Probability density function of turbulent velocity fluctuation
本文对网格湍流的速度脉动概率密度函数进行了系统的实验研究。在离网格很小的距离处，湍流仍在发展，PDF是亚高斯的。在中等距离处，湍流充分发展，PDF是高斯的。在大距离处，湍流已经衰减，PDF是超高斯的。速度波动的傅立叶变换总是具有高斯PDF。在距离网格的中间距离处，傅立叶变换在统计上彼此独立。这是速度涨落高斯性的充分必要条件。在小距离和大距离处，傅立叶变换是相关的。
2002-03-11 physics.flu-dyn
A non-hybrid method for the PDF equations of turbulent flows on unstructured grids
在湍流的概率密度函数（PDF）方法中，多个流动变量的联合PDF是通过数值积分拉格朗日粒子的随机微分方程组来计算的。提出了一套并行算法，以提供一个有效的解决方案的PDF传输方程，建模的联合PDF的湍流速度，频率和浓度的被动标量在几何复杂的配置。采用非结构化欧拉网格来提取欧拉统计，以求解在域的固定位置处表示的量（例如，平均压力）并跟踪粒子。关于网格的所有三个方面都使用了有限元法（FEM），该有限元法采用最简单的线性FEM形状函数。为了模拟标量的小尺度混合，采用了条件平均交换模型。提出了一种计算速度条件标量均值的自适应算法，该算法在样本空间上均匀化统计误差，而不假设底层速度PDF的形状。与求解PDF方程的其他混合粒子-单元方法相比，该方法具有一致性，不需要一致性条件。通过计算两种不同的湍流（充分发展的湍流槽道流和街道峡谷（或空腔）流）中集中源释放的被动标量的色散，对该算法进行了测试。详细介绍了估计条件和无条件统计，粒子跟踪和粒子数控制的数学细节。基于缓存的共享内存机器的性能和并行性的相关方面进行了讨论。
2010-06-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Langevin PDF simulation of particle deposition in a turbulent pipe flow
本文用朗之万PDF模型描述了大范围颗粒直径的湍流中颗粒在壁面上的沉积。本工作的第一个目的是测试目前的朗之万模型是如何能够描述这种现象，并概述的物理方面，在粒子沉积中发挥主要作用。首先回顾了目前随机模型的一般特征和特点。然后，所获得的结果与标准形式的模型一起进行了分析，以检查不同的平均流体量的预测的灵敏度。这些结果表明，近壁物理的物理表示有待改进，特别是一条可能的途径是引入与近壁相干结构有关的特殊特征。在下文中，我们提出了一个简单的唯象模型，该模型引入了由于湍流相干结构对靠近壁的薄层中的颗粒的存在而产生的一些影响。用这种现象学模型得到的结果与实验证据吻合得很好，这表明在这个方向上，朝着更一般和更严格的随机模型的发展，提供了一个湍流的几何描述和统计之间的联系。
2008-06-22 physics.flu-dyn
PDF modeling of turbulent flows on unstructured grids
在湍流的概率密度函数（PDF）方法中，多个流动变量的联合PDF是通过数值积分拉格朗日粒子的随机微分方程组来计算的。对流，粘性效应和任意复杂的化学反应的数学精确处理是可能的，这些过程没有封闭的假设处理。提出了一套算法，以提供一个有效的解决方案的PDF传输方程建模的联合PDF的湍流速度，频率和浓度的被动标量在几何复杂的配置。一个非结构化的欧拉网格提取欧拉统计，解决在固定位置的域和跟踪粒子的数量。关于网格的所有三个方面都使用了有限元方法。与混合方法相比，目前的方法是独立的，因此，它是一致的数值和湍流封闭的水平，而不使用的一致性条件。几个新开发的算法，方便在复杂的流动几何形状的数值解，包括一个稳定的平均压力投影计划，估计有条件和无条件的欧拉统计和它们的衍生物从随机粒子场，粒子跟踪通过非结构化网格，一个有效的粒子重新分配程序和技术相关的有效的随机数生成。该求解器已经过并行化，并针对共享内存和使用OpenMP标准的多核架构进行了优化。基于缓存的共享内存机器的性能和并行性的相关方面进行了详细讨论和介绍。该方法在模拟高雷诺数不可压缩惰性或反应性湍流在现实的配置显示出很大的希望。
2010-06-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An Efficient Machine-Learning Approach for PDF Tabulation in Turbulent Combustion Closure
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；ANSYS INC.（ANSYS公司）
基于概率密度函数（PDF）的湍流燃烧建模受限于需要存储可能占用大量存储器的多维PDF表。通过使用各种机器学习技术可以实现存储的显著节省，这些技术使用数学函数表示PDF表的热化学量。这些函数在计算上可能比用于热化学量的现有插值方法更昂贵。更重要的是，训练时间可能占模拟时间的相当大的一部分。在这项工作中，我们通过引入一种自适应训练算法来解决这些问题，该算法依赖于多层感知（MLP）神经网络进行回归和自组织映射（SOM）对数据进行聚类，以使用不同的网络进行制表。该算法的目的是解决PDF表的多维性以及所提出的算法的计算效率。SOM聚类根据数据的相似性将PDF表分为几个部分。每个数据簇使用简单网络架构上的MLP算法进行训练，以生成热化学量的局部函数。该算法被验证为所谓的DLR-A湍流射流扩散火焰使用RANS和LES模拟和PDF表格的结果进行了比较，标准的线性插值方法。比较产生了很好的协议之间的两个制表技术，并建立了MLP-SOM方法作为一个可行的方法PDF制表。
2020-05-18 cs.CE cs.LG physics.flu-dyn
Analysis of wall-modelled particle/mesh PDF methods for turbulent parietal flows
本文分析壁面模化粒子/网格PDF方法在湍流壁面流动中的应用，评估壁面边界条件、插值影响及协方差估计误差，确保粗分辨率下关键统计量准确。
