范例，最终测试流体动力学描述的极限。在这里，我们研究了一个独立的薄膜的崩溃，其平衡。纳米级薄膜的产生通常是一个缓慢的线性过程，使用热强迫，我们发现前所未有的动力学指数快速变薄。热对流、界面和重力的复杂相互作用产生最佳的湍流混合和输送。领域的崩溃膜产生，拉长和对流在一个美丽的显示混乱的混合。与时间尺度分析，我们确定混合作为占主导地位的动态过程负责指数变薄。
2013-02-02 nlin.PS physics.chem-ph physics.flu-dyn
Small scale anisotropy in turbulent shearless mixing
对湍流无剪切混合中小尺度各向异性的产生进行了数值研究。在泰勒雷诺数为45 ~ 150的情况下，直接数值模拟的数据表明，不仅纵向速度导数矩与均匀和各向同性湍流中的值有显著的偏离，但是，对于穿过混合层和平行于混合层的分量，偏度的变化具有相反的符号。由动能梯度的存在引起的各向异性具有这与均匀剪切产生的模式非常不同。在混合中的横向导数矩实际上被发现是非常小的，这突出了横向矩的小不是各向同性的充分条件。
2011-10-19 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Mixing and solvent exchange near the turbulent/non-turbulent interface in a quasi-2D jet
本文通过实验研究准二维湍流射流中溶剂交换与混合的相互作用，揭示油滴成核在湍流/非湍流界面附近的发生与演化规律，并首次基于乙醇浓度和三元相图建立湍流溶剂交换模型。
2023-04-14 physics.flu-dyn
Lagrangian views on turbulent mixing of passive scalars
被动标量湍流的拉格朗日观点最近产生了有趣的结果和解释。本文简要评述了拉格朗日湍流在理论、实验、模拟和数据分析方面的创新。审查的一部分是密切相关的所谓的Kraichnan模型的平流的被动标量合成湍流。对更好地理解Navier-Stokes湍流中的被动标量混合的可能影响也进行了讨论。
2009-04-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Goldilocks mixing in oceanic shear-induced turbulent overturns
我们提出了一个新的物理动机的参数化，基于索普和Ozmidov尺度的比例，不可逆的湍流通量系数$Γ_{\mathcal M}= {\mathcal M}/ε$，即不可逆率${\mathcal M}$在分层流中的背景势能增加，由于宏观运动的湍流动能耗散率的比例。我们的参数化涵盖了所有三个关键阶段（至关重要的是，在时间上）的剪切诱导分层湍流生命周期：初始，“热”的增长阶段，中间大力强迫阶段，和最后的“冷”的tetralization衰减阶段。涵盖所有三个阶段使我们能够突出中间阶段的重要性，我们称之为“金发姑娘”阶段，因为它显然是最佳的（因此既不太热也不太冷，但刚刚好）平衡，其中从背景剪切到湍流混合的能量传递是最有效的。$Γ_{\mathcal M}$在此阶段接近1/3，我们证明，这似乎与持续湍流$\sim 0.2-0.25$的临界或边际Richardson数的调整有关。
2021-08-11 physics.flu-dyn
Variable-density effects in incompressible non-buoyant shear-driven turbulent mixing layers
使用不可压缩（低速）的直接数值模拟时，混合层涉及两种不同密度的可混溶流体的不对称性进行了研究。模拟中进行的时间配置非常大的域的大小，使混合层达到完全湍流自相似增长的延长状态。施加平均密度变化打破了相对于经典的单流体时间混合层问题的平均对称性。与先前的变密度混合层模拟不同，其中流由具有不同热力学性质的相同流体组成，密度变化目前是由于流体流之间的组成差异，导致不同的混合动力学。变密度（非Boussinesq）效应在流量统计中引入了强烈的不对称性，这可以解释为随着自由流密度差的增加，最强的湍流越来越多地迁移到较轻的流体侧。界面厚度增长率也会降低，某些厚度定义对密度和流向速度剖面之间的对齐的相应变化特别敏感。在混合层内的一个给定位置的密度的统计分布的意义上的额外的不对称性揭示，湍流的细尺度优先维持在较轻的流体，这也是最快的混合发生。这些效应影响涉及密度波动的统计数据，这对混合和对混合动力学敏感的更复杂的现象（如燃烧）具有重要意义。
2020-06-24 physics.flu-dyn
Investigation of Turbulent Mixing and Local Reaction Rates on Deflagration to Detonation Transition in Methane-Oxygen
