Roll-waves in bi-layer flows
Marc Boutounet, Pascal Noble, Jean-Paul Vila
本文推导了牛顿流体沿斜坡流下的双层流的一致浅水方程。我们进行了一个完整的频谱分析的稳定流在低频制度，并显示流体动力学不稳定性的发生，所谓的滚波，当稳定流是不稳定的。
In this paper, we derive consistent shallow water equations for bi-layer flows of Newtonian fluids flowing down a ramp. We carry out a complete spectral analysis of steady flows in the low frequency regime and show the occurence of hydrodynamic instabilities, so called roll-waves, when steady flows are unstable.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Viscoelastic effect on steady wavy roll cells in wall-bounded shear flow
了解近壁减阻湍流流动的另一个步骤是检查层流背景下组织良好的流向涡中的流动。本文研究了Giesekus粘弹性流体在旋转平面Couette流动系统中的流动行为，该流动系统伴有稳态的滚动胞结构。通过将雷诺数和旋转数固定在提供稳定的波浪形滚动单元的值，即，一系列曲折的流向涡，Weissenberg数增加到2000（其中弛豫时间由壁速度和运动粘度归一化）。我们观察到，在粘弹性流动中，二次流（壁面法向和展向速度波动）被抑制，而流向分量被维持，并且波状滚转单元被调制成与流向无关的直滚转单元。在非湍流背景下，研究了平均剪切流、横摇单元引起的雷诺应力和粘弹性应力之间的动能输运。我们进一步讨论了调制机制及其与粘弹性壁湍流减阻现象的关系。
The Stability of Roll-Waves in Two-Phase Pipe Flow
滚转波列构成了管道中众所周知的两相流状态。如果流动条件在滚波范围内，则存在一个单参数定常滚波列解族。这意味着波列解决方案可以从宽范围的波长中构建。然而，在自然界中观察到的波长带相当窄。波长分布被认为与波列稳定性和流动扰动有关。本文对定常横摇-波列解进行了线性稳定性分析。与直接数值Roe方案模拟的预测进行比较。观察到良好的一致性;在波聚结的初始阶段之后，模拟的波长分布在被预测为线性稳定的那些波长中的较短波长中。此外，观察到的干扰频率和衰减率与分析预测一致。最后，压力驱动的气液列车的稳定性进行了比较，重力驱动的自由表面列车。
Formation and evolution of roll waves in a shallow free surface flow of a power-law fluid down an inclined plane
本文考虑在重力作用下沿斜面向下的薄层泥浆层流。在二维幂律流体控制方程及其深度平均双曲简化的框架下，研究了膜流的不稳定性和有限振幅波的形成。根据Whitham准则给出了这些模型存在横摇波的条件。数值计算了自由表面的演化和滚波的发展。结果表明，由二维方程得到的滚波振幅略大于一维模型。此外，对于某些流动参数，基本解的小扰动增长的二维方程和衰减的深度平均模型。一个双参数类的精确分段光滑解的一维模型，并与数值解进行了比较。在这些参数范围内，构造了滚波存在图。
Elliptical Instability and Multi-Roll Flow Modes of the Large-scale Circulation in Confined Turbulent Rayleigh-Bénard Convection
细长圆柱单元中的湍流Rayleigh-Bénard对流表现出丰富的大尺度环流动力学（LSC），具有多个相互堆叠的卷。我们建议，椭圆形不稳定性的机制，导致扭曲和破碎的LSC成多个辊和体积平均的热量和动量的传输，所代表的努塞尔数和雷诺数，一般是较弱的较大数量的LSC辊$n$。这得到了$Ra=5\times10^5$、$Pr=0.1$、$H=5D$和$1\leq~n\leq4$的直接数值模拟的支持。
Measured multiple flow states in turbulent thermal convection with aspect ratio 10
研究在大长宽比腔中测量湍流热对流的多种流动状态，发现滚柱数量影响全局传输，普朗特数变化导致流动结构转变。
Taylor rolls on tour: Slow drift of turbulent large-scale structures in flows with continuous symmetries
本研究通过直接数值模拟发现轴对称泰勒-库埃特流随系统尺寸增大发生不连续相变进入时空混沌，泰勒滚子出现缓慢不规则漂移，并估计其有效扩散系数，表明此类自发扩散位移在壁面湍流中普遍存在。
A numerical study of the longitudinal thermoconvective rolls in a mixed convection flow in a horizontal channel with a free surface
本文用数值方法研究了液体在水平通道上流动时，在底部均匀加热下的三维层流混合对流。上表面是自由的，并假设是平坦的。耦合的Navier-Stokes方程和能量方程的数值求解有限体积法考虑热毛细效应（Marangoni效应）。当浮力、热毛细效应和强迫对流的强度与$(Ri\backsimeq O(1)$和$Bd=Ra/Ma \backsimeq O(1))$相当时，结果表明，以定常纵向对流卷形式出现的不稳定性的发展与Poiquille-Rayleigh-Bénard流中遇到的不稳定性的发展相似。这些辊的数量和沿通道的空间分布取决于流动条件。本文研究了雷诺数、瑞利数和毕奥数等参数对管内流动和传热特性的影响。还考虑了表面张力随温度梯度变化的影响（马兰戈尼效应）。
