Application of Modal Filtering in Discontinuous Spectral Element Method for Simulation of Compressible Channel Flow at Different Reynolds Numbers
不可压湍流的大涡模拟已得到广泛的研究，因此，已开发出适合于不同数值方案的各种模型。在可压缩流的情况下，由于滤波后的纳维-斯托克斯方程中出现的大量项，建模更具挑战性。最近，模态显式滤波实现了不连续谱元法（DSEM），以模拟可压缩流的子滤波尺度的影响。该方法在计算上是廉价的，因为它是使用完善的数学库在DSEM代码中实现的。它已成功地应用于可压缩衰减各向同性湍流和湍流槽道流的模拟。在这项研究中，通道流与三个不同的摩擦雷诺数进行了模拟，使用显式模态滤波DSEM的新方法的性能进行评估，通过比较湍流统计和摩擦雷诺数从DNS。该模型预测的摩擦雷诺数与DNS的最大误差为2.16%。尽管与DNS相比，该模型生成的平均速度剖面结果令人满意，但它需要调整滤波器强度和频率，以准确预测均方根统计数据。
2020-07-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Scale dependence and cross-scale transfer of kinetic energy in compressible hydrodynamic turbulence at moderate Reynolds numbers
通过对初始马赫数M = 1/3和M = 1，以及中等雷诺数R_lambda ~ 100的衰减湍流的直接数值模拟，研究了可压缩三维流体动力学湍流中动能的尺度依赖性和跨尺度传递特性。湍流动力学分析使用可压缩和不可压缩版本的动态谱传输（ST）和卡门-豪沃思-莫宁（KHM）方程。我们发现，非线性耦合导致的小尺度的动能的流量，它是耗散的，在同一时间，可逆的压力膨胀机制导致的振荡之间的动能和内能的平均为零的净能量转移的交换。虽然不可压缩的KHM和ST方程在模拟中通常是无效的，但它们的可压缩对应方程是令人满意的，并且以定量相似的方式描述了大尺度上动能的衰减、跨尺度能量传递/级联、压力膨胀和耗散。通过波矢量k和空间分离长度l之间的反比关系，KHM和ST结果之间存在简单的关系，因为k l ~ 3^1/2。对于一个给定的时间的耗散和压力膨胀项是强大的大尺度上的KHM方法，而ST项成为主导的小尺度上，这是由于互补的累积行为的两种方法。当在其振荡周期上平均时，压力膨胀的影响是弱的，并且可能导致动能从大尺度向小尺度的转移，而在动能和内能之间没有净交换。我们的结果表明，对于足够大的系统，存在一个惯性范围的动能级联。
2021-03-22 physics.flu-dyn
Generalized Reynolds Analogy for Compressible Wall Turbulence: Unified Velocity--Temperature Relations from Mean to Fluctuating Field
Institute of Applied Physics and Computational Mathematics（应用物理与计算数学研究所）；Center for Applied Physics and Technology, HEDPS, College of Engineering, Peking University（北京大学工程与应用能源学院应用物理与技术中心）；National Key Laboratory of Computational Physics（计算物理学国家重点实验室）
研究可压缩湍流边界层中速度与温度场的雷诺类比问题，通过瞬时相似关系同时封闭平均场和脉动场，得出封闭关系且无自由参数，并精确恢复RSRA，经DNS数据验证，将其从经验关系转变为普遍性原理的结果。
2026-07-28 physics.flu-dyn
Compressibility Effects on Leading-Edge Dynamic Stall Criteria at High Reynolds Number
Iowa State University（爱荷华州立大学）
研究发现，在高马赫数下，前缘动态失速判据的预测准确性下降，需修改以适应压缩流场中的强激波影响。
2025-12-29 physics.flu-dyn
Fourier neural operator for large eddy simulation of compressible Rayleigh-Taylor turbulence
本文首次将Fourier神经算子应用于三维可压缩Rayleigh-Taylor湍流大涡模拟，在多种统计量和瞬时结构预测上优于传统LES方法，并展现出高计算效率和跨Reynolds数泛化能力。
2024-07-02 physics.flu-dyn
Unsteady separation and oscillations in a compressible wake of a cylinder
本文重新分析高超声速圆柱近尾流振荡实验，指出其受临界雷诺数控制，并提出基于总尾流动量厚度的St_θ作为跨球体、锥体和圆柱的通用相似参数。
2024-08-06 physics.flu-dyn
Statistics of fully turbulent impinging jets
