The Increase of the Airfoil Trailing Edge Noise and Unsteady Surface Pressure due to High Inflow Turbulence
人为因素，特别是视觉影响和噪音产生，是目前更广泛的城市风能开发的主要限制。由与翼型表面相互作用的湍流边界层引起的后缘噪声是现代水平轴和垂直轴风力机的主要噪声源。低入流紊流度不影响后缘噪声。然而，高湍流强度的入流具有可穿透边界层的流动结构，从而增加了边界层内的速度波动，并因此增加了壁压波动和后缘噪声。本研究调查了在城市地区大气边界层中观察到的高自由流湍流对后缘噪声产生的影响。这是通过测量当翼型受到高流入湍流时，边界层内湍流的增量和后缘附近的表面压力波动来进行的。在特文特大学的气动声学风洞中对NACA 0012翼型进行了紊流来流的实验测量。实验的弦基雷诺数范围为170 x 10^3至500 x 10^3。结果表明，高来流湍流度显著增加了整个边界层的速度脉动和积分长度尺度，导致自由流湍流度为10%和20%时，表面压力谱在整个频率范围内分别增加了6 dB和10 dB以上。10%自由流湍流仅在低频率范围内增加速度波动，而20%流入湍流影响整个频率范围内的速度谱，增加湍流的最小结构的尺寸。应用Amiet理论预测了飞机尾缘远场噪声。
2021-08-04 physics.app-ph physics.flu-dyn
On the Non Specific Nature of Classical Turbulence Statistics
湍流的经典统计被证明是不特定的湍流，可以从一个解决方案，经常出现的非稳态粘性流。在使用它们来推论湍流结构和机制时必须小心。有条件平均的统计，特别是涉及在爆发阶段的喷射的速度，是更独特的湍流。关键词：湍流统计，经典，条件平均，概率密度函数，能谱
2010-01-13 physics.flu-dyn
A novel data-driven method for augmenting turbulence modeling for unsteady cavitating flows
针对现有RANS等湍流建模方法无法准确复现空化流动局部湍流特性的问题，提出融合GEP与BFGS优化器的GEP-CFD数据驱动方法，可同时训练雷诺切应力与湍动能修正项，提升空化流动数值模拟精度。
2024-10-08 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
Bayesian minimisation of energy consumption in turbulent pipe flow via unsteady driving
针对湍流管道流动的能量损耗问题，提出基于贝叶斯优化与直接数值模拟的无梯度黑盒框架，求解最优脉动驱动波形以降低能耗与阻力，揭示了非定常驱动优于传统定常运行模式的机理。
2025-08-20 physics.flu-dyn
A comparative evaluation of turbulence models for simulation of unsteady cavitating flows
本文系统比较了SST、SAS、DES、DDES、FBM和PANS等多种湍流模型在文丘里管云空化流动中的预测能力，发现网格细化可使标准模型复现蒸汽非定常性，但所有模型在局部湍流量上仍与X射线实验数据存在显著偏差。
2023-03-15 physics.flu-dyn
Linking reduced breaking crest speeds to unsteady nonlinear water wave group behavior
观测表明，最大陡破水波峰速度比预期的要慢得多。我们报告了一个非定常传播的深波群的波峰减速机制。我们的完全非线性计算表明，就在达到其最大高度之前，每个波峰都显著减慢，并且要么以这种降低的速度破碎，要么加速向前不间断。这一发现在我们广泛的实验室和现场观察中得到了验证。这种行为似乎是通用的不稳定色散波群在其他自然系统。
2013-12-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Elastic turbulence in two-dimensional cross-slot viscoelastic flows
我们报告的证据不规则的非定常流动的二维聚合物解决方案的情况下，在十字槽的几何形状使用数值模拟的Oldrophil-B模型。通过探索过渡到随时间变化的流动与流体弹性和聚合物浓度，我们发现周期性行为接近不稳定阈值和更复杂的流动在较大的弹性，与实验结果一致。对于足够高的弹性，我们得到的动力学指向弹性湍流，与时间谱的速度波动表现出幂律衰减，指数在-3和-2之间，和概率密度函数的速度波动，弱偏离高斯性，而高非高斯尾巴的本地加速度。
2021-02-04 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Modeling Unsteady Aircraft Aerodynamics Using Lorenz Attractor: A Reduced-Order Approach for Wing Rock
Aurora Flight Sciences (A Boeing Company)（奥罗拉飞行科学公司（波音旗下））；The Boeing Company（波音公司）
本文提出利用洛伦兹吸引子框架建模不稳飞机气动特性，通过降阶方法有效捕捉翼岩现象的复杂动态。
2025-11-10 cs.SY eess.SY nlin.CD
U Net LSTM with incremental time-stepping for robust long-horizon unsteady flow prediction
Université Laval（拉瓦尔大学）
本文提出一种增量时间步进的U Net LSTM模型，通过预测场更新提升长时间尺度不稳流预测的稳定性与精度。
