Streak instability in turbulent channel flow: the seeding mechanism of large-scale motions
经常有人提出，大尺度运动（或隆起）的形成是连续合并和/或近壁发夹涡生长的结果。在本研究中，我们报告我们的直接观察，大规模的运动产生的不稳定性的“放大”条纹运动在外部区域（即非常大规模的运动）。我们设计了湍流槽道流中的数值实验，直到$Re_τ\simeq 2000$，其中由根据先前的线性理论计算的外部区域中的体强迫人工驱动流向均匀的条纹运动（Hwang \& Cossu，J. Fluid Mech.，第664卷，2015年，pp. 51- 73）。随着强迫振幅的增加，发现在流向波长为$λ_x/h\simeq 1-5$（$h$是通道的半高）处出现了一个充满能量的流向涡结构。动态模式分解的应用和湍流统计的检查表明，这种结构是一个后果的曲折模式不稳定的条纹，一个子过程的大规模外部结构的自我维持机制。同时还发现，涡结构的统计特征与外围区域大尺度运动的统计特征非常相似。最后，提出条纹不稳定性的最大流向长度决定了超大尺度运动的流向长度尺度。
2017-09-20 physics.flu-dyn
Roughness-induced transition and turbulent wedge spreading
本研究通过萘可视化和热线测量，在更宽雷诺数范围和更长流向域上研究粗糙元触发的湍流楔形区扩展，发现扩展角对雷诺数有弱依赖，并揭示高低速条带交替产生的自维持机制是扩展的关键驱动力。
2024-07-18 physics.flu-dyn
On the role of turbulent large-scale streaks in generating sediment ridges
湍流大规模条纹在形成水下沉积物脊上的最初平坦的沉积物床的作用进行了研究与援助的颗粒分辨直接数值模拟的明渠水流在散装雷诺数高达9500。准流向的脊和槽在1和1.5倍的平均流体高度之间的特征展向间距的定期安排被认为是一个后果的优先展向组织的湍流在大规模的流向速度条纹。沉积脊主要出现在大规模低速条纹下方的侵蚀较弱的区域，槽则相反。大规模的条纹在散装流和沉积物上的沉积物脊的演变动态之间的相互作用最好描述为一个“自上而下”的过程，作为沉积物bedforms的安排被认为是适应外部流的变化与几个散装时间单位的时间延迟。所观察到的外流和河床之间的“自上而下”的相互作用与Jimenez提出的关于典型河道流中因果关系的概念模型相当吻合（J. Fluid Mech.，第842卷，2018年，P1，第5.6节）。平均次级流普朗特的第二种可比的强度和横向间距被发现在发达的沉积物脊和单相光滑壁的渠道一样，在平均超过O（10）散装时间单位。这表明，通常与沉积脊一起观察到的二次流是规则组织的大型条纹的统计足迹。
2021-10-02 physics.flu-dyn
The growth mechanism of turbulent bands in channel flow at low Reynolds numbers
在这项工作中，我们进行了直接的数值模拟，在大通道域和研究的运动学和动力学的完全本地化的湍流带在雷诺数Re = 750。结果表明，谱带的下游端条纹产生快，并进入邻近的层流，而上游端条纹则持续衰减，衰减相对较慢。这种不对称性是造成带横向生长的原因。我们特别研究了在下游端产生条纹的机制，这使得条带的生长更快。我们确定了与下游端附近的局部平均流，我们的研究结果强烈表明，这种不稳定性是负责条纹的产生，并最终为带的增长与展向弯曲的不稳定。基于我们的研究，我们提出了一个可能的自我维持机制，充分本地化的湍流带在低雷诺数的槽道流。
2019-10-27 physics.flu-dyn
Threshold transient growth as a criterion for turbulent mean profiles
本研究将湍流条纹瞬态增长建模为两阶段线性过程，发现维持湍流的阈值瞬态增长随雷诺数增加而减小，并据此修正了Malkus关于湍流平均剖面可实现性的经典假设。
2024-07-08 physics.flu-dyn
Effect of streaks on hypersonic boundary layer instability
本研究通过线性化直接数值模拟和扩展的SPOD方法，探究了稳态条纹对马赫数6.0高超声速边界层湍流转捩的影响，发现低频第一模态和条纹相关不稳定性在线性阶段起主导作用。
2024-06-03 physics.flu-dyn
Anti-hairpin vortices in the buoyancy-driven turbulent boundary layer
在这里，我们发现发夹涡指向上游的流动方向，而不是下游，这一特点是发现的固有行为的湍流浮力驱动的边界层。我们发现相干涡横跨高速条纹，而不是低速条纹;此外，切向雷诺剪应力的象限占主导地位的第一和第三象限，而不是第二和第四个。这些发现可能有助于提高我们的浮力驱动的流动和浮力效应的湍流模型的理解。
2020-10-24 physics.flu-dyn
From oblique-wave forcing to streak reinforcement: A perturbation-based frequency-response framework
University of Southern California（南加州大学）；University of Minnesota（明尼苏达大学）
