Super-resolution of turbulent reacting flows on complex meshes using graph neural networks
FLAME Laboratory, Department of Computational and Data Sciences, Indian Institute of Science, Bengaluru, 560012, India（印度科学研究院流体动力学与能源实验室，班加罗尔）；CAPS Laboratory, Department of Mechanical and Process Engineering, ETH Zürich, 8092 Zürich, Switzerland（苏黎世联邦理工学院机械与过程工程实验室，苏黎世）；Jülich Supercomputing Centre, Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich, 52425, Germany（尤利希超算中心，尤利希）
本文提出利用图神经网络在复杂网格上实现湍流反应流的超分辨率重建，通过两个案例验证了方法在准确恢复细尺度特征方面的有效性。
2026-03-01 cs.LG physics.flu-dyn
Heat transfer augmentation by recombination reactions in turbulent reacting boundary layers at elevated pressures
采用一组直接数值模拟方法，研究了在高压下典型构型条件下具有热传递的反应边界层流动。壁温的影响进行了研究，代表冷却壁的燃气轮机和次规模的火箭发动机与碳氢化合物作为燃料。结果表明，边界层内低焓引起的放热化学反应主要发生在对数层。大部分的热释放归因于OH和CO的放热复合以产生CO2和H2O。与惰性流相比，复合反应导致壁热负荷增加高达20%。气体组成经历了与化学平衡条件的强烈偏离。事实上，在粘性子层和过渡区域内观察到主要物种的淬灭。化学时标的分析表明，淬火组合物的位置与Damkoehler数降低到低于1的区域相一致。在粘性子层内，检测到次级反应区，涉及甲酰基和甲醛自由基的产生，其提供额外的能量释放源。的反应路径的分析表明，具有零活化能的反应是负责这种变化的气体组成，这也占烃燃料分解的初始分支根据以前的自燃研究。二次复合反应的影响是更突出的较低的壁温的情况下。最后，物种净化学生产率的湍流波动的作用进行了评估，物种和温度波动之间表现出很强的相关性。
2021-02-12 physics.flu-dyn
Application of Pareto-efficient combustion modeling framework to large eddy simulations of turbulent reacting flows
在基于低维流形的燃烧模型（如火焰面模型）应用于反应性湍流的大涡模拟（LES）时，除湍流闭合模型和数值离散化引起的不确定性外，燃烧过程的模型简化是一个关键的不确定性来源。在没有参考结果的情况下，定量评估这种不确定性的能力是至关重要的实际燃烧设备的可靠性和预测性的模拟。在本研究中，帕累托有效燃烧（PEC）框架扩展到自适应LES燃烧模拟湍流火焰。PEC框架的关键组成部分是所谓的流形漂移项。它的扩展LES提出了这样的评估，通过检查一个特定的燃烧模型在描述一个数量的利益相对于底层流场表示的遵守。为了提高基于火焰的燃烧模型对CO排放的预测能力，本文采用PEC对有限速率化学（FRC）模型进行局部子模型分配，以增强火焰/过程变量（FPV）模型。为此，一系列的LES-PEC计算进行了试点部分预混二甲醚火焰（DME-D），使用FPV和FRC模型的组合。在PEC框架中利用漂移项来估计感兴趣的量的模型相关误差。事实证明，与单片FPV模拟相比，PEC方法能够显着改善CO排放的预测。通过在通过漂移项评估确定低阶模型不足的区域中使用FRC来丰富FPV模型，从而提高精度。
2017-12-04 physics.flu-dyn
Numerical Investigation of Diffusion Flame in Transonic Flow with Large Pressure Gradient
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
研究脉动流中扩散火焰的湍流输运特性，探讨化学反应对湍流粘性的影响，验证了涡轮-燃烧概念的可行性。
2023-10-02 physics.flu-dyn
Finite-rate chemistry effects in turbulent hypersonic boundary layers: a direct numerical simulation study
采用直接数值模拟方法研究了高焓效应对高超声速湍流边界层的影响。本文用五组分化学反应模型模拟了自由流马赫数马赫数等于10的准绝热平板空气流，直至充分发展的湍流条件。基于冻结化学假设的同伴DNS也进行了，为了隔离有限速率化学反应的影响，并评估其对湍流量的影响。为了减少与计算域入口处湍流生成相关的不确定性，两种模拟均在层流区域启动，并使流动发展到完全湍流状态。通过局部抽吸和吹扫的模态强迫用于触发层流到湍流的转变。在包括粘性和缓冲子层的近壁区域中达到的高温激活氧和氮的显著解离。这又改变了反应混合物的热力学和传输性质，影响热力学量的一阶统计。由于化学反应在向前方向上的吸热性质，反应层中的温度和密度波动小于冷冻化学品流中的温度和密度波动。然而，一阶和二阶统计的速度场被发现是受化学反应的影响很小的缩放，占修改后的流体性质。我们还观察到，强雷诺类比（SRA）仍然很受尊重，尽管严重的高超音速条件下，计算的表面摩擦系数分布匹配以及扩展到可压缩流的Renard-Deck分解的结果。
2021-03-30 physics.flu-dyn