2025-11-27 physics.flu-dyn
Unsteady load alleviation on highly flexible bio-inspired wings in longitudinally oscillating freestreams
受鸟类羽毛启发，本研究结合实验与数值模拟，发现高柔性复合材料机翼能通过破坏层流分离泡、促进稳定湍流边界层来有效减缓纵向振荡来流下的非定常气动载荷。
2025-01-04 physics.flu-dyn
Energy and enstrophy spectra and fluxes for the inertial-dissipation range of two-dimensional turbulence
本文利用Pao的猜想[Y.- H. Pao，Phys. Fluids 11，1371（1968）]，我们导出了延伸到惯性范围之外的二维（2D）强迫湍流的动能和拟能的谱和通量的表达式。在这些表达式中，通量和光谱包含指数形式的附加因子。为了验证这些模型的预测，我们进行数值模拟的二维湍流与外力施加在$k=k_f$在中间范围。除了$k<k_f$的能量通量和涡度拟能通量有明显的波动外，数值结果与模式的预测相吻合。我们表明，这些波动出现由于在小波数的流动的非定常性质。对于$k<k_f$，使用数值数据计算的壳到壳的能量传递显示相邻壳之间的向前能量传递，但其他壳的向后能量传递。
2019-08-20 physics.flu-dyn
Spectral adjoint-based assimilation of sparse data in unsteady simulations of turbulent flows
针对URANS湍流模拟的误差问题，提出基于谱伴随的3DVar数据同化框架，通过傅里叶空间定常伴随方法与修正强迫项，在粗网格下利用稀疏数据提升圆柱绕流的平均流场、涡脱频率及低频动力学模拟精度。
2024-05-30 physics.flu-dyn
Spatio-Temporal Prediction of Unsteady Airfoil Aerodynamics Using Augmented Graph Neural Ordinary Differential Equations with Exogenous Controls
German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）；Airbus Operations（空客运营公司）
研究非定常翼型空气动力学的时空预测问题，核心方法是将图神经网络与增强神经常微分方程结合形成GNODE，主要贡献是该方法能稳定准确地预测表面力，适合建模含外部输入的非线性时空系统。
2026-07-22 cs.LG physics.flu-dyn
Simulating unsteady fluid flows on a superconducting quantum processor
该研究利用超导量子处理器，基于薛定谔方程流体力学形式的哈密顿模拟算法，实验实现了对二维非定常流动的数字模拟，展示了量子计算在模拟复杂流体动力学方面的实用潜力。
2024-04-24 physics.flu-dyn quant-ph
Hysteretic behavior between quasi-two-dimensional flow and three-dimensional flow in forced rotating turbulence
数值研究了强迫均匀旋转湍流中气旋性涡旋的形成与各向同性的矛盾。众所周知，系统的大旋转速率诱导柱状涡，从而导致准二维（Q2D）流动，而小旋转速率允许湍流是三维（3D）的。结果表明，在不同的转速下，均存在从Q2D湍流向3D湍流的转变和反向转变。在中等转速下，观察到这两个统计稳态的双稳态。对于外力的振幅的变化也观察到这种滞后行为。
2017-09-08 nlin.CD physics.flu-dyn
OGF: An Online Gradient Flow Method for Optimizing the Statistical Steady-State Time Averages of Unsteady Turbulent Flows
Mathematical Institute, University of Oxford, UK.（牛津大学数学研究所）；Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Notre Dame, USA.（诺丁汉大学航空航天与机械工程系）
针对湍流混沌性导致伴随梯度发散且无法扩展至大规模网格点的问题，提出一种可扩展至大自由度系统的在线梯度流（OGF）方法，通过在线梯度估计与有限差分避免梯度发散，在多个混沌方程实验中成功将损失降低数个数量级并准确恢复最优参数。
2025-09-16 cs.AI cs.LG physics.flu-dyn
Verification of Turbulence Models for Flow in a Constricted Pipe at Low Reynolds Number
计算流体动力学（CFD）是一种在空气动力学和生物医学应用中预测湍流的有用工具。选择合适的湍流模型是实现准确预测的关键。本研究集中在不同的湍流模型预测收缩管下游流场的比较。这种几何形状与血管疾病患者的动脉狭窄相关。更具体地说，非定常雷诺平均Navier-Stokes（URANS）和尺度分辨模拟（SRS）湍流模型，如大涡模拟（LES）和分离涡模拟（DES）的结果与实验测量进行了比较。比较包括收缩下游的平均流量和波动。结果表明，LES模型与激光多普勒风速仪（LDA）进行的速度测量更好地吻合。此外，尽管URANS模型预测的尾流区尺寸和平均流速与SRS湍流模型相当，但由于这些模型的性质，在URANS解中无法观察到小尺度涡结构。然而，当需要更详细的流动行为时，例如在声源研究中，这些结构的建模将是有帮助的。因此，LES将是所考虑的流动的最佳湍流模型，特别是当感兴趣的是声音产生时。