对雷诺数为3300和8000的亚超声速冲击射流进行了直接数值模拟，分析了冲击射流的统计特性。研究了马赫数、雷诺数和环境温度等参数对平均速度和温度场的影响。对于可压缩亚音速冷冲击射流进入加热环境，不同的雷诺类比进行了评估。结果表明，（原始）雷诺模拟以及Chilton Colburn模拟与碰撞区外的DNS数据吻合得很好。广义Reynolds类比和Crocco-Busemann关系式不适用于基于冲击射流平均速度场的平均温度场估算。此外，根据GRA的波动温度的预测失败。相反，Lechner等人（2001）提出的熵、密度和温度的热力学涨落之间的线性关系可以被证实为整个壁射流。分析了湍流热通量和雷诺应力张量，并将其与壁面射流的主、次环涡相关联。给出了雷诺应力张量的预算项，为湍流模型的改进提供了数据基础。
2016-06-29 physics.flu-dyn
Breaking the Reynolds Analogy: Decoupling Turbulent Heat and Momentum Transport via Spanwise Wall Oscillation in Wall-Bounded Flow
本研究通过展向壁面振荡在湍流通道流中打破雷诺类比，实现优先增强传热而非阻力，为换热器优化提供新途径。
2023-12-20 physics.flu-dyn
Momentum transport and torque scaling in Taylor-Couette flow from an analogy with turbulent convection
我们概括了旋转剪切流和分层剪切流之间的类比。表1中总结了这种类比。我们在不稳定的情况下使用这种类比（离心不稳定流与离心不稳定流）。对流），以计算泰勒-库埃特配置中的扭矩，作为雷诺数的函数。在低雷诺数下，当大部分耗散来自平均流时，我们预测无量纲扭矩$G=T/ν^2L$，其中$L$是圆柱长度，与雷诺数$R$和间隙宽度$η$，$G=1.46 η^{3/2} (1-η)^{-7/4}R^{3/2}$成比例。在较大的雷诺数下，速度波动在耗散中变得不可忽略。在这些区域中，扭矩与雷诺数之间没有精确的幂律关系。相反，我们得到对数校正经典的超硬（指数2）制度：$$ G=0.50\frac{η^{2}}{(1-η)^{3/2}}\frac{R^{2}}{\ln[η^2(1-η)R^ 2/10^4]^{3/2}}.$$这些预测被发现是在良好的协议与现有的实验数据。还提供了速度波动缩放的预测。
2011-06-08 cond-mat.other physics.flu-dyn
Transition to dilatation-dominated isothermal compressible turbulence
Technische Universität Ilmenau（埃尔福特工业大学）；Australian National University（澳大利亚国立大学）
通过能量耗散率矩分析，发现等温可压缩湍流在均方根马赫数大于1时从不可压缩行为转变为与马赫数无关的Burgers湍流标度，证实激波统计主导。
2026-06-26 physics.flu-dyn
Much faster heat/mass than momentum transport in rotating Couette flows
在剪切流中，热量和质量的输运通常与动量输运密切相关。对流传热或传质与动量输运之间的这种所谓的雷诺类比阻碍了工程传热和传质应用中的效率改进。我通过直接数值模拟表明，在平面Couette和泰勒-Couette流旋转可以强烈影响壁到壁被动示踪剂运输，使其速度远远超过动量运输，显然违反了雷诺类比。被动示踪剂传输（代表热/质传输）和动量传输之间的差异在低雷诺数下具有大反向旋转涡流的稳定流中以及在较高雷诺数下的完全湍流中观察到。它在中性（瑞利）稳定极限附近特别大。当接近这个极限时，旋转引起的科里奥利力强烈地抑制了流向/方位角速度波动，而示踪剂波动的影响要小得多。因此，动量输运比示踪剂输运减少得多，表明科里奥利力打破了雷诺类比。在较高的雷诺数，这种强对流传输相异性是伴随着近似极限环动力学与强烈的低频湍流突发接近中性稳定性极限时。研究表明，简单的体力可以导致剪切流中的热量/质量和动量输运之间的明显差异。
2020-12-23 physics.flu-dyn
Towards high-accuracy deep learning inference of compressible turbulent flows over aerofoils
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文研究了用深度神经网络精确推导二维翼型绕流的雷诺平均Navier-Stokes方程解。我们的方法产生的网络，学习生成精确的流场为不同的贴体，结构化的网格，通过为他们提供相应的映射到一个规范的空间的解决方案的编码。我们将深度神经网络模型应用于随机给定攻角和雷诺数的不可压缩流的基准案例，与以前的工作相比，实现了一个数量级以上的改进。此外，对于跨音速流动情况，深度神经网络模型准确预测高雷诺数下的复杂流动行为，例如激波/边界层相互作用，以及压力系数、表面摩擦系数等定量分布以及翼型下游的尾流总压剖面。提出的深度学习方法显着加快了流场的预测速度，并有望实现快速的空气动力学设计。
2022-11-16 cs.LG physics.flu-dyn
Characterization of a turbulent flow with independent variation of Mach and Reynolds numbers