2024-02-06 physics.flu-dyn
Conditional Eulerian and Lagrangian velocity increment statistics of fully developed turbulent flow
采用$2048^3$配置点法对均匀各向同性湍流的条件统计进行了高雷诺数直接数值模拟。分析和比较了几种情况下的欧拉和拉格朗日速度增量统计。在协议与实验数据的纵向概率密度函数$P(δ^{||}_l u|ε_l)$条件下的尺度平均能量耗散率接近高斯分布在所有尺度的惯性范围内的尺度。此外，以耗散率或涡量平方为条件的横向增量具有准高斯概率分布函数（PDF）。关于拉格朗日统计，我们发现，调节轨迹平均能量耗散率$ε_τ$显着降低增量PDF $P(δ_τu_i|ε_τ)$的规模依赖。通过尺寸参数，我们提出了一个新的拉格朗日增量的条件，这是减少甚至更多的平坦度相应的PDF，从而在惯性范围内的尺度不稳定性。所考虑的最小增量对应的条件拉格朗日PDF是合理的，以及由K41预测的加速度的PDF。条件结构函数显示出近似K41标度，标度范围比非条件结构函数大。
2010-11-12 physics.flu-dyn
Bifurcations of a large scale circulation in a quasi-bidimensional turbulent flow
本文报道了在空间周期强迫作用下，在湍流上形成的大尺度环流分叉的实验研究。在简短地描述了如何通过一系列的对称性破缺分叉的流动变得湍流，我们专注于我们的研究中发生的湍流制度的过渡。它们与大尺度流的振幅的概率密度函数（PDF）的形状的变化有关。我们讨论这些分叉的性质，以及如何建模的PDF的形状。
2016-11-05 physics.flu-dyn
PDF modeling of near-wall turbulent flows: A New model, Weak second-order scheme and a numerical study in a Hybrid configuration
在这项工作中，我们讨论了一些有关的随机建模的一相和两相湍流。在随机建模的框架下，也称为PDF方法，我们提出了一个新的朗之万模型，包括所有的粘性效应，因此是一致的粘性纳维-斯托克斯方程。在第二部分的工作中，我们展示了如何开发一个二阶无条件稳定的数值计划的随机方程。数值格式的准确性和一致性的分析证明。在本文的最后一部分，我们用所提出的粘性方法研究了槽道中的流体流动。选择了一种特殊的方法：用欧拉方法求解流动，然后用提出的拉格朗日模型求解流动，该拉格朗日模型使用一些欧拉量。在这种方式中，注意力集中在混合欧拉/拉格朗日方法的一致性问题。结果表明，耦合确实是重要的，耦合的拉格朗日模型的欧拉之一，这是不一致的相同的湍流物理会导致很大的误差。这部分工作补充了最近的一篇文章[Chibbaro和Minier提交的多相流国际杂志（arXiv：0912.2045）]
2010-09-12 physics.flu-dyn
The Diffusion Approximation in Turbulent Two-Particle Dispersion
我们解决了流体粒子对统计的逆问题：我们表明，时间序列的概率密度函数（PDF）的分离可以精确地再现通过求解扩散方程与适当的时间依赖性扩散。扩散率张量由条件拉格朗日速度结构函数的时间积分给出，由PDF的比率加权。流体动力学湍流的物理假设（扫描，短记忆，平均场）产生更简单的积分公式，包括一个Kraichnan和Lundgren。我们评估后者使用时空数据库从数值Navier-Stokes解驱动湍流。这种扩散理论再现PDF的以及在均方根分离，但增长率的均方色散是高估由于忽略了记忆效应。更一般的应用，我们的方法勾勒。
2013-06-27 physics.flu-dyn
On the transport equation for probability density functions of turbulent vorticity fields
选取湍流的涡度随机场作为描述湍流的主要动力学变量，得到了涡度场概率密度函数的演化方程。该PDF演化方程是一个仅依赖于底层湍流的条件平均（一阶）的二阶混合型偏微分方程（PDE），这与依赖于二次统计的Reynolds平均流方程不同。因此，新的PDF PDE可以提供新的封闭方案的基础上的条件线性统计量，其中一些将在本文中进行描述。
2021-12-01 math-ph math.MP physics.flu-dyn
A Framework for Data-Based Turbulent Combustion Closure: A Priori Validation
实验室火焰中的多标量测量为湍流燃烧闭合模型的验证提供了重要的数据库。在这项工作中，我们提出了一个框架，基于数据的关闭在湍流燃烧，并建立一个先验验证这个框架。该方法是基于联合概率密度函数（PDF）和条件统计的建设，使用实验数据的基础上的参数化的组成空间，使用主成分分析（PCA）。对数据的PCA识别关键参数，主成分（PC），在其上可以构建联合标量PDF和条件标量均值。为了使一个通用的实现联合标量PDF的建设，我们使用多维核密度估计（KDE）的方法。PCA-KDE方法的先验验证使用桑迪亚驾驶射流湍流火焰D，E和F。结果的分析表明，几个PC是足够的再现的统计，从而在一个低维表示的联合标量PDF和标量的条件均值。标量的平均值和RMS统计量的重建与直接从实验数据中提取的相应统计量一致。我们还提出了一种策略，以恢复丢失的物种和构造条件手段的反应速率的基础上的成对混合搅拌反应器（PMSR）模型的变化。该模型证明了使用数值模拟的基础上的一维湍流（ODT）模型相同的火焰。
2019-05-20 physics.flu-dyn
Joint PDF modelling of turbulent flow and dispersion in an urban street canyon