Lattice Boltzmann simulation reveals supercritical bifurcation in flow mode transitions of power-law fluids in the four-roll mill
本文采用TRT-RLB模型模拟四辊磨中幂律流体，发现两种新的超临界分岔涡模式，并阐明Re、幂律指数及几何参数对转变路径和流态的定量影响。
From zonal flow to convection rolls in Rayleigh-Bénard convection with free-slip plates
采用直接数值模拟方法研究了具有水平周期边界条件和自由滑移平板的Rayleigh-Bénard（RB）对流。考虑了两种结构，一种是二维（2D）RB对流，另一种是旋转轴平行于平板的三维（3D）RB对流。我们探索了瑞利数Ra的参数范围，从$10^7 to $ 10^9 $ and Prandtl numbers $ Pr $ from $ 1 $ to $ 100 $. We show that zonal flow, which was observed, for example, by Goluskin \emph{et al}. \emph{J. Fluid. Mech.} 759, 360-385 (2014) for $ <$r =2 $, is only stable when $ <$$ is smaller than a critical value, which depends on $ Ra $ and $ Pr $. With increasing $ <$$, we find a second regime in which both zonal flow and different convection roll states can be statistically stable. For even larger $ <$$, in a third regim…
Dynamics and evolution of Turbulent Taylor rolls
在许多剪切和压力驱动的附壁湍流中，二次运动自发地发展，它们与主流的相互作用改变了整体的大尺度特征和传输特性。Taylor-Couette流动，即在以不同角速度旋转的两个同心圆柱体之间的间隙中发展的流体运动，也不例外，并且从流动的早期发展到完全湍流状态，已经观察到环形泰勒滚转。在这份手稿中，我们表明，在"泰勒辊“的通用名称下，有各种各样的结构，不同的涡度分布的核心，他们被驱动的方式和他们对平均流的影响。我们在高雷诺数的轧辊不离心不稳定性，但剪切和反气旋旋转的组合，表明它们被保存在极限的曲率消失，可以更好地理解为一个固定的周期，表现出类似的特性作为剪切流的自我维持的过程。通过分析计算域的大小的影响，我们表明，这种钉扎是不是一个产品的数值，和辊的位置是由一个随机过程的空间和时间的变化取决于域的大小。
From annular cavity to rotor-stator flow: nonlinear dynamics of axisymmetric rolls
本文利用同伦方法将转子-定子流动连续变形为环形流动，数值揭示曲率增大时超临界分支向高雷诺数移动、混沌亚临界分支接管的转捩路径，并提出多重共振导致辊配对的新机制，首次确定轴对称失稳临界点。
Mechanism of Roll-Streak Structure Formation and Maintenance in Turbulent Shear Flow
在壁面剪切流动中，主要拟序结构是流向滚纹（R-S）。在没有相关不稳定性的情况下，R-S被归因于平均流和扰动之间的非正态介导的相互作用。这种相互作用可以直接由于瞬态增长扰动的激发而发生，也可以间接由于湍流雷诺应力引起的R-S不稳定而发生。直接机制和间接机制之间的一个基本区别是，在直接机制中，R-S本身就是增长结构，而在间接机制中，R-S作为自组织结构出现。在突现R-S理论中，基本机制是由雷诺应力条纹组织起来的，这些条纹被配置成通过提升过程来支持其相关的滚动。这需要条纹组织湍流扰动，例如产生被配置为加强条纹的雷诺应力。在本文中，我们提供了详细的分析，解释物理为什么这种正反馈发生，是一个普遍的性质，湍流剪切流。DNS数据从相同的湍流中使用的理论研究（Poisseullle流在R=1650）也进行了分析，验证这种机制在DNS中运行。
Instability of the roll/streak structure induced by free-stream turbulence in pre-transitional Couette flow
虽然在转捩前的壁面剪切流中，滚纹结构是普遍存在的，但如果将层流理想化，这种结构是线性稳定的。由于缺乏不稳定性，卷/条纹结构的大的瞬态增长被用来解释它的出现是由于在自由流湍流（FST）中偶然发生的扰动被配置为最佳地激发它。另一种解释是，FST与滚动/条纹结构相互作用，使其不稳定。统计状态动力学（SSD）提供了研究这种类型的不稳定性的分析方法，这种不稳定性是由湍流的相干和非相干分量之间的相互作用引起的。随机结构稳定性理论（S3 T）以二阶闭包的形式实现SSD，用于分析湍流相干流向不变分量与非相干FST分量相互作用产生的SSD模式。最不稳定的S3 T模式是不稳定的一个参数控制FST强度的临界值和有限振幅的辊/条纹结构产生从这个不稳定性通过在这个参数的分叉。虽然这种分歧只有在SSD的解析表达式，它是密切反映在两个动态相似的准线性系统，被称为限制非线性（RNL）系统，并在DNS。S3 T还预测了在湍流激发参数的较高值处的第二分叉。这第二个分叉导致过渡到湍流。从一个有限的振幅辊/条纹平衡的分叉提供了一个直接的路线，通过S3 T辊/条纹不稳定性的湍流状态。
On the origin of circular rolls in rotor-stator flow