可变密度和声速船（VDSSV）产生亚音速湍流，既可压缩，并在所有规模的现有仪器，包括热线和粒子跟踪观察。我们通过观察重气体（六氟化硫$SF_6$）的流动来实现这一目标，其声速几乎比空气低三倍。通过在空气和$SF_6$之间切换，我们将湍流马赫数（直到$M_t$ = 0.17）对湍流统计的影响与雷诺数（直到$R_λ$ = 1600）和边界条件（我们保持恒定）变化的影响隔离开来。一个自由的剪切流产生的管道风扇，我们表明，它的行为像一个湍流射流中的平均速度分布接近自相似性与距离的孔（高达$x/D_f$ = 9）。喷流的响应类似于可压缩剪切层，因为它在高马赫数（直到$M_j$ = 0.7）时比在低马赫数时扩散得更慢。与此相反，积分长度尺度和Kolmogorov常数的湍流是近似不变的雷诺数或马赫数的变化。我们简要报告正在开发的仪器，将扩大可访问的泰勒尺度雷诺数和湍流马赫数分别为4000和0.3。
2021-11-29 physics.flu-dyn
Vortex Stretching and Reconnection in a Compressible Fluid
研究了可压缩流体中的涡拉伸问题。二维和轴对称的情况下被认为是分开的。与旋涡相关的流动垂直于均匀应变流动的平面。在轴附近的外部施加的密度积聚导致涡旋-“修饰的”涡旋（类似于电介质系统中的“修饰的”带电粒子）的增强的紧凑性。在2D以及轴对称的情况下，可压缩涡流的解决方案确定了可压缩的情况下，导致可压缩湍流的Kadomtsev-Petviashvili频谱相关的长度尺度。在可压缩流体中的涡重联过程被证明是可能的，即使在无粘的情况下-可压缩性导致流体中的涡线解冻。
2005-09-23 physics.flu-dyn
Linear Stability Analysis of Compressible Channel Flow with Porous Walls
我们已经调查了渗透墙的影响，线性声阻抗与零电抗，可压缩通道流动通过线性稳定性分析（LSA）。基流剖面取自体积雷诺数$Re_b$ = 6900和马赫数$M_b$ = 0.2、0.5、0.85时的不可渗透等温壁层流和湍流通道流模拟。对于一个足够高的渗透率值，两个主要模式是不稳定的：一个整体压力模式，导致对称的驱逐和吸入的质量从多孔壁（模式0）;驻波状模式，与压力节点的中心线（模式I）。在湍流平均流剖面的情况下，这两种模式都会产生额外的雷诺剪应力，增强（基本）湍流剪应力，但集中在粘性子层区域;对于壁渗透率值，复相速度空间中两种模式的轨迹密切相关跨越两个数量级，表明它们共存。从亚临界到超临界渗透率的过渡并不改变两种模式的波数范围内的结构调查，这表明壁渗透率只是加重预先存在的，否则稳定的模式。本研究的结果将为通过壁面阻抗设计新的可压缩湍流边界层控制策略提供依据。
2015-12-27 physics.flu-dyn
Compressible turbulent boundary layers over two-dimensional square-rib roughness
Tsinghua University（清华大学）
研究表面粗糙度与壁面热传递对Ma=2.5的空间发展可压缩湍流边界层的联合影响，提出基于拟合的优化程序确定运动虚拟原点，修正对数行为，并改进粗糙壁GRA以准确重建温度-速度关系。
2026-04-13 physics.flu-dyn
Compressible Boundary Layer Velocity Transformation Based on a Generalized Form of the Total Stress
密度和粘性波动对总应力平衡的影响被识别出来，并被用来创建一个新的可压缩边界层的平均速度变换。这项工作是由一个广泛的数据库，直接数值模拟，包括壁面冷却，半局部雷诺数范围从800到34000，和马赫数高达12。的作用，意义和物理机制连接密度和粘度波动的动量平衡和粘性，湍流和总应力，允许创建广义配方。我们确定了迄今为止在速度变换的推导中被忽略的重要性质：（1）广义总应力的近壁动量平衡的马赫不变性，以及（2）广义粘性应力和雷诺应力对总应力的相对贡献的马赫不变性。建议的速度转换集成到一个单一的转换方程的属性，并成功地证明了崩溃的所有目前考虑的可压缩的情况下，不可压缩的法律的墙壁，在报告的斜率和截距的范围内的不可压缩的数据。基于嵌入在两个标度性质的物理，新提出的转换的成功是由于考虑的粘性应力和湍流应力，以及平均和波动的密度粘度在一个单一的转换形式的影响。
2023-02-24 physics.flu-dyn
Small scale structure of homogeneous turbulent shear flow
利用直接数值模拟（DNS）和可压缩和不可压缩情况下的线性分析产生的数据，均匀湍流剪切流的结构进行了研究。在大的平均剪切速率值，快速变形理论（RDT）的限制接近。得到了无粘可压缩RDT方程的长时间解析解。RDT方程也数值求解无粘和粘性的情况下。由DNS结果证实的RDT解表明，双曲和螺线管速度场的偶数阶横导数矩是各向异性的，双曲运动比螺线管运动更具有各向异性。不可压缩情况下得到的结果与可压缩情况下螺线管运动的结果相似。DNS的结果还表明，增加的各向异性的偶数阶横向导数的时刻的顺序，与RDT的预测。尽管各向异性随着雷诺数的增加而减小，但对于更高的偶数阶矩，与局部各向同性的假设相反，它可能会在雷诺数的大值下持续存在。RDT的解决方案还预测，规范化的奇数阶的螺线管速度的横向导数矩的可压缩的情况下，和不可压缩的情况下的速度应接近一个常数，在大的时间比零不同。这一预测得到了DNS数据的支持。对于较高的奇数阶归一化矩，RDT分析表明，各向异性可能会持续在大的雷诺数值，与现有的实验数据。