采用新发展的粒子蒙特卡罗方法计算了城市街道峡谷中被动标量的湍流速度和浓度的联合概率密度函数。与矩闭包相比，PDF方法提供了包含所有高阶矩和相关性的基础场的完整的一点一次PDF。小规模混合的标量从一个集中的源释放在街道一级的模拟通过交换与条件均值（IECM）模型的相互作用，与微观混合时间尺度设计的几何复杂的设置。边界层沿无滑壁（建筑物侧面和顶部）是完全解决使用椭圆松弛技术，它捕获的高各向异性和不均匀性的雷諾应力张量在这些地区。本文还探讨了一种基于壁面函数的计算量较小的技术来表示边界层及其对解的影响。计算的统计数据与实验数据和大涡模拟进行了比较。目前的工作可以被认为是第一个例子的计算的完整的联合PDF的速度和运输被动标量在城市环境中。该方法被证明是成功的，在复杂的城市场景中的湍流和污染物浓度场提供高层次的统计信息。
2010-03-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Transitions between turbulent states in a two-dimensional shear flow
本文采用直接数值模拟的方法研究了大尺度射流在受迫剪切流湍流区的分叉现象。在最大尺度模式的概率密度函数（PDF）中可以看到分叉，其中控制参数是基于表示为$Rh$的摩擦系数的雷诺数。当在湍流状态下增加$Rh$时，大尺度模式的PDF首先从高斯行为分叉为双峰行为，这表明出现了大尺度流的反转，其中流在两个不同的湍流状态之间波动。进一步增加$Rh$导致从双峰到单峰PDF的分叉，这表示最大尺度模式的反转消失。我们把后一种转变归因于大尺度流动表现出的与低频$1/f^α$型噪声（具有$0 < α< 2$）相关的长时间记忆。我们还证明了一个极小模型，15个模式，从截断的欧拉方程，是能够捕捉到的纳维-斯托克斯方程所表现出的大尺度射流的分叉。
2020-06-09 physics.flu-dyn
A Framework for Data-Based Turbulent Combustion Closure: A Posteriori Validation
在这项工作中，我们展示了一个框架，开发封闭模型在湍流燃烧实验多标量测量。该框架是基于建设的条件手段和联合标量PDF实验数据的基础上，参数化的组成空间，使用主成分分析（PCA）。由此产生的主成分（PC）作为条件变量和运输变量。他们的化学源项的构建开始从瞬时温度和物种测量使用成对混合搅拌反应器（PMSR）的方法的变体。采用多维核密度估计（KDE）方法在PC空间中构造联合PDF。这些联合PDF与条件平均值的卷积用于确定封闭项的无条件平均值：平均PC化学源项和密度。这些手段参数化的平均PC使用人工神经网络（ANN）。该框架证明了后验使用的数据从桑迪亚驾驶湍流射流火焰D，E和F通过执行RANS计算。的径向分布的平均值和RMS的温度和测量的物种的质量分数同意这些火焰的实验手段。
2019-09-08 physics.flu-dyn
Particle drift in turbulent flows: the influence of local structure and inhomogeneity
颗粒与湍流结构相互作用的方式，特别是在高涡度和应变率的区域中，已经在均匀湍流的模拟和具有周期性或持续性结构的简单流中进行了研究，例如分离流和混合层。已经报道了在重力和扩散下沉降的影响，并且沿着颗粒轨迹的底层颗粒速度场的发散性（可压缩性）已经被认为是量化这些特征的重要量。本文展示了如何将这些功能可以在一个正式的方式到一个双流体模型的分散颗粒相。特别是PDF方程的粒子速度和位置的随机过程的基础上，涉及到的粒子速度和局部压缩性沿粒子轨迹的统计，推导出以前。PDF方程引起的漂移和颗粒扩散系数，取决于这些量与当地的载体流速的相关性的贡献。关键词：湍流结构，颗粒弥散，漂移，PDF方法
2012-05-25 physics.flu-dyn
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
Large Eddy Simulation of MILD combustion using PDF based turbulence-chemistry interaction models
本文利用ANSYS FLUENT 13.0软件，采用输运PDF燃烧模型，对Delft-Jet-in-Hot-Chlorlow（DJHC）燃烧器的湍流反应流进行了大涡模拟，模拟了MILD燃烧。本文采用了两种不同的涡粘性模型（动态Smagorinsky模型和动能输运模型）以及两种求解PDF输运方程的方法（欧拉法和拉格朗日法）。此外，还研究了化学动力学和微观混合模型对两种不同燃料射流雷诺数（Re = 4，100和Re = 8，800）的影响。用不同模型计算的平均速度和湍流动能与实验值吻合较好。两种成分PDF模型都预测早期点火，从而导致燃烧器出口处更高的径向平均温度预测。然而，该模型正确地预测了点火核心的形成机制和随着射流雷诺数的增加，实验观察到的提离高度的下降趋势。
2021-01-21 physics.flu-dyn
Normalizing Flows as a Novel PDF Turbulence Model
本文提出了一种新的概率密度函数湍流模型（NF-PDF模型）--归一化流（NF）模型，用于求解雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程。我们建议以两种不同的方式使用归一化流：首先，作为雷诺应力张量的直接模型，其次作为二阶矩闭合模型，即用于模拟雷诺应力输运方程中的压力-应变和耗散张量。在经典的PDF闭合模型中，必须对随机微分方程进行建模和求解以获得湍流量的样本。NF-PDF闭合模型允许从波动湍流量的基本概率密度函数直接采样，从而可以计算整体平均量。为了说明这种方法，我们展示了均匀剪切湍流的典型情况下的应用。训练数据从高保真直接数值模拟（DNS）中提取。
2021-01-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Heavy inertial particles in turbulent flows gain energy slowly but lose it rapidly