本研究针对转子-定子流中环形涡起源不明的问题，通过体积强迫与边界强迫两种轴对称强迫分析，结合预解算子奇异值分解与数值模拟，揭示环形涡是系统对外强迫的高增益响应，高雷诺数下可区分线性与非线性响应，且强强迫下非线性响应对应泄漏吸引子。
The effect of roll number on the statistics of turbulent Taylor-Couette flow
为了研究湍流Taylor-Couette（TC）流动中Taylor滚的空间特征鲁棒性，在大计算区域内进行了一系列直接数值模拟。后者是两个同轴独立旋转圆柱体之间的流动，其半径分别为$r_i$和$r_o$。使用大的轴向纵横比$Γ= 7$ - $8$（具有$Γ= L/(r_o-r_i)$，$L$为域的轴向长度）和具有$Γ=14$的模拟，以便允许系统选择最不稳定的波数并可能发展多个状态。半径比取$η=r_i/r_o=0.909$，内缸雷诺数固定为$Re_i=3.4\cdot10^4$，外缸保持静止，导致摩擦雷诺数为$Re_τ\approx500$，但$Γ=14$模拟除外，其中$Re_i=1.5\cdot10^4$和$Re_τ\approx240$。大型轧辊被发现保持轴向销的所有模拟。根据不同的初始条件，稳定的解决方案与不同数量的辊$n_r$和辊波长$λ_z$被发现$Γ=7$。量化$λ_z$和$n_r$对统计学的影响。扭矩和平均流量的统计被认为是独立的$λ_z$和$n_r$，而速度波动和能量谱表现出一定的盒子大小的依赖性。最后，轴向速度谱被发现有一个非常尖锐的下降波长大于$λ_z$，而对于小波长，他们崩溃。
From convection rolls to finger convection in double-diffusive turbulence
双扩散对流（DDC）是流体密度依赖于两个标量分量的浮力驱动的流动，在许多自然和工程环境中普遍存在。最感兴趣的是定标器、传输速率和流结构。在这里，我们系统地研究了两个水平板之间的DDC流动，该流动由不稳定的盐度梯度驱动并由温度梯度稳定。反直觉地，当增加稳定温度梯度时，盐度通量首先增加，即使速度单调减小，在它最终分解为纯扩散值之前。增强的盐度运输追溯到过渡的整体流动模式，即从大规模的对流卷组织良好的垂直取向的盐手指。我们还表明，并解释，最初由Grossmann和Lohse开发的Rayleigh-Bénard对流的热对流的统一理论，可以直接应用于DDC流的控制参数（刘易斯数和密度比）的范围很广，包括那些覆盖的共同值相关的海洋流动。
Shallow water modeling of rolling pad instability in liquid metal batteries
分析了液态金属电池中磁流体动力学引起的界面不稳定性。这种电池由一个简化的系统表示，它是一个长方形的电池单元，其中强大的垂直电流流过三个水平层：底部的重金属层、顶部的轻金属层和中间的电解质层。本文推导了一个新的基于保守浅水近似的二维非线性模型，并用于数值研究。据发现，在电解质和金属之一之间的密度差小的情况下，不稳定性非常类似于先前在铝电解槽中观察到的滚动垫不稳定性。当两个电解质-金属密度差相当时，不稳定系统的动力学更加复杂，其特征在于两个近似对称或反对称的界面波之间的相互作用。
Fine Structures Roll up in the Flow of Film Boiling at High Density Ratios
本文通过高分辨率数值模拟研究高密度比膜态沸腾中由Rayleigh-Taylor和Kelvin-Helmholtz不稳定性驱动的界面卷起及小尺度涡脱落机制，揭示斜压项对涡生成和涡量尖锐变化的关键作用。
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。
The Self-Sustaining Process in Taylor-Couette Flow
本文重新讨论了从泰约涡流到波涡流的转变。Waleffe的Self-Sustaining Process（SSP）[Phys. Fluids 9，883-900（1997）]提出，在壁边界剪切流中向湍流转变的关键成分是一个三步过程，该过程涉及使流向速度平流的滚柱，从而导致条纹，该条纹对于波动扰动变得不稳定，该波动扰动与自身的非线性相互作用馈送滚柱。我们在Taylor-Couette流中研究了这一过程。泰勒涡流到波涡流的不稳定性（SSP的第二阶段的灵感的过程）被示出为由条纹引起，其中辊起到可忽略的作用，如Jones [J. Fluid Mech.157，135-162（1985）]所预测的和Martinand等人[Phys. Fluids 26，094102（2014）]所证明的。在SSP的第三阶段，波浪与自身的非线性相互作用加强了横摇。我们表明，这两个定量和定性，确定物理区域中，这种强化是最强的，也表明这种非线性相互作用耗尽条纹。
Exploring the origin of Turbulent Taylor rolls
自泰勒的开创性论文以来，大尺度准轴对称结构的存在一直是研究泰勒-库埃特流时感兴趣的问题。在这篇手稿中，我们探测它们的形成在高度湍流的制度进行了一系列的数值模拟，在一个固定的雷诺数$Re_s=3.6\times 10^4$，而不同的科里奥利参数，以分析流动特性的结构出现和消散。我们展示了科里奥利力如何引起边界层内的径向和方位角速度场之间的单向耦合，但在散装有一个双向耦合，导致竞争的影响。我们讨论了如何复杂的类比窄间隙泰勒-库埃特其他对流。然后我们将这些统计数据与没有无滑移边界层的类似剪切流进行比较，显示出这种双重耦合如何导致非常不同的效果。最后，我们反思了动荡的泰勒卷的可能起源。
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。
Transition to branching flows in optimal planar convection