2004-04-22 physics.flu-dyn
Exact mathematical formulas for wall-heat flux in compressible turbulent channel flows
本文从内能方程或总能方程出发，导出了可压缩槽道湍流壁面平均热流密度（$q_w$）的几个精确表达式。可以应用两种不同的路线，包括FIK方法和RD方法。不同雷诺数和马赫数下的可压缩槽道流动的直接数值模拟数据验证了推导公式的正确性。对不同的能量方程和不同的路线进行了讨论，得出的结论是：目前所导出的公式大多数只是数学公式，缺乏明确的物理解释。它们可用于估计$q_w$，但可能不适合探索底层物理。
2021-08-07 physics.flu-dyn
Dynamic Mode Decomposition of High Reynolds Number Supersonic Jet Flows
当前的设计约束鼓励了可压缩射流周围的气动声场的研究。本文对非定常湍流喷流进行了数值研究，为将来主发动机火箭羽流的气动声学分析作了准备。为了再现可压缩射流的高保真度结果，使用了内部大涡模拟工具。大涡模拟公式采用二阶有限差分空间离散数值格式。对理想膨胀射流进行了数值模拟，并与文献结果进行了比较。动态模式分解（DMD）的射流，使用大尺寸的三维快照，进行。分析了三个变量，即速度大小、涡度大小和速度散度。特别是，确定了两个频率，它们与文献中其他作者进行的实验中观察到的流动结构有关。文中还讨论了相应动力学模态的空间形状。
2023-01-12 physics.flu-dyn
Probing quantum and classical turbulence analogy through global bifurcations in a von Kármán liquid Helium experiment
我们报告测量的耗散在超流氦高雷诺数冯卡门流（SHREK）实验不同的强制条件下，通过一个制度的全球滞后分岔。我们的宏观测量表明经典流体和超流政权之间没有明显的差异，从而提供了相同的耗散异常和响应的不对称性的流体和超流政权的证据。在后一种情况下，对滞后周期随雷诺数变化的详细研究支持了这样的观点：（i）在这种封闭流动中，经典湍流分叉态的稳定性部分地受耗散尺度的控制，（ii）在这些温度（1.6K）下，正常和超流分量被锁定在耗散长度尺度之内。
2014-01-31 physics.flu-dyn
Roughness-induced critical phenomenon analogy for turbulent friction factor explained by a co-spectral budget model
通过对临界现象的类比，可以看出，半径为$R$和壁面粗糙度为$r$的管道中的Nikuradse湍流摩擦系数（$f_t$）测量值可以被压缩到表示为输送定律$f_t Re^{1/4}=g_o(χ)$的一维曲线上，其中$Re$是体积雷诺数，$χ=Re^{3/4}\left({r}/{R}\right)$。通过匹配$f_t$的两个渐近极限，得到了隐函数$g_o(.)$.然而，$g_o(.)$和它宣称代表的现象-湍流漩涡-之间的联系仍然缺乏。利用壁面法向速度谱模型和压力-应变效应的各向同性回归模型来闭合共谱密度预算，推导出了$g_o(.)$。所提出的方法明确地推导出的解决方案的输送法，并提供了一个物理解释的$χ$作为一个无量纲的长度尺度，反映粘性子层厚度和特征高度的粗糙元素之间的竞争。所提出的方法，以其他已发表的测量跨越粗糙度和雷诺数超出原来的尼库拉兹范围的应用进行了进一步讨论。
2021-09-01 physics.flu-dyn
Pressure, density, temperature and entropy fluctuations in compressible turbulent plane channel flow
利用可压缩湍流平面槽道流动的直接数值模拟（DNS）结果，研究了可压缩气动壁面湍流中热力学状态变量的涨落。基本的输运方程的热力学变量（密度，压力，温度和熵）的行为进行审查，并用于推导出精确的输运方程的方差和通量（运输的波动速度场）的热力学波动。本文讨论了可压缩平面槽道湍流的雷诺数和马赫数的标度关系。的热力学涨落的相关系数和高阶统计进行了检查。最后，详细的预算的运输方程的方差和通量的热力学变量从一个良好的解决DNS进行了分析。这些结果的影响，以了解在可压缩壁湍流的热力学相互作用和可能的改进统计建模进行评估。最后，所需的扩展现有的DNS数据，以充分体现这一规范的流进行了讨论。
2013-11-18 physics.flu-dyn
Correlations for aerodynamic force coefficients of non-spherical particles in compressible flows
本文通过颗粒解析直接数值模拟研究三种非球形颗粒在不同马赫数、攻角和雷诺数下的气动力与力矩，并建立验证了可提升点颗粒模拟精度的系数关联式。
2024-12-09 physics.flu-dyn
Drag force of a compressible flow past a random array of spheres