我们提出了一个广泛的数值研究的时间不可逆性的重惯性粒子在三维，统计均匀和各向同性的湍流的动力学。我们发现，概率密度函数（PDF）的增量，$W(τ)$，粒子的能量在时间尺度$τ$是非高斯的，并偏向负值。这意味着，平均而言，粒子获得能量的时间比它们失去能量的时间长。我们称之为$\textit{slow gain}$和$\textit{fast loss}$。我们发现，三阶矩的$W(τ)$规模为$τ^3$，$τ$的小值。我们发现，功率输入$p$的PDF是负偏的，我们使用这种偏度${\rm Ir}$作为时间不可逆性的措施，我们证明，它急剧增加与斯托克斯数${\rm St}$，小${\rm St}$ ;这种增加减慢在${\rm St} \simeq 1$。此外，我们获得了$t^+$和$t^-$的PDF，$p$分别具有正号或负号的时间，即，粒子获得或失去能量。我们从这些PDF中获得了粒子的慢增益和快损耗的直接和自然的量化，因为这些PDF具有指数尾，由此我们分别推断出特征损耗和增益时间$t_{\rm loss}$和$t_{\rm gain}$;并且对于我们所考虑的所有情况，我们获得了$t_{\rm loss} < t_{\rm gain}$。最后，我们表明，缓慢的能量增益的粒子是同样可能在涡流或应变为主的区域的流动;相反，快速的能量损失发生在后者比前者更大的概率。
2017-11-19 physics.flu-dyn
The role of presumed probability density function in the simulation of non premixed turbulent combustion
小火焰进程变量（FPV）燃烧模型允许通过仅计算混合物分数Z和进程变量C来评估反应流中的所有热化学量。当使用这种方法结合湍流模型来预测湍流燃烧时，需要概率密度函数（PDF）来评估统计平均值（例如，法弗尔平均值）的化学量。PDF的选择是计算成本和精度水平之间的折衷。本文的目的是研究在非预混湍流燃烧模拟中PDF的选择及其建模方面的影响。考虑三种不同的模型：标准模型，基于Z的β分布和C的狄拉克分布的选择;采用Z和C的β分布的模型;使用Z的β分布和C的统计最可能分布（SMLD）获得的第三个模型。标准模型虽然被广泛使用，但没有考虑湍流和化学动力学之间的相互作用，以及进展变量不仅对其平均值而且对其方差的依赖性。SMLD方法建立了一个系统的框架，将信息从任意数量的时刻，从而提供了一个改进，传统的假定PDF封闭模型。三个PDF的选择背后的合理性进行了详细的描述，并测试了相应的模型的预测能力与众所周知的测试情况下，即，桑迪亚火焰，并提供了一个超音速燃烧的测试情况下，成。
2014-01-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Joint probability density function modeling of velocity and scalar in turbulence with unstructured grids
在概率密度函数（PDF）方法中，数值求解输运方程以计算湍流中几个流动变量随时间和空间的概率分布。速度分量的联合PDF包含有关湍流速度场的所有单点一次性统计的信息，包括平均值、雷诺应力和高阶统计。我们开发了一系列的数值算法来模拟湍流速度，频率和标量组成的联合PDF的高雷诺数不可压缩流在复杂的几何形状，使用非结构化网格。对流、粘性扩散和化学反应在PDF格式中以封闭形式出现，因此不需要封闭假设。采用广义朗之万模型（GLM）和椭圆松弛技术，模拟了壁面对压力重分布和湍流动能各向异性耗散的非局部影响。控制系统的方程完全解决拉格朗日框架采用大量的粒子代表一个有限的样本的所有流体粒子。在非结构化网格的网格点处提取欧拉统计量。与其他PDF方程的粒子-单元方法相比，该方法是非混合的，因此计算的场保持完全一致，而不需要任何特定的处理。两个算例验证了该算法的适用性：一个充分发展的湍流槽道流和经典的空腔流都与标量从集中源释放。
2010-06-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Kinetic energy spectra and flux in turbulent phase-separating symmetric binary-fluid mixtures
本文采用Cahn-Hilliard-Navier-Stokes（CHNS）方程组直接数值模拟（DNS）方法研究了两相湍流相分离对称混合物的统计特性。湍流引起相分离的停止，这导致形成统计学上稳定的乳液。我们表征湍流速度波动的乳液中的雷诺数和韦伯数的不同值。逐尺度动能收支分析表明，CHNS中的界面项为动能转移提供了另一条途径。通过研究能量耗散率的概率分布函数（PDF）、涡量和速度梯度不变量的联合概率分布函数（Joint-PDF），我们发现湍流脉动的统计特性不随Weber数的变化而变化。
2018-11-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lagrangian and Eulerian accelerations in turbulent stratified shear flows
采用直接数值模拟的方法研究了均匀剪切湍流和均匀稳定层结中流体质点的拉格朗日（LA）和欧拉加速度（EA）特性。Richardson数从对应于非分层剪切流的$Ri=0$变化到对应于强分层剪切流的$Ri=1$。LA和EA的概率密度函数（pdf）都具有拉伸指数形状，并且它们对Richardson数具有强烈且相似的影响。EA的极值比LA观察到的极值更强。几何统计学解释说，由于欧拉和对流加速度的相互抵消，EA的幅度大于其拉格朗日对应物，因为这两个矢量在统计上显示出反平行的偏好。一个基于小波的尺度相关分解的LA和EA进行。对于较小尺度的湍流运动，加速度pdf的尾部变得更重。因此，平坦度随着尺度的减小而增加，这表明在较小尺度下具有更强的不稳定性。LA和EA的联合PDF表明，随着理查森数的增加，在更大尺度的湍流运动的趋势更强的相关性。对纳维-斯托克斯方程中各项的考虑表明，LA主要由压力梯度项决定，而EA主要由非线性对流项决定。
2021-07-21 physics.flu-dyn
How long do particles spend in vortical regions in turbulent flows?