采用大涡模拟（LES）方法研究了湍流混合和局部反应速率对爆燃转爆轰（DDT）的影响。具体而言，爆轰衰减的多孔介质，以及随后的重新启动甲烷-氧气，适度不稳定的混合物，被认为是。调查的目的是验证与以前的实验观察的数值策略，并确定在DDT的最后阶段，湍流混合和冲击压缩对火焰加速的具体作用。采用的模拟程序是网格中网格方法：可压缩线性涡模型大涡模拟（CLEM-LES）。有人发现，平均湍流波动大于层流火焰速度，以保持波的速度以上的查普曼-茹盖（CJ）爆燃速度阈值，前体要求DDT发生。人们还发现，需要足够的湍流燃烧的火焰表面上，以驱动压力波，以充分加强领先的冲击波，局部，以触发自燃热点的波阵面。这些局部爆炸事件，被发现通过湍流表面反应烧毁，驱动横向压力波向外。在随后的冲击波反射或相互作用的横波，新的局部爆炸事件发生，这进一步加强了邻近的领先的冲击波以上的CJ爆轰速度。最后，通过这个过程，波维持CJ爆轰速度，平均而言，通过局部爆炸事件的循环机制，其次是湍流表面反应。最后，燃烧的火焰加速过程中发现，主要在于薄反应区制度。
2017-08-09 physics.flu-dyn
Lagrangian chaos and turbulent diffusivity
本文研究了由三个准点涡的准周期（可积）运动和三个准点涡和六个准点涡的混沌运动产生的拉格朗日混沌所产生的被动标量混合，并与二维和三维定常各向同性均匀湍流以及网格后和圆柱后湍流尾迹中被动标量的湍流混合进行了比较。数值和实验室实验的结果已被使用和有效的扩散近似以及分布式混沌方法已被应用到这个问题。
2019-04-11 physics.flu-dyn
Nonlinear diffusion model for Rayleigh-Taylor mixing
本文用平均温度分布的涡扩散模型研究了瑞利-泰勒对流中湍流混合的复杂演化过程。据发现，一个非线性模型，来自普朗特混合理论的一般框架内，准确地再现从数值模拟获得的湍流廓线的演变。我们的模型可以给出非常精确的预测的湍流热通量和热对流的最终状态制度的努塞尔数。
2010-01-18 nlin.CD physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of turbulent mixing driven by the Faraday instability in rotating miscible fluids
采用直接数值模拟（DNS）方法研究了旋转对由法拉第不稳定性引起的两种小密度混溶流体湍流混合的影响。通过不可逆混合速率$\mathcal{M}$，我们量化了描述可用势能（APE）向背景势能（BPE）转化的不可逆混合。我们表明，在较低的强迫振幅，湍流动能（$t.k.e.$）增加的科里奥利频率$f$的增加，直到$\left(f/ω\right)^2<0.25$，其中$ω$是强迫频率，在分谐波不稳定相。这种$t.k.e.$的增强归因于更不稳定模式的激发。由于亚谐不稳定相的延长，不可逆混合随着$\left(f/ω\right)^2$的增加而持续一段延长的时间，直到$0.25$，并最终随着不稳定饱和而停止。当$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$时，科里奥利力显著延迟了次谐波不稳定性的开始。强旋转效应导致较低的湍流，因为APE的大部分扩展为BPE，减少了APE，其转化回用于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的$t.k.e.$储层。由于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的不稳定性从未饱和，APE通过$\mathcal{M}$向BPE的转化仍在继续，我们发现了延长的不可逆混合。在较高的强迫振幅下，旋转的不稳定延迟效应可以忽略不计，湍流强度较小且持续时间较短。因此，对于$\left(f/ω\right)^2<0.25$，不可逆混合现象也很快结束…
2023-03-07 physics.flu-dyn
Prandtl's extended mixing length model applied to the two-dimensional turbulent classical far wake
尽管Prandtl的混合长度模型有其局限性，但它被广泛应用于湍流自由剪切流动的模拟。普朗特的扩展模型解决了原始模型的许多不足，但并没有得到广泛的应用，部分原因是在其推导和实现过程中出现了额外的数学复杂性。此外，在这两种模型中，普朗特忽略了运动粘度，因为它的大小比湍流粘度小得多。最近的工作表明，在原始模型中包括运动粘度具有数学和物理优势。在目前的工作中，提供了一种新的推导的扩展模型，它表明，类似的优点再次获得时，包括运动粘度。此外，通过使用缩放技术，相似的平均速度配置文件的扩展模型的推导，导致在一个单一的非线性常微分方程，数值求解与Hermite谱方法。归一化相似平均速度和剪切应力的计算配置文件进行比较，实验观察，并显示出良好的协议。