我们进行粒子分辨模拟的亚音速和跨音速流过去的随机阵列的球形粒子。雷诺数保持在$Re{\approx}300$，以确保流动保持在连续状态。在低体积分数下，由于激波的形成，阻力在临界马赫数附近急剧增加，并且在整体流为超音速时达到最大值。在较高的体积分数下，邻近诱导的流体动力相互作用降低了临界马赫数。引入了有效马赫数来反映压缩性增加对阻力的影响。本文提出了一个新的阻力关联式，它适用于亚音速和弱超音速稀到中等密度悬浮液的流动。
2022-08-21 physics.flu-dyn
Parallel adaptive weakly-compressible SPH for complex moving geometries
使用自适应空间分辨率来模拟使用光滑粒子流体动力学（SPH）的实际感兴趣的流动是相当重要的。最近，Muta和Ramachandran [1]提出了一种有效的自适应SPH方法，该方法能够处理粒子分辨率的大变化。这使得作者可以用比以前少得多的粒子来模拟问题。该方法没有被证明或测试与移动机构或多个机构。此外，原始方法采用大量的背景粒子来确定流体粒子的空间分辨率。在目前的工作中，我们建立了制定的有效性模拟周围的静止和移动的几何形状的流动。我们消除了需要的背景粒子，以指定基于几何或基于解决方案的自适应性，我们详细讨论了所采用的算法。我们考虑了各种基准问题，包括流过两个固定的圆柱体，流过不同的NACA翼型在一个范围内的雷诺数，一个移动的正方形在不同的雷诺数，和流过一个振荡的圆柱体。我们还演示了不同类型的运动使用单个和多个机构。源代码是在开源许可证下提供的，我们的结果是可复制的。
2022-05-14 physics.flu-dyn
Mapping-based exact-integral formulation of skin-friction transformations for zero-pressure-gradient compressible turbulent boundary layers
Zhejiang University（浙江大学）；Eastern Institute of Technology（东方理工大学）
该研究针对零压力梯度可压缩湍流边界层，提出基于映射的精确积分壁面摩擦变换，改进了经典范·德里斯特理论，基于VIPL的变换在宽马赫数和热输入范围内预测误差低至3.07%。
2026-09-03 physics.flu-dyn
A molecular-kinetic hypothesis on the mechanics of compressible gas flow at low Mach numbers
本文从分子动理论角度，通过在BBGKY层级的配对相关函数中引入与气体宏观压缩率匹配的修正，解释了低马赫数下可压缩流动的压力平衡行为，并揭示了由此产生的第二粘度如何控制湍流不稳定性及设定Reynolds数临界值。
2025-08-13 physics.flu-dyn
Mach-number-dependent dissipative anomaly in isothermal compressible turbulence
Australian National University（澳大利亚国立大学）
该研究通过高分辨率直接数值模拟，发现等温可压缩湍流的耗散异常呈依赖马赫数的双分支特性，虽为耗散异常提供证据，但未明确其强弱属性。
2026-09-04 physics.flu-dyn
A systematic study of turbulent heat transfer over rough walls
本文采用直接数值模拟的方法，对通道内各种粗糙壁面上的湍流流动和换热进行了数值模拟。壁几何形状在模拟中得到精确解析。其目的是了解粗糙度形态及其缩放的增强传热相对于表面摩擦的效果。本文研究了从燃气轮机叶片和内燃机的扫描中获得的一些真实粗糙表面图以及几种人工生成的粗糙表面。本文的第一部分系统地研究了恒定粗糙度下表面统计特性，即表面坡度和粗糙度密度的影响，结果表明，雷诺相似因子（2乘以斯坦顿数除以表面摩擦系数）除了在雷诺相似因子显著增长的极低斜率或密度的情况外，表面参数的变化有意义但适度并且趋向于光滑壁的厚度。在论文的第二部分中，粗糙度高度是变化的（独立于内部和外部单位），同时保持几何相似性。综合考虑所有的模拟情况，可以得出结论，雷诺相似因子与等效沙糙率的内部单位有很好的相关性，并逐渐趋于平稳。
2018-06-22 physics.flu-dyn
A priori tests of turbulence models for compressible flows
本研究利用直接数值模拟数据对可压缩RANS湍流模型进行先验检验，评估多种闭合模型与修正，重点关注湍流热通量、膨胀耗散及高焓条件下的湍流-化学和湍流-振动弛豫相互作用。
2023-10-15 physics.flu-dyn
Modelling aerodynamic forces and torques of spheroid particles in compressible flows
本文通过约千个可压缩流数值模拟算例，利用Spearman相关分析识别关键参数并改进球状颗粒的阻力、升力和俯仰力矩经验公式，新公式在低马赫数下与不可压缩公式一致，平均相对误差小于5%。
2024-08-31 physics.flu-dyn
Magnetized compressible turbulence with a fluctuation dynamo and Reynolds numbers over a million
本研究开展了雷诺数超百万的超音速MHD湍流高分辨率模拟，发现动能谱在动能主导与强磁化尺度间存在突变，并揭示了局部弛豫区域的形成机制及其对级联过程和涨落发电机饱和的深刻影响。
