A Method for Determination of the Reynolds Stress and Turbulence Structure in Wall-Bounded Flows
利用拉格朗日动量输运，雷诺应力可以用基本湍流参数表示。雷诺应力梯度表示流向动量的横向传输，由动量方程中的u2传输、压力和剪切力项平衡。直接数值模拟（DNS）的数据已被用来验证这种方法，具有良好的一致性和协议。雷诺应力梯度的表达式将输运方程添加到雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程中，因此，如果可以确定第三个未知变量u2，则可以确定湍流结构。在这里，我们考虑替代结构为基础的方法，用于重建的u2轮廓壁有界流。u2剖面的输入，结合两个传输方程（RANS和当前的雷诺应力方程），允许充分重建的湍流结构的壁有界流，与DNS数据的合理协议。
2019-12-10 physics.flu-dyn
Scaling in Decaying Turbulence at High Reynolds Numbers
湍流速度脉动的增量统计与增量大小成比例的方式是湍流理论的核心。我们报告的数据衰减湍流在马克斯普朗克变密度湍流隧道（VDTT），这表明在小尺度上的非平凡形状的惯性范围统计的方法。通过修正能量衰减对大尺度统计量的贡献，我们发现二阶速度增量统计量的标度指数与雷诺数无关，并且对于$2000\lesssim R_λ \lesssim 6000$等于$0.693\pm0.003$。这是在高雷诺数下普遍惯性范围的证据。
2022-03-04 physics.flu-dyn
Reynolds number effect on the velocity increment skewness in isotropic turbulence
利用EDQNM模型计算了各向同性湍流的二阶和三阶纵向结构函数和波数谱，并与多重分形模型的结果进行了比较。在风洞实验中可获得的最高雷诺数$R_λ=2500$下，多重分形模型和EDQNM都对速度增量偏度的惯性范围标度给出幂律修正。对于EDQNM，这种校正是有限雷诺数效应，而对于多重分形形式主义，它是在任何高雷诺数下持续存在的不稳定性校正。此外，这两种方法产生的耗散和近耗散范围内的速度波动的二阶和三阶统计的现实行为。相似性和差异突出，特别是雷诺数的依赖性。
2011-01-25 physics.flu-dyn
On the Relaxation of Turbulence at High Reynolds Numbers
一旦搅拌停止，流体中的湍流运动就以一定的速率松弛。流体力学中最基本的参数雷诺数在设定弛豫速率中的作用一般不为人所知。本文讨论了该过程的高雷诺数极限。在一个经典的网格湍流风洞实验中，既达到了比以往任何时候都高的雷诺数，并涵盖了广泛的他们（$10^4 < Re = UM/ν< 5\times10^6$），我们测量的松弛率与前所未有的精度约为2%。这里，$U$是流动的平均速度，$M$是强制尺度，而$ν$是流体的运动粘度。我们观察到，弛豫速率是不依赖于常数的，这与一些模型相矛盾，支持其他模型。
2014-11-17 physics.flu-dyn
Reynolds number effects on transition, turbulence intensity and axial-velocity decay rate of turbulent round jets
采用显式过滤大涡模拟技术，对三种不同雷诺数（Re = 3600、88000、400000）下的湍流圆射流进行了数值模拟，以了解雷诺数对马赫数0.9亚音速射流的影响。八阶紧致格式用于空间导数估计。流场的时间演化采用二阶龙格-库塔法。单参数四阶紧致滤波器用于传输变量的低通显式滤波。随着射流雷诺数的增加，中心线轴向速度衰减率减小，湍流强度降低。射流扩展率被观察到是独立的雷诺数。对于相同的入流湍流引射，在高雷诺数的射流中观察到早期的势核崩溃和向湍流区的转变。随着雷诺数的增加，增加较小的长度尺度的作用进行了分析。据观察，行为的湍流圆形射流是类似的平面射流，无论在尺寸自由度的增益。详细讨论了从数值实验的意见。
2017-11-05 physics.flu-dyn
Tomographic long-distance microPIV to investigate the small scales of turbulence in a jet at high Reynolds number
为了克服传统层析PIV装置的光学局限性，采用\textmu PIV装置对高雷诺数射流（$Re_λ \approx 350$）中的小尺度湍流进行了研究。为了验证层析成像长距离\textmu PIV的性能，进行了小尺度湍流统计方面的分析。该技术进行了评估，并将数据基准化，以应用于大尺度流域中任何三维小尺度现象的分析。
2021-11-25 physics.flu-dyn
A turbulence model based on deep neural network considering the near-wall effect
雷诺平均Navier-Stokes（RANS）数值模拟的封闭性要求不断改进湍流模型。机器学习（ML）为在高保真仿真数据的基础上建立先进的经验雷诺应力闭合提供了有效的工具。本文提出了一种基于深度神经网络（DNN）的湍流模型，该模型考虑了雷诺应力各向异性张量与局部平均速度梯度之间的非线性关系以及近壁效应。详细介绍了DNN湍流模型的建立和调试。我们表明，DNN湍流模型训练的数据从直接数值模拟产生一个准确的预测平面通道流的雷诺应力。特别是，我们建议在模型输入中包括局部湍流雷诺数。
2021-03-31 physics.flu-dyn
