The Large Scale Organization of Turbulent Channels
我们已经研究了在高雷诺数壁流的对数层和外层中发展的大湍流结构的组织和动力学。这些结构具有与流动厚度相当的尺寸并且包含大部分湍流动能。它们产生相当大一部分的表面摩擦，并在湍流输送中发挥关键作用。尽管它们很重要，但关于远离壁的大型结构的信息比关于近壁区域的小型结构的信息少得多。其主要原因是大量的测量记录和高雷诺数的实验分析的联合要求。由于缺乏与背景小尺度湍流相互作用的成功模型，其理论分析受到阻碍。
2013-09-09 physics.flu-dyn
The role of sign indefinite invariants in shaping turbulent cascades
本文提出非规范变量选择以推导非各向同性系统能量密度动力学方程，利用第二二次不变量简化方程并导出额外守恒律，解析确定径向湍流谱标度，揭示内重力波在现实场景中的逆能量级联。
2023-11-26 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Transient almost-invariant sets reveal convective heat transfer patterns in plane-layer Rayleigh-Bénard convection
本文利用膨胀生成元框架识别三维湍流瑞利-贝纳德对流中的瞬态几乎不变集，提取对传热贡献最小的特征模式，验证了该数据驱动方法的有效性。
2025-10-07 math.DS physics.flu-dyn
Invariant Solution underlying Oblique Stripe Patterns in Plane Couette Flow
当亚临界剪切流转变为湍流时，层流和湍流常常在空间中共存，从而产生顺-层流流型。最突出的是具有大规模周期性和倾斜方向的规则条纹图案。斜条纹是一种强有力的现象，在实验和流动模拟中观察到，但它们的起源仍不清楚。我们证明了完全非线性三维纳维-斯托克斯方程的不变平衡解的存在性，它类似于平面Couette流中的斜向层流条纹。我们揭示了条纹平衡的起源，并展示了它是如何从研究的Nagata平衡通过两个连续的分叉。
2018-09-08 physics.flu-dyn
Stabilizing two-dimensional turbulent Kolmogorov flow via selective modification of inviscid invariants
本文通过选择性修改能量和拟涡能的时间变化率，自主引入附加驱动，将受恒定外力驱动的二维湍流 Kolmogorov 流稳定为非平凡稳态，并有效抑制反向能量级串，所得稳态接近原系统的不变解。
2023-12-04 physics.flu-dyn
Scaling laws of turbulent dynamos
我们考虑均匀各向同性和宇称不变的湍流产生的磁场。我们表明，简单的比例关系的发电机阈值，磁能和欧姆耗散可以得到依赖于磁普朗特数的值。
2007-01-29 physics.flu-dyn
Unstable Equilibria and Invariant Manifolds in Quasi-Two-Dimensional Kolmogorov-like Flow
最近的研究表明，纳维-斯托克斯方程的不稳定的，非混沌的解决方案，可能会提供深入了解流体湍流。在这篇文章中，我们提出了一个相结合的实验和数值研究，探索不稳定的平衡解决方案及其不变的流形在弱湍流，电磁驱动，浅流体层的动力学作用。识别湍流演变减慢的时刻，我们计算31个不稳定平衡的一个现实的二维模型的流量。我们建立了这些不稳定平衡的动力学相关性表明，他们是密切访问的湍流。我们还建立了动力学相关的不稳定流形，通过验证，他们的阴影湍流轨迹离开的不稳定平衡在状态空间中的大距离的邻域。
2018-07-31 nlin.CD physics.flu-dyn
towards a robust detection of viscous and turbulent flow regions using unsupervised machine learning
我们提出了一个不变的特征空间，用于检测粘性主导和湍流区域（即，边界层和尾流）。所开发的方法使用的主要不变量的应变和旋转速率张量作为输入到一个无监督的机器学习高斯混合模型。所选择的特征空间与用于生成处理数据的坐标系无关，因为它依赖于应变和旋转速率的主要不变量，这些不变量是伽利略不变量。这种方法使我们能够识别两个不同的流动区域：粘性为主的旋转区域（边界层和尾流区域）和无粘性的非旋转区域（外流区域）。在$Re=40$和$Re=3900$上，我们在层流和湍流（使用大涡模拟）情况下对流过圆柱的流动进行了测试。模拟已进行了使用高阶节点间断伽辽金谱元法（DGSEM）。结果表明，高斯混合聚类方法是一种有效的粘性主导区和旋转区的识别方法。我们还包括与传统传感器的比较表明，所提出的聚类不依赖于一个任意的阈值的选择，需要使用传统的传感器时。