2024-05-29 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.comp-ph
Direct numerical simulation of developed compressible flow in square ducts
本文对体积马赫数M_b = 0.2 ~ 3，摩擦雷诺数Re_τ = 500的可压缩方管流动进行了直接数值模拟。流动可压缩性对二次运动的影响可以忽略不计，因为与横流相关的典型马赫数始终小于0.1。在不可压缩的情况下，我们发现，壁面法的平均流向速度适用于与最近的壁面，适当的压缩性变换的良好近似。同样的结论也适用于被动标量场，而由于气动加热的不均匀性，平均温度不呈现惯性层。我们进一步发现，相同的温度/速度关系，适用于平面通道是适用于良好的近似方管道，并开发温度和被动标量之间的类似关系。
2018-08-06 physics.flu-dyn
Generalized Scaling of the Turbulence Structure in Wall-Bounded Flows
该研究揭示了壁面约束流动中雷诺应力梯度空间的普适标度，并扩展至可压缩流动，同时发现了平均速度剖面的积分标度。
2024-07-17 physics.flu-dyn
Velocity transformation for compressible wall-bounded turbulent flows with and without heat transfer
本文提出了一种将可压缩壁面湍流的平均速度分布映射到不可压缩壁面规律的变换。与现有的方法不同，所提出的转换成功地崩溃，没有具体的调整，从充分发展的通道和管道流的数值模拟数据，和边界层有或没有传热。在所有这些情况下，转换是成功的跨越整个内层的边界层（包括粘性子层，缓冲层，对数层），恢复渐近精确的近壁行为的粘性子层，并符合近平衡的湍流产生和耗散的对数区域的边界层。对于边缘马赫数为0 ~ 15、摩擦雷诺数为200 ~ 2000的可压缩壁面边界流动，验证了变换的性能。基于物理参数，我们表明，这样一个一般的转换存在可压缩壁有界湍流的壁热条件无关。
2021-08-17 physics.flu-dyn
Global and local conservation of mass, momentum and kinetic energy in the simulation of compressible flow
从抽象的角度研究了可压缩流动方程中对流项的空间离散问题，即有限差分方法和有限体积型方程，其数值通量为中心网格。在笛卡尔网格上寻求局部和全局守恒的初级（质量和动量）和次级（动能）不变量的一般条件。的分析，基于矩阵的方法，表明，尖锐的全球和当地的保护标准，可以得到，在许多情况下，这两个概念是等价的。显式的数值通量推导出在所有的有限差分公式，保证全球的保护，即使是非均匀笛卡尔网格。治疗也揭示了保守的有限差分公式和细胞为中心的有限体积型方法之间的密切关系。这种类比表明，设计更广泛的类的有限差分离散化局部保持主要和次要的不变量。
2022-08-30 physics.flu-dyn
Interactions between the near-wall turbulent structures and heavy particles in compressible turbulent boundary layers
本文通过马赫数6载重粒子可压缩湍流边界层的直接数值模拟，揭示粒子质量载荷削弱近壁胀压运动但表面摩擦变化仍主要由无散雷诺剪切应力控制。
2024-10-18 physics.flu-dyn
Free-stream coherent structures in parallel compressible boundary-layer flows at subsonic Mach numbers
作为可压缩剪切流相干结构渐近描述的第一步，本文给出了可压缩渐近抽吸边界层（ASBL）中纳维-斯托克斯方程的非线性平衡解的描述。自由流马赫数假定为$< 0.8$，因此流动处于亚音速区，我们假定为理想气体。我们扩展了大雷诺数自由流相干结构理论的\cite{deguchi_hall_2014a}不可压缩ASBL流描述一个非线性相互作用的薄层位于下面的自由流，产生条纹扰动的速度和温度场，这可以指数增长的墙壁。通过数值求解可压缩边界区域方程，我们完成了整个流动中速度和热条纹增长的描述。我们发现，速度和热条纹获得其最大振幅在未扰动的边界层。增加自由流的马赫数增强的热条纹，而改变普朗特数的变化的最大振幅的热条纹相对于速度条纹的位置。这种非线性的平衡态已牵连在不可压缩流的剪切转变，因此，我们的研究结果表明，类似的机制也可能存在于可压缩流。
2021-03-12 physics.flu-dyn
Stochastic representation of the Reynolds transport theorem: revisiting large-scale modeling
我们探讨的潜力制定的纳维-斯托克斯方程纳入随机描述的小尺度速度分量。该模型，建立从一个版本的雷诺输运定理适应于一个随机表示的流量，产生了一个大规模的描述中出现的各向异性的子网格张量，让人想起雷诺应力张量的流动动力学，连同漂移校正由于不均匀的湍流。相应的亚网格模式，它依赖于小尺度速度方差，推广Boussinesq涡动粘性假设。然而，它不再是从与分子耗散的类比中获得的，而是严格地从流动的随机建模中获得的。这一原则使我们能够提出几个子网格模型直接定义的解决流组件。我们评估和数值比较这些模型在一个标准的格林-泰勒涡流在雷诺数1600。的数值模拟，进行了准确的无发散方案，优于经典的大涡制剂，并提供了一个简单的演示所提出的大规模建模的相关性。