Vortex Tubes in Turbulence Velocity Fields at High Reynolds Numbers
湍流的基本结构，即，本文利用实验室获得的边界层和管道流动在微尺度雷诺数332-1934范围内的速度数据，对涡流管进行了研究。过去的实验研究主要集中在强涡流管上，而本研究则集中在所有不同强度的涡流管上。我们得到了平均速度分布。半径与柯尔莫哥洛夫长度成比例。循环速度与Kolmogorov速度成比例，与单独的强涡流管的情况相反，其中循环速度与均方根速度波动成比例。由于这些标度律与湍流产生的结构无关，因此在高雷诺数下它们似乎是通用的。
2008-01-15 physics.flu-dyn
An Algebraic Non-Equilibrium Turbulence Model of the High Reynolds Number Transition Region
提出一种基于混合长度并校准于管流的代数非平衡湍流模型，用于捕捉高雷诺数过渡区湍流产生-耗散比增加，并考虑壁面粗糙度，输出面积平均量供CFD使用。
2024-02-02 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
High Reynolds number airfoil turbulence modeling method based on machine learning technique
本文针对高雷诺数下翼型绕流的湍流，发展了一种基于深度神经网络的湍流模型。根据Spalart-Allmaras（SA）湍流模型得到的数据，建立了将流动特征映射到涡粘性的神经网络模型。然后，该模型被用来取代SA湍流模型与CFD求解器相互耦合。本文主要从模型的输入、输出特征和损失函数出发，建立了适合的数据驱动湍流模型。还实现了一种基于特征重要性的特征选择方法。实验结果表明，该特征选择方法能有效去除冗余特征。基于新输入特征的模型在与CFD求解器的互耦方面具有更好的精度和稳定性。求解得到的力系数与实测值吻合较好。该模型在不同来流条件（迎角、马赫数、雷诺数和翼型）下具有较强的通用性。
2021-11-26 physics.flu-dyn
Effect of channel dimensions and Reynolds numbers on the turbulence modulation for particle-laden turbulent channel flows
本研究通过大涡模拟和拉格朗日方法，分析了不同系统尺寸与流体整体雷诺数对含颗粒湍流通道流动中湍流调制的影响，发现这两个参数对湍流衰减及颗粒脉动起决定性作用，为工业设备设计提供了尺度参考。
2023-02-23 physics.flu-dyn
Scaling of Wall Turbulence at Finite Reynolds Number
将匹配渐近展开法应用于平均动量平衡，提出了粘性底层中平均速度和雷诺剪应力的新的标度关系。结果表明，除了摩擦速度之外，新参数$Λ_+$也与壁湍流相关。根据所提出的粘性子层的新标度，导出了重叠区平均速度的幂律。结果表明，参数$Λ_+$的完全相似性或不完全相似性是决定叠加层中平均速度服从幂律或对数律的关键因素。
2014-03-24 physics.flu-dyn
Heavy Particle Clustering in Inertial Subrange of High--Reynolds Number Turbulence
本研究通过直接数值模拟发现高雷诺数均匀各向同性湍流中惯性粒子在惯性子区显著聚集，该聚集由优先浓度调制引起并表现为粒子数密度谱凸起，可用尺度相关斯托克斯数的有理函数建模。
2024-06-05 physics.flu-dyn
A symbolic regression-based implicit algebraic stress turbulence model: incorporating the production of non-dimensional Reynolds stress deviatoric tensor
本文提出一种基于符号回归的隐式代数应力湍流模型，通过纳入无量纲雷诺应力偏张量产生项来捕捉平均流场产生的局部湍流形状，并在多个流动算例中验证了其优于参考模型的性能与泛化能力。
2025-07-07 physics.flu-dyn
Comparison of turbulence profiles in high Reynolds number turbulent boundary layers and validation of a predictive model
Vassilicos等人（2015年）修改后的Townsend-Perry附加涡流模型结合了rms流向湍流速度剖面的外部峰值/平台特性和这些剖面在离壁更远距离处的Townsend-Perry对数衰减。这些作者针对高雷诺数湍流管流数据对该模型进行了验证，并在此显示，该模型同样能够很好地描述来自四个不同设施和宽雷诺数范围的湍流边界层流数据，且参数值大致相同。该模型具有预测价值，当外推到极高的雷诺数的SLTEST数据在大盐湖沙漠大气测试设施，它匹配这些数据相当不错。
2018-09-14 physics.flu-dyn
Experimental measurement of acceleration correlations and pressure structure functions in high Reynolds number turbulence