2021-01-21 physics.flu-dyn
How Turbulent Jets Can Disperse Virus Clouds in Poorly Ventilated Spaces
我们表明，增强的湍流混合可用于通过在封闭、通风不良的空间中分散携带病毒的云来减轻空气传播COVID-19。一个简单的系统，风扇驱动的湍流射流的设计，以尽量减少被动污染物的峰值浓度的时间尺度短相比，房间通风时间。标准的平均和相似的方法被使用，并被认为是圆形和径向壁射流的组合。计算了湍流扩散系数和污染物混合时间。结果表明，这种方法可以显着降低峰值病毒云浓度，特别是在占用率低的小空间，如洗手间。湍流混合在没有通风的情况下当然是无效的。
2022-01-19 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Revisiting the mixing length scaling in pressure-gradient turbulent boundary layers via a symmetry approach
Department of Mechanics, School of Mechanics and Engineering Science（力学与工程科学学院力学系）；State Key Laboratory for Turbulence and Complex Systems, Peking University（北京大学湍流复杂系统全国重点实验室）
本文通过扩展结构集合动力学理论并结合双层总剪应力模型，提出对称性分析模型，统一了压力梯度湍流边界层中各层的混合长度标度，揭示了从对数律到半功率律的过渡机制。
2026-04-29 physics.flu-dyn
Effects of mean flow skew on turbulent shear layers. Part II. Experimental investigation
Cornell University（康奈尔大学）；University of Maryland（马里兰大学）
通过实验方法生成并表征偏斜湍流混合层，发现平均流偏斜使平均和湍流量系统性降低约40%，但基本动力学特性不变，结构参数保持恒定。
2026-06-12 physics.flu-dyn physics.soc-ph
Impact of transverse strain on linear, transitional and self-similar turbulent mixing layers
University of Sydney（悉尼大学）；CSIRO Environment（澳大利亚联邦科学与工业研究组织环境部门）；AWE（英国原子能管理局）；Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）
研究探讨了横向应变对混合层发展的影响，通过平面几何应用横向应变率，推导了平面几何中线性阶段的模型，并通过模拟验证了横向压缩下不稳定性增长的放大。
2025-02-19 physics.flu-dyn
Effect of rotation on turbulent mixing driven by the Faraday instability
采用直接数值模拟方法研究了旋转对由Faraday不稳定性引起的两种小密度可混溶流体的湍流混合的影响。我们证明，在较低的强迫振幅，t.k.e.随着f的增加而增加，直到（f/ω \right）^2<0.25，其中ω是次谐波不稳定阶段的强迫频率。t.k.e.的增加。增加B_V，这增加了总势能（TPE）。TPE的一部分是APE。APE的一部分可以通过B_V转化为$t.k.e.$，而其余部分转化为内能，通过BPE_i增加BPE。剩余的TPE也通过透膜通量β_d转化为BPE，导致不可逆混合。随着不稳定性的饱和，不可逆混合停止。当（f/ω \right）^2> 0.25时，科里奥利力显著地延迟了亚谐不稳定性的开始。在此期间，初始浓度分布扩散以增加TPE，其最终在BPE中消耗。强转动效应抑制了t.k.e.。因此，B_V和APE变小，并且TPE的大部分扩展为BPE。由于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的不稳定性从未饱和，因此$B_V$保持非零，导致TPE持续增加。TPE通过$ϕ_d$向BPE的转化继续进行，并且我们发现了延长的不可逆混合。在较高的强迫振幅下，旋转的稳定作用可以忽略不计，湍流强度较低，持续时间较短。因此，对于$\left(f/ω\right)^2<0.25$，不可逆混合现象也很快结束。然而，当使用$\left(f/ω\right)^2>0.25$时，观察到连续混合…