本文提出一种基于扰动的频域响应框架，分析亚临界过渡中湍流放大机制，揭示斜波强迫通过升力机制生成涡旋，并探讨非模放大、涡旋生成与模不稳定性之间的统一描述。
2026-05-01 math.AP math.DS math.OC
Self-sustaining process of minimal attached eddies in turbulent channel flow
最近已经通过数值实验表明，湍流槽道流中的含能运动以汤森附着涡的形式存在，该数值实验仅在规定的展向长度尺度下使用其自持性质来模拟含能运动（Hwang，2015，J. Fluid Mech.，767，p254）。在本研究中，在对数和外部区域中的每个展向长度尺度（即附着涡）的含能量运动的自维持过程的详细调查进行了强调其与“爆发”的相关性，这是指运动的能量时间振荡（Flores & Jiménez，2010，Phys. Fluids，22，071704）。结果表明，对数区和外区的附着涡由条纹和准流向涡结构组成，其自持过程与近壁区非常相似，即条纹通过升力效应被准流向涡显著放大;放大的条纹随后经历“快速的顺流弯曲运动”，使人联想到条纹不稳定性或瞬时生长，这最终导致条纹的破裂和新的准流向涡的再生。两个数值实验，旨在人为地抑制解除效果和条纹蜿蜒运动，分别揭示，这些过程是必要的成分的自我维持过程中的附加涡的对数和外部区域，与以前的几个理论研究。它还表明，在对数和外部区域的附加涡的升力效应的人工抑制导致大量的湍流表面摩擦减少。
2019-07-14 physics.flu-dyn
POD-based study of turbulent plane Poiseuille flow: comparing structure and dynamics between quasi-linear simulations and DNS
本文分析了限制非线性动力学中的湍流，并与$R=1650$上的Poienille湍流的DNS进行了比较。的结构得到POD分析的两个组成部分的RNL动力学中使用的流量分区：流向平均流量和波动。POD分析表明，占主导地位的POD模式，在DNS和RNL，在展向滚条纹谐波。然而，我们的结论是，这些POD模式不会孤立地发生，而是相干的滚动条纹结构的傅立叶分量。POD分析的DNS和RNL的波动揭示了类似的复杂结构，包括在部分斜波搭配条纹。这些结构的起源是确定其对应POD模式预测使用随机湍流模型（STM）。这些预测的POD模式占主导地位的最佳增长的结构上的条纹，STM预测正确的弯曲斜波结构。在DNS，RNL和STM的卷条纹结构和相关的波动之间的这种密切的对应关系意味着，在DNS中运行的自我维持机制基本上是相同的，在RNL中，这已经与最佳扰动增长的条纹。
2023-03-29 physics.flu-dyn
Coherent structures in the linearized impulse response of turbulent channel flow
本文利用线性化的纳维-斯托克斯方程研究了孤立的时空脉冲引起的速度脉动的演化。在$Re_τ=10000$中，冲量作为不可压缩通道流中的外部体积力引入。速度波动是关于湍流的平均速度轮廓定义的。湍流涡动粘性被添加到方程中，以将平均速度固定为精确解，这也用于模拟背景湍流对大尺度波动的耗散效应。脉冲体积力产生的流场演变成包含长流向速度条纹的相干结构，其两侧是准流向涡;其中一些脉冲产生发夹涡。随着这些涡纹结构的发展，它们的尺寸增长到名义上的自相似几何形状，纵横比（流向与壁面法线）约为$10$，而它们的动能密度单调衰减。涡纹结构的拓扑结构对脉冲的位置不敏感，但取决于脉冲体积力的方向。所有这些涡纹结构都附着在壁面上，当按离壁面的距离缩放时，它们的雷诺应力崩溃，这与汤森的附着涡假设一致。
2018-05-02 physics.flu-dyn
Fluctuation covariance-based study of roll-streak dynamics in Poiseuille flow turbulence
本研究针对壁湍流中滚转-条纹结构的维持机制争议，采用展向配置法结合S3T统计动力学与RNL近似，揭示了湍流泊肃叶流中脉动雷诺应力持续增强条纹、主导POD模态维持滚转的机制，验证了剪切流中该结构生长维持的普遍过程。
2024-04-14 physics.flu-dyn
Transient growth and nonlinear breakdown of wavelet-based resolvent modes in turbulent channel flow
本文研究时间局域化主 resolvent 强迫模态对湍流近壁循环的驱动效果，发现其能有效放大近壁条纹，但非线性导致过早衰减，且破裂方式与强迫强度无关。
2025-05-07 physics.flu-dyn
Identifying skin-friction generation structures in turbulent channel flows via canonical correlation decomposition
Peking University（北京大学）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
通过典型相关分解方法识别湍流通道流中皮肤摩擦生成的关键流动结构，并展示其在阻力控制中的应用潜力。
2026-01-11 physics.flu-dyn