我们提出了测量的流体粒子加速度在湍流水之间的反向旋转的磁盘使用三维拉格朗日粒子跟踪。通过同时遵循多个粒子与亚柯尔莫哥洛夫时间尺度的时间分辨率，我们测量的泰勒微尺度雷诺数在200和690之间的流体粒子加速度的空间相关性。我们还获得了间接的，非侵入性的测量的欧拉压力结构功能，通过整合的加速度相关性。我们的实验结果为Obukhov和Yaglom在1951年提出的各向同性高雷诺数湍流中的加速度关联和压力结构函数的理论预言提供了有力的支持。测得的压力结构函数显示惯性范围内的K41标度。
2007-08-29 physics.flu-dyn
Turbulence via intermolecular potential: Viscosity and transition range of the Reynolds number
流体中的湍流是一种普遍存在的现象，其特征在于平滑的层流到快速变化的混沌动力学的自发转变。1883年，雷诺用实验证明，在最初的水层流中，湍流运动出现时没有任何可测量的外部扰动。直到今天，湍流仍然是流体力学中一个主要的未解决的现象;特别是，缺乏一个数学模型，其中湍流动力学自然地从层流中出现。最近，我们提出了一种新的气体湍流理论，根据该理论，湍流运动是由分子间势的平均场效应在惯性气体流中产生的。在目前的工作中，我们调查的粘性在我们的湍流模型的效果，通过数值模拟在正常条件下的空气流动在一个直管中的不同值的雷诺数。我们发现，层流和湍流之间的过渡在我们的模型中发生没有任何故意的扰动，雷诺数从2000增加到4000。当模拟的流动变成湍流时，在我们的模型中的动能的时间平均傅立叶谱的衰减率接近Kolmogorov的逆三分之五定律。这两个结果都与实验和观察相一致。
2022-05-02 physics.flu-dyn
Stochastic anomaly and large Reynolds number limit in hydrodynamic turbulence models
在这项工作中，我们解决了开放的问题，高雷诺数限制在流体动力学湍流，我们修改考虑消失的随机（而不是确定性）粘度。在这个公式中，一个小尺度的噪声传播到大尺度的逆级联，这可以描述使用定性参数的Kolmogorov-Obukhov理论。我们推测，由此产生的概率分布的极限存在$\mathrm{Re} \to \infty$，在有限时间的极限流仍然是随机的，即使强迫，初始和边界条件是确定的。这个猜想证实了数值的Sabra模型的湍流，其中的解决方案是确定性的前和随机后立即爆破。然后，我们推导出一个纯粹的无粘问题制定的随机边界条件施加在惯性区间。
2015-10-26 physics.flu-dyn
Particle-Pair Relative Velocity Measurement in High-Reynolds-Number Homogeneous and Isotropic Turbulence Using 4-Frame Particle Tracking Velocimetry
湍流中悬浮颗粒间的径向相对速度对液滴的碰撞和长大起着关键作用。我们提出了一种简单而准确的方法，RV测量在各向同性湍流平面4帧粒子跟踪测速仪-使用常规PIV硬件。本研究证明了使用常规硬件精确测量RV的可行性，并首次通过实验验证了路径历史和惯性过滤对大颗粒分离时颗粒对RV的影响。
2017-12-20 physics.flu-dyn
Vortex tubes in velocity fields of laboratory isotropic turbulence: dependence on the Reynolds number
在相对高的雷诺数Re（lambda）= 110-330下，在各向同性网格湍流中同时测量了流向和横向速度。使用条件平均技术，我们提取了典型的不稳定性模式，这是一致的速度分布的模型的涡流管，即，汉堡漩涡涡流管的半径是几个Kolmogorov长度与雷诺数无关。利用小尺度速度增量连续增强之间的间隔分布，我们研究了涡流管的空间分布。涡流管倾向于聚集在一起。随着雷诺数的增加，这种趋势越来越明显。利用速度增量的统计，我们还研究了作为尺度的函数的涡流管的能量的重要性。在小尺度下，特别是泰勒微尺度下，涡流管在背景流中是重要的。在固定的尺度下，重要性随着雷诺数的增加而增加。
2002-11-10 physics.flu-dyn
Effects of inertia and turbulence on rheological measurements of neutrally-buoyant suspensions
对于低雷诺数的中性浮力悬浮液的剪切流，剪切应力通常使用仅取决于固体分数的有效粘度来建模。随着雷诺数（$Re$）增加，惯性变得重要，有效粘度也取决于雷诺数本身。目前的实验测量的扭矩中性浮力颗粒在同轴圆筒流变仪的固体分数，$ϕ$，从10\%到50\%和雷诺数的基础上，从2到1000的颗粒直径。对于雷诺数为O（10）和固体分数小于$30\%$的实验，有效粘度随雷诺数增加，与文献中最近的数值模拟结果一致。在相同的$Re$范围内，在更高的固体分数下，结果显示扭矩随剪切速率降低。对于大于100的雷诺数和较低的固体浓度，有效粘度继续随雷诺数增加。然而，基于与纯流体测量的比较，所测量的有效粘度的增加是由向湍流的过渡引起的。颗粒通过增加测量扭矩的大小并导致流动在较低雷诺数下转变来增强湍流。对于最高的固体分数，测量结果表明，扭矩的大小显着增加，但有效粘度是独立的雷诺数。
2016-12-13 physics.flu-dyn
Vortex Tubes in Turbulence Velocity Fields at Reynolds Numbers 300-1300
湍流的最基本结构，即，本文利用实验室实验中获得的雷诺数为295-1258的微尺度边界层的速度数据，对涡流管进行了研究。我们进行条件平均的增强小尺度的速度增量，并获得典型的速度分布的涡流管。它们的半径是柯尔莫哥洛夫长度的数量级。它们的循环速度是均方根速度波动的数量级。我们还得到了速度增量连续增强之间的时间间隔的分布，作为涡流管空间分布的度量。它们倾向于聚集在一起低于约积分长度，更显着低于约泰勒微尺度。这些性质与雷诺数无关，因此预期具有普遍性。