2016-11-09 physics.flu-dyn
High-order immersed boundary method for subsonic aeroacoustics and compressible Navier-Stokes equationsHigh-order immersed boundary method for subsonic aeroacoustics and compressible Navier-Stokes equations
Institut PPRIME, CNRS-Université de Poitiers-ENSMA（普里梅研究所，法国国家科学研究中心-普瓦捷大学-国立高等航空航天学院）
本文提出一种基于高阶格式和鬼点法的新型离散鬼点浸没边界方法，用于求解亚声速气动声学和可压缩Navier-Stokes方程，并通过圆柱绕流等算例验证了其有效性。
2026-09-22 physics.flu-dyn
Coherent structures in Dissipative Particle Dynamics simulations of the transition to turbulence in compressible shear flows
本文采用耗散粒子动力学（DPD）方法模拟了可压缩流场向湍流转捩附近的相干结构。我们发现的结构是非常一致的不可压缩流的实验观察和DNS模拟，尽管在马赫数的几个数量级的差异。当流体变得更可压缩时，来自层流的分叉被抑制并向更高的雷诺数移动。这项工作强调了相干结构在过渡到湍流的鲁棒性，并说明了基于粒子的方法再现复杂的非线性不稳定性的能力。
2008-07-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Flux-controlled wall model for large eddy simulation integrating the compressible law of the wall
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出了一种基于流量控制的壁模型用于大涡模拟，通过整合压缩性壁定律，提高了可压缩湍流通道流的模拟精度并降低了计算成本。
2025-12-24 physics.flu-dyn
Classical 1/3 Nusselt number scaling in highly turbulent compressible convection
本文通过MacCormack-TVD有限差分方法模拟可压缩湍流对流，首次将二维模拟推至Ra=10^16，发现体流绝热温降导致Re∝Ra^{1/2}，并验证了经典1/3努塞尔数标度律。
2025-02-03 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Scaling of wall pressure and the peak of streamwise turbulence intensity in compressible wall flows
本文通过马赫数幂级数展开并结合有效雷诺数与可压缩性修正系数，建立了适用于可压缩壁面流动的壁面压力r.m.s.及流向湍流强度峰值标度律。
2025-05-14 physics.flu-dyn
Large-scale motions and self-similar structures in compressible turbulent channel flows
在这项工作中，我们研究的尺度特性的日志和外部区域的运动和结构在亚音速和超音速湍流。为此，本文对中等雷诺数下的可压缩槽道湍流进行了一系列直接数值模拟。在此基础上，利用两点相关和一维谱分析了外区运动的流向和展向长度尺度。在外部区域的多尺度结构之间的能量分布被发现是由半局部摩擦雷诺数效应，而不是马赫数效应。这一结论不仅适用于速度涨落，而且适用于热力学变量的涨落。此外，如先前的实验研究所报告的，当流动通过音障时，外部运动的流向和展向长度尺度没有显著改变（Bross等人，流体力学杂志，第911卷，2021，A2）。另一方面，采用线性相干谱研究了对数区域的自相似结构。自相似附壁结构的流向速度和温度波动的流向/壁法向纵横比约为15.5，而密度和压力波动的对应物为1.8。本研究证实了可压缩壁湍流中自相似结构的存在，并评估其几何特征。
2022-10-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Exact Relation with Two-point Correlation Functions and Phenomenological Approach for Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence
在统计均匀性假设下，在大的运动和磁雷诺数的渐近极限下，分析了可压缩等温磁流体动力学湍流。在Kolmogorov之后，我们导出了一些两点关联函数的精确关系，它推广了最近发现的流体力学表达式。我们表明，磁场带来了新的源和通量项的动力学可能会对惯性范围类似的源或汇的平均能量传输率。均匀磁场的引入大大简化了可以给出简单现象学的精确关系。最后提出了轴对称能谱的预测。