The role of entropic-instabilities in laminar-turbulent transition on a blunted flat plate
本文用线性和非线性方法研究了马赫数~ $4$下熵不稳定性对钝头平板层流-湍流转捩动力学的影响。线性波包分析揭示了放大倾斜的第一模式以及平面和倾斜的熵层扰动。熵不稳定性的感受性被认为是最大的驱动种子在熵层，相应的线性演变的特点是在壁面法向平面的强化，再加上流向倾斜。的过渡过程中所产生的熵层波相互作用通过斜击穿机制进行了详细研究。倾斜的熵层扰动相互非线性地相互作用，并在边界层中引起流向条纹。这些经历进一步的不稳定下游，通过提升和奥尔样机制的组合，导致湍流的发病。由熵扰动引起的正弦次谐波振荡是主要的条纹不稳定性。在温度扰动中观察到倾斜的钩状结构，并归因于熵层中的类Orr机制。此外，温度扰动放大的熵层中的低速条纹的波峰，并通过三元相互作用产生扰动。这些扰动有助于将扰动能量转移到附面层中，最终导致展向均匀化和近壁条纹的产生。接近击穿区的末端，伴随着边界层中惯性子范围的出现的光谱增宽表明流动接近湍流。
2022-10-11 physics.flu-dyn
Large-scale streaks in a turbulent bluff body wake
本研究分析高雷诺数湍圆盘尾流数据库，发现大尺度低频条纹结构，揭示其由涡脱落模态自相互作用经升力机制形成，首次系统表征了湍流尾流中的该类条纹及生成机理。
2023-12-14 physics.data-an physics.flu-dyn
Formation of spanwise vorticy in oblique turbulent bands of transitional plane Couette flow, part 1: Numerical experiments
本文用直接数值模拟（DNS）方法研究了平面Couette流（PCF）斜层流-湍流带速度条纹中展向涡量的形成。展向涡量是由速度条纹的流向壁面正剪切层的卷起型发展产生的。它是由沿带状的大尺度气流平流输送的。我们提出了一个展向涡度的标准，检测这些事件，以进行系统的测量。除了流向和展向相关长度的辊，他们的平流速度进行了测量，并显示匹配的大规模流动沿带附近的湍流区。最后，我们讨论了涡量从层流区附近的带中射出与层流区大小之间的可能关系。
2014-12-08 physics.flu-dyn
Coherent structures in Newtonian and viscoelastic turbulent planar jets
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Universidad Polit{é}cnica de Madrid（马德里理工大学）；Flow Matters Consultancy BV（Flow Matters咨询有限公司）
通过时空Koopman分解，研究了粘弹性平面射流中弹性湍流的触发与维持机制，发现近场弹性驱动条纹与聚合物拉伸结构是维持三维粘弹性射流弹性湍流的关键。
2026-04-29 physics.flu-dyn
Role of the forcing dimensionality in thin-layer turbulent energy cascades
本文研究了在薄层湍流中，通过改变强迫函数形式和薄层厚度，从正能量级联到逆能量级联的转变。我们发现，作为强制功能变得更加三维，逆级联被抑制和临界高度HC，发生过渡，减少。我们研究了这个临界高度对参数r的依赖性，参数r是衡量强迫的维数，从而在参数空间r-h中构建了一个相空间图。我们讨论了雷诺数和磁畴尺寸的影响。
2020-03-25 physics.flu-dyn
Forcing statistics in resolvent analysis: application in minimal turbulent Couette flow
本文对低雷诺数下的湍流Couette流动进行了预解式分析中非线性项的统计分析。从一个最小的流动单元，在雷诺数400的直接数值模拟的数据进行后处理，使用傅立叶分析在时间和空间，导致速度的协方差矩阵。从相同的数据，我们计算了纳维-斯托克斯方程的非线性项（在本公式中被视为强迫），这使我们能够计算这种情况下强迫的协方差矩阵。这两个协方差是由预解算子精确相关的;在此基础上，我们探索了从强迫项的统计数据中恢复速度统计数据作为强迫项分量的函数。这是在这种流动中的主导结构，参与了自持循环的湍流：（i）流向涡和条纹，（ii）展向相干波动的展向速度。目前的结果表明，占主导地位的四个非线性项的预测流向涡和条纹的全部统计数据，一个单一的长期被认为是占主导地位的展向运动。在这些情况下观察到的一个相关特征是，强迫项在空间上具有显著的一致性;此外，不同的强迫分量之间也是一致的。这将导致建设性的和相消干涉，大大修改流量响应，因此，应考虑在建模工作。
2020-01-08 physics.flu-dyn
Modulation of the regeneration cycle by neutrally buoyant finite-size particles