通过对统计稳定、均匀、各向同性湍流平流作用下的拉格朗日示踪粒子或重惯性粒子在三维不可压纳维-斯托克斯方程中的直接数值模拟，得到了它们在湍流涡旋区或应变主导区所处时间的概率分布函数.我们使用的两个不变量，$Q$和$R$，速度梯度张量来区分涡流和应变为主的区域的流动和分区的$Q-R$平面分为四个不同的区域取决于拓扑结构的流动，这四个区域中的两个对应于涡流为主的流动区域和两个对应于应变为主的。我们得到了沿示踪粒子和重惯性粒子轨迹的$Q$和$R$，并找出了它们在$Q-R$平面的四个区域之一中停留的时间$\mathrm{t_{pers}}$。我们发现，$\mathrm{t_{pers}}$的PDF显示指数衰减的尾巴为所有四个区域的示踪剂和重惯性粒子。从这些PDF中，我们提取特征时间尺度，这有助于我们量化这些颗粒在涡流或应变主导的流动区域中所花费的时间。
2016-09-08 physics.flu-dyn
Tailor-designed models for the turbulent velocity gradient through normalizing flow
本文提出用归一化流从DNS学习湍流速度梯度PDF，并构造确定性混沌动力系统，再优化时间相关性，使模型时间序列与DNS统计高度一致。
2024-02-29 physics.flu-dyn
A feasibility study on the use of low-dimensional simulations for database generation in adaptive chemistry approaches
LES/PDF方法可用于模拟具有强湍流化学相互作用的具有挑战性的湍流燃烧构型。与火焰状湍流燃烧模型相比，传输PDF方法在计算上昂贵。开发预分区自适应化学（PPAC）方法来解决这种成本差异。PPAC需要一个离线预处理阶段，其中从代表性成分的初始数据库开始生成一组简化模型。在运行时，这组简化模型在反应分步步骤期间被动态地利用，从而节省计算。我们最近结合PPAC与原位自适应制表（ISAT），以进一步降低计算成本。我们已经表明，该组合方法减少了大规模LES/粒子PDF模拟湍流燃烧的平均挂钟时间，每个时间步的39%。PPAC中的一个关键假设是，离线阶段使用的初始数据库代表运行时遇到的组合。在我们以前的研究中，这个假设是平凡的满足，因为初始数据库包括从湍流燃烧模拟本身提取的成分。因此，一个关键的未决问题仍然是，是否可以生成这样的数据库，而无需访问湍流燃烧模拟。为了回答这个问题，在目前的工作中，我们探讨是否可以从计算效率高的低维模拟，如一维逆流火焰和部分搅拌反应器中提取的组成，形成这样的数据库。我们表明，使用从部分搅拌的反应器配置提取的组合物产生的数据库导致性能可比的最佳情况下，其中数据库是由直接从LES/PDF模拟本身提取的组合物。
2023-10-25 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
A Lagrangian model for the evolution of turbulent magnetic and passive scalar fields
在本文中，我们提出了一个扩展的\emph{Recent Fluid Deformation (RFD)}封闭Chevillard和Meneveau（2006年），这是发展的不可压Navier-Stokes湍流的拉格朗日波动的时间演化模拟。我们应用RFD闭包来研究磁场和被动标量涨落的演化。这种比较是特别有趣的，因为磁场和被动标量的梯度的拉伸项是相似的，但有一个符号不同，使得湍流速度场的拉伸和压缩的效果是相反的。概率密度函数（PDF）的磁波动和波动的梯度从RFD封闭获得的被动标量进行比较，对PDF从直接数值模拟。
2010-12-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Probability density function modeling of scalar mixing from concentrated sources in turbulent channel flow
本文用概率密度函数方法研究了槽道湍流中集中源被动标量的弥散问题。速度、湍流频率和标量浓度的联合概率密度函数由大量的拉格朗日粒子表示。随机近壁PDF模型结合了广义Langevin模型的Haworth和波普与德宾的椭圆松弛的方法，提供一个数学上精确的处理对流和粘性输运与非局部表示的近壁雷诺应力各向异性。壁的存在是通过在不使用阻尼或壁函数的情况下对颗粒施加无滑移和不渗透性条件来实现的。湍流时间尺度上的信息提供的伽马分布模型的van Slooten等人。两种不同的微观混合模型进行了比较，将小尺度混合的效果上的标量传输：广泛使用的相互作用与交换的平均值（IEM）和交换的条件平均值（IECM）模型的相互作用。在Re_τ=1080时，基于摩擦速度和通道半宽度，将单点速度和浓度统计与直接数值模拟和实验数据进行了比较。联合模型准确地再现了各种各样的条件和无条件的统计数据在物理和组成空间。
2010-03-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effects of anisotropy on the geometry of tracer particle trajectories in turbulent flows
本文通过曲率、挠率及新引入的曲率向量，研究了von Kármán流动、Rayleigh-Bénard对流和湍流边界层中示踪粒子轨迹几何特性，揭示各向异性大尺度运动使轨迹趋于蜿蜒而非螺旋。
2023-10-31 physics.flu-dyn
Dynamical Origins for Non-Gaussian Vorticity Distributions in Turbulent Flows