2022-07-06 physics.flu-dyn
On distributions of velocity random fields in turbulent flows
本文推导了湍流速度场单次单点概率密度函数的偏微分方程。PDF偏微分方程是一个高度非线性的抛物输运方程，它依赖于两个具有重要物理意义的条件统计数值。PDF偏微分方程是经典雷诺平均流方程的一般形式，是PDF输运方程的精确形式。PDF偏微分方程为湍流建模提供了一种新的方法。构造了一个显式的算例，虽然这个算例看起来是人为的，但它演示了基于新的PDF偏微分方程的PDF方法。
2021-07-07 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Exploring regular and turbulent flow states in active nematic channel flow via Exact Coherent Structures and their invariant manifolds
本研究利用精确相干结构（ECS）框架统一研究二维活性向列相槽道流的稳态，拓展了预湍流区研究范围，发现弱湍流下200余个共存的不稳定ECS及对称性作用，证实预湍流区轨迹的ECS阴影运动并暗示湍流区的准周期ECS阴影现象。
2023-05-01 cond-mat.soft nlin.CD nlin.PS
Information Content of Turbulence
我们把湍流速度场当作一种信息，就像对待一本书或一幅画一样。所有消息都可以用每个符号的熵$h$来描述，如香农通信理论中所定义的。在湍流中，随着雷诺数$Re$增加，更多的相关自由度被激发并参与湍流叶栅。湍流肥皂膜中的实验表明，空间熵密度$h$是$Re$的递减函数，即$h \propto -\log Re$ +常数。在Logistic映射中，也在这里分析，增加控制参数$r$增加$h$。一个修改后的Logistic映射与过去的迭代有额外的耦合，表明相关性的重要性。
2013-07-03 nlin.CD physics.flu-dyn
Melt-Blowing of Viscoelastic Jets in Turbulent Airflows: Stochastic Modeling and Simulation
在熔喷工艺中，通过将聚合物射流挤出到定向的湍流高速气流中来生产微米纤维和纳米纤维。到目前为止，剧烈射流变薄的物理机制尚未完全理解，因为在现有文献中，数值计算/预测的纤维厚度与实验测量的纤维厚度相差几个数量级。最近的工作表明，这种差异可能是由于在模拟中忽略了湍流空气动力学波动。在本文中，我们证实了这一建议的数字。由于过程的复杂性，直接的多尺度多相问题的数值模拟是不可能的。因此，我们开发了一个数值框架，用于在湍流空气中生长纤维，使工业装置的模拟变得可行。为了这个目的，我们采用的纤维的渐近粘弹性模型。湍流效应由随机气动力模型考虑，其中，根据气流的$k$ - $ε$湍流描述重建基础速度波动。我们的数值计算结果表明，射流变细的湍流的意义，并给出纤维直径的现实数量级。
2019-03-06 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of the very large anisotropic scales in a turbulent channel
在过去的几十年里，小尺度湍流壁流的知识经历了一个显着的进步，特别是在近壁区域，最高的湍流能量和最大的湍流强度发生的生产。计算机的发展在这一过程中发挥了重要作用，使直接数值模拟变得负担得起（Kim，Moin & Moser，1987），并提供了比大多数实验室实验更广泛的观测可能性。大尺度受到的关注较少，直到最近，它们的重要性和实际大小才得到广泛的认识，这在一定程度上要归功于Hites（1997）和Kim & Adrian（1999）的实验，以及Jimenez（1998）对实验和数值数据的汇编。一个非常大的盒子和一个高雷诺数的要求，使直接数值模拟的VLAS不可接近，直到今天。本报告的目的是作为一个新编制的数值数据库中的大尺度的特点，在中等雷诺数的槽道湍流的初步描述。
2013-09-09 physics.flu-dyn
Droplet Bag Formation in Turbulent Airflows
本文通过数值模拟研究了湍流气流中液滴演化为袋状结构的过程，发现湍流提高了液滴扁平化时的阻力系数并导致后期倾斜和褶皱加剧，同时探讨了湍流间歇性及液气黏度比的影响。
2025-01-28 physics.flu-dyn
Data-driven nonlinear turbulent flow scaling with Buckingham Pi variables
本文提出基于 Buckingham Pi 的稀疏非线性标度方法，利用速度梯度张量不变量识别跨 Reynolds 数的尺度不变涡结构，并用于评估湍流机器学习模型的插值与外推性能。