采用力耦合方法对平面Couette和压力驱动通道结构中的湍流悬浮流进行了直接数值模拟。当雷诺数略高于层流-湍流转捩时，考虑中性浮力有限尺寸（L_y /d = 20）球形颗粒的稀到中等浓度悬浮液。在湍流槽道和库埃特流中，用合成条纹进行的试验清楚地表明，颗粒触发槽道流中的不稳定性，而平面库埃特流变成层流。此外，我们已经表明，颗粒有一个显着的影响，压力驱动流通过详细的时间和空间分析，而他们没有显着的影响，平面Couette流配置。这两种流动之间的实质性差异与Couette流动中大规模卷（非活动运动）中颗粒的空间优先分布有关，而它们在压力驱动流动中的喷射（活动运动）区域中积累。通过对两种不同流动构型的颗粒改性的研究，我们能够显示湍流结构的特定响应和构成近壁湍流缓冲层中再生循环的基本机制的调制。特别是对于压力驱动的流动，颗粒增强提升并使其连续作用，而颗粒不显著改变条纹击穿过程。流向涡的加强是由于涡量拉伸项的波状条纹。波纹条纹的数量多、尺寸小，增强了涡量的拉伸，从而加强了悬浮流中大尺度流向涡的环流。
2018-06-07 physics.flu-dyn
Interplay between streaks and vortices in shock-boundary layer interactions with conditional bubble events over a turbine airfoil
Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学）
研究超音速涡轮叶片激波-边界层相互作用中气泡、条纹和涡旋的相互作用，揭示高速条纹与涡旋对气泡内流体混合及湍流动能的影响。
2025-12-12 physics.flu-dyn
Energy transfer in turbulent channel flows and implications for resolvent modelling
我们分析了两种类型的平面Poiffille流的尺度间能量传递：Park和Graham（2015）的P4 U精确相干态和最小通道中的湍流。对于这两种流动，占主导地位的能量产生模式是流向恒定的条纹，展向间距约为100个壁单元。由于这些尺度的粘性耗散不足以平衡生产，非线性项将多余的能量重新分配到其他尺度。展向常数尺度（即展向波数为零的Tollmien-Schlichting样模式），特别是占非线性项的净能量增益的显着数量。我们比较的能量平衡预测预解式分析，我们表明，它不模拟能量转移。然而，我们发现，从流向恒定条纹的能量转移可以合理地预测Cess涡动粘度分布。因此，涡动粘性是一个有效的模型，在预解式分析的非线性项，并解释了最有力的流向恒定条纹的良好预测。它还提高了预解模式的结构，其流向长度大于其展向宽度的基础上，抵消非正常的预解算子。涡粘性不尊重非线性能量传递的保守性质，其在所有尺度上必须总和为零。因此，对于从非线性项接收能量的标度，它是不太有效的。
2020-04-28 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
Laminar-turbulent separatrix in a boundary layer flow
本文研究平板上的转捩边界层流动。已知边界层流在雷诺数的临界值以上会产生不稳定的Tollmien-Schlichting波。然而，还已知的是，可以在亚临界雷诺数下观察到这种转变。在这种情况下，层流状态的吸引盆与持续的湍流共存。在这篇文章中，这两个国家之间的分界线上的轨迹进行了模拟。分界线上的状态与初始条件无关，并且与层流和湍流动态地相关联。这种边缘状态提供了关于过渡流的基本特征的信息。解的形式是低速条纹，两侧是两个准流向弯曲涡。条纹的形状与线性最优扰动法模拟的条纹形状接近。这个解决方案相比，现有的结果条纹故障。模拟是在一个时间框架内实现的局部边界层，周期性边界条件的流向。提出了一种基于尺度分离的专用模型。平均流是普朗特边界层方程的解，而叠加的小尺度波动是周期性纳维-斯托克斯方程的解。该模型与湍流模拟进行了验证，并令人满意地再现了边界层流动的物理特性，特别是在外部区域，其中外部流体被夹带向边界层。
2013-02-14 physics.flu-dyn
Stochastic Structural Stability Theory applied to roll/streak formation in boundary layer shear flow
随机结构稳定性理论（SSST）提供了一个自治的，确定性的，非线性动力系统的发展的统计平均状态的湍流系统。在这项工作中，SSST适用于理解的自由流湍流（FST），并与旁路过渡在边界层的辊/条纹结构的形成的问题。横流/展向平面中的滚转结构和相关的流向条纹被证明是FST和平均流之间相互作用的线性不稳定性。在这种相互作用中，由FST产生的非相干雷诺应力通过扰动流向条纹来组织，以相干地迫使扰动滚转引起流向条纹扰动的放大，并通过这种反馈导致滚转/条纹/湍流复合体的不稳定性。支持滚转/条纹/湍流复合不稳定性的主要湍流扰动结构是斜波形式的非正常最佳扰动。在STM激发参数的分叉处出现了导致滚动/条纹结构的合作线性不稳定性。这种结构不稳定性最终在有限振幅下非线性地平衡，尽管由此产生的统计平衡流向条纹是弯曲的，但相关的流动是稳定的。通过这种机制形成和平衡的辊/条纹结构可以追溯到非正常的基础之间的相互作用的扰动和模态稳定系统中的平均流量。
2010-11-05 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Couette-Poiseuille flow experiment with zero mean advection velocity: Subcritical transition to turbulence