2004-09-13 physics.flu-dyn
Predicting any small-scale statistics of high-Reynolds-number turbulence using ensemble simulations
提出基于异构低雷诺数模拟集合的统计混合方法，以前所未有的精度预测高雷诺数湍流的复杂小尺度统计，并发现其权重分布可由湍流反常标度指数推断。
2025-06-30 physics.flu-dyn
Atwood and Reynolds numbers effects on the evolution of buoyancy-driven homogeneous variable-density turbulence
采用高分辨率直接数值模拟方法研究了Atwood数小于0.75和大雷诺数下浮力驱动的均匀变密度湍流（HVDT）的演化。为了帮助理解浮力驱动HVDT的高度非平衡性质，根据湍流动能导数的行为，将流动演化分为四个不同的区域。结果表明，每个政权有一个独特的类型的依赖阿特伍德和雷诺数。结果发现，局部统计的流量的基础上的流量组成更敏感的阿特伍德和雷诺数相比，那些基于整个流量。还观察到，在较高的阿特伍德数，不同的流动特征达到其渐近雷诺数行为在不同的时间。与以前使用的其他形式相比，基于Favre波动动量定义的能谱对于具有恒定性质的变密度流具有较少的粘性效应的大尺度污染。能谱的演变突出了四种流型的不同动力学特征。因此，能谱的斜率在中到大尺度上从-7/3到-1，作为产生耗散比的函数。经典Kolmogorov谱出现在中高尺度在最高雷诺数检查，湍流开始衰减后。最后，浮力驱动的HVDT和更传统的固定湍流之间的异同进行了讨论，并提出了新的策略和工具进行分析。
2020-04-02 physics.flu-dyn
An iterative data-driven turbulence modeling framework based on Reynolds stress representation
数据驱动的湍流模拟研究已经达到这样一个阶段，基本框架基本确定，但仍然存在一些重要问题，强烈影响性能，包括精度，平滑性和泛化能力。本文主要研究了雷诺应力张量的处理和机器学习湍流模型与流动求解器的耦合方法。第一个决定了预测目标的形式以及由此产生的物理完整性和可解释性。第二个确定的训练过程和平均流特征和雷诺应力之间的内在相关性。对于雷诺应力的处理问题，我们进行了理论推导，以扩展雷诺应力的相关张量参数，除了应变率和旋转速率。然后，利用张量表示定理给出了完全不可约不变式和完整性基。此外，自适应正则化项被用来提高表示性能。针对耦合问题，提出了一种具有一致收敛性的迭代耦合数据驱动湍流模拟框架。对训练数据准备、预测目标选择和计算平台进行了说明。然后将该框架应用于一个规范的分离流进行验证。将训练好的机器学习模型与流场求解器耦合计算得到的平均流场结果与直接数值模拟真值具有较高的一致性，证明了该方法的有效性。
2022-08-21 physics.flu-dyn
DNS of turbulent channel flow at very low Reynolds numbers
采用比现有直接数值模拟（DNS）更大的计算箱尺寸，对非常低雷诺数的充分发展的湍流槽道流动进行了直接数值模拟（DNS）。摩擦雷诺数降低到60，其中摩擦雷诺数基于摩擦速度和通道半宽。当雷诺数减小到60时，计算框尺寸变小，流动变为层流。利用一个大的盒子，我们发现一个局部湍流被观察到以周期性的斜带的形式维持。这种局部无序流动类似于过渡管流中的平衡湍流喷流。提供了各种湍流统计数据，如湍流强度、涡度波动和雷诺应力。特别是，它们的近壁渐近行为和湍流动能预算项进行了讨论，关于雷诺数的依赖性和计算盒大小的影响。还介绍和讨论了与湍流结构有关的其他详细特征。
2014-09-16 physics.flu-dyn
Fractal iso-level sets in high-Reynolds-number scalar turbulence
本文研究了高雷诺数下三维均匀各向同性湍流混合的被动标量的等能级集的分形标度。Schmidt数是1。分形盒计数维数$D_F$可以获得低于约$3$标准偏差的标量波动在其平均值的两侧的等水平。维数随等值线水平系统地变化，在平均值处等值线水平的最大值约为$8/3$;这个最大维数也是几何测度理论的上限。我们把这个结果解释为湍流中的混合总是不完全的。当我们考虑标量的陡峭悬崖的空间支撑以局部应变为条件时，所有等能级都有一个唯一的盒维数;这个唯一的维数大约是$4/3$。
2019-10-01 physics.flu-dyn
A unified view of elastic and elasto-inertial turbulence in channel flows at low and moderate Reynolds numbers
本文通过跨越四个数量级雷诺数的全分辨三维数值模拟，揭示平行流中弹性湍流与弹惯性湍流在低惯性条件下具有相似动力学特性，从而提出统一视角。
2024-12-09 physics.flu-dyn
Effect of the Reynolds number on turbulence kinetic energy exchanges in flows with highly variable fluid properties