2024-03-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Multiscale analysis of the topological invariants in the logarithmic region of turbulent channels at $Re_τ=932$
本文研究了不可压槽道湍流对数层中速度梯度张量$R$和$Q$的不变量及其拟能和应变分量。在三个空间方向上对速度进行滤波，并在不同尺度上对结果进行分析。我们发现，$R$ - $Q$平面不捕获的变化所经历的流量作为过滤器宽度的增加，拟能/拟能生产和应变/应变生产平面代表更好的选择。我们还表明，有条件的平均轨迹可能会显着不同的瞬时行为的流量，因为它们是一个平均过程的结果，其中的平均值是3-5倍小于相应的标准差。在$R$ - $Q$平面的轨道周期被证明是独立的事件的强度，和相同的数量级的拟能/拟能生产和应变/应变生产平面。我们的最终目标是测试是否流动的动态是自相似的惯性范围内，答案是否定的。平均剪切被认为是负责的情况下的自相似性和逐步控制的动态观察到的漩涡作为过滤器宽度的增加。然而，自相似的行为出现时，重复计算的波动速度梯度张量。最后，通过计算给定尺度下的涡量与不同尺度下的应变的对齐来考虑涡拉伸方面的湍流叶栅。这些结果一般支持不可忽略的作用的现象学能量级联模型制定的涡拉伸。
2017-09-04 physics.flu-dyn
Data-driven approach for modeling Reynolds stress tensor with invariance preservation
本文提出保持伽利略不变性的数据驱动湍流建模方法，利用FCNN和TBNN学习平均应变率、旋转率及湍动能梯度不变量到雷诺应力各向异性张量的映射，在方形管道和周期性流动中取得优于传统RANS的预测精度。
2023-10-23 physics.flu-dyn
Identifying invariant solutions of wall-bounded three-dimensional shear flows using robust adjoint-based variational techniques
针对壁面约束三维剪切流不变解计算难的问题，提出结合影响矩阵法与动态模态分解加速的伴随无矩阵变分方法，相比Newton迭代收敛半径更大，可从较差初猜收敛得到平面Couette流的多个平衡解。
2023-10-10 math.DS physics.flu-dyn
Manifold-Adapted Sparse RBF-SINDy: Unbiased Library Construction and Unsupervised Discovery of Dynamical States in Turbulent Wall Flows
School of Science and Technology, Department of Engineering, City St George’s, University of London（伦敦城市圣乔治大学科学与工程学部工程学院）
通过无偏库构建和无监督发现，研究在湍流壁流中识别动态状态骨架，提升对流动结构的建模能力。
2026-03-09 physics.flu-dyn
A mass invariant in a compressible turbulent medium
Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université de Lyon（里昂高等师范学校，里昂大学）；University of Exeter（埃克塞特大学）；CEA-DAM-DIF（法国原子能和替代能源委员会达姆研究所）
本文通过数值模拟验证可压缩湍流中质量不变量 $M_{\rm inv}$ 在衰减阶段的恒定性，并提出无自由参数的理论模型，将相关长度及对数密度概率分布函数的非高斯演化与其方差联系起来。
2026-10-20 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Revealing the state space of turbulence using machine learning
尽管湍流的表面复杂性，确定一个更简单的描述的基础动力系统仍然是一个根本的挑战。正如霍普夫在1948年所设想的那样，利用某种有效的表示法来捕捉湍流如何在相空间中的不稳定状态（简单不变解）之间蜿蜒流动，这是实现这一目标的最好希望，尽管识别这些状态存在固有的困难。在这里，我们通过证明深度卷积自动编码器可以识别与表征湍流吸引子的简单不变解密切相关的二维湍流的低维表示，向这一目标迈出了重要的一步。为了建立这一点，我们开发了潜傅立叶分析，将流嵌入分解成一组正交的潜傅立叶模式，这些模式解码成类似于简单不变解的物理上有意义的模式。通过分析$Re=40$的湍流Kolmogorov流（在大尺度下被迫在2D环面上流动），突出了这种方法的实用性，其中，在间歇性突发之间，流动驻留在不稳定状态的附近，并且是非常低维的。到个人的潜在傅立叶波数的投影揭示了简单的不变的解决方案，组织静态和爆裂的动态系统的方式无法访问以前的方法。