2018-03-09 physics.flu-dyn physics.med-ph
Periodic outgassing as a result of unsteady convection in Ray Lava Lake, Mount Erebus, Antarctica
持续活跃的熔岩湖显示出持续多年至数十年的持续放气和开放对流。雷湖是南极洲罗斯岛埃里伯斯火山的熔岩湖，在温度、热通量、气体通量、湖面和成分方面保持着长期的、接近稳态的行为。这种活动被每5-18分钟一次的气体和热岩浆的周期性小脉冲叠加，并被零星的斯特龙博利火山爆发所破坏。周期性脉冲已被归因于各种潜在的过程，包括不稳定的双向流动的管道喂养湖泊。相反，假设调用导管源观察到的周期性，我们测试的假设，该行为可能是在湖本身的动态的结果，独立于定期涌入的导管。我们进行数值模拟的对流在雷湖驱动的恒定和定期流入的富含气体的岩浆从管道，以确定这两种情况下是否有不同的观测签名在表面。我们的模拟表明，滴底辟或脉冲羽导致可观察到的表面行为的周期性在5-20分钟的范围内。我们的结论是，对流速度快于流入速度可以导致周期性的行为，而不需要在管道动力学周期。这一发现表明，熔岩湖的表面行为可能比以前认为的更少地指示持续放气火山中的火山管道过程，并且熔岩湖本身的动态可能会修改或叠印管道中出现的模式。
2019-07-05 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Collective Dynamics of Interacting Particles in Unsteady Flows
本文利用Fokker-Planck方程及其矩方程研究了一维非定常流动中相互作用粒子的集体行为。粒子根据长程吸引和短程排斥势场（称为Morse势）相互作用。我们假设粒子和它们的载体流体之间的斯托克斯拖曳力，并找到解析单峰旅行的解决方案的粒子的空间密度在灾难阶段。在稳定的流动条件下，颗粒的流动速度是相同的，他们的载体流体，但我们表明，颗粒流是异步的不稳定的载体流体。在非定常条件下，利用线性摄动分析研究了行波解的稳定性。结果表明，由此产生的色散关系是一个积分方程的Fredholm型，并产生两个一般家庭的稳定模式：奇异模式的特征值形成一个连续谱，和有限数量的离散的全球模式。取决于阻力系数的值，稳定模式可以是过阻尼、临界阻尼或衰减振荡波。通过对完全非线性Fokker-Planck方程的数值求解，证实了线性微扰分析的结果。
2014-08-04 math.DS physics.flu-dyn
A theory of turbulence. Part 1:Towards solutions of the Navier-stokes equations
在这个可视化的瞬时局部速度表示在四个组件来捕捉湍流相干结构之间的相互作用和发展。这样就有可能分离出与每种主要结构类型相关的项，并识别出比完整版本更容易求解的纳维-斯托克斯方程的相应子集。这些子集中的每一个都适用于流场中的域而不是流态。传统的湍流统计方法并不适用于湍流。特别是雷诺应力，概率密度函数，耗散，生产和能量谱从一个子集与非定常“层流”流。证据还表明，柯尔莫哥洛夫尺度并不代表涡的大小，更重要的是，它不需要假设的局部各向同性。这种可视化的应用包括一个理论封闭的雷诺方程的建议，崩溃的速度和表面摩擦配置文件的牛顿和非牛顿流体在所有几何形状的流动到独特的主曲线。引入了一种新的偏导数，其使扩散和对流的效果简化，简化了NS方程的子集的数学解，其影响在于更有效地生成计算流体动力学包。最后，湍流传热和传质的后果进行了检查。
2009-10-12 physics.flu-dyn
On analogy between transition to turbulence in fluids and plasticity in solids
本文的研究对象是简单剪切流（如Hagen-Poiffille管流）的不稳定性机制，这是流体力学[1，2]中一个长期存在的问题。探讨了与固体理想塑性唯象理论的可能类比。它允许纳维-斯托克斯方程的扩展，使简单剪切流不稳定。根据von Mises [4]，假设流体中存在最大允许剪切应力或“屈服应力”。在实际应力达到这个值之后，一个新的物理机制将被激活，试图减少它们。这种机制导致了一种类似压力的力，必须将其加入到纳维-斯托克斯方程中。屈服应力本身是一个材料常数，它不依赖于特定流动的雷诺数。它将显示如何估计其值从实验数据。为了说明考虑附加力后流动特性的变化，本文给出了二维喷管内的非定常流动。动量源是通过Fluent提供的用户自定义函数接口引入到纳维-斯托克斯方程中的。初始数据和模拟结果总结在附录中。
2006-09-07 physics.flu-dyn
Lamb-type solution and properties of unsteady Stokes equations
在球极坐标系中，我们导出了无界流体非定常Stokes方程的时域和频域通解。该解决方案是在矢量球谐函数的扩展，并给出了一个特定的解决方案，成比例的压力梯度表现出幂律空间依赖性，和矢量亥姆霍兹方程的解决方案，在远场指数衰减，分解最初介绍了兰姆。该解可应用于构造由任意速度分布在球形边界处引起的瞬态外流，例如在微型游泳者的蠕动模型中所产生的。它可用于构造由初始条件驱动的瞬态流、由体积力驱动的无界流或由静止球形颗粒引起的对非定常流的扰动的解。溶液的长时间行为受边界平均（或集体）运动所对应的流动分量的控制。这一结论通过对存在固定球时横波衰减的研究得到了说明。我们进一步表明，一般表示减少到著名的解决方案，进行振荡刚体（平移和旋转）运动的球体周围的非定常流。建议的解决方案表示提供了一个明确的形式的速度潜力远离振荡体（“广义”达西定律）和高，低频率的扩展。首阶高频展开产生众所周知的理想（无粘）流近似，首阶低频展开产生定常Stokes方程。我们导出了这些近似的高阶修正，并讨论了达朗贝尔佯谬。将通解延拓到虚频率，得到描述多孔介质中粘性流的Brinkman方程的通解。