本文研究了非等温低马赫数湍流槽道流中与单位质量湍流动能或速度协方差张量半迹有关的空间和谱能量交换。两个通道壁的温度分别为293 K和586 K。这在壁法线方向上产生强的温度梯度。在平均摩擦雷诺数为180和395时，采用两种直接数值模拟方法研究了温度梯度对能量交换的影响。由于局部流体性质的变化和低雷诺数效应，温度梯度在热侧和冷侧的能量交换之间产生不对称性。低雷诺数效应在较高雷诺数时较小，从而减少了热侧和冷侧之间的不对称性。我们还分解的能量交换，以分别研究的平均性能的条款，发现在恒定的性能等温的情况下，和热的条款，具体到流动与可变的流体性质。重要的热项对流动有类似的影响。此外，低雷诺数效应对热项的影响可以忽略不计，只影响平均性质项。
2020-06-08 physics.flu-dyn
Self-scaling tensor basis neural network for Reynolds stress modeling of wall-bounded turbulence
National University of Singapore（新加坡国立大学）
本文提出自适应张量基神经网络（STBNN）用于壁湍流的雷诺应力建模，通过引入速度梯度张量的不变量规范化，实现几何无关的自适应尺度，提升在不同雷诺数和几何结构下的鲁棒性。
2026-04-10 physics.flu-dyn
Representation of Reynolds Stress Perturbations with Application in Machine-Learning-Assisted Turbulence Modeling
基于雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程的数值模拟在涉及湍流的工程设计和分析中有着广泛的应用。然而，RANS模拟是已知的是不可靠的，在许多流动的工程相关性，这在很大程度上是由模型形式的不确定性与雷诺应力。最近，一种机器学习方法已被提出，以协助RANS建模，建立一个功能映射，从平均流功能的差异，RANS模拟雷诺应力相比，高保真数据。然而，由于空间平滑性、框架独立性和可实现性的要求，在机器学习中表示雷诺应力特征向量中的差异仍然是一个挑战。在这项工作中，我们提出了三种方案来表示RANS模型雷诺应力的特征向量的扰动：（1）基于离散的欧拉角，（2）基于直接旋转的欧拉角，和（3）单位四元数。我们通过对两种典型流进行先验和后验测试来比较这些指标：在方形管道中充分发展的湍流和周期性山丘上的大规模分离流。结果表明，基于直接旋转的欧拉角表示缺乏空间平滑性，而基于离散的欧拉角表示缺乏框架独立性，不适合用于机器学习辅助湍流建模.而基于单位四元数的摄动表示则满足上述所有要求，是表示雷诺应力张量特征向量摄动的理想选择。这一发现对于湍流建模中的不确定性量化和机器学习以及一般的数据驱动计算力学具有明显的重要性。
2017-09-17 physics.flu-dyn
Circulation in high Reynolds number isotropic turbulence is a bifractal
在标度指数水平上的湍流问题是困难的，部分原因是小尺度的多重分形标度，这要求每个时刻顺序被独立地对待和理解。这一结论来自于对速度结构函数、能量耗散、涡度拟能密度（即涡度平方）等的研究。然而，在惯性范围内可能存在其他物理相关量，其结构并不复杂，这可能导致湍流理论的巨大简化。我们表明，速度循环周围的闭环是这样一个量。通过使用一个大的数据库的各向同性湍流，从数值模拟的纳维-斯托克斯方程在很宽的范围内的雷诺数，我们表明，环流表现出双分形行为在最高雷诺数考虑：空间填充的时刻达到订单$3$和单分形与约$2.5$不变的维数为更高的订单;这种大致在三阶矩处的特性变化使人联想到“相变“。我们探讨的可能性，流通成为有效的空间填充在更高的雷诺数，即使它可以在技术上被视为一个bifractim。我们确认，循环属性仅取决于循环的面积，而不是它的形状;并且，对于图- $8$循环，相关面积是循环的两个部分的标量和。
2019-02-19 physics.flu-dyn
Extreme dissipation and intermittency in turbulence at very high Reynolds numbers
湍流中的极端耗散事件是罕见的，但它们可以比平均耗散率强几个数量级。尽管它在许多小尺度物理过程中的重要性，目前还没有准确的理论或模型来预测极值作为雷诺数的函数。在这里，我们引入了一个新的模型的基础上的概念，显着的剪切层，这是薄区域的局部平均耗散的耗散PDF。在非常高的雷诺数，这些显着的剪切层发展分层的子结构。流场被划分为不同的层区域和背景区域，每个区域都有自己的耗散PDF。将体积加权的区域PDF组合以获得总体PDF，随后将其用于确定耗散方差和最大值。该模型产生的雷诺数缩放的耗散最大值和方差，这是与现有的数据。此外，幂律标度指数被发现逐渐增加的雷诺数，这也是符合的数据。增加的指数被证明有深远的影响，在大气和天体物理雷诺数湍流。目前的研究结果强烈表明，间歇性的显着剪切层结构是理解和量化的耗散极端，更一般地说，极端的速度梯度的关键。
2020-10-26 physics.flu-dyn
Reynolds number dependence of the structure functions in homogeneous turbulence
我们比较随机闭合理论（SCT）的预测与实验测量的均匀湍流在变密度湍流隧道（VDTT）在马克斯普朗克研究所动力学和自组织哥廷根。虽然SCT的一般形式包含无限多的自由参数，但数据允许我们将数量减少到7个，其中只有3个在整个惯性范围内有效。在这三个参数中，一个参数表征SCT中的平均场噪声的方差，另一个参数表征平均值的大偏差的速率。第三个参数是噪声的傅里叶展开中的傅里叶变量的衰减指数，其表征湍流速度的平滑性。SCT与实验中测得的速度结构函数相比毫不逊色。我们考虑了偶数阶结构函数，从2到8的顺序，以及在110和1450之间的五个泰勒-雷诺数（RI）的三阶结构函数。比较突出了几个优势的SCT，其中包括明确的预测在任何尺度和任何雷诺数的结构功能。我们观察到，有限的RI修正，例如，即使在实验中产生的最高雷诺数是重要的。SCT给出了正确的基函数来表示傅立叶空间中湍流速度差的所有矩。SCT产生级数的系数，从而确定表征湍流小尺度的统计量。它还描述了随机纳维-斯托克斯方程中作用在流体上的随机力，如本文所述。