2020-09-17 physics.flu-dyn
Parameter Influence on Porous Bleed Performance for Supersonic Turbulent Flows
通过三维RANS模拟系统研究了板长、孔径、孔隙率、厚度-直径比和交错角对超声速湍流多孔抽吸性能的影响，发现孔径是关键参数，孔隙率和交错角次之，厚度-直径比和板长主要影响抽吸效率。
2023-04-13 physics.flu-dyn
Complexity of the laminar-turbulent boundary in pipe flow
在过去的十年中，混沌的边缘已被证明是一个富有成效的出发点，当层流的底部流是线性稳定的剪切流的调查。剪切流的大量计算研究表明，存在状态空间的层流和湍流区域分开的状态。此外，一些研究确定了驻留在该边缘上的不变解。在本文中，我们研究的不稳定流形的一个这样的解决方案与援助的连续性，减少，我们在这里制定的第一次为轴向和方位角对称性的同时消除。在我们对不稳定流形的研究中，我们发现了一个以前未知的具有相对复杂结构的层流-湍流边界上的行波解。通过低维投影，我们可视化不同的动力学路径，连接这些解决方案的湍流。我们的数值实验表明，层流湍流边界表现出定性不同的区域，其性质的影响附近的不变的解决方案。
2018-05-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulent kinetic energy production and Turbulent kinetic energy production and flow structures in flows past smooth and rough walls
Lee & Moser（2015）、Bernardini等人（2014）、Yamamoto和Tsuji（2018）以及Orlandi等人（2015）在大雷诺数范围内对二维湍流通道进行直接数值模拟的文献中可用数据已被用于发现剪切参数（涡流周转时间与平均变形时间尺度（1/S）之间的比率），在近壁区，雷诺数与尺度关系很好。良好的缩放是由于涡流周转时间，虽然湍流动能和各向同性耗散率显示雷诺数的依赖性附近的壁。剪切参数与流动结构以及第二不变量相关，并且该量也呈现良好的缩放。已经发现，湍流动能产生的最大值发生在第二不变量近似为零的层中，即不稳定的片状结构卷起成为棒的地方。生产在拉伸和压缩应变的贡献的分解表明，这两个贡献提出了一个很好的缩放。然而，当近壁和外部结构分离时，完美的缩放保持不变。相同的统计数据已被评估的直接模拟的湍流通道上的两个壁面上的不同类型的波纹。在波峰平面附近的层中的流动物理学与表面的形状密切相关，并且已经证明，壁面速度波动的法线对流动结构的改变、阻力的增加和湍流动能的产生负责。这些模拟在中间雷诺数表明，在外部区域的汤森相似性假设成立。
2019-01-07 physics.flu-dyn
Experimental investigation of the turbulent cascade development by injection of single large-scale Fourier modes
本文对纳维-斯托克斯方程非线性项的重复作用引起的流动尺度间的动态相互作用进行了实验研究。注入窄带振荡，代表一个单一的傅立叶模式，到一个圆形的射流允许测量下游的产生和发展的高次谐波频谱分量，并测量这些组件最终被吸收到充分发展的湍流。此外，所观察到的测量功率谱的动态演变对应于他人所报道的测量级联延迟。密切匹配的频谱发展和级联延迟也直接从一个一维的解决方案的纳维-斯托克斯方程中描述的配套文件。在目前的工作中的结果提供了重要的信息，初始条件如何影响发展的频谱的形状和时间尺度的程度在三重相互作用的过程中，这应该是有意义的湍流建模。
2020-08-28 physics.flu-dyn
Can flamelet manifolds capture the interactions of thermo-diffusive instabilities and turbulence in lean hydrogen flames? -- An a-priori analysis
本研究针对小火焰模型能否应用于湍流稀氢火焰的问题，通过模拟评估拉伸效应，发现原有制表流形存在局限，提出需构建同时纳入应变与曲率变化的新型流形以支撑相关燃烧模型开发。
2024-01-30 physics.flu-dyn
Drag Reduction by Polymers in Turbulent Channel Flows: Energy Redistribution Between Invariant Empirical Modes