我们提出了一个新的实验装置，创建一个剪切流与零平均平流速度通过抵消非零流向压力梯度移动边界，产生平面Couette-Poiffille流。我们进行了第一次实验结果，在过渡制度，这种流动。使用流动可视化，我们的特点是亚临界过渡到湍流的Couette-Poiffille流，并显示存在的湍流点产生的永久扰动。由于基本廓线的平均平流速度为零，这些湍流结构几乎是静止的。我们区分两个区域的湍流斑：活跃的，湍流的核心，其特征在于类似于行波的条纹的波纹度，和周围的区域，其中还包括弱未受干扰的条纹和斜波在层流湍流界面。我们还研究了这两个区域的大小对雷诺数的依赖关系。最后，我们表明，行波在下游（Poietille）。
2017-04-09 physics.flu-dyn
Streamwise oscillation of spanwise velocity at the wall of a channel for turbulent drag reduction
通过DNS研究了槽道流动的定常壁面强迫，以评估其降低湍流摩擦阻力的能力。壁面强迫由沿流向交替变化的展向速度的固定分布组成。强迫背后的想法建立在现有的展向壁面振荡技术的基础上，并利用流动的对流性质来实现与湍流的非定常相互作用。该分析利用了等效层流，通过解析求解该等效层流，以表明强迫的能量成本不受湍流的影响。在一个湍流，交替强迫被发现表现类似的振荡壁，特别是一个最佳的波长被发现，产生最大的减少湍流阻力。能量性能得到显着改善，在大强度的强迫下，最大摩擦节省了50%以上，而在较小强度下，净能量节省了23%。这种稳定的、基于壁面的强迫可以为被动地与湍流相互作用铺平道路，以通过设计成激发选定的流向波长的适当粗糙度分布来实现阻力减小。
2009-10-31 physics.flu-dyn
Chaotic and time-periodic edge states in square duct flow
本研究通过边缘追踪算法分析方管流动，发现非对称约束下边缘态为混沌吸引子，表现为条带-涡旋相互作用引发的爆发与壁面切换；施加镜像对称后则形成周期轨道，这些边缘态在低雷诺数湍流中扮演重要角色。
2025-03-28 physics.flu-dyn
Lift-up and streak waviness drive the self-sustained process in wall-bounded transition to turbulence
本研究利用Couette-Poiseuille实验流场测量数据，定量分析壁面转捩湍流自持过程，首次通过湍流斑局部分析验证流向涡幅值与条纹波度的关联，并量化低波度下的抬升效应，补充了实验直接测量证据。
2023-11-02 physics.flu-dyn
Low-wavenumber forcing and turbulent energy dissipation
在湍流的直接数值模拟中迫使流体的一种流行方法是采用与流体速度在其最低傅立叶模式上的投影成比例的体积力，同时保持注入的外部功率恒定。在本文中，我们进行了一个简单但严格的分析，建立这种类型的强迫的能量耗散率和所得雷诺数之间的关系的界限。虽然这种分析不能给出能谱的详细信息，但它确实提供了一些指示，说明了较低的、直接受迫的模式与由级联激发的模式之间的能量平衡。
2004-04-09 physics.flu-dyn
The colour of forcing statistics in resolvent analyses of turbulent channel flows
交叉谱密度（CSD）的非线性强迫预解式分析在这里量化的第一次湍流槽道流动。在$Re_τ =179$和$Re_τ =543$上进行直接数值模拟（DNS）。CSD计算典型的缓冲层和大尺度运动的高能量结构，不同的时间频率。非线性强迫的CSD在空间上不是不相关的（白色），这意味着强迫是结构化的。由于非线性强迫是非螺线管的建设和不可压缩流的速度只受螺线管部分的强迫，这螺线管部分进行评估。结果表明，螺线管部分的非线性强迫是斜流向涡和流向分量的组合，相互抵消，如在一个相消干涉。结果表明，秩-2近似的强迫，只有最有力的SPOD（光谱适当的正交分解）模式，导致大部分的响应。的投影的非线性强迫的右奇异向量的预解式进行评估。与非常低的奇异值相关联的预解式的左奇异向量是不可忽略的，因为非线性强迫项具有不可忽略的投影到预解式分析的线性次最优解上。同样的预测计算时，强迫模拟涡粘性的方法。它澄清，这种建模提高了预测的准确性，因为预测更接近与DNS数据的非线性强迫相关的预测。
2020-04-03 physics.flu-dyn
Response of a turbulent boundary layer to steady, square-wave-type transverse wall-forcing
本文实验研究零压力梯度TBL对沿流向变化的稳态展向SqW壁面强迫的响应，通过SSR相位分析揭示两种机制及其减阻与湍流恢复作用。
2025-04-07 physics.flu-dyn
Turbulent spot growth in plane Couette flow: statistical study and formation of spanwise vorticity
本文对平面Couette流过渡区中的湍流斑生长进行了直接数值模拟。定量描述的生长过程和周围的四极流的斑点的细节。重点放在展向涡的速度条纹，类似于二次剪切不稳定的形成。的不稳定性（相干长度，平流速度）的主要特征进行了研究的背景下的湍流斑，低于和高于阈值雷诺数的出现的倾斜湍流带的平面Couette流。