我们研究了二维周期域中最佳传热的稳定流动。在不可压缩性和给定能量预算（即平均粘性功率耗散）的约束下，流动使热传递最大化。使用无约束优化方法，我们计算optima从30- 50随机初始化跨越几十年的Pe，能量预算参数。当Pe在10 $^{4.5}$和10 $^{4.75}$之间时，在壁附近出现U形分支的对流卷。它们超过了Pe在10 $^{5}$和10 $^{5.25}$之间的简单对流辊的最佳传热。在较大的Pe，多层分支发生在最优，并变得越来越细长和不对称。与简单对流滚转相比，分支流动具有较低的最大速度和较薄的边界层，但最大功率密度几乎相同。
Viscoelasticity-induced pulsatile motion of 2D roll cell in laminar wall-bounded shear flow
为了阐明弹性惯性湍流（EIT）的途径，必须了解粘弹性如何调节包括纵向涡在内的相干流结构。我们专注于一个旋转的平面Couette流，提供二维（2D）滚动细胞的稳定层流牛顿流体的情况下，我们研究了如何稳定的纵向涡调制的粘弹性在不同的Weissenberg数。粘弹性被发现诱导一个非定常的流动状态，其中的2D辊细胞结构是周期性地增强和阻尼以恒定的周期，保持在流向方向的均匀性。这种滚动单元的脉动运动是由粘弹性力对涡流发展的响应中的时间滞后引起的。脉动周期和时间滞后被认为是缩放的周转时间的细胞旋转，而不是由松弛时间，尽管粘弹性引起的不稳定。我们还讨论了反扭矩的滚动细胞和净能量平衡，考虑到它们的相关性，聚合物减阻和EIT。
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。
Waviness and self-sustained turbulence in plane Couette-Poiseuille flow
研究发现平面Couette-泊肃叶流中湍流波纹与涡旋存在二次函数关系，揭示了自激湍流形成的关键机制。
The effect of spanwise heterogeneous surfaces on mixed convection in turbulent channels
采用直接数值模拟的方法研究了非均匀壁面槽道流动中的湍流混合对流。浮力和剪切效应之间的相对重要性，其特征在于散装理查森数$Ri_b$，是不同的，以涵盖强制，混合和自然对流，这是与不同的大规模流动组织的流态。非均匀表面由流向对齐的脊，这是已知的诱导二次运动的情况下，强制对流。光滑壁混合对流条件下出现的大规模流向卷显着的非均匀表面的影响和它们的外观是相当大的减少密集的脊间距。人们发现，由于脊引起的额外阻力，这些卷的形成需要比光滑壁更大的浮力。因此，对于展向非均匀表面，从强制对流结构到滚转的转变向更大的$Ri_b$延迟。混合对流的流动组织的非均匀表面的影响是特别明显的辊到细胞的过渡范围内，其中脊有利于过渡到对流细胞在显着较低的$Ri_b$。此外，对流单体被观察到垂直于脊排列，脊间距减小。我们将这种重组归因于这样一个事实，即平行于脊的流动比穿过脊的流动经历更少的阻力，这在能量上更有益。此外，我们发现，流向辊表现出非常缓慢的动态$Ri_b=1$和$Ri_b=3.2$时，脊间距是在辊的宽度的顺序。在这些情况下，辊的上升和下降气流在整个通道中缓慢移动，而不是像在光滑壁情况下观察到的那样固定在空间中。
Leaf roll-up and aquaplaning in strong winds and floods
柔性植物、真菌和固着动物被认为在风和水中重新配置，以减少作用在它们身上的阻力。例如，在强风中，树叶卷起成圆锥形，与具有类似形状和灵活性的剪纸相比，可以减少颤振和阻力。在山洪暴发时，草本阔叶植物在水面上形成滑水板，减少阻力。一个简单的数学模型的柔性梁沉浸在一个二维流也将重新配置流。人们不太了解的是，三维流动中二维叶子的机械特性如何被动地允许卷起和滑水。在这项研究中，我们电影叶片卷起和滑水在树和藤叶在强风和水流。
The Surprising Transition in Atmospheric Boundary Layer Turbulence Structure from Neutral to Moderately Convective Stability States and Mechanisms Underlying Large-scale Rolls
白天大气边界层（ABL）湍流的矢量风结构强烈依赖于水平波动（由中尺度风驱动）的剪切驱动的湍流产生和垂直速度波动（由太阳能加热驱动）的浮力驱动的湍流产生之间的平衡，其特征在于全球不稳定状态参数$-z_i/L > 0$。在完全剪切驱动的中性限制$-z_i/L \rightarrow 0$，表面层是由负流向波动速度（低速条纹）的相干流向拉长浓度为主，而在适度对流状态（$z_i/L \sim 10$）浮力产生集中垂直速度波动的流向拉长热上升气流片。使用大涡模拟（LES），我们研究了中性和中度对流状态之间的转换，通过量化的相关性和积分尺度作为$-z_i/L$的功能，系统地增加地面热通量与固定的地转风。我们发现了一个令人惊讶的突然过渡ABL湍流结构在$-z_i/L \approx 0.40$与流向相干性的显着增强，特别是在混合层，和ABL动态响应的突然变化，进一步增加表面加热。在超临界ABL中，表面热通量的持续增加导致最大相干态，（$z_i/L \sim 1.0-1.5$）与螺旋形大尺度滚动结构和异常相干的热上升气流有关，这一过程由两个关键的动力学效应驱动：（a）流向速度波动和剪切驱动的低速条纹的流向相干性令人惊讶地持续增加，以及（b）增加了下表面层中的相干低速条纹与上混合层中的相干热上升气流之间的空间相关性。
Controlling secondary flows in Taylor-Couette flow using spanwise superhydrophobic surfaces
本研究通过实验与数值模拟，利用展向超疏水表面处理削弱Taylor-Couette流中的Taylor涡二次流，并给出了所需最小疏水性及控制有效性的分析。