2022-10-18 physics.flu-dyn
Multi-fidelity validation of variable-density turbulent mixing models
在这项研究中，合奏的实验数据，并利用比较和验证两个模型中使用的模拟变密度，可压缩湍流混合。虽然这种模型（雷诺平均Navier Stokes和大涡模拟）已被广泛验证与更多的规范流在以前的研究中，本方法提供了新颖的几何形状的复杂性，合奏为基础的验证，和均匀的计算框架上的模型进行测试。此外，所有的实验和计算任务都是由作者完成的，这导致了与其数字孪生模型紧密耦合的实验配置。描述了实验发散激波管装置及其数据获取方法，并在模拟空间中进行了复制。忽略界面处湍流混合的二维欧拉模型使用高斯过程优化到实验数据。然后，该模型作为基础的2D RANS和3D LES的研究，从实验中的混合层数据进行比较。RANS只在后期流动发展时间与实验数据吻合良好。LES合奏一般表现出良好的协议与实验数据，但显示的初始条件的表征敏感性。分辨率依赖的行为也观察到某些高阶统计的兴趣。总的来说，LES模型成功地捕捉到发散的几何形状，可压缩性，并结合非线性不稳定性的问题固有的影响。混合宽度及其增长率的成功预测突出了三个不同的制度的发展中存在的不稳定性，每个与以前研究的不稳定性的相似之处。
2022-03-04 physics.flu-dyn
Mixing and flow transition in an optimized electrokinetic turbulent micromixer
微混合器是芯片实验室中的关键元件，在化学和工程的分析和测量中有着广泛的应用。以往的研究报道电动（EK）湍流可以实现在Y型微混合器的横截面尺寸为100 $μ$ m的顺序。虽然超快湍流混合可以在整体流雷诺数为O（1）时产生，但微混合器尚未优化。本文系统地研究了电场强度、交流频率、电导率比和入口通道宽度对“Y”型电动微混合器混合效果和过渡态瑞利数的影响。结果表明，在100 kHz、1.14 × 10^5 V/m交流电场、电导率比为1：3000的条件下，在350 $μ$ m宽的微混合器中实现了最佳混合。在此条件下，在距入口84 $μ$ m和100 ms处，混合度最大，可达0.93。对临界电场和临界电瑞利数的进一步研究表明，EK流不稳定的最不稳定条件与EK湍流的最佳混合条件不一致。为了预测高$Ra_{e}$下EK流的演变，有必要应用计算湍流模型，而不是线性不稳定性分析。
2022-04-11 physics.flu-dyn
High-Fidelity Simulations of Two Miscible Fluids in Small Scale Turbulent Mixers Using a Variational Multiscale Finite Element Method
School of Mechanical Engineering, Purdue University（普渡大学机械工程学院）；Department of Agricultural and Biological Engineering, Purdue University（普渡大学农业与生物工程系）；Davidson School of Chemical Engineering (by courtesy), Purdue University（普渡大学戴维森化学学院（荣誉））
本研究利用变分多重尺度有限元法对两种湍流混合器进行高保真模拟，揭示了湍流起始、能量衰减和混合性能的差异，为优化混合条件提供依据。
2026-01-06 physics.chem-ph physics.flu-dyn
A numerical study of a variable-density low-speed turbulent mixing layer
对一个时间发展的、低速的、变密度的、湍流的、平面混合层进行了直接数值模拟。在低马赫数近似下的纳维-斯托克斯方程是用一种新的算法求解的，该算法是基于Kim等人（1987）用于不可压缩流动的速度-涡量公式的一种扩展形式。考虑密度比为$s=1, 2, 4$和8的4例病例。模拟运行的普朗特数为0.7，并实现了$Re_λ$高达150的自相似演化的混合层。结果表明，混合层的生长速率随密度比的增大而减小，与理论模型一致。与高速数据的比较表明，随着密度比的增加，生长率的降低与马赫数的关系较弱。此外，混合层转移到低密度流已被其特征在于通过分析一个点的统计自相似区间内。这种移动已被量化，并与混合层的增长率的假设下，平均速度和密度分布的形状不随密度比的变化。这导致了一个预测模型的动量厚度的增长率的减少，这与现有的数据相当吻合。最后，利用流动显示和谱分析了密度比对湍流结构的影响。结果表明，随着密度比的增加，高密度侧的最长尺度逐渐受到抑制。随着密度比的增加，在小尺度上的能量也逐渐减少。