本文采用粘弹流体FENE-P模型的直接数值模拟（DNS）方法，研究了稀聚合物添加剂对湍流的减阻作用。已经充分证明了这些模型方程再现了这一现象，但DNS的结果到目前为止还没有进行分析，目的是解释这一现象。为了建立一个有用的框架，了解减阻，我们开始在本文中的调查中最重要的模式，分别在粘弹性和牛顿湍流。经验获得的模式，使用Karhunen-Loeve分解，使我们能够比较最具活力的模式中的粘弹性和牛顿流。本研究的主要发现是，最具活力的模式的空间分布几乎没有改变之间的两个流动。变化的是与这些模式相关的能量，以及它们的相对顺序，从最具能量到最少。在一个流中被高度激发的模式可以在另一个流中被强烈抑制，反之亦然。这种剧烈的能量重新分配是本文提出的减阻机理的重要线索。特别是有一个增强的能量包含模式的粘弹性流相比，牛顿的;减阻被认为是在能量包含模式，而不是耗散模式中提出的一些以前的理论。
2002-10-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Statistics of the relative velocity of particles in turbulent flows : monodisperse particles
我们使用直接数值模拟计算的相对距离$R$和相对径向速度分量$V_R$的联合概率密度函数的一对重惯性粒子悬浮在均匀和各向同性的湍流。在小尺度下，分布是尺度不变的，具有与相空间中的粒子-粒子关联维数$D_2$相关的标度指数。有人认为[1，2]，分布的尺度不变部分有两个渐近状态：（1）$|V_R| \ll R$，其中分布仅取决于$R$ ;（2）$|V_R| \gg R$，其中分布仅是$|V_R|$的函数。这两个区域中的概率分布沿直线$|V_R| = z^\ast R$匹配。我们的模拟证实这确实是正确的。我们进一步得到$D_2$和$z^\ast$作为斯托克斯数${\rm St}$的函数。前者非单调地依赖于${\rm St}$，在大约${\rm St} \approx 0.7$处具有最小值，而后者仅对${\rm St}$具有弱依赖性。
2017-10-13 physics.flu-dyn
Logarithmic distribution of mean velocity and turbulent kinetic energy in a pipe flow
基于李群相似理论，发展了一种适用于湍流管流中动量和能量分布的相似理论，得到了平均速度和湍流动能的渐近对数分布。在很宽的Re范围内的通道和管道数据产生0.45是通用的卡门常数。发现了一个新的表征外动力学的空间不变量，并通过可靠的实验数据进行了验证。对于高Re实验数据（高达4000万），该理论以99%的准确度预测平均速度剖面（MVP），并为Hullmak等人最近观察到的对数动能分布提供了定量解释（Phys. Rev. Lett. 108，094501）。
2012-09-20 physics.flu-dyn
Multi-scale invariant solutions in plane Couette flow: a reduced-order model approach
本文针对Re=1200平面库埃特流，采用600自由度降阶模型计算多尺度不变解，发现非定常的周期轨道而非平衡态才能准确描述多尺度湍流动力学及相关能量学。
2024-02-01 physics.flu-dyn
Modeling Continuous Spatial-temporal Dynamics of Turbulent Flow with Test-time Refinement
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
本文提出一种利用物理知识和测试时退化细化策略的流动重建方法，仅用低分辨率LES数据即可重建高保真DNS数据，并支持多分辨率重建。
2024-12-27 cs.AI physics.flu-dyn
Symmetry, Invariant Manifolds and Flow Reversals in Active Nematic Turbulence
University of Nebraska–Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）；Parsons Corporation（帕森斯公司）
该研究揭示了活性凝胶湍流中对称性主导的低维结构如何组织流反转，并通过不变子 manifold 的动态机制调控湍流行为。
2026-10-01 cond-mat.soft math.DS nlin.CD
Separate and joint clustering characteristics of large Stokes number sprays subjected to moderately turbulent co-flows
本文实验研究了湍流共流中大斯托克斯数喷雾的液滴簇团与空隙特性，发现簇团尺度随斯托克斯数线性变化且簇团内液滴数密度约为空隙的10倍，为工程中调控喷雾聚类行为提供了依据。
2022-12-26 physics.flu-dyn
How does flow in a pipe become turbulent?