本研究通过条件平均框架数值评估涡量方程，揭示了涡旋拉伸与涡量扩散如何共同导致湍流中非高斯涡量分布。
2008-12-11 physics.flu-dyn
Theory of the 1-point PDF for incompressible Navier-Stokes fluids
流体动力学的基本方面与不可压缩纳维尔-斯托克斯流体的统计模型的构建有关。后者可以被认为是\textit{deterministic}或\textit{stochastic,}分别为\textit{regular}或\textit{turbulent flows.}在这项工作中，我们声称，这种类型的一个可能的统计公式可以通过1点（本地）的速度空间概率密度函数（PDF，$f_{1}$）来确定在所谓的逆动力学理论（IKT）的框架。这个理论有几个重要的结论。其中特别包括[统计模型${f_{1},Γ} ]$的]初始PDF的表征。这被发现是一般的非高斯PDF，即使在流动的情况下，这是经常在初始时间。此外，对于规则和湍流，它的时间演化提供了一个刘维尔方程，而相应的刘维尔算子被发现只依赖于有限数量的速度矩相同的PDF。因此，它的时间演化（功能上）仅取决于相同的PDF。此外，本文建立的统计模型唯一地确定了$f_{1}.$的初始条件和时间演化。作为一个基本含义，该理论允许\textit{exact construction of the corresponding statistical equation for the stochastic-averaged PDF}和\textit{unique representation of the multi-point PDF}仅用1点PDF表示。作为一…
2009-10-01 physics.class-ph physics.flu-dyn
Stretching of polymers around the Kolmogorov scale in a turbulent shear flow
我们提出的数值研究拉伸的虎克哑铃在湍流的Navier-Stokes流的线性平均配置文件，<u_x>=Sy。除了粘性Kolmogorov尺度η之外的湍流特征之外，哑铃的平衡延伸处的动力学显著低于η也得到了很好的解决。恒定剪切率S的变化引起所有尺度上的湍流速度波动的变化，从而引起平流的局部拉伸率的强度的变化。后者是由最大李雅普诺夫指数λ da_1来衡量的，发现λ da_1随着λ_1 ~ S^{3/2}而增加，这与量纲参数一致。布朗动力学模拟结合湍流剪切流的伪谱积分，推进了高达2 × 10^6被动平流哑铃的系综。拉伸的各向异性通过方位角$ϕ$和极角θ的统计来量化，方位角$ϕ$测量与x-y剪切平面中的平均流动轴的对准，极角θ确定相对于剪切平面的取向。φ的概率密度函数（PDF）的不对称性随着剪切速率S的增加而增加。此外，PDF在平均流向（phi= 0）附近逐渐达到峰值。相反，极角θ的PDF是对称的，并且对S的变化不太敏感。
2006-01-03 nlin.CD physics.flu-dyn
Crossover between Rayleigh-Taylor Instability and turbulent cascading atomization mechanism in the bag-breakup regime
液体雾化（或粉碎）是否诉诸不稳定动力学（通过瑞利-高原，瑞利-泰勒或开尔文-亥姆霍兹机制的改进）或湍流级联类似理查森和柯尔莫哥洛夫第一想法的问题似乎仍然是开放的。在本文中，我们报告的实验证据表明，这两种机制都需要解释从工业喷嘴获得的喷雾液滴PDF。Rayleigh-Taylor类型的不稳定性控制最大液滴的尺寸，而最小液滴服从由湍流级联机制给出的PDF，导致稳定性参数接近1.68的对数Lévy稳定定律。这个值非常接近弗洛里指数的倒数，可能与最近的一个模型有关，该模型用于自避免随机涡旋拉伸的不稳定性建模。
2010-05-31 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Intermittency in turbulent emulsions
研究了两种不混溶的同密度流体乳状液中湍流的统计特性。我们计算的第一次之间的速度增量的条件是位于同一阶段或不同的阶段，并检查其概率密度函数（PDF）和相关的结构函数（SF）。这使我们能够证明，该接口的存在下，降低了偏度的PDF在低于Kolmogorov-Hinze规模的尺度，因此对耗散尺度，这是量化的三阶SF的能量通量的大小。对高阶流场的分析表明，多相湍流比单相湍流具有更强的间歇性。特别是，当地的标度指数的SF显示饱和度的Kolmogorov-Hinze规模和以下，这表明存在大的速度梯度的接口。有趣的是，经典的均匀各向同性湍流的统计方法时，显着增加分散相的粘度。
2023-01-04 physics.flu-dyn
Rotation Rate of Particle Pairs in Homogeneous Isotropic Turbulence
了解颗粒在湍流中的动力学在许多环境和工业应用中是重要的。本文对均匀各向同性湍流中颗粒对取向的统计特性进行了数值研究，泰勒微尺度雷诺数为300。结果表明，Kolmogorov标度不能准确地预测观测到的对旋转速率和高阶矩的概率密度函数（PDF）。因此，多重分形形式主义，以包括间歇性的行为，被忽略的柯尔莫哥洛夫图片。在给定的角速度下，对于小的相对分离，找到对的PDF揭示了具有拉伸尾部和高峰度值的极端事件。此外，PDF被发现是不那么间歇性的，并遵循互补的误差函数分布较大的分离。
2015-07-01 physics.flu-dyn
Is the kinetic equation for turbulent gas-particle flows ill-posed?