2022-07-04 physics.flu-dyn
On the Prandtl-Kolmogorov 1-equation model of turbulence
我们证明了总的估计（粘性加模拟湍流）能量耗散在一般涡粘性模型剪切流。对于一般的涡粘性模型，我们发现近壁平均粘性与有效整体粘性的比值是关键参数。然后将该结果应用于1方程、URANS湍流模型，该比值取决于湍流长度尺度的规格。该模型由Prandtl于1945年导出，是Kolmogorov于1942年导出的2方程模型的组成部分，是许多非定常雷诺平均湍流模型的核心。远离墙壁，解释普朗特的早期建议，我们设置\begin{equation*} l=\sqrt{2}k^{+1/2}τ, \hspace{50mm} \end{equation*}，其中$τ=$选择时间尺度。在近壁区域中，分析建议用$l=0.41d\sqrt{d/L}$代替传统的$l=0.41d$（$d=$壁法向距离），例如，\begin{equation*} l=\min \left\{ \sqrt{2}k{}^{+1/2}τ,\text{ }0.41d\sqrt{\frac{d}{L}} \right\} . \hspace{50mm} \end{equation*}此$l(\cdot )$可产生具有正确近壁渐近性的更简单模型。其能量耗散率的比例不大于物理正确的$O(U^{3}/L)$，平衡能量输入与能量耗散。
2021-06-22 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Ultrasonic Oscillatory Two-phase Flow in Microchannels
通过实验和数值模拟研究了微通道内超声振荡两相流的输运特性。这项工作的灵感来自于在一个创新的超声波织物干燥装置中观察到的流动，该装置使用具有微通道的压电双晶片换能器，其中水-空气两相流通过谐波振荡的微通道输送。由于水和空气在振动周期中相互作用，流动表现出高度不稳定的行为，使其与微通道中的稳定流动有显着不同。将湍流雷诺平均Navier-Stokes（RANS）k- $ω$模型与相场法相结合，实现了两相流的计算流体动力学（CFD）模拟。数值结果得到了实验的定性验证。通过参数研究，我们专门检查了振动条件的影响（即，频率和振幅）、微通道锥角和壁表面接触角（即，润湿性）对通过微通道的流速的影响。研究结果将为微通道内存在振荡或一般非定常两相流的场合提供参考。
2020-12-07 physics.flu-dyn
Assessment of Hybrid RANS-LES and WALE Formulations for Wake and Resistance Prediction of the BB2 Submarine
本研究针对BB2潜艇高Re尾流与阻力预测，评估基于Taylor微尺度细化的混合RANS-LES及WALE模型，证明壁面建模瞬态模拟可更细致捕捉非对称涡和湍流脉动且保持阻力精度。
2025-10-03 physics.class-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effects of Turbulence Modeling and Parcel Approach on Dispersed Two-Phase Swirling Flow
本文比较三种k-epsilon湍流模型及particle与parcel两种颗粒求解方法对同轴含颗粒旋流模拟的影响，发现standard模型整体性能最佳，parcel方法可降低计算量。
2024-12-24 cs.CE cs.NA math.NA
Numerical simulations of unsteady viscous incompressible flows using general pressure equation
在流体动力学中，一个重要的问题与流体压力的知识有关。近年来，人们提出了另一种研究不可压缩流体流动的方法。该方法采用了从可压缩纳维-斯托克斯方程导出的通用压力方程。本文考虑了GPE，并与Chorin的人工压缩性方法（ACM）和熵阻尼人工压缩性方法（EDAC）进行了比较。三种方法均采用交错网格离散，空间上采用二阶中心差分格式，时间上采用三阶龙格-库塔格式。实现了三种测试用例：二维泰勒-格林涡流、行波和双周期剪切层。它表明，GPE是准确和有效的捕捉正确的行为，非定常不可压缩流。GPE的数值结果与ACM、EDAC和经典的Poisson方程有限体积法的数值结果吻合得很好。此外，GPE收敛性优于ACM收敛性。建议的一般压力方程（GPE）允许解决一般的，时间精确的，不可压缩的Navier-Stokes流。最后，在马赫数和普朗特数方面实现的参数研究表明，速度发散可以由任意的最大值限制，声波可以被阻尼。
2020-05-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Determination of the Decay Exponent in Mechanically Stirred Isotropic Turbulence
直接数值模拟被用来研究各向同性均匀湍流的衰减指数在一定范围内的雷诺数足以显示高和低雷诺数衰减行为。初始湍流是由流过许多随机放置的小立方体的流动的搅拌作用产生的。搅拌发生在模拟域尺寸的1/30处，使得湍流谱的低波数和大尺度行为由流体产生并且不被强加。结果表明，在高雷诺数和低雷诺数下，所得湍流的衰减指数与Saffman（1967）的理论预测非常吻合。从高雷诺数行为到低雷诺数行为的转变在湍流雷诺数约为250时相对突然地发生。
2010-07-28 physics.flu-dyn
Small-scale anisotropy induced by spectral forcing and by rotation in non-helical and helical turbulence