管流中向湍流的过渡不遵循瑞利-贝纳德或泰勒-库埃特流中熟悉的情况，因为层流剖面在所有雷诺数下都是稳定的，不受无穷小扰动的影响。此外，即使当流速足够高并且扰动足够强使得建立湍流时，它也可以返回到层流状态而没有任何即将衰减的指示。在此参数范围内，扰动的寿命表现出对初始条件的敏感依赖性和指数分布。湍流似乎是由三维行波的支持，出现在流场中的瞬态。层流和湍流动力学之间的边界是由不变的混沌状态的稳定流形形成的。我们还将讨论在短期内，定期连续域的观测之间的关系，并在充分扩展喷流的动态。
2007-09-20 physics.flu-dyn
Statistical analysis of the velocity and scalar fields in reacting turbulent wall-jets
采用直接数值模拟（DNS）数据，讨论了化学反应湍流壁面射流中局部各向同性的概念。不同的DNS数据库与等温和放热反应进行了检查。利用速度场和标量场的概率密度函数（PDF）、高阶矩及其梯度，研究了化学反应和热释放对湍流速度场、被动标量场和反应组分场的影响。借助各向异性不变映射的雷诺应力张量的各向异性水平在不同的壁法线位置上的热释放的影响进行评估，并发现是最突出的近壁区域。结果表明，小尺度各向异性在近壁区和射流火焰内部都是持续存在的。两个放热的情况下，不同的达姆科勒数进行了检查和比较显示，达姆科勒数的影响是最主要的近壁区，壁面冷却效果是有影响的。此外，借助于PDF条件下的混合分数，反应区中的反应标量特性的意义进行了说明。我们认为，在整个域的小尺度上的各向异性的强不稳定性和强持久性的综合效应可以影响混合，并最终的反应流的燃烧特性。
2015-02-21 nlin.CD physics.flu-dyn
Dissipation anomaly in a turbulent quantum fluid
当湍流强度增加时（通过增加雷诺数，例如通过降低流体的粘度），动能的耗散率降低，但不会渐近地趋于零：随着越来越小的涡流结构的产生，它逐渐趋于非零常数。这个基本性质，称为耗散反常，有时也被称为湍流第零定律。在液氦的背景下，在粘度消失的极限（在经典流体中纯粹是假设的）会发生什么的问题获得了特殊的物理意义，液氦是一种量子流体，在实验室可实现的低温下变得有效无粘性。通过进行数值模拟和识别超流雷诺数，在这里，我们显示了一个超流模拟的经典耗散异常的证据。我们的数值计算确实表明，随着超流雷诺数的增加，越来越小的结构上产生的量子涡线上的超流涡被限制，平衡的效果越来越弱的耗散。
2023-03-07 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Statistics of velocity gradient and vortex sheet structures in polymeric turbulent von K{á}rm{á}n swirling flow
本文利用Tomo-PIV研究聚合物湍流VKS流中的小尺度统计与流动拓扑，发现聚合物抑制VGT不变量并促进二维涡片结构形成，且涡片沿系统对称轴排列，从而揭示聚合物湍流中被忽视的小尺度结构。
2025-04-08 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
Localised edge states nucleate turbulence in extended plane Couette cells
我们研究了大区域中的平面Couette流的湍流转捩，在大区域中观察到局部扰动产生不断增长的湍流斑。扩展以前的研究层流和湍流动力学之间的边界，我们确定层流和湍流之间的中间不变的结构。在宽而短的域中，我们发现状态被定位在展向方向，并且在宽而长的域中，状态也被定位在下游方向。这些局域化的状态作为临界核过渡到湍流在空间上扩展的域。
2009-09-02 physics.flu-dyn
Effective transport by 2D turbulence: Vortex-gas theory vs. scale-invariant inverse cascade
本文研究二维湍流有效扩散率，发现尺度不变逆级联标度失效，并提出由孤立涡旋及涡核局部耗散主导的替代标度律，且与DNS定量一致。
2025-03-19 physics.flu-dyn
On the use of applying Lie-group symmetry analysis to turbulent channel flow with streamwise rotation