2014-01-15 physics.flu-dyn
Spatial discretization effects in spanwise forcing for turbulent drag reduction
本文通过直接数值模拟复现管道湍流的分段常数展向壁面激励实验，揭示空间离散产生的谐波会改变减阻行为，并可能在非最优参数下优于理想正弦激励。
2024-01-22 physics.flu-dyn
Investigation of unsteady secondary flows and large-scale turbulence in heterogeneous turbulent boundary layers
根据\cite{wangsawijaya2020}中的发现，我们重新研究了在具有不同粗糙度波长$0.32 \leq S/\overlineδ \leq 3.63$的展向非均匀粗糙度的表面上发展的紊流边界层，其中$S$是粗糙度带的宽度，$\overlineδ$是展向平均边界层厚度。非均质的情况下，诱导反向旋转的二次流，这些相比，自然发生在光滑的壁的大尺度湍流结构。在瞬时流场中，两者都表现为蜿蜒的细长高动量和低动量条纹。结果表明，二次流可能是展向锁定的湍流结构，$S/\overlineδ$控制湍流结构的强度，并可能控制表面将结构锁定在适当位置的功效（当采用$S/\overlineδ \approx 1$时最有效）。条件平均值的脉动速度场的展向非均匀和光滑壁的情况下，导致强烈的条纹涡不稳定性模型的结构。二次流和大尺度结构共存于$S/\overlineδ \gg 1$或$S/\overlineδ \ll 1$的边界，其中二次流分别在$δ$或$S$上缩放。当采用$S/\overlineδ \gg 1$时，二次流被锁定在粗糙度过渡区附近，而相对不变的大尺度结构出现在距离过渡区较远的地方。在$S/\overlineδ \ll 1$的情况下，$S$尺度的二次流被限制在接近表面的位置，与穿透到层中更深处的未改变的较大尺度湍流结构共存。
2021-10-05 physics.flu-dyn
Jet-noise reduction via streak generation in the nozzle boundary layer
Institut Pprime, CNRS–Université de Poitiers–ENSMA（普里姆研究所，法国国家科学研究中心-普瓦捷大学-国立高等航空航天学院）；Monash University（蒙纳士大学）；Instituto Tecnológico de Aeronáutica（航空技术研究院）
通过在喷嘴内表面添加隔板促进边界层条纹生成，从而减少喷射噪声。
2025-08-07 physics.flu-dyn
On the optimal period of spanwise wall forcing for turbulent drag reduction
Politecnico di Milano（米兰理工大学）
通过直接数值模拟研究了由横向壁振荡控制的湍流通道流，探讨了横向力如何减少皮肤摩擦阻力。研究发现，通过增加横向体力，可使 Stokes 层厚度与周期解耦，从而获得更优的阻尼减少效果。
2026-04-13 physics.flu-dyn
Influence of Reynolds number and forcing type in a turbulent von Kármán flow
本文详细研究了湍流vonKármán旋流中的全局分岔。在该系统中，当雷诺数增加到湍流过渡以上时，统计稳定状态逐渐显示滞后行为。我们详细研究这种滞后使用不对称强迫条件-旋转叶轮在不同的速度。对于非常高的雷诺数，我们研究的滞后周期的敏感性-使用互补粒子图像测速（PIV）和全球机械测量-强迫性质，施加扭矩或速度的叶轮。新的平均状态，显示多个准稳态和负微分响应，实验观察到在转矩控制。一个简单的类比与电路进行了解多稳定性和负响应之间的联系。该系统相比，其他类似的“散装”系统，了解负微分响应的一些相关成分，并在热力学的框架内研究远程相互作用系统。最后将实验结果与相关的Rayleigh-Bénard湍流问题进行了比较。
2014-05-05 physics.flu-dyn
Edge states as mediators of bypass transition in boundary-layer flows
本文研究了渐近抽吸边界层中边缘状态的概念，它与噪声扰动的感受性过程和湍流斑的成核有关。边缘跟踪首先进行数值计算，不施加任何离散对称性，在一个大的计算域允许的扰动速度的全空间定位。边缘状态是一个三维的局部结构，其特征是一个单一的低速条纹，经历不稳定的爆发和平面移位。这种经常性的条纹结构，然后与个别点成核事件，由非本地化的初始噪声触发的前辈进行比较。目前的结果表明，一个非线性的图片，植根于动力系统理论，在边界层流，其中局部边缘状态发挥的作用，状态空间调解的湍流斑点的成核过程。
2016-05-10 physics.flu-dyn
Saturation of a turbulent mixing layer over a cavity: response to harmonic forcing around mean flows