本文研究了大尺度谱强迫对均匀不可压湍流直接数值模拟中速度场尺度相关各向异性的影响。两种强迫方法被认为是：定常ABC单波数格式和非定常非螺旋或螺旋欧拉格式。结果也与高分辨率的数据与负粘度方案进行了比较。一个细粒度的表征各向异性，包括在测量有关的两点速度相关性的一些数量，使用：我们进行模态分解的频谱速度张量的能量，螺旋度和偏振光谱。此外，我们包括这三个光谱的波矢方向的明确依赖。由于单独强迫，允许各向异性在小尺度上发展的条件被清楚地确定。结果表明，在湍流预计是各向同性的，ABC强迫产生显着的能量和螺旋度方向各向异性下降到最小的分辨率尺度，如螺旋欧拉方案时，使用一个不利的强迫尺度。在旋转湍流中研究了方向和尺度相关的各向异性。它首先示出，在ABC强迫模拟的能谱的斜率被改变和各向异性的水平是相似的，在较低的Rossby数在欧拉强迫运行，结果由于强迫本身的性质和事实，它允许逆级联发展。其次，我们表明，即使在低转速下，自然各向异性引起的科里奥利力是可见的在所有尺度。最后，我们确定了两个不同的波数范围内的各向异性行为不同，并表明，如果Rossby数不是太低的特征lenghscale分离它们是一个旋转和耗散效应的平衡。
2017-06-02 physics.flu-dyn
Comparisons of Two Reduced-Order Models for Linearized Unsteady Aerodynamic Identification
本文比较了线性Volterra级数和带有外生输入的自回归（ARX）模型两种非定常气动力降阶模型（ROM）在动态线性气动力特性建模方面的性能。这两种方法的区别在于后一种模型有自回归项，而前一种模型只有输入相关项。第一个系统是低雷诺数流动中的一个压入圆柱，其中流动是稳定的（Re < 47）。虽然两种方法都能很好地拟合训练数据，但线性Volterra方法需要比ARX模型更高的模型阶数才能获得相同的精度。频率响应的比较表明，ARX模型更接近的频率响应，而在高雷诺数的频率响应是过拟合Volterra级数。第二个气动力系统是NACA 0012翼型俯仰流动，包括亚音速和跨音速状态。在不同的马赫数和平均攻角下，详细研究了模型关于延迟阶数的收敛性。随着马赫数或平均攻角的增加，所需的延迟阶数也将增加。但是ARX模型仍然在相同的精度水平上用少量的项来建模这个系统。结果表明，ARX模型在大多数情况下，特别是在接近不稳定状态时，其性能优于线性Volterra级数。
2019-05-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Critical behavior and multistability in quasi-two-dimensional turbulence
该研究利用超流体氦在周期性驱动高纵横比纳米流体通道中开展实验，发现准二维湍流存在由大尺度涡旋级联分岔导致的多稳态转变及符合多体系统相变特征的临界行为，验证了控制参数微变可引发湍流突变的预测。
2025-03-20 cond-mat.other physics.flu-dyn
Unsteady fluid--structure interactions in a soft-walled microchannel: A one-dimensional lubrication model for finite Reynolds number
本文建立了一个考虑横向弯曲刚度和非线性轴向拉伸的梁方程与二维不可压纳维-斯托克斯方程沿通道高度深度平均得到的一维流体模型耦合的一维非定常流体-结构相互作用（FSI）模型。具体地，纳维-斯托克斯方程在与微流体相关的粘性润滑极限中缩放。由此产生的一组耦合的非线性偏微分方程数值求解，通过隔离的方法，采用全隐式时间步进。我们通过改变简化雷诺数$Re$（这必然改变Strouhal数$St$）来探索该示例微通道系统的静态和动态FSI行为，同时我们保持几何形状和修改的无量纲杨氏模量$Σ$固定。在稳定状态下，数量级分析（平衡论证）表明，在流中的轴向平均压力，$\langle P\rangle$，表现出两种不同的缩放制度，而通道的顶壁的最大变形，$H_{\mathrm{max}}$，可以落入四个不同的制度，这取决于$Re$和$Σ$的大小。这些制度的物理解释是由于流体流动中的惯性力和粘性力之间的竞争，以及在弹性壁的弯曲阻力和张力。最后，通过模态分析评估了稳定膨胀微通道形状的线性稳定性，显示了许多高度振荡但稳定的模式的存在，这进一步突出了模拟非稳态FSI的计算挑战。
2020-05-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An Empirical Investigation of Scaling Behavior in the Atmospheric Turbulence for Understanding the Underlying Cascade Process
我们研究了在大气近地层采集的风速时间序列的标度行为，并将其与两种常用的级联模型，截断稳定分布和对数正态模型进行了比较。结果表明，虽然两种模型都能描述概率密度函数随着时间尺度的增加从非高斯分布向类高斯分布的变化，但它们不能同时拟合收益概率和时刻的标度行为。这一工作为进一步认识大气湍流中的级联过程提供了一些线索。
2012-11-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Multiscaling in superfluid turbulence: A shell-model study
利用三维Hall-Vinen-Bekharevich-Khalatnikov（HVBK）方程的壳模型，研究了三维超流湍流中正常速度结构函数和超流速度结构函数的多尺度行为.我们的3D-HVBK壳模型基于Gledzer-Okhitani-Yamada（GOY）壳模型。我们研究的多标度指数的正常流体分数和相互摩擦系数的依赖性。我们对3D-HVBK壳模型的深入研究表明，超流湍流中速度结构函数的多尺度行为比流体湍流中更为复杂。