Oberlack等人（2006年）的研究包括两个主要部分：对具有流向旋转的湍流平面槽道流进行直接数值模拟（DNS），以及对两点相关方程（TPC）进行前面的李群对称性分析，以分析预测不同旋转速率下平均速度剖面的标度。我们将只对后一部分进行评论，因为Recktenwald等人（2009）已经对前一部分中获得的DNS结果进行了评论，指出观察到的DNS与他们进行的实验之间的不匹配可能是由于在展向方向上太小的计算域上规定了周期性边界条件。通过重新审视Oberlack等人（2006）中的群分析部分，我们将产生比所提出的更好地描述平均速度分布的更自然的标度律。然而，由于湍流的统计封闭问题，这种改善是虚幻的。正如我们将要证明的那样，任何平均速度剖面的任意不变标度律都可以与速度相关中的任何高阶相一致。即使我们正式考虑所有多点相关方程的无限统计层次，不变标度中的任意性问题仍然存在。仅仅使用李群对称性分析的方法是无法回避湍流的封闭性问题的：因为统计方程是不封闭的，所以它们的对称性也是不封闭的！因此，关于湍流如何缩放的先验预测因此是不可能的。只有在后验的情况下，通过对数值或实验数据的预测，才能通过迭代试错过程产生足够的不变标度律。最后，除了这个问题，还将指出Oberlack等人（2006）中发现的几个不一致和不正确的陈述。
2016-09-26 physics.flu-dyn
Physical significance of artificial numerical noise in direct numerical simulation of turbulence
本文首次证明湍流DNS中的人工数值噪声近似等价于热涨落或随机环境噪声，从而赋予其物理意义，并说明不同网格精度下的DNS结果分别对应不同强度物理扰动下的湍流，均为确定性物理意义上的正确解。
2025-04-05 cs.NA math-ph math.MP
Passivity-Based Output-Feedback Control of Turbulent Channel Flow
本文介绍了一种鲁棒线性时不变输出闭环控制策略，以减少湍流波动，因此皮肤摩擦阻力，在壁有界的湍流流体流动，但在非线性湍流制度的性能保证。新的策略是有效的，在减少可用能量的供应，以饲料的湍流波动，表示为减少二次存储功能的供应率的约束。控制流动动态的方程中存在的非线性已知是被动的，并且可以被认为是对线性化动态的反馈强迫（Lur 'e分解）。因此，只需要控制线性动态，以使系统接近被动。确定了槽道湍流的十种最能产生能量的空间模式。然后生成基于无源性的控制器来控制这些模式。控制器需要测量流向和展向壁面剪应力，它们通过壁面蒸发来驱动。非线性直接数值模拟表明，这些控制器能够显着降低湍流能量和表面摩擦阻力的流动。
2016-02-23 math.OC physics.flu-dyn
A compressible Reynolds-averaged mixing model considering turbulent entropy and heat flux
本研究针对可压缩混合流动，在不可压缩K-L-y模型基础上引入物理可压缩性修正，整合湍流熵与热通量，构建了新型可压缩RANS混合模型，并经系统验证有效。
2025-06-19 physics.flu-dyn
Analysis and modeling of localized invariant solutions in pipe flow
被层流包围的湍流斑是过渡剪切流的一个标志，但其运动学性质对空间结构的依赖性知之甚少。在这里，我们研究这种依赖性在管流雷诺数在1500和5000之间。我们计算空间局部化的相对周期轨道长管，并表明其上游和下游的前线指数衰减的层流配置文件。这允许通过采用线性化的纳维-斯托克斯方程来模拟波前，并且所得到的模型产生作为雷诺数、方位波数和传播速度的函数的周期性轨道的空间衰减率和波前速度分布。此外，当应用到一个本地化的湍流喷烟，该模型被证明是准确地近似的空间衰减率的上游和下游的尾巴。我们的研究深入了解了局部湍流的运动学和空间结构之间的关系，并更广泛地了解了局部化物理学。
2017-03-25 physics.flu-dyn
Controlling the level of the ideal invariant fluxes for MHD turbulence using TURBO spectral solver
磁流体力学（MHD）形式中的理想不变量，即在无源和无耗散效应的情况下守恒的整体量，在MHD湍流的各种理论和数值研究中起着重要的作用。这些理想不变量的通量表示在湍流系统中跨不同尺度传递信息的独立通道。一旦达到湍流的统计稳定状态，由强迫机制引入系统的任何理想不变量的量等于由耗散效应从系统中移除的相同量的量。对于高度发展的湍流，这两种机制主要作用于在很大程度上分离的不同尺度。由于理想不变量在尺度之间级联，产生了对系统状态有很大影响的恒定通量。从数值上讲，控制湍流MHD系统的理想不变通量水平对于分析基本的MHD湍流特性是非常重要的。我们提出了一种控制MHD湍流三个理想不变量：总能量、交叉螺旋度和磁螺旋度的强迫机制。这种强制是在免费提供的TURBO求解器中实现的，也简要介绍了这一点。
2011-08-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Structure of the velocity gradient tensor in turbulent shear flows