本文讨论了气固两相流动动力学方程的适定性和可实现性，以及它与广义朗之万模型（GLM）PDF方程的关系。以前的分析声称，这个动力学方程是不适定的，特别是它具有向后热方程的性质，因此，它的解将在时间的过程中表现出有限时间奇点。我们表明，导致这一结论的分析是从根本上不正确的，因为它忽略了动力学方程中的相空间变量之间的耦合和相空间扩散张量的时间和粒子的惯性依赖。这贡献了额外的$+ve$扩散，其总是超过来自与沿相空间扩散张量的主轴之一的色散相关联的$-ve$扩散的贡献。这是证实了这些$+ve$和$-ve$贡献的颗粒扩散系数沿该主轴的解析解的数值评估。我们还研究了其他错误的索赔和假设，在以前的研究中，表现出明显的优越性的GLM PDF方法的动力学方法。在这样做的时候，我们已经提请注意GLM方法的局限性，这些研究忽略或没有适当考虑，给一个更平衡的评估PDF方法的好处。
2017-07-31 physics.flu-dyn
A turbulent model of torque in von Karman swirling flow
本文建立了一个随机模型来预测旋流产生的湍流扭矩。这是一个简单的朗之万过程，带有色噪声。使用统一的色噪声近似，我们推导出解析的PDF的波动注入功率在两个强迫制度：恒定的角速度或恒定的施加扭矩。在小的速度波动和消失的惯性的限制，我们预测，注入功率的波动的两倍以下的情况下，恒定的扭矩比恒定的角速度迫使。该模型进一步测试对实验数据在冯卡门装置充满水。它示出允许的PDF的功率波动的情况下，强制是在恒定的扭矩的参数的预测。我们的模型的物理解释最后给出，使用准线性模型的湍流。
2007-10-10 cond-mat.other physics.flu-dyn
Particle-fluid interaction forces as the source of acceleration PDF invariance in particle size
允许颗粒悬浮在湍流中的条件在许多应用中是令人感兴趣的，但是由于湍流的性质和流动与颗粒的相互作用，理解它们是复杂的。对小颗粒的观测表明，小颗粒的加速度PDF不变性与尺寸无关。我们证明是真实的粒子/流体相互作用力在维持悬浮的假设作用。三维PTV方法，同时适用于两个粒子相（示踪剂和惯性粒子），被用来获得速度和加速度数据，并通过使用粒子的运动方程的力的大小表示无论是流或粒子的相互作用推导和比较。PDF的不变性被证明是延伸到分力，升力被证明是显着的。
2014-07-09 physics.flu-dyn
Computing supersonic non-premixed turbulent combustion by an SMLD flamelet progress variable model
本文介绍了美国宇航局兰利研究中心的超音速H2 -空气炉膛室的数值模拟，使用两种方法来模拟假设的概率密度函数（PDF）的火焰面进展变量（FPV）的框架。第一个是标准FPV模型，其建立假定混合分数Z和进度参数Λ的PDF的函数形状。为了提高该模型在高速反应流中的预测能力，提出了第二种方法，即采用统计最可能分布（SMLD）技术来假定Z和Λ的联合概率密度函数，而不对它们的行为作任何假设。采用低马赫数假设建立了标准模型和FPV-SMLD模型。在这两种情况下，通过求解总能量守恒方程来计算温度，为超声速燃烧的模拟提供了一种更合适的方法。通过与实验数据的比较，所提出的SMLD模型示出相对于标准FPV模型提供了明显的改进，特别是在自燃和稳定区域的火焰。
2015-09-23 physics.flu-dyn physics.space-ph
A new particle-based code for Lagrangian stochastic models applied to stellar turbulent convection
LIRA, Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité, CY Cergy Paris Université, CNRS（LIRA，巴黎天文台，巴黎文理研究大学，索邦大学，巴黎西岱大学，塞吉-蓬图瓦兹大学，法国国家科学研究中心）
针对恒星演化模型对流真实性不足及对流-振荡相互作用影响星震数据利用的问题，提出基于拉格朗日PDF方法的恒星对流单点统计新形式，开发蒙特卡洛粒子代码，可提取网格大涡模拟无法获得的对流统计时变图谱。
2025-10-30 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Tensor networks enable the calculation of turbulence probability distributions
本研究提出利用张量网络（TN）参数化高维湍流概率密度函数（PDFs），在单核CPU上实现内存和计算成本大幅降低，为直接模拟湍流等混沌系统的高维PDFs开辟了新路径。
2025-01-29 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lagrangian one-particle velocity statistics in a turbulent flow
我们提出了拉格朗日单粒子统计从里索PTV实验的湍流。我们估计的拉格朗日Kolmogorov常数$C_0$，并发现它是由流动的大尺度不均匀性的影响。时间速度增量的PDF是高度非高斯的小时间，我们解释为一个后果的不稳定性。使用扩展的自相似性，我们设法量化的不确定性，并发现从Kolmogorov 1941年相似标度的偏差是较大的拉格朗日框架比欧拉。通过多重分形模型计算了多重分形维数谱。
2006-10-19 physics.flu-dyn
On the local energy flux of turbulent flows
我们研究了局部能量通量率$Π_\ell(\bf x)$对小尺度的各向同性湍流使用直接数值模拟和应用不同的低通滤波器。两种不同的过滤器进行检查，一个尖锐的傅立叶滤波器和高斯滤波器。对于不同的滤波器和不同的滤波尺度，计算局部能通量的概率密度函数（pdf）。结果表明，当地的能量通量是一个很大的波动量采取的负值和正值，这是更明显的尖锐的过滤器。这些波动的方差，偏度和峰度示出增加的滤波尺度减小。进一步计算了$Π_\ell(\bf x)$与局部滤波应变率$S_\ell$和拟能$Ω_\ell$的联合概率密度函数。通量与应变有很好的相关性，但与涡度拟能没有相关性。结果表明，它的条件平均值尺度像$<{Π_\ell}>_S \propto \ell^2 S_\ell^{3} $在支持Smagorinsky涡粘性模型。尽管如此，围绕该值存在强烈的波动，也需要对其进行建模。我们讨论了我们的研究结果的影响，亚网格尺度模型，并提出新的建模方向。
2020-04-29 physics.flu-dyn
Lagrangian Investigation of Auto-ignition in a Hydrogen Jet Flame in a Vitiated Co-flow: Animations of Particle Trajectories in Composition Space from PDF Model Calculations