Transition from steady to oscillating convection rolls in Rayleigh-Bénard convection under the influence of a horizontal magnetic field
在这项研究中，我们考虑了水平磁场对长方体容器（200 \times 200 \times 40 mm ^3）中有限液态金属层中瑞利-贝纳德对流的影响。在实验室条件下测量了GaInSn合金在普朗特数Pr = 0.03和瑞利数范围2.3 \times 10^4 < Ra < 2.6 \times 10^5时的温度场和流场。场强变化最大值为320 mT（Ha = 2470，Q = 6.11 \times 10^6）。磁场迫使流体形成平行于场线方向的二维卷。实验证实了Busse和Clever（J. Mécanique Théorique et Escherquée，1983）的预测，他们表明水平磁场的应用将稳定的二维滚动结构（Busse气球）存在的范围向更高的Ra数扩展。当Ra超过一个临界值时，从定常流到随时间变化的振荡流的转变发生在给定的拉塞卡数Q下，这也相当于Q/Ra比的减小。我们的测量结果表明，第一次开发的振荡显然是二维的性质，特别是相互增加和减少相邻的对流辊的大小观察没有形成任何可检测的梯度沿磁场方向的速度场。在Q/Ra = 1的比率下，出现第一3D结构，其最初表现为辊相对于磁场方向的轻微倾斜。在此过程中，在相邻的对流辊之间的空间中也立即产生扰动，这些扰动由于由埃克曼泵送驱动的二次流而沿着辊平流。过渡到充分发展的三维结构，然后到湍流区发生进一步降低Q/Ra。
On stability of rolls near the onset of convection in a layer with stress-free boundaries
我们考虑一个经典问题的线性稳定性的对流卷在一个平面层与无应力的水平边界附近的对流开始。这个问题已经研究了一些作者，谁已经表明，滚动波数$k$是不稳定的关于不同类型的扰动，如果一些不等式有关$k$和瑞利数$R$是满意的。扰动涉及大尺度模式。在现有的不稳定性证明中，总是假定模式的波数与过临界性之间存在一定的渐近依赖关系。我们按照Podvigina（2008）的方法分析稳定性，而不对表征问题的小参数之间的渐近关系进行先验假设。还考虑了滚动对短尺度模式的不稳定性。因此，我们的空间周期性扰动的稳定性分析结果是详尽的，他们可以确定在$(k,R)$平面，对流卷是稳定的发病附近的地区。将解析结果与确定轧辊稳定性的特征值问题的数值解进行了比较。
Flow-Induced Phase Separation for Active Brownian Particles in Four-Roll-Mill Flow
研究四辊磨流中活性布朗粒子的集体动力学，发现流诱导相分离现象，揭示粒子在高密度下出现的暂态捕获和流引导聚集体现，提供对活动、拥挤与流耦合的新见解。
Two-dimensional structure functions to characterize convective rolls in the marine atmospheric boundary layer from Sentinel-1 SAR images
我们研究的海洋合成孔径雷达图像的海洋大气边界层对流卷的形状。我们提出了一个多尺度分析与结构功能，允许一个简单的概括分析高阶统计量，以便精细地描述辊的形状。两个主要结果是：2）高阶统计量可以用偏度和平坦度来研究，偏度和平坦度分别表征轧辊的非对称性和不对称性。据我们所知，这是第一次从海洋表面的雷达图像中显示出滚动的不对称性和不对称性。
Flow reversals in thermally driven turbulence
我们通过粒子图像测速流动可视化和直接数值模拟（DNS）的基本Boussinesq方程在一个（准）二维，矩形几何的纵横比为1的瑞利-Bénard对流的大尺度流动的逆转进行分析。对于中等普朗特数有一个对角大规模的对流辊和两个较小的二次辊在两个剩余的角落对角相对。这些角流卷对于大规模的风向逆转起着至关重要的作用：由于羽流从边界层分离，角流卷的动能增加，因此尺寸也增加，直到它们接管主要的大规模对角流，从而导致逆转。基于这种机制，我们确定了一个典型的时间尺度的逆转。我们绘制了瑞利数与普朗特数相空间，发现反转的发生非常敏感地依赖于这些参数。
Convection rolls and three-dimensional particle dynamics in merging solute streams
该研究通过实验、模拟与理论揭示了合并溶质流中边界扩散渗透驱动的对流涡卷会显著改变近壁粒子聚焦与三维迁移行为，并强调需采用依赖溶质浓度的迁移率模型以准确描述粒子动力学。
Instability of small-amplitude convective flows in a rotating layer with stress-free boundaries
我们认为稳定的对流在一个水平层的无应力边界，加热下面和旋转的垂直轴，在Boussinesq近似（瑞利-贝纳德对流）的稳定性。所考虑的流动是对流卷或正方形单元，后者渐近等于相同波数k的两个正交卷的和。我们假设瑞利数R接近于临界值R_c（k），即该波数的对流开始时的值：R=R_c（k）+ ε ^2;对流的振幅为λ的量级。我们表明，流动总是不稳定的扰动，这是一个大规模的模式，不涉及小尺度的总和，和两个大规模的模式，调制由原来的轧辊旋转相等的小角度在相反的方向。不稳定性的最大增长率为max（k ^{8/5}，（k-k_c）^2）的数量级，其中k_c是对流开始的临界波数。
Tristable flow states and reversal of the large-scale circulation in two-dimensional circular convection cells