2018-10-18 physics.flu-dyn
Experimental and numerical analysis of grid generated turbulence with and without mean strain
本文介绍了实验和数值分析的网格产生的湍流和不施加平均应变的影响。我们对衰减网格产生的湍流和具有平均应变的网格湍流进行了一系列实验。湍流统计的实验数据，包括雷诺应力各向异性的收集，分析，然后比较雷诺应力模型的预测，以评估其准确性。实验数据被用来评估在雷诺应力模型中使用的耗散率模型和压力应变相关模型的系数的变异性。对于这两种模型，我们建议的最佳值的系数，应用于网格产生的湍流的实验研究。
2018-03-15 physics.flu-dyn
Quantitative prediction of sling events in turbulence at high Reynolds numbers
该研究基于粒子路径上的速度梯度历史提出湍流弹射事件判据，将其归结为一维局域化问题，并通过全解析模拟验证，揭示高雷诺数、小Stokes数条件下弹射显著增强。
2022-08-10 physics.flu-dyn
Universal dissipation scaling for non-equilibrium turbulence
实验结果表明，非经典的高雷诺数能量耗散行为，$C_ε \equiv εL/u^3 = f(Re_M)/Re_L$，观察到的分形方形网格产生的湍流的衰减过程中也表现在衰减湍流起源于各种规则的网格。对于足够高的总雷诺数$Re_M$、$f(Re_M)\sim Re_M$。
2011-12-20 physics.flu-dyn
Reynolds number of transition and large-scale properties of strong turbulence
湍流的特征在于在波数$k> Λ_{f}$的极宽间隔中激发的速度波动，其中$k> Λ_{f}$是相对小的波矢量集合，其中能量通过外力被泵入流体。从间隔$Λ_{f}< k\leq Λ_{0}$（其中$η=2π/Λ_{0}$是耗散尺度）开始，对小尺度速度波动进行迭代平均，会导致无限多个“相关”尺度相关耦合常数（雷诺数）$Re_{n}(k)=O(1)$。结果表明，在i.r.极限$k\rightarrow Λ_{f}$，雷诺数$Re(k)\rightarrow Re_{tr}$，其中$Re_{tr}$是最近数值和实验发现的从高斯到空间速度导数的异常统计的“平滑”过渡的通用雷诺数。计算的关系$Re(Λ_{f})=Re_{tr}$“选择”最低阶非线性作为唯一相关的非线性。这意味着在红外极限$k\rightarrow Λ_{f}$中，由标度消除产生的所有高阶非线性总和为零。
2014-09-14 physics.flu-dyn
Synchronization of Low Reynolds Number Plane Couette Turbulence
我们表明，分离的速度场在大，小尺度根据流向傅立叶分解确定子空间与稳定的李雅普诺夫指数，并允许的动态表现出的惯性流形的属性，如同步的小尺度模拟共享相同的大尺度或等效的所有小尺度流状态的衰减到唯一确定的状态从大尺度流。这种行为发生的偏差与流向波长小于130壁单位，这是在早期的研究中所示的对应于流向频谱峰值的横向流速分量的顶部李雅普诺夫矢量的湍流。
2021-03-27 physics.flu-dyn
Goal-Oriented Weighting of Reynolds-Stress Data for Learning Turbulence Models in Complex Flows
University of Stuttgart（斯图加特大学）；Gwangju Institute of Science and Technology（光州科学技术院）
提出一种面向目标的雷诺应力数据加权方法，利用单次离线伴随评估确定各分量对感兴趣量的敏感性，并转化为固定损失权重，在无需额外RANS求解的情况下提升复杂流动中湍流模型的预测精度。
2026-09-28 physics.flu-dyn
Non-local interactions in hydrodynamic turbulence at high Reynolds numbers: the slow emergence of scaling laws
我们分析了在2048^3个规则间隔点的网格上进行的强制不可压缩流体动力学模拟的数据，泰勒雷诺数为Re~1300。强迫是由泰勒-格林流，它与几个实验室实验中的流动有相似之处，计算在湍流稳定状态下运行了十个周转时间。在此雷诺数下，各向异性大尺度流动模式、惯性范围、瓶颈和耗散范围清晰可见，从而为研究自然界中出现的湍流提供了一个很好的测试案例。三元相互作用，局部的能量通量，和结构函数的速度增量计算。与运行在较低的雷诺数进行比较，并显示出出现的局部和非局部相互作用的相对振幅在谱空间的标度律。的Kolmogorov常数的缩放，以及速度增量的偏斜度和平坦度，以及执行，并与以前的实验结果是一致的。此外，在小尺度上与瓶颈的能量积累似乎发生在一个跨度的波数是独立的雷诺数，可能排除了惯性范围的解释it. Finally，不透明度指数似乎偏离标准模型在高Re，离开不透明度的解释一个悬而未决的问题。