2015-08-05 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech nlin.CD
Aerodynamic Prediction of High-Lift Configuration Using k-(v^2 )-ω Turbulence Model
增升布局的气动性能对民用飞机的安全性和经济性有着重要的影响。准确预测增升布局的气动性能，尤其是失速特性，对飞机设计具有重要意义。然而，高升力布局的复杂流动现象给当前的湍流模型带来了很大的困难。本文采用一个适用于雷诺平均纳维-斯托克斯方程的k-（v^2）-ω三方程湍流模型来计算高升力布局的失速特性。湍流模型中采用分离剪切层固定函数，以更好地捕捉湍流的非平衡特征。不同的高升力配置，包括二维多元素NLR 7301和奥马尔翼型和复杂的全布局模型（JAXA标准模型），进行了数值试验。结果表明，湍流非平衡特性在自由剪切层中的影响是显著的，这是准确预测增升装置失速特性的关键。修正的SPF k-（v^2）-ω模型比Spalart-Allmaras模型、剪应力输运模型和原k-（v^2）-ω模型更能准确地预测全增升布局的失速特性。最大升力系数的计算值与实验值的相对误差在3%以内。
2021-05-26 physics.flu-dyn
On the behavior of homogeneous, isotropic and stationary turbulence
基于逆动力学理论（IKT，2004-2008）的不可压缩Navier-Stokes（NS）流体的统计模型的最新发展提出了寻找可能与\textit{the statistical description of turbulence}相关的理论的特定实现的问题，特别是所谓的\textit{homogeneous, isotropic}和\textit{stationary}湍流（HIST）。这里的问题是设置在$1-$点速度概率密度函数（PDF），确定了一个完整的IKT统计模型NS流体。这就提出了一个有趣的问题，即确定在这种情况下可以实现高斯PDF的统计假设。本文证明了对于IKT统计模型，HIST必然要求$f_{1}$必须是SIED（即\textit{stationary}、\textit{isotropic}和\textit{% everywhere-defined}）.反过来，这意味着PDF的函数形式在任何时候都是唯一规定的。特别是，它被发现，必然的PDF必须符合各向同性高斯分布。这一结论对研究所谓的均匀、各向同性和定常湍流是有意义的。
2010-03-07 physics.flu-dyn
Chaotic behavior of Eulerian MHD turbulence
在欧拉坐标系下，利用直接数值模拟方法研究了湍流导电流体的混沌特性。最大李雅普诺夫指数测量模拟与不同的雷诺数和磁普朗特数。我们扩展的Ruelle理论的流体动力学湍流磁流体动力学湍流作为一个工作假设，并找到广泛的协议与结果。在其他模拟中，我们引入了磁螺旋度，这些模拟显示出减少的混乱，预计将被消除在最大螺旋度。我们还发现，两个最初接近的字段之间的差异线性增长的后期，这也是最近发现的流体力学。这种线性增长率被认为是依赖于相关领域的耗散率。我们讨论了这种线性增长对可预测性的重要影响。我们推断系统中的混沌完全由速度场主导，并将这项工作与太阳天气和受限等离子体等实际磁系统联系起来。
2019-04-08 astro-ph.CO nlin.CD physics.flu-dyn
Lagrangian statistics in forced two-dimensional turbulence
我们报告的模拟二维湍流的逆能量级联制度。针对拉格朗日示踪粒子的统计特性，研究了速度脉动概率密度函数的标度行为。结果进行了比较，三维的情况下。特别是在补偿累积量方面的分析揭示了从一个强大的非高斯行为与大尾巴的高斯性的过渡。报告计算的关联函数的加速度组件揭示了示踪粒子的基本动力学。
2007-10-09 physics.flu-dyn
Critical Fluctuation of Wind Reversals in Convective Turbulence
对流湍流中风向的不规则逆转被发现有波动的时间间隔，可以与临界行为。结果表明，净磁化强度的二维伊辛晶格的有限大小的波动以同样的方式。风逆转时间序列的去趋势波动分析结果的缩放行为，同意与伊辛问题。发现的性质表明，风逆转现象表现出自组织临界性的迹象。
2004-04-08 physics.flu-dyn
Revisiting turbulence small-scale behavior using velocity gradient triple decomposition
湍流小尺度行为的研究通常采用将速度梯度张量（$A_{ij}$）分解为对称应变率张量（$S_{ij}$）和反对称旋转率张量（$W_{ij}$）的方法。为了进一步深入了解，我们使用速度梯度张量的三重分解来重新审视一些关键研究。加性三重分解形式上分离了法向应变率（$N_{ij}$）、纯剪切（$H_{ij}$）和刚体转动率（$R_{ij}$）的贡献。分解不仅突出了剪切的关键作用，但它也提供了一个更准确的帐户的影响，法向应变和纯旋转的重要小尺度功能。首先用速度梯度不变量空间中的三个张量描述了局部流线拓扑和几何。利用DNS强迫各向同性湍流数据集，研究了不同雷诺数下的速度梯度和压力场脉动。在所有雷诺数下，剪切对速度梯度幅值（$A^2$）的贡献最大，刚体旋转的贡献最小。特别是，剪切贡献是占主导地位的区域的不透明度（高值的$A^2$）。本文还指出，文献中所报道的涡度拟能的高度变化是由于切变对涡度的贡献，而不是由于刚体转动的贡献。该研究还提供了一个解释的压力拉普拉斯的不稳定性，尽管涡度拟能和耗散场的强不稳定性。总的来说，它表明，三重分解提供了独特的和更深入的理解湍流中的速度梯度行为。