PDF模型计算已被执行的Cabra解除氢火焰在一个污浊的并流。粒子轨迹提取拉格朗日粒子方法用于解决建模的PDF方程。混合物分数-温度平面中的颗粒轨迹揭示（在连续的下游位置处）：冷燃料射流和热共流之间的基本惰性混合;非常贫的颗粒的自燃;以及随后的混合和反应，导致接近平衡的组合物。本文的目的是呈现使用不同的湍流混合模型获得的颗粒轨迹的动画。
2007-09-07 physics.flu-dyn
Zonal flow reversals in two-dimensional Rayleigh-Bénard convection
本文分析了纵横比为$Γ$的二维矩形几何中瑞利-贝纳德对流中大尺度流动的非线性动力学。我们施加周期性和自由滑移边界条件，在流向和展向方向，分别。随着瑞利数Ra的增加，一个大规模的带状流占主导地位的一个中等普朗特数流体的动态。在高Ra下，在湍流状态下，在最大尺度模式的概率密度函数（PDF）中可以看到过渡。对于$Γ= 2$，PDF首先从高斯转变为三峰行为，表示出现了纬向流的反转，其中流在三种不同的湍流状态之间波动：两种状态中纬向流沿相反方向行进，一种状态没有纬向平均流。Ra的进一步增加导致从三峰到单峰PDF的过渡，这表明纬向流逆转的消失。另一方面，对于$Γ= 1$的纬向流逆转的特点是由双峰PDF的最大尺度模式，其中流动波动只有两个不同的湍流状态与纬向流在相反的方向上。
2020-10-29 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Circulation in turbulent flow through a contraction
本研究通过实验结合时间分辨三维拉格朗日粒子追踪技术，探究流经二维收缩段的湍流环量特性，揭示了平均应变对涡结构的作用及环量分布随尺度的变化规律。
2024-01-23 physics.flu-dyn
Coherent turbulent structures in a rapid contraction
本文通过时间分辨体积测量研究16:1三维强收缩段湍流的相干涡结构，提出两种PDF量化指标证实流向对齐，发现流向涡量均方根达横向4.5倍，涡长超入口积分尺度4倍，出口附近多存在1-2个相干结构。
2024-01-11 physics.flu-dyn
Prediction of turbulent channel flow using Fourier neural operator-based machine-learning strategy
该研究提出隐式U型网络增强傅里叶神经算子IUFNO，在三维湍流槽道流粗网格大涡模拟中，预测精度优于多种传统模型与同类算子模型，且计算速度更快，为壁面湍流快速预测提供新方案。
2024-11-04 physics.flu-dyn
Self-similar turbulent dynamo
数值研究了高导电流体中磁场的放大。在生长过程中，磁场在空间上是间歇性的：它并不均匀地填充体积，而是集中在细长的折叠结构中。与普遍持有的观点相反，如果存在扩散，则折叠场的不透明度在整个生长阶段不会无限增加。相反，正如我们所展示的，场强的概率密度函数（PDF）变得自相似。归一化矩随磁普朗特数以幂函数形式增加。我们认为，自相似性是预期与有限的流量规模和系统的大小。在非线性饱和状态下，双折射率降低，PDF呈指数变化。平行线指出，最近观察到的被动标量混合和地图发电机的自相似行为。
2004-03-04 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Statistics of polymer extensions in turbulent channel flow
我们提出了直接数值模拟的湍流槽道流动与被动拉格朗日聚合物。为了理解聚合物的行为，我们研究了无限小的线元素的行为，并计算了有限时间李雅普诺夫指数的概率分布函数（PDF），并从它们中相应的通道流的Cramer函数。我们研究了Oldrophil-B模型（Weissenberg数$\Wi <1$）和FENE模型的聚合物伸长率的统计。我们使用的Cramer的函数的最小值的位置来定义精确的Weissenberg数，这样我们观察线圈拉伸过渡在$\Wi\approx1$。我们发现与先前的分析预测的PDF的聚合物扩展的Adriovsky，Fouxon和Lebedev [物理评论快报，84，4765（2000）.]对于具有$\Wi<1$的线性聚合物（Oldrophil-B模型）和Chertkov [Phys. Rev. Lett.，84，4761（2000）.]聚合物的非线性FENE-P模型。对于$\Wi>1$（FENE模型），聚合物在壁附近比在通道中心显著更拉伸，在通道中心流动更接近均匀各向同性湍流。此外，在壁附近的聚合物显示出强烈的倾向，沿流向的流动方向取向，但在中心线附近的聚合物的取向的统计数据是一致的，最近在均匀和各向同性流中获得的类似结果。
2012-11-26 physics.flu-dyn
The 3D structure of the Lagrangian acceleration in turbulent flows
本文报道了高湍流中三维拉格朗日加速度的实验结果。示踪粒子的光学跟踪使用四个硅条探测器从高能物理，提供高的时间和空间分辨率。的组件的加速度被证明是统计依赖。加速度幅值的概率密度函数（PDF）与对数正态分布相当。假设各向同性，对数正态分布的幅度可以解释观察到的依赖性的组件。的加速度分量的时间动态被发现是典型的耗散尺度，而幅度演变在较长的时间，可能接近的积分时间尺度。
2004-10-12 physics.flu-dyn
Asymptotic closure model for inertial particle transport in turbulent boundary layers
重惯性粒子在湍流边界层中的输运方程可以从相空间概率密度函数（PDF）方程中导出。然而，这些方程是不封闭的，标准的封闭方法是使用准正态近似（QNA），其中四阶矩近似为速度正态分布。除了具有弱惯性的粒子之外，QNA导致大的定量误差，并且与Sikovsky的已知渐近预测不一致（Flow Turbulence Combust，第92卷，2014年，第100页）。41-64）的PDF在粘性子层的时刻。我们推导出一个新的封闭近似的基础上的渐近解的区域中的粒子惯性的影响是显着的输运方程。新的封闭与Sikovsky的渐近预测是一致的，但即使在粘性子层之外也适用。与直接数值模拟（DNS）的比较表明，当粘性Stokes数为$St<10$时，新的封闭模型得到了与QNA相似的结果（QNA结果与DNS的一致性略好），但对于$St>10$，新模型与DNS的一致性远好于QNA。虽然新模型的预测仍有改进的余地，但结果表明，这种新的封闭策略是传统QNA方法的一种非常有效的替代方案，并且可以在未来的工作中改进封闭策略。
2022-11-09 physics.flu-dyn