2017-08-15 physics.flu-dyn
The evolution of coherent vortical structures in increasingly turbulent stratified shear layers
我们研究了欧拉涡结构的形态及其与密度界面的相互作用，在日益动荡的稳定分层剪切层。本文分析了在分层倾斜管道实验室中得到的三维同时速度场和密度场。我们跟踪，在15个数据集，相干结构的演变，从前湍流Holmboe波，通过间歇性湍流，充分的湍流和混合。我们使用的Rortex-剪切分解的涡度场成一个纯旋转的部分（的Rortex矢量），和一个非旋转的部分（剪切矢量）。我们描述了无处不在的发夹状涡结构（揭示的rottex）的形态，类似于那些通常观察到的边界层湍流。这些都是作为相对较弱的涡流周围的强三维剪切结构的封闭Holmboe波，并逐渐加强和变形下增加湍流，转化成对向上和向下指向的发夹传播方向相反的剪切层的顶部和底部边缘。每个发夹的一对腿是反向旋转的，并在横向和垂直方向上夹带流体，它们的拱形“头”是横向涡流，垂直夹带流体。然后，我们阐明了这种大规模的旋涡形态搅拌和混合的密度场。基本上，位于混合层（主要是发夹头）的任一边缘上的尖锐密度界面处的涡流将未混合的流体团吞没到混合层中，而混合层（主要是发夹腿）内部的涡流进一步搅拌它，产生强烈的小尺度剪切，增强混合。这些发现提供了新的见解剪切驱动的分层混合中的湍流相干结构的作用。
2022-03-21 physics.flu-dyn
Numerical Study of the Mixing Process of Unconfined Diffusion Flame in a Laminar to Transition-to-Turbulent Regime in a Four-Port Array Burner
对液化石油气与空气在扩散火焰中的多股射流混合过程进行了数值分析。案例研究考虑了四端口阵列燃烧器，其中燃料由四个外围喷嘴喷射并与周围空气混合。数值模拟采用雷诺平均Navier-Stokes方法，湍流效应采用可实现的k-ε模型。此外，采用涡耗散模型计算了湍流化学反应速率的影响。结果表明，本质混合机制发生在燃料射流相互作用的火焰锥内。然而，混合过程由射流阻力驱动，允许空气/燃料平稳混合物在两个区域达到可燃性极限：一个在较低位置或靠近燃烧器表面，第二个在火焰前缘发展之前。整个混合机制随着火焰颈缩锥的发展而达到顶点。落入锥形半径的任何空气浓度将被夹带，从而有助于整个火焰结构。由于锥形半径范围仅受射流阵列的径向距离和喷嘴距离的限制，因此火焰高度仅取决于燃料质量流量。
2020-08-31 physics.flu-dyn
A local intermittency based Reynolds-averaged transition model for turbulent mixing induced by interfacial instabilities
本文将边界层转捩中的间歇因子 $γ$ 引入 RANS 混合模型，通过局部输运方程约束 Reynolds 应力和浮力源项，并在再冲击 RM 混合案例中验证了转捩预测能力。
2023-09-29 physics.flu-dyn
Micro-droplet nucleation through solvent exchange in a turbulent buoyant jet
溶剂交换是一个涉及溶解溶质的良溶剂和不良溶剂之间混合的过程。该过程产生局部过饱和，导致微小溶质液滴的成核。这种宏观尺度上的三元体系在湍流状态下仍未被探索。实验研究了乙醇和反式茴香脑的混合物注入水中，形成向上的湍流浮力射流的溶剂交换过程。局部地，湍流混合导致湍流夹带后反式茴香脑的过饱和。我们使用光衰减技术光学测量成核液滴的浓度，发现径向浓度分布是亚高斯分布。在对比的过饱和度为基础的模型，空间演变揭示连续液滴成核下游和径向横跨射流，我们归因于有限的混合能力的射流。虽然我们还远远没有一个完整的定量的理解，这项工作扩展到湍流状态的溶剂交换的知识，并带来了一种新的类型的流，拓宽了多组分，多相湍流射流与相变的范围。
2022-05-12 physics.flu-dyn
A Numerical Investigation of the Lengthscale in the Mixing-Length Reduced Order Model of the Turbulent Channel Flow