2007-09-12 physics.flu-dyn
Searching for vortex structures in high Reynolds number turbulence
在非常高的雷诺数湍流的实验研究中，我们发现的证据表明，有区别的涡结构的中间范围内，即Kolmogorov和泰勒微尺度之间，他们确实预计将存在。这些结构是负责的不对称性，并在同一时间，它们有助于湍流统计的不对称性，后者遵循Kolmogorov定律。
2001-11-30 physics.data-an physics.flu-dyn
The influence of Reynolds and Froude number on the motion of settling, bidisperse inertial particles in turbulence
利用直接数值模拟（DNS）方法，研究了Taylor Reynolds数$R_λ$和Froude数$Fr$对各向同性湍流中双分散惯性颗粒沉降运动的影响。粒子的加速度在双分散粒子的相对运动中起着关键作用，我们发现，减少$Fr$导致的加速度的增强，但抑制其不稳定性。对于斯托克斯数$St>1$，重力增强了$R_λ$对加速度的影响，因为沉降导致颗粒加速度受到更大范围的流动尺度的影响。粒子相对速度的概率密度函数（PDF）的结果表明，对于双分散粒子，减小$Fr$会导致它们在垂直（平行于重力）和水平方向上的相对速度的增强。重要的是，我们的研究结果表明，即使当颗粒沉降非常快，湍流继续发挥关键作用，在他们的垂直相对速度，并越来越多的$R_λ$是增加。出现这种情况是因为，虽然沉降速度可能比湍流的典型速度大得多，但由于不稳定性，存在湍流对颗粒运动的贡献与重力沉降的贡献相同的流动区域。
2018-08-04 physics.flu-dyn
A Comprehensive Physics-Informed Machine Learning Framework for Predictive Turbulence Modeling
尽管计算资源的可用性增加使得湍流的高保真模拟成为可能，但RANS模型仍然是工业应用的主要工具。然而，RANS模型的预测能力受到雷诺应力封闭假设驱动的潜在不准确性的限制。最近，物理信息机器学习（PIML）方法已被提出来学习雷诺应力差异的函数形式的RANS模拟的基础上，现有的数据。它已被证明，学习的差异功能，可用于提高雷诺应力在不同的流动数据不可用。然而，由于一些挑战，改进已被证明只在雷诺应力预测，而不是在相应的传播量的利益。在这项工作中，我们介绍了一个完整的PIML框架预测湍流模拟的程序，包括学习雷诺应力差异函数，预测雷诺应力在不同的流动，并传播到平均流场。研究了雷诺应力的传播过程和传播速度场的预报精度。为了提高学习预测性能，输入特征的基础上丰富的不变量的完整性基础。以方形管道内充分发展的湍流为例进行了数值模拟。的差异模型进行了训练，从几个雷诺数获得的流场和评估的管道流在雷诺数高于任何训练的情况下。通过RANS方程将预测的雷诺应力传播到速度场。数值结果表明，在雷诺应力及其传播速度的预测性能优良，显示了PIML方法在预测湍流模拟的优点。
2018-11-16 physics.flu-dyn
Transition to turbulence in ferrofluids
众所周知，在经典流体中，湍流通常发生在高雷诺数下。但是湍流能在低雷诺数下发生吗？在这里，我们调查的过渡到湍流的经典泰勒-库埃特系统中的旋转流体制造的磁性流体与磁化纳米颗粒嵌入在液体载体。我们发现，在存在的磁场湍流可以发生在雷诺数是至少一个数量级小于那些在传统的流体。这是建立了广泛的计算铁流体力学通过详细的分叉分析和表征的行为的物理量，如能量，波数，和角动量通过分叉。一个惊人的发现是，随着磁场的增加，可以准确可靠地确定湍流的开始。我们的研究结果表明，湍流的实验研究可以大大方便，通过使用铁磁流体，开辟了一个新的途径，探讨湍流的基本原理和具有挑战性的问题，湍流控制。
2015-01-08 physics.flu-dyn
Discovering explicit Reynolds-averaged turbulence closures for turbulent separated flows through deep learning-based symbolic regression with non-linear corrections
这项工作引入了一种新的数据驱动的框架，制定明确的代数平均Navier-Stokes（RANS）湍流封闭。近年来，应用机器学习（ML）方法彻底改变湍流建模范式的研究取得了丰硕成果。然而，由于大多数ML方法的黑箱本质，目前很难从数据驱动的模型中提取可解释的信息和知识。为了解决这一关键限制，这项工作利用深度学习和符号回归方法来发现雷诺应力模型的隐藏控制方程。具体来说，雷诺应力张量被分解成线性和非线性部分。线性部分作为规则的线性涡粘性模型，用长短期记忆神经网络产生符号项，在此基础上建立非线性部分的数学表达式。采用一种新的强化学习算法来训练神经网络，以产生最佳拟合的符号表达式。在建议的框架内，雷诺应力封闭显式地表示在代数形式，从而允许直接的功能推断。另一方面，通过构造具有独立不变量和张量基函数的训练特征空间，充分尊重了伽利略和旋转不变量。本方法的性能进行了验证，通过数值模拟的三个不同的正则流偏离几何配置。结果表明，与传统的RANS模型相比，该方法具有良好的精度改进，显示了该方法的泛化能力。此外，使用给定的显式模型方程，可以更容易地解释输入特征对生成的模型的影响。
2023-01-22 physics.flu-dyn
Do magnetic fields enhance turbulence at low magnetic Reynolds number ?