2019-12-24 physics.flu-dyn
Ring bursting behavior en route to turbulence in quasi two-dimensional Taylor-Couette flows
我们研究准二维泰勒-库埃特系统的政权的半径比接近统一-三维和二维之间的过渡政权。通过系统地增加雷诺数，我们观察到一些标准的过渡，如从经典的泰勒涡流（TVF）的波浪涡流（WVF），以及过渡到充分发展的湍流。在湍流发生之前，我们观察到局部湍流补丁的间歇性突发模式，证实了实验观察到的非常短的波长突发（VSWBs）的模式。一个引人注目的发现是，雷诺数大于VSWBs的发病，一种新型的间歇性爆发行为出现：爆发模式的方位角封闭环的各种订单。我们称之为环爆模式，它完全围绕圆柱体，但保持局部化，并在轴向方向上由非湍流的主要是波浪状结构分开。我们使用了一些定量的措施，包括交叉流的能量，来表征环爆模式，并将它们与背景流区分开来。环爆模式是有趣的，因为它不会发生在三维或二维泰勒-库埃特流：它只发生在过渡，准二维制度的系统，制度是研究较少，但肯定值得进一步关注，以获得更深入的了解湍流。
2015-01-08 physics.flu-dyn
Rotating helical turbulence. Part I. Global evolution and spectral behavior
我们给出了两个1536^3旋转湍流直接数值模拟的结果，其中能量和螺旋度都通过外部强迫注入流中。在旋转的存在下，在各向同性和均匀湍流中观察到的能量和螺旋度向较小尺度的双重级联被打破，现在与能量和螺旋度的直接级联共存的能量的逆级联的发展。在直接级联区，低Rossby数时螺旋度通量占主导地位。这些级联对流量的统计有几个结果。全球数量的演变和能量和螺旋度谱的研究，并在不同的雷诺数和Rossby数在较低的分辨率与模拟进行比较，以确定标度律。
2009-09-07 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Stochastic gravity and turbulence
研究了在随机外度规存在下能量动量张量热期望值的系综平均。在全息装置中，这个量可以从随机引力理论中度规的近边界行为中读出。通过数值求解相应的Einstein方程，并将结果映射到对偶边界理论，我们发现非相对论能量功率谱呈现出Kolmogorov理论所期望的幂律行为。
2021-05-11 gr-qc hep-th nlin.CD
On the ERG approach in $3 - d$ Well Developed Turbulence
我们应用的方法的重整化群（GR），以下的Polchinski的观点，一个模型的发达和各向同性的流体湍流。伽利略不变性被保存和一个普遍的行为，有关的随机搅拌力的变化，是显而易见的惯性区域的数值结果，在那里的标度不变的行为也出现。得到了能谱（$q^{-{5\over 3}}$）的期望幂律，计算得到的Kolmogorov常数$C_K$与实验数据吻合.
1997-10-06 chao-dyn hep-th nlin.CD
Remarks on Sedov-type Solution of Isotropic Turbulence
半个多世纪以来，相似和自保持假设在湍流理论的发展中起着重要的作用，它允许分析确定各向同性湍流中的能量衰减。Sedov（1944），他首先发现了一种巧妙的方法，可以从一个方程得到两个方程。尽管如此，似乎这个问题从来没有被重新深入调查后，这一早期的工作。在本文中，这样的分析进行，产生一个更完整的图片的自我保存各向同性湍流。基于这些精确解，本文给出了纳维-斯托克斯方程自保持齐次统计解理论的一些重要物理结果。对湍流的标度行为、谱和大尺度动力学等特征的分析，都有新的结果。研究了一般能谱及其在不同波数范围内的行为。
2009-04-14 physics.flu-dyn
On the helical behavior of turbulence in the ship wake
远距离湍流船舶尾流守恒是目前尚未解决的问题之一。众所周知，尾流具有旋转结构，并且随着距离缓慢扩展。然而，关于它们的结构和性质的实验数据并不充分。另一方面，这些实验数据表明，尾流的发散度并不像理论预测的那样按1/5定律变化。在我们的工作中，我们研究了螺旋度对湍流船舶尾流参数的影响。考虑到尾流的螺旋性质，我们一方面可以澄清尾流内外湍流的差异，另一方面可以减缓其随时间的扩展。
2010-01-19 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Modeling fast acoustic streaming: steady state and transient flow solutions
我们描述了一种新的数学方法来取代经典的方法，并妥善处理的声学和剩余的流体动力学之间存在的时空尺度的差异。在这项工作中，该方法被应用到众所周知的问题的半无限范围内定义的纳维-斯托克斯方程，并保留非定常流体的行为驱动的声波。快速（声学）和慢速（流体动力学）时空尺度之间的控制方程的分离显示自然产生的流体的内在属性下强迫，而不是任意的假设事先。非定常流场方程的解决方案提供了物理洞察观察到的时间演变的散装流，迄今为止，还没有被建模。用新方法导出了描述非定常流动的Burgers方程。通过假设定常流，用Riccati方程来描述声流，求解这些方程可以直接、简明地了解声流现象的非线性，并给出了将声能输入转换为声流能量输出的能量效率的绝对、通用上限为50%。严格的验证与经典文献的实验和理论结果连接这项工作，许多作者过去的努力。
2022-04-06 physics.flu-dyn
Universal Critical Behavior at a Phase Transition to Quantum Turbulence