本文用数值方法研究了二维圆形Rayleigh-Bénard环流中大尺度环流的流动状态和环流逆转。在瑞利数（$Ra$）范围$10^{7} \le Ra \le 10^{8}$和普朗特数（$Pr$）范围$2.0 \le Pr \le 20.0$内进行了长时间直接数值模拟。我们发现，一个新的，长寿命的，混沌的流动状态存在，除了通常观察到的循环状态（LSC在顺时针和逆时针方向）。环流状态由一个位于中间的主卷和两个靠近上下圆壁的副卷组成。随着$Ra$的增加，主卷变得更强、更大，而两个次卷减小。研究结果表明，LSC的反转伴随着次级辊的生长，破坏初级辊，然后连接形成一个新的初级辊与反向。在$Ra$ - $Pr$空间中绘制了LSC存在和反转的相图，揭示了当$Ra$大而$Pr$小时，流动处于环流状态. LSC的逆转只能在有限的$Pr$范围内发生。相图可以理解为热扩散和粘性扩散之间的竞争。我们还发现，内部流动状态表现为整体的属性，如努塞尔数和雷诺数。
Effects of sidewalls and leading-edge blowing on flows over long rectangular cavities
本文采用大涡模拟（LES）方法研究了侧壁效应对三维可压缩流动特性的影响，研究了长径比为$L/D=6$和$W/D=2$的矩形空腔在$Re_D=10^4$时的流动特性。对于展向周期性空腔流动，由于展向涡卷起和流动冲击，在剪切层和空腔后壁上存在较大的压力波动。对于带侧壁的有限跨空腔，由于侧壁对涡卷的干扰，压力波动减小。通过将马赫数从0.6增加到1.4，也减少了流动振荡。此外，空腔内的二次流增强了沿展向的动能输送。此外，三维缝射流沿空腔前缘放置，以减少流动振荡的目的。对于$M_\infty=0.6$和$1.4$的情况，分别用动量系数$C_μ=0.0584$和$0.0194$考虑定常吹入边界层。由射流引入的三维流动抑制了剪切层中展向涡的大的相干卷起，对于展向周期性和有限跨度空腔，均产生均方根压力和均方根速度的$9-40\%$减小。
Upstream Shear Layer Stabilisation via Self-Oscillating Trailing Edge Flaplets
本文采用高速时间分辨粒子图像测速技术（HSTR-PIV）和襟翼尖端运动跟踪技术，研究了雷诺数为100，000 ~ 150，000时，带有柔性襟翼的对称翼型（NACA 0012）的绕流。在迎角为0 $^\text{o}$和10 $^\text{o}$时，特别注意了上游对沿机翼吸力面边界层发展的影响。对于没有襟翼的普通翼型，在基本不稳定模态（线性状态）中，当剪切层卷起时，翼型后半部分的边界层显示出滚柱的形成。适当的正交分解（POD）分析表明，非线性模式也存在，最主要的是连续辊的配对。当附加的flaplet，它示出的flaplet的流动引起的振荡能够创建一个锁定的效果，稳定的线性状态的剪切层，同时延迟或阻尼非线性模式的增长。据推测，修改后的后缘是有益的，以减少阻力，并可以减少在较低的频带中的航空声学噪声的产生，所示的初步声学调查。
Channel confinement mollifies roll wave instabilities
本研究通过截面平均稳定性分析及实验，发现凸形通道约束可抑制重力流滚动波不稳定性，并可用无量纲参数预测，对自然河道观测有启示。
Flow states and heat transport in Rayleigh--Bénard convection with different sidewall boundary conditions
本文通过对Rayleigh数$Ra$ ~ $4\times10^{10}$和Prandtl数$Pr=0.1,1$和$10$的直接数值模拟和稳态分析，研究了不同热侧壁边界条件对二维和三维Rayleigh-Bénard对流（RBC）中流态形成和热输运的影响。我们发现，在导电侧壁施加的线性温度分布导致过早崩溃的单辊状态，而保持在恒定温度的侧壁增强其稳定性。崩溃是由角辊的加速增长所引起的，角辊具有两个不同的增长率制度，分别由小或大$Ra$的扩散或对流决定。在单卷态的坍缩之上，我们发现二维RBC中出现了双卷态，三维圆柱RBC中出现了双环面态。这些状态在具有导电侧壁的RBC中最为突出。不同的状态反映在全球的热传输，使不同的热条件在侧壁导致显着差异的努塞尔数为小到中等$Ra$。然而，对于较大的$Ra$，不同侧壁的热传输和流动动力学变得越来越相似，并且对于$Ra>10^9$几乎无法区分。这表明，在RBC实验中的不完全绝缘侧壁的影响是微不足道的非常高的$Ra$ -提供的平均侧壁温度是受控的。
Analysis of the water flow inside tire grooves of a rolling car using r-PIV
为了更好地了解滑水现象，在一辆驶过水坑的真实汽车的轮胎槽内进行了水流的局部速度测量。速度场是通过结合折射粒子图像测速（r-PIV）照明，播种荧光粒子和经典的2D 2C或2D 3C立体记录安排。使用荧光对比技术，通过单独的可视化来突出显示凹槽内存在的一些气泡柱，从而证明两相流特性。一个简单的预测模型，提出了支持r-PIV分析。它提供了有用的信息，以调整聚焦距离，并了解气泡柱的存在对记录的r-PIV图像的影响，特别是对于位于凹槽上部的种子颗粒，因为荧光被气泡衰减。此外，模型提供的预测与测量结果一致。沟槽内的速度场进行了分析，使用合奏平均进行了一组独立的快照，记录相同的操作参数。几个独立的运行在一个凹槽中测量的纵向速度分布的可变性是由不同的机制，如荧光播种颗粒在凹槽的各种高度的随机位置，纵向和横向凹槽之间的流体动力学相互作用，和随机位置的横向凹槽从一个运行到另一个解释。采用立体排列法，得到了纵向沟槽横截面上的三个速度分量。它们与文献中也假定的一些纵向涡的存在是相容的。
Instabilities of longitudinal vortex rolls in katabatic Prandtl slope flows
本研究针对下坡Prandtl斜坡流中的纵向涡旋，发现其与上坡流涡旋拓扑相似，揭示了坡度角对基频/次谐波次级不稳定性的调控作用，明确了不同坡度下的涡旋演化机制与转捩路径。
Flow organization in non-Oberbeck-Boussinesq Rayleigh-Benard convection in water