2013-01-11 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Study of the Effect of a Novel Dimensionless Parameter -- the Centrifugal Work Number(CW), on Spanwise Rotating channel Low-speed Compressible Flow
该研究通过理论推导和量纲分析提出新型无量纲参数离心功数(CW)，用于表征旋转通道中离心功与气体焓的比值，并利用大涡模拟验证其对流动状态的影响，从而完善旋转通道可压缩流动的相似理论。
2023-09-17 physics.flu-dyn
Discontinuous Galerkin Methods for Hypersonic Flows
本文综述了用于高超声速流的间断伽辽金方法，涵盖求解器、激波捕捉、自适应及GPU上的高雷诺数直接数值模拟，展示了其无需湍流模型即可精确解析过渡流的能力。
2023-12-29 physics.flu-dyn
Shock-induced heating and transition to turbulence in a hypersonic boundary layer
采用直接数值模拟（DNS）和壁面模型大涡模拟（WMLES）方法，研究了不同入射角下入射激波与冷壁面上马赫数为6的高超声速层流边界层的相互作用。在足够大的激波入射角下，边界层通过激波冲击下游附近近壁条纹的破裂转变为湍流，而不需要任何来流自由流扰动。过渡导致局部显着增加的斯坦顿数和表面摩擦系数，与高入射角增大的峰值热机械载荷以近似线性的方式。统计分析的边界层下游的相互作用，为每种情况下，量化流向的空间变化的雷诺类比因子，并表示故障的Morkovin的假设附近的墙壁，速度和温度变得相关。一个修改后的强雷诺模拟与一个固定的湍流普朗特数观察到执行最好的。传统的变换不能使不可压缩的对数定律上的平均速度剖面塌陷。WMLES促进过渡和峰值加热，延迟分离，并提前再附着，从而缩短分离泡。当冲击导致过渡，WMLES提供预测的DNS峰值热机械载荷内$\pm 10\%$的计算成本低于DNS的两个数量级。下游的相互作用，在湍流边界层，WMLES同意与DNS结果的雷诺相似因子，速度和温度的平均剖面，包括温度峰值，和温度/速度的相关性。
2020-10-20 physics.flu-dyn
Scale locality and the inertial range in compressible turbulence
我们使用粗粒化的方法来证明，在可压缩湍流的动能的尺度间传递是由本地相互作用。在这里，局部性意味着不同尺度之间的相互作用衰减的速度至少与尺度差异比的幂律函数一样快。特别是，我们的研究结果排除了动能从大尺度直接转移到耗散尺度，如进入冲击，在高雷诺数湍流的限制，是普遍认为。在任何马赫数下，对于任何状态方程，且不要求均匀性或各向同性，这些结果具有广泛的普遍性。我们在证明中对速度、压力和密度结构函数的标度所作的假设是很弱的，并且得到了令人信服的经验支持。在一个更强的假设压力膨胀共谱，我们表明，\emph{mean}动能和内能预算统计解耦超出过渡“转换”范围。我们的分析表明，存在一个随之而来的惯性尺度范围内，平均SGS动能通量成为常数，独立的规模。在这个惯性范围内，平均动能局部地以保守的方式级联，尽管不是不变量。
2010-12-30 physics.flu-dyn
Eulerian and Lagrangian Statistics from high resolution Numerical Simulations of weakly compressible turbulence
本文详细研究了各向同性弱可压缩湍流的高分辨率直接数值模拟中的欧拉和拉格朗日统计。泰勒微尺度下的雷诺数估计约为600。欧拉和拉格朗日统计评估了一个巨大的数据集，由$1856^3$空间配置点和1600万个粒子，其次是一个大规模的涡流翻转时间。我们目前的数据欧拉和拉格朗日结构函数高达十阶。我们分析了在惯性范围和粘性范围内的局部标度性质。欧拉分析结果与以往的数据吻合较好。拉格朗日统计不同于现有的实验和数值结果，六阶和更高的时刻。我们解释这一点，在一个可能的污染，从粘性规模影响估计的缩放性能在以前的研究。我们表明，一个简单的桥梁关系的多重分形理论的基础上是能够连接的标度性质的欧拉和拉格朗日观测量，提供的横向和纵向的欧拉结构函数之间的微小差异被适当地考虑。
2009-05-01 physics.flu-dyn
Near-wall model for compressible turbulent boundary layers based on an inverse velocity transformation
本研究提出一种耦合可压缩速度变换逆变换与代数温度-速度关系的近壁模型，用于高速湍流边界层，显著提升了热通量、壁面应力及剖面的预测精度且计算成本相当。
2023-07-11 physics.flu-dyn
Role of varying Reynolds number for flow past a rotating cylinder at high rotation rate
本研究通过改变雷诺数对高旋转率旋转圆柱绕流进行分岔分析，发现临界雷诺数5650后Magnus-Robins效应显著变化，并利用高保真模拟数据训练人工神经网络，将仿真时间减少99.9%且准确率达90-99%。
2025-11-04 physics.flu-dyn