湍流是一种最典型的系统被驱离平衡的现象。虽然湍流主要是用经典流体如水来研究的，但现在相当多的注意力被吸引到量子湍流（QT），在量子流体如超流氦和玻色-爱因斯坦凝聚体中观察到。QT的一个显著特征是它由量子涡旋组成，通过量子涡旋，湍流环流被量子化。然而，在强强迫下，发展的经典湍流的特征性质，如柯尔莫哥洛夫定律也已在QT中确定。在这里，我们研究弱强迫的相反极限，即，QT的发病，数值计算，并找到另一套普遍的标度律已知的经典非平衡系统。具体来说，我们表明，过渡属于定向渗流普适类，已知产生一般在过渡到吸收状态，包括过渡到经典的剪切流湍流后，最近的研究。我们认为量子涡旋在我们的发现中起着重要的作用。
2016-09-06 cond-mat.other cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
On Modeling the Response of Synovial Fluid: Unsteady Flow of a Shear-Thinning, Chemically-Reacting Fluid Mixture
通过半逆方法研究环形区域中剪切变稀、化学反应流体的非定常振荡流动，评估三种滑液模型并与牛顿模型对比。
2010-08-10 cs.NA math-ph math.MP
Inverse cascade behavior in freely decaying two-dimensional fluid turbulence
我们给出了空间分辨率为2048^2个网格点的50次二维流体动力学湍流集合和4096^2个网格点的10次集合的结果。每个集合中的所有运行具有相同的初始积分尺度、能量、涡度拟能和雷诺数的随机初始条件。当进行系综平均和时间平均时，即使在没有外部机械强迫的情况下，也能观察到逆能量级联行为：在大于气流特征尺度的尺度上，能谱遵循k^（-5/3）定律，具有负通量，在较小尺度上遵循k^（-3）定律，具有正涡度拟能通量。这种行为的能量来源于t=0时含能标度周围的模态能量。这些结果揭示了衰减和强迫湍流之间的联系，以及最近在二维和磁流体动力学湍流实验研究中的争议。
2013-02-13 nlin.AO physics.ao-ph physics.flu-dyn
Machine-Learned Closure of URANS for Stably Stratified Turbulence: Connecting Physical Timescales & Data Hyperparameters of Deep Time-Series Models
National Center for Computational Sciences, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室国家计算科学中心）；University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；University of Washington（华盛顿大学）；DoD HPCMP PET/GDIT（美国国防部高性能计算现代化计划项目执行办公室/通用动力信息技术公司）
本文提出利用LSTM和NODE等时间序列机器学习方法对稳定分层湍流的URANS方程进行闭合建模，发现模型准确预测所需的最小信息时间尺度之比与流动雷诺数相对应。
2024-04-24 cs.LG physics.ao-ph physics.flu-dyn
Behavior of hydrodynamic and magnetohydrodynamic turbulence in a rotating sphere with precession and dynamo action
在不可压缩流体力学（HD）和磁流体力学（MHD）两种情况下，采用直接数值模拟的方法研究了旋转充液球体中的进动效应。在这两种情况下的渐近状态和它的依赖旋转和进动频率进行了分析。对于磁流体的情况下没有自我维持发电机被发现的逆行进动的情况下，而在另一方面，一个关键的逆行进动频率被发现以上的发电机行动是自我维持。人们还发现，这些对应于小规模的发电机与发达的湍流制度。此外，它被观察到的存在下的反转的磁偶极矩与更大的等待时间之间的反转较小的进动频率。
2022-12-12 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Hydrothermal Behavior of Fluid Flow and Heat Transfer through a Curved Square Duct with Curvature Effects
由于在医疗卫生和工业生产中的广泛应用，弯曲管道内的流动和传热研究引起了研究者的极大关注。本文对二维粘性不可压缩流体通过不同曲率的弯曲方管的充分发展流动进行了全面的数值研究。谱方法是求解非线性偏微分方程组的基本工具。在迪恩数$0<D_n\le 5000$的宽范围内，对曲率比$δ=0.001$、$0.1$和$0.5$进行数值计算。在格拉肖夫数$Gr = 1000$的水平壁上施加温差，其中底壁被加热，同时从天花板冷却，外壁和内壁被隔热。首先，研究了定常解的分歧结构。结果表明，对于$δ=0.001$和$0.1$，得到了两支由二到八涡解组成的定常解，而对于$δ=0.5$，得到了三支定常解.通过时间演化计算研究了非定常流动特性，发现随着$D_n$的增加，非定常流动将经历各种流动不稳定性。通过获得时间演化结果的相空间，可以很好地确定流动转变。在不同的$D_n$值下得到了典型的流线和等温线等值线，并发现非定常流动由二至八涡解组成。本研究证明了二次涡对流换热的作用，它被发现，对流换热显着增强的二次流和二次涡的数量增加，发生的混沌解决方案，传热大幅提升。
2021-09-01 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