湍流小尺度特性的普遍性意味着在很大的雷诺数极限下速度梯度张量的各向同性特性。使用直接的数值模拟，我们确定的张量形成的n = 2和3的速度梯度在一个单一的点在湍流均匀剪切流，并在日志层的湍流通道流，我们的特征在于这些张量从相应的各向同性预测的偏离。具体来说，我们分离的张量，不变的反射下的所有轴，从奇数的，这完全消失在没有剪切的偶分量。结果表明，三阶速度梯度关联函数的奇次分量，尤其是沿流向速度分量法线方向导数的三阶矩，对各向同性的偏离最大。在所考虑的雷诺数（R_lambda ~ 140）下，我们观察到这些二阶和三阶关联函数在湍流槽道流中明显大于在均匀剪切流中。总的来说，我们的工作表明，平均剪切导致相对简单的结构的速度梯度张量。在非常大的雷诺数极限下各向同性如何恢复还有待了解。
2017-07-01 physics.flu-dyn
Modeling of anisotropic turbulent flows with either magnetic fields or imposed rotation
我们提出了两个模型的湍流与周期性的边界条件和旋转，或磁场的磁流体力学（MHD）的限制。一个模型，基于拉格朗日平均，可以被看作是一个不变的保持过滤器，而另一个模型，基于频谱封闭，概括的概念，涡流粘性和涡流噪声。当与高分辨率直接数值模拟（DNS）进行比较时，这些模型在单独使用或结合使用时，可以在模拟高雷诺数流动时节省大量费用，这里给出的示例是在多达1536^3个点的网格上运行的。
2009-04-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Intermediate Scaling and Logarithmic Invariance in Turbulent Pipe Flow
本文提出了一个三层渐近结构的湍流管流，揭示了在中间变量，存在一个不变量的对数区域。它为解决流向平均速度和方差的标度中的重要问题提供了理论基础。从分析中得出的关键见解是，两个相邻层之间的尺度分离与$\sqrt{Re_τ}$而不是$Re_τ$成比例。这表明，为了实现雷诺数渐近不变性，可能需要更高的雷诺数来实现足够的尺度分离。该公式为解释低雷诺数下管流中平均速度的幂律以及高雷诺数下幂律和对数律的共存提供了理论基础。此外，汤森-佩里'常数'的方差显示出系统的哈罗德数的依赖。
2019-09-26 physics.flu-dyn
Onset of three-dimensionality in rapidly rotating turbulent flows
本研究针对快速旋转湍流的二维-三维转捩阈值问题，通过对二维湍流基态做线性稳定性分析、借助GPU实现高雷诺数参数扫描，揭示了不同雷诺数区间的两类失稳机制。
2021-01-08 physics.flu-dyn
A General Method for Large Eddy Simulation in Different Range of Turbulent Flows
传统的大涡模拟是基于Kolmogrov假设，在惯性范围内进行的。在惯性范围内，LES模型系数是尺度不变的。在很多情况下，如在边界层中计算时，滤波尺度不在惯性范围内，模型系数随滤波尺度变化剧烈，尺度不变性的假设是不恰当的。本文提出了一个一般性的约束原则，并根据已有的谱理论和先验数据推导出两个具体的约束条件。约束动力学Smogorinsky模型能较好地预测不同受迫范围和衰减范围内的湍流能谱。结果表明，在不同的湍流范围内，动态混合模型在预测能谱和SGS耗散方面比经典模型有更好的效果，并且与实际应力有很强的相关性。
2014-08-15 physics.flu-dyn
Modal Decomposition of Turbulent Supersonic Cavity
采用壁面模型大涡模拟（LES）方法研究了马赫数为3、长深比为3的超声速空腔内的自持振荡。通过计算获得的非定常数据被用来研究流场的时空演化，特别是速度张量的第二不变量;而相位平均数据在一个反馈周期内被分析以研究空间结构。这种分析是伴随着适当的正交分解（POD）的数据，它揭示了离散涡沿剪切层的存在。POD分析在展向和流向平面上进行，以提取流动结构中的相干性。最后，对数据序列进行动态模式分解（DMD），以获得动态信息并更深入地了解自维持机制。
2021-01-29 physics.flu-dyn
Identifying causal significance in three-dimensional isotropic turbulence
本文利用 Jiménez (2018) 算法在 $Re_\lambda\approx 190$ 的衰减流中引入局部扰动，识别出三维各向同性湍流中具有因果显著性的流型，发现应变主导的涡旋簇比涡量主导的涡旋片更能有效传播扰动，为湍流控制与预测提供了重要指导。
2023-02-09 physics.flu-dyn
Beyond the Betz Theory - Blockage, Wake Mixing and Turbulence
本文综述了近年来有关船用流体动力（MHK）涡轮机极限效率的分析模型，重点讨论了阻塞（局部和全局流道）和尾流混合的重要性。还讨论了充分发展的紊流明渠水流发电的效率。这些问题主要涉及潮汐涡轮机阵列的设计/优化;然而，其中一些也与风力机相关。
2013-02-21 physics.flu-dyn