在本文中，我们提出了一种新的降阶模型（ROM）的长度尺度的定义，是基于能量分布参数。这种新的ROM长度尺度是从根本上不同于目前的ROM长度尺度，这通常是基于尺寸参数。作为评估新的基于能量的ROM长度尺度的第一步，我们将其与$Re_τ = 395$的湍流槽道流的混合长度ROM（ML-ROM）模拟中的标准的基于尺寸的ROM长度尺度进行比较。数值研究表明，基于能量的ROM长度尺度产生一个显着更稳定的ML-ROM比基于尺寸的ROM长度尺度。新的能量为基础的长度尺度的定义，可以允许规模意识的降阶建模策略，更适合于特定于流的应用程序的发展。
2021-08-04 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Small-scale resolving simulations of the turbulent mixing in confined planar jets using one-dimensional turbulence
采用基于地图的随机一维湍流（ODT）模型，对受限平面射流的小尺度湍流混合效应进行了数值研究。通过将ODT结果与体积雷诺数$Re=20\,000$和$40\,000$的可用参考数据进行比较，对动量输运进行了模型验证。计算各种逐点统计量，并与可用的参考数据进行比较。我们表明，这些数量可以很好地捕捉，或至少在合理的程度上，由独立的模型制定和固定的模型参数。在ODT结果中，只有均方根速度波动仍然被系统地低估了（近似因子为$1.5$）。之后，被动标量的湍流输运解决施密特数$Sc=1$和$1250$。对于高施密特数和对比的速度波动，它表明，标量波动方差是高达十倍以上的ODT模拟解决巴彻勒尺度。波动方差是显着较小的施密特数较低，但表现出更好的协议与参考在名义上较高的施密特数。我们认为，这是由于隐式过滤的参考文献中，几乎没有解决柯尔莫哥洛夫规模。ODT湍流谱支持这一解释，因为只有在施密特数较高时才能观察到类似巴彻勒的标量湍流谱。借助于这些谱和涨落统计，我们得出结论，隐式滤波具有与施密特数减少类似的效果。
2019-04-17 physics.chem-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Comparative experimental study of local mixing of active and passive scalars in turbulent thermal convection
我们在$Ra\sim10^{10}$实验研究了水中湍流瑞利-贝纳德对流中主动和被动标量场的统计特性。在矩形池的侧壁附近测量了荧光染料的局部浓度和局部温度。结果表明，虽然它们是由同一湍流平流输送的，但两个标量的分布不同。这种差异是双重的，即数量本身和它们的小尺度增量都有不同的分布。结果表明，存在一个基于时间域的浮力尺度，即Bolgiano时间尺度$t_B$，在此尺度以上，浮力效应是显著的。高于$t_B$，温度是主动的，并且发现比被动的浓度更间歇。这表明，在湍流热对流中，活动标量具有较高的不稳定性。它进一步发现，这两个标量场的混合是各向同性的尺度大于$t_B$，即使浮力作用于流体在垂直方向上。低于$t_B$，温度是被动的，并且被发现比浓度更具有各向异性。但这种较高的各向异性程度归因于温度的扩散率高于浓度的扩散率。从温度和浓度的同时测量，它表明，两个标量具有相似的自相关函数，它们之间有很强的正相关。
2008-03-29 physics.flu-dyn
Enhancing thermal mixing in turbulent bubbly flow by adding salt
本研究通过实验证明，在湍流泡状流中添加盐可减小气泡直径并增强热能谱，从而提升热混合效果。
2023-09-01 physics.flu-dyn
Turbulence Modelling of Mixing Layers under Anisotropic Strain
University of Sydney（悉尼大学）；CSIRO Environment（澳大利亚联邦科学与工业研究组织环境部门）；Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）
研究探讨了各向异性应变对湍流混合层发展的影响，采用K-L湍流模型分析了不同闭合方法对湍流长度尺度压缩的影响，发现横向应变闭合方法能提升模型性能，而轴向应变闭合方法则有负面影响。
2025-02-19 physics.flu-dyn
Mixing in viscoelastic fluids using elastic turbulence
本文通过 Oldroyd-B 模型数值模拟二维 Taylor-Couette 流动，发现弹性湍流和弱混沌流均能促进混合，且序参量与混合速率强相关，可用于指示混合强度。
2025-01-01 physics.flu-dyn