数值分析了非Oberbeck-Boussinesq效应对二维Rayleigh-Benard湍流流动组织的影响。工作流体是水。我们专注于温度分布，中心温度，努塞尔数，并对速度场的分析。几个速度幅值（或雷诺数）和几个动力学剖面的介绍和研究，这些一起描述了相当复杂的流动组织的各种功能。结果显示，对于顶板和底板之间的固定温差（Delta），其为瑞利数Ra的函数（Ra最大为10^8）;对于固定Ra，Delta最大为60 K，其为Delta的函数（“非奥伯贝克-布辛内斯”）。所有结果与中心温度Tc和努塞尔数比Nu_{NOB} / Nu_{OB}（标记OB意味着Oberbeck-Boussinesq条件有效）的可用实验NOB数据一致。超过Ra ~ 10^6时，流动由一个大的对角中心对流卷和上下角的两个较小的卷组成。在NOB的情况下，中心对流辊的特征仍然是只有一个速度标度。
Transient flows and reorientations of large-scale convection in a cubic cell
采用瑞利数$\Ray=10^8$和普朗特数$\Pran=0.7$的大涡模拟方法，研究了立方格子中湍流大尺度对流环流的瞬态过程。这是第一次，我们已经明确表明，LSC是伴随着大规模的方位角流动与非零的总角动量。它还表明，整个流体的固体旋转是没有实现的。结果表明，在LSC的准周期振荡期间，LSC平面的旋转与平均方位角运动之间的相关性较高，而在LSC重定向期间相关性相对较弱。我们提出了一个新的合理的情况下，在一个立方体的LSC的重新取向，不涉及平均方位流。而不是一个单一的辊，我们引入了一对大规模的正交准二维（Q2D）辊的叠加和LSC的重新取向发生作为一个Q2D辊的停止的结果。这种情况与所有已知的实验和数值数据是一致的。
Reinforcement-learning-assisted control of four-roll mills: geometric symmetry and inertial effect
本文利用四辊磨的几何对称性提升深度强化学习训练效率，在中等惯性效应的非线性条件下实现了对被偏移液滴的稳健居中控制，并指出了处理惯性延迟效应的未来方向。
A self-sustaining process theory for uniform momentum zones and internal shear layers in high Reynolds number shear flows
本研究针对壁面剪切流中粘性精确相干态无法解释惯性区均匀动量区与内剪切层特性的问题，通过大雷诺数渐近分析提出新自维持过程理论，揭示剪切层不稳定性维持无粘流向滚转并形成相关结构的机理。
Multiple states in turbulent large-aspect ratio thermal convection: What determines the number of convection rolls?
最近的研究结果表明，壁边界湍流可以采取不同的统计稳定的湍流状态，不同的传输特性，即使是非常相同的值的控制参数。系统的状态取决于初始条件。本文以无滑移平板和水平周期性边界条件为模型系统，分析了大纵横比（$Γ$）二维湍流Rayleigh-Bénard流中的多态性。我们确定对流卷的数量$n$，它们的平均纵横比$Γ_r = Γ/n$，以及相应的流动传输特性（即，Nusselt数$Nu$），作为控制参数Rayleigh（$Ra$）和Prandtl数的函数。发现$Nu \sim Ra^β$中的有效标度指数$β$依赖于实现的状态，从而依赖于$Γ_r$，对于较小的$Γ_r$具有较大的值。利用推广的Friedrichs不等式，我们证明了椭圆不稳定性和粘性阻尼决定了可实现湍流态的$Γ_r$窗口。理论结果与我们的数值计算结果$2/3 \le Γ_r \le 4/3$非常吻合，其中较低的阈值接近较大的$Ra$。最后，我们表明，框架$Γ_r$的理论方法也适用于自由滑移边界条件。
Nonlinear periodic and solitary rolling waves in falling two-layer viscous liquid films
本文研究了雷诺数为非零时两层液膜中的二维非线性周期性孤立滚动波。在任何流速下，下降的两层液膜已知相对于液-气表面和液-液界面的长波变形是线性不稳定的。两种不同类型的零振幅中性稳定波传播下游没有增长或收缩：锯齿形的表面模式和变薄的静脉曲张界面模式。利用边界层简化的纳维-斯托克斯方程，我们研究了非线性周期行波的起始、可能的分叉和相互作用。周期波是从小振幅中性稳定波出发，在同向运动参考系中作为定常周期解延拓得到的。我们发现了各种孤立波出现时，一个周期性的解决方案接近同宿环。波的相互作用进行了研究，使用直接数值模拟的边界层模型。我们发现，在时间演化的早期阶段，粗化主要是由非弹性碰撞和合并的波，以不同的速度旅行。最终，当波达到最大允许振幅时，粗化被阻止。分叉分析证实了可能的孤立波振幅的上限的存在，从而解释逮捕粗化。在混合制度中，当两种模式类型是不稳定的，时间动态变得非常不规则，由于一个更快的旅行之字形模式和一个更慢的旅行静脉曲张模式之间的竞争。发现了典型的两层动力机制，对应于破裂的第二层。在这个R
Optimal body force for heat transfer in turbulent vertical heated pipe flow
本文通过变分方法研究竖直加热管流中幅值受限的最优体积力，发现最优滚涡构型依赖于流态，且强强迫下时间依赖性会降低传热，揭示稳态优化可能高估强化效果。
Aspect ratio dependence of heat transfer and large-scale flow in turbulent convection