腔体上的湍流混合层可以与声波耦合并导致不期望的振荡。为了理解这一现象的非线性方面，一个湍流混合层超过一个深腔在雷诺数为150 000被认为是和它的响应的谐波强迫分析与大涡模拟（LES）和线性纳维-斯托克斯方程（LNSE）。作为一个模型的传入声扰动，空间均匀的时间谐波强迫施加在腔端，振幅在很宽的范围内的体积速度的0.045-8.9%。可压缩LES提供剪切层的参考非线性响应，以及相关的平均流。线性响应计算与不可压缩的LNSE周围的LES平均流量，他们预测放大（测量与动能和代理涡声生产）和捕获的非线性饱和观察到的强迫振幅增加和混合层增厚。也许令人惊讶的是，基于单色（单频）假设的LNSE计算产生了良好的一致性，即使高次谐波和它们的非线性相互作用（雷诺应力）是不可忽略的。然而，领先的雷诺应力不迫使混合层有效地，所示的最佳体积强迫在预解式分析中获得的比较。因此，它们不能充分受益于流动中可获得的扩增潜力。最后，用伴随方法计算了腔端最优谐波激励的灵敏度。对平均流修正和局部反馈（结构灵敏度）的灵敏度都将上游空腔拐角确定为小振幅修正具有最强影响的区域。这可以以系统的方式指导用于控制扩增和饱和机制的策略的设计。
2017-11-01 physics.flu-dyn
Forcing-dependent stability of steady states in a turbulent swirling flow
我们研究的影响，强迫上的稳定的湍流状态的冯卡门旋流，在恒定的叶轮速度，或在恒定的扭矩。我们发现，不同的强迫条件改变了稳定状态的性质，并揭示了动力学制度，承担与低维系统的相似之处。我们认为，这种强迫依赖可能是一个平衡模拟的合奏不等价，有效的长程相互作用的统计系统，它可能适用于其他湍流系统。
2013-05-24 nlin.CD physics.flu-dyn
The three-dimensional turbulent cellular flow
本文通过大量的直接数值模拟，研究了周期边界条件下立方盒子中二维胞元强迫产生的湍流。尽管强各向异性的强迫，我们发现，湍流恢复几乎完全各向同性在小尺度。尽管如此，强迫的签名仍然在平均流（平均随时间的推移和均匀的方向），这允许引入一个摩擦因子，其依赖于雷诺数的调查。我们进一步发现，流动的特点是大的总能量的时间波动，作为一个结果之间的交换强迫平均流在大尺度和湍流波动在小尺度。这样的时间涨落对能谱产生了修正，这可以用一个简单的量纲来解释。
2022-11-19 physics.flu-dyn
Input-output analysis of the stochastic Navier-Stokes equations: application to turbulent channel flow
在Tissot，Mémin & Cavalieri（J. Fluid Mech.，vol.912，2021，A51）基于服从随机输运的经典守恒律。一旦围绕平均流线性化并在傅立叶域中表示，该模型已证明其预测湍流槽道流中流向速度条纹结构的有效性。特别是已经证明，未解决的非相干湍流的随机传输允许通过提升机制更好地再现条纹。在本文中，我们专注于研究的流向细长结构，充满活力的缓冲层和对数层。在缓冲层中，细长的流向涡，命名为卷，被认为是由于相干波波的非线性相互作用，这已被忽略的随机线性框架。我们提出了一种方法来考虑这些相互作用的随机模型中引入一个随机强迫，取代丢失的非线性项的效果。此外，我们提出了一种迭代策略，以确保随机噪声是解相关的，如所规定的建模假设。我们探索这个更完整的模型在$Re_τ=180$，$Re_τ=550$和$Re_τ=1000$的通道流的缓冲层和对数层的预测能力。我们的预测相比，涡粘性的预解式分析，特别是在对数层的改善。
2022-07-25 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
Formation of spanwise vorticity in oblique turbulent bands of transitional plane Couette flow, part 2: modelling and stability analysis
本文模拟了转捩面库埃特流斜带和斜斑的紊流条纹中展向涡量的形成。设计了一个功能模型来模拟条纹中的相干流。模型的控制参数是从直接数值模拟（DNS）的统计数据中提取的。雷诺应力的建议，以研究这种额外的力维持基流的不稳定性的影响。局部（准平行）的时间稳定性分析，该模式进行调查的展向涡量的线性发展。结果表明，平均剖面，即使他们有一个拐点，是稳定的：剪切层内的速度条纹是负责涡度的形成。重点放在对流或绝对性质的不稳定性，这取决于在带中的位置。这表明，在完全湍流和层流之间的区域中发生了从对流到绝对不稳定的转变。最不稳定的模式的群速度比较好的展向涡度在DNS测量的平流速度。通过对一个典型带的全局（非平行）稳定性分析，完成了这项研究。最后，根据这些结果讨论了剪切流局部低雷诺数湍流维持的可能周期。
2015-11-18 nlin.PS physics.flu-dyn
Decay of streaks and rolls in plane Couette-Poiseuille flow