对导电流体的湍流施加磁场会引起焦耳效应。当前的范例是，相应的耗散随着磁场的强度而增加，并且因此，湍流波动随着磁场的强而被更多地阻尼。虽然这一想法在衰减湍流的现象学中得到了明显的支持，但对管道流和其他更复杂构型中湍流的测量却产生了看似矛盾的结果。争论的根源在于，磁场促进了足够的尺度依赖的各向异性，从而深刻地重组了湍流的结构，因此它们的净效应不能仅仅从附加耗散的角度来理解。在这里，我们表明，当湍流被迫在一个磁场，作用于湍流本身，而不是产生它的机制，该领域促进大，近二维结构捕获足够的能量，以抵消由于焦耳耗散的损失，与净效应增加湍流波动的强度。这种范式的变化可能会对各种系统产生重要影响，如行星的液体核心、吸积盘以及广泛的冶金和核工程应用。
2017-07-03 physics.flu-dyn
Reynolds number dependence of turbulence induced by the Richtmyer-Meshkov instability using direct numerical simulations
本文通过窄带初始条件的直接数值模拟，系统考察Richtmyer-Meshkov不稳定性湍流混合层对Re0的依赖，并给出耗散渐近值与混合转捩判断。
2023-04-26 physics.flu-dyn
A Theoretical Basis for Determination of the Reynolds Stress in Canonical Turbulent Flows
本文提出了一种求解湍流正则流中雷诺应力的独特方法，该方法基于控制体以局部平均速度运动的动量平衡。在简单的几何形状与实验和计算数据的比较显示出相当好的协议。基于雷诺应力的封闭式表达式，给出了湍流动量输运的另一种形式。利用DNS数据验证了湍流动量平衡。这种方法在空气动力学中有潜在的应用，也代表了一种可能的方法来确定更复杂的流动中的雷诺应力。
2017-08-03 physics.flu-dyn
Mixing with viscoelastic waves at low Reynolds numbers
Lund University（隆德大学）；SciLife Lab, Lund University（瑞典国家生命科学中心，隆德大学）
本文研究了在低雷诺数条件下，通过粘弹性湍流提高微流控通道中分子和聚合物的混合效率，展示了粘弹性波动对反应速率和大分子混合的增强作用，并探讨了优化策略。
2026-03-16 physics.flu-dyn
High Reynolds number Taylor-Couette turbulence
Taylor-Couette流--两个同轴同向或反向旋转的圆柱之间的流动--是流体物理学中的典型系统之一。（无量纲）的控制参数是雷诺数的内部和外部的圆筒，圆筒半径的比率，和纵横比。系统的响应是保持恒定角速度所需的扭矩，其可以与通过间隙的角速度传输相关联。在上世纪80年代和90年代，低雷诺数区域已经得到了很好的研究，而在完全湍流区域，主要的研究活动只是在最近十年才发展起来。在本文中，我们回顾了这一最新进展，在我们的理解充分发展的泰勒-库埃特湍流，从实验，数值和理论的角度来看。我们将集中在参数依赖的全球扭矩和当地的流动组织，包括速度剖面和边界层。接下来，我们将讨论不同（湍流）流动状态之间的转换。我们还将详细说明这个系统与天体物理盘（开普勒流）的相关性。最后，对未来湍流泰勒-库埃特流研究的挑战进行了总结。出版于ARFM：Annu. Rev. Fluid Mech.48：53-80（2016）。
2019-03-30 physics.flu-dyn
Flow Topology Optimization at High Reynolds Numbers Based on Modified Turbulence Models
本文针对高雷诺数湍流拓扑优化，提出达西源项设置策略并发展修正LSKE和SST湍流模型，实现了低阻力外形与转子类几何构型的有效优化。
2024-05-21 physics.flu-dyn
A Physics Informed Machine Learning Approach for Reconstructing Reynolds Stress Modeling Discrepancies Based on DNS Data
湍流模型是基于雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程的工业流动数值模拟的重要组成部分。然而，经过几十年的努力，在湍流模拟社区，普遍适用的RANS模型的预测能力仍然缺乏。最近，数据驱动的方法已被提出作为一个有前途的替代传统方法的湍流模型开发。在这项工作中，我们提出了一个数据驱动的，物理信息机器学习方法来预测RANS建模雷诺应力的差异。的差异制定为函数的平均流量功能。通过使用基于随机森林的现代机器学习技术，首先用基准流数据训练差异函数，然后用于预测新流中的雷诺应力差异。该方法被用来预测的雷诺应力在周期性的丘陵流动通过使用两个训练流的情况下增加的困难：（1）在相同的周期性的丘陵几何形状，但在较低的雷诺数的流动，和（2）在不同的丘陵几何形状与类似的回流区的流动。在这两种情况下观察到良好的预测性能，证明了所提出的方法的优点。通过所提出的方法实现的RANS建模的雷诺应力的改进是朝向预测湍流建模的重要一步，其中最终目标是预测感兴趣的量（例如，速度场，阻力，升力）更准确地通过求解雷诺应力从RANS方程。
2017-02-27 physics.flu-dyn