利用三维直接数值模拟方法研究了湍流Rayleigh-Bénard对流中大尺度环流（LSC）的热输运及其变化与封闭圆柱体长宽比$Γ$和Rayleigh数$Ra$的关系。对于小的和中等的长宽比，全局传热规律$Nu=A\times Ra^β$显示出拟合系数$A$和$β$对长宽比的幂律依赖性。最小努塞尔数与LSC经历从单辊图案到双辊图案的过渡的点一致。随着展弦比的增加，我们检测到复杂的多辊LSC配置。小型和中型$Γ$的湍流传热的纵横比依赖性与LSC中包含的能量的变化量一致，如通过适当的正交分解分析量化的。对于$Γ\gtrsim 8$，热传递变得与纵横比无关。
Stability of convective rolls in a horizontal layer rotating about an inclined axis
该研究分析了倾斜轴旋转水平层中Boussinesq对流的滚柱稳定性，证明临界瑞利数与水平旋转分量无关，且数值模拟显示增大水平旋转分量可增强滚柱在非线性区的稳定性。
Chaotic traveling rolls in Rayleigh-Bénard convection
在本文中，我们研究二维（2D）Rayleigh-Bénard对流直接数值模拟在Boussinesq流体普朗特数$P = 6.8$限制在导热板之间。我们通过模拟表明，在一个小范围内的约化瑞利数$r$（$770 < r < 890$）的二维轧辊在垂直于轧辊轴的方向混沌运动。卷的横向移动可能会导致对流运动的全球流动逆转。在速度场上分别采用{ \it自由滑移}和{ \it无滑移}边界条件进行模拟，观察到了混沌滚动现象。我们表明，滚动和流动逆转是由于临界模式的实部和虚部之间的相互作用。
Diffusion maps embedding and transition matrix analysis of the large-scale flow structure in turbulent Rayleigh--Bénard convection
利用扩散映射嵌入和转移矩阵分析，我们调查稀疏的温度测量时间序列数据的Rayleigh-Bénard对流实验中的圆柱形容器的纵横比$Γ=D/L=0.5$之间的直径（$D$）和高度（$L$）。我们考虑圆柱静止和绕其圆柱轴转动的两种情况。我们发现，在不同的时间点内的容器内的大尺度环流（LSC）和其方向的相对振幅相关联的突出的几何特征，在嵌入空间跨越两个占主导地位的扩散映射特征向量。从这个二维嵌入，我们可以测量方位角漂移和扩散率，以及相干时间的LSC。此外，我们可以从数据中清楚地区分单辊状态（SRS），当一个单辊延伸通过整个细胞，从双辊状态（DRS），当两个反向旋转的辊在彼此的顶部。基于此嵌入，我们还建立了一个过渡矩阵（离散转移算子），其特征向量和特征值揭示了典型的时间尺度的SRS和DRS的稳定性，以及为圆筒内的流动结构的方位角漂移速度。因此，非线性降维和动力系统工具的组合，使深入了解湍流，而不依赖于模型假设。
Spatio-temporal Patterns in Inclined Layer Convection
本文报道了最近在中等普朗特数的倾斜层对流中，当倾斜角$γ$和瑞利数$R$变化时所观察到的丰富多样的时空模式的理论分析。本文采用标准的Oberbeck-Boussinesq方程对倾斜层对流系统进行数值研究。所示的图案起源于一个复杂的竞争浮力驱动和剪切流驱动的图案形成机制。前者表示为\rm{longitudinal}对流辊，其轴线平行于斜面，后者表示为垂直的\rm{transverse}辊。随着传统的方法来研究滚动模式及其稳定性，我们采用直接的数值模拟在大的空间域，与实验的。因此，我们确定的相图的特征复杂的三维对流模式以上的对流在$γ-R$平面的发病，并发现它比较非常好的实验。特别是，我们证明了特定的傅立叶模式的相互作用，其特征在于在层平面中的波矢量的共振相互作用，是理解图案形态的关键。
Rossby waves and $α$-effect
在快速旋转的球壳中，在热对流不稳定性开始时，在方位方向上漂移的罗斯贝波是一个共同的特征。它们也可能是由Stewartson剪切层的不稳定性引起的，该剪切层是由法国格勒诺布尔的液体钠实验（英语：Liquid Na experiment）中的差分旋转产生的。解释为什么罗斯贝波可以参与发电机过程的一种常用方法可以追溯到Busse（1975）。在他的图片中，流动几何形状是与旋转轴对齐的平行辊的圆柱形阵列。轴向流分量（平行于旋转轴线的分量）在每个辊的中间最大，并且从一个辊到下一个辊改变其符号。它是由含流体壳体边界处的埃克曼抽吸产生的。相应的发电机机制可以解释在一个$α$ -张量与非零系数的对角线。在快速旋转的物体，如地球的核心（或在一个快速旋转的实验），罗斯贝波发生在小埃克曼数（$\approx 10^{-15}$）的限制。在这种情况下，轴向流分量的主要来源不是埃克曼抽吸，而是由于流体容纳壳体的球形形状而产生的"几何斜率效应“。这意味着轴向流分量（ii）在辊的边界处而不是在中心处最大。如果假设是静止的，这样的滚动将导致$α$ -张量的对角线上的系数为零，使得发电机的效率可能更低（如果可能的话）。实际上，轧辊漂移作为一个波，我们表明，这种漂移意味着非零系数的对角线上的$α$张量。这些新系数本质上与情形（i）中得到的系数有很大不同，不能用Busse（1975）的启发式描述来解释。
Numerical investigation of the vortex roll-up from a helicopter blade-tip using a novel fixed-wing adaptation method
这一贡献涉及到在悬停飞行条件下的直升机旋翼桨叶的尖端周围的流动的模拟。在这里，我们提出了一种新的框架适应的方法，使用全面的转子代码和高保真的数值模拟。我们构造了一个等效的固定翼配置从旋转叶片，其中离心力和科里奥利力被忽略。这种近似的解决方案的效果进行了分析。通过与文献中有关气动特性和叶尖涡卷起的风洞数据的详细比较，验证了该方法的有效性。该验证还包括俯仰角和转速的变化，直至跨音速叶尖速度。与以前发表的框架自适应方法相比，新的混合方法被发现更准确地再现旋转叶片尖端周围的流动。
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