本文报道了在雷诺数$Re$突然减小后，层流层出现的“淬熄”实验中，对平面Couette-Poiffille流中湍流衰减的实验研究结果。具体来说，我们研究的速度场在流向展向平面。我们发现，展向速度包含卷，衰减速度比流向速度，显示细长的区域较高或较低的速度称为条纹。当最终雷诺数大于425时，条纹的衰减表现为两个阶段：第一阶段是有滚转时的缓慢衰减，第二阶段是单独条纹的快速衰减。性能的差异是由辊再生条纹引起的，称为提升效应。我们将湍流分数定义为包含湍流的流动的部分，并且这通过对展向速度分量进行阈值化来估计。在最终$Re$的整个范围内，它随时间线性下降。相应的衰减斜率随最终$Re$线性增加。衰减斜率消失时的外推值为$Re_{a_z}\approx 656\pm10$，接近湍流自维持时的$Re_g\approx 670$。从展向速度分量计算的能量的衰减被发现是指数。相应的衰减率随$Re$线性增加，外推消失值为$Re_{A_z}\approx 688\pm10$。该值也接近湍流自维持的值，表明在$Re$的宽范围内可以获得关于转捩的有价值的信息。
2021-11-03 physics.flu-dyn
Structural Boundary State Transitions in Turbulent Pipe Flow
本研究通过晶格气体模型和Metropolis演化，揭示湍流管流中结构边界态的数量涨落与自相似相关性，支持将壁面湍流定常状态视为马尔可夫链的观点。
2025-03-29 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Reynolds-dependence of turbulent skin-friction drag reduction induced by spanwise forcing
本文研究了雷诺数$Re$值的增加如何影响展向强迫技术产生湍流表面摩擦阻力减小的能力。所考虑的作用力基于展向壁速度的流向行波（Quadrio { \em et al. J. Fluid Mech.}，第627卷，2009年，pp. 161- 178）。该研究建立在一个广泛的减阻数据库创建的直接数值模拟的湍流通道流的两个，5倍分离的$Re$值，即$Re_τ=200$和$Re_τ=1000$。该数据库首次系统地描述了强迫的幅度，其庞大的规模使人们能够全面了解行波的减阻特性，并能够详细描述当$Re$增加时发生的变化。描述了使用基于非受控流或减阻流的摩擦速度的粘性缩放的效果。与其他基于壁的减阻技术（例如肋）类似，行波的性能可以通过平均流向速度剖面的对数部分的垂直位移来很好地描述。除了当$Re$非常低时，该偏移在$Re$的情况下保持恒定，与摩擦系数的百分比降低不一致，已知摩擦系数呈现温和的对数下降。我们的新数据与现有文献一致，但这些文献大多基于低$Re$信息，因此预测使用$Re$的最大减阻会迅速下降。目前的研究支持一个更乐观的情况下，飞机在飞行雷诺数的阻力减少近30%仍然是可能的，由于行波。
2016-07-13 physics.flu-dyn
Spatio-temporal characterization of nonlinear forcing and response in turbulent channel flow
本文提出量化湍流通道流中三波相互作用的时空分析框架，结合resolvent算子揭示QL与GQL降阶模型对关键非线性相互作用的有效捕捉能力，为改进非线性建模和理解近壁振幅调制机制提供工具。
2025-03-10 physics.flu-dyn
Optimal lengthscale for a turbulent dynamo
我们证明，有一个最佳的强制长度尺度低普朗特数发电机流，可以显着降低所需的能量注入率。调查是基于模拟的感应方程的大小为$2πL$的周期性框。所考虑的流动是湍流ABC流被迫在不同的强迫波数$k_f$使用亚网格湍流模型模拟。临界磁雷诺数$Rm_c^T$随着强迫波数$k_f$从最小允许值$k_{min}=1/L$增大而减小。另一方面，在大$k_f$时，$Rm_c^T$随强迫波数增加，为$Rm_c^T \propto \sqrt{ k_f}$，与平均场标度预测一致。在$k_f L\simeq 4$达到最佳波数，其中$Rm_c^T$获得其最小值。在此最佳波数下，$Rm_c^T$比在$k_f=1$中强制的情况小十倍以上。这导致减少的能量注入率的三个数量级的情况下，该系统被迫在最大的规模，从而提供了一个新的策略，设计一个完全湍流的实验发电机。
2015-09-11 physics.flu-dyn
Bispectral decomposition and energy transfer in a turbulent jet
本研究采用BMD方法探究亚声速湍流射流的相干三波相互作用与能量传递，发现特定波数三元组的强相关性，揭示了射流不同区域的能量级串方向差异。
2025-02-20 physics.comp-ph physics.data-an physics.flu-dyn
Turbulent skin-friction drag reduction via spanwise forcing at high Reynolds number
本研究通过直接数值模拟高雷诺数下展向壁面振荡的减阻流动，证实了减阻量随雷诺数单调递减的预测模型，并解释了与边界层实验结果差异的可能原因。
2024-09-11 physics.flu-dyn
Passive transverse forcing of turbulent boundary-layer flow using sinusoidal surface grooves
Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学航空航天学院）
实验研究平行蜿蜒流向沟槽的被动横向强迫效应，发现诱导的会聚-发散流动模式由侧向压力梯度周期性和表面几何形状决定，但摩擦阻力减少潜力有限。
2026-06-02 physics.flu-dyn