A minimally-dissipative low-Mach number solver for complex reacting flows in OpenFOAM
大涡模拟（LES）已成为模拟复杂反应流的事实上的计算工具，特别是在燃气轮机应用中。然而，易于使用的通用LES代码复杂的几何形状通常是学术或专有/商业性质。本工作的目标是开发和推广一个开源LES工具，低马赫数湍流燃烧使用OpenFOAM框架。特别地，提供了一种适合于非结构化网格制定的同位网格方法。与其他流体动力学模型不同，LES精度与数值离散方案的所谓初级和次级守恒性质错综复杂地联系在一起。这意味着，尽管求解器仅演化质量、动量和能量方程，但隐含的动能（速度平方）离散方程应具有最小耗散。这里，施加特定的空间和时间离散化，使得该动能耗散最小化。该方法被证明使用制造的解决方案的方法，在一个复杂的域相关的燃气轮机应用程序的规则和倾斜的网格，一个典型的流问题，和湍流炭黑火焰。
2017-05-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Efficient time stepping for reactive turbulent simulations with stiff chemistry
结合稳态保持算子分裂法和半隐式积分方案，提出了一种有效的时间步长模拟非定常反应流，如湍流火焰，使用详细的化学动力学机制。算子分裂是基于更简单的平衡分裂方法，这是与改善的稳定性和降低计算成本。该方法被证明是能够稳定和准确的预测点火和熄灭的反应扩散系统在临界条件下。ROK 4 E格式是为空间独立化学反应体系的半隐式积分而设计的。ROK 4 E是Rosenbrock-Krylov方法的一种，它利用Jacobian的低秩近似来减少积分具有相对较少刚性分量的常微分方程组的成本。该方案的效率进一步提高，通过仔细选择系数，需要在四个阶段的三个右手侧评估。结合这两种方法，实现了湍流火焰大规模并行模拟的高效计算。
2017-12-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Closures for Multi-Component Reacting Flows based on Dispersion Analysis
这项工作提出了代数封闭模型与平流运输和非线性反应在一个平均的Navier-Stokes上下文的系统的物种受到二元反应和运输的平流和扩散。扩展了最初在标量的泰勒色散的背景下为非反应性输运开发的分析，这项工作扩展了由Peters（Turbulent Combustion，2000）解释并基于Corrsin（JFM，第11卷，第407 -416页）的工作的修改的梯度扩散模型，超越了单组分输运现象并涉及非线性反应。所提出的模型形式，从这个弱非线性扩展的原始色散理论，导致一个解析表达式的涡流扩散系数矩阵，明确捕获的封闭运营商的反应动力学的影响。此外，我们证明，推导出的模型形式直接转换流拓扑结构之间的先验和后验测试的二元物种系统均匀各向同性湍流。使用二维和三维直接数值模拟涉及层流和湍流，它表明，该框架提高了预测的平均数量相比，以前的结果。最后，所提出的模型形式，崩溃到早期的梯度扩散和Corrsin导出的非反应性物种和线性反应的限制，分别修改后的版本。
2021-11-24 physics.flu-dyn
Rico and the jets: Direct numerical simulations of turbulent liquid jets
本文与2019年美国物理学会流体动力学（DFD）米尔顿·范戴克奖的海报获奖者有关，该奖项是在DFD流体运动画廊展出的作品。原始海报可在流体运动画廊（https://doi.org/10.1103/APS.DFD.2019.GFM.P0020）在线获得
2020-07-24 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
Closed-loop control of forced turbulent jets
湍流的闭环控制是一个具有重要实际意义和基础意义的具有挑战性的问题。我们执行闭环控制的强制，湍流射流的基础上的波抵消策略。本研究的动机是最近的研究成功地应用波抵消控制不稳定波在过渡边界层和自由剪切流。使用通过系统识别技术获得的控制律，我们成功地实现了基于波抵消的闭环控制，实现了速度波动的数量级衰减。控制表明，在广泛的流向范围内，以减少波动水平。
2020-09-19 physics.flu-dyn
Wave cancellation in jets with laminar and turbulent boundary layers: the effect of nonlinearity
本文对强迫射流中的消波现象进行了研究。基于最近关于强制湍流射流的实时控制的工作[1，2]，我们在此评估了射流上游条件和非线性对消波性能的影响。实验是在喷嘴内有层流和湍流边界层的射流中进行的。首先进行开环运动，其目标是分析射流对可变带宽随机强迫的响应。射流的上游条件被发现对射流响应有很强的影响。对于窄的强迫带宽，两个射流提出了一个明确的响应制度。然而，在初始层流射流中，随着带宽的增加，初始区域中的高增长率和向湍流的过渡支撑了射流响应中的非线性效应的发生。在初始湍流射流，另一方面，较低的增长率允许一个线性响应制度，以保持更广泛的强迫参数。由于波抵消策略是线性的，反应控制被发现是更有效的，在初始湍流射流，与开环分析的结果一致。
2021-11-29 physics.flu-dyn
Theoretical prediction of Reynolds stresses and velocity profiles for barotropic turbulent jets
能够预测湍流的速度分布是极其罕见的。在二维流动、大气动力学和等离子体物理中，大尺度相干射流是通过从小尺度到大尺度的逆向能量传递而产生的。我们证明，在消失的能量注入，消失的摩擦，和小尺度强迫的限制，射流的速度分布服从一个方程的强迫的细节无关。我们发现另一个一般的关系射流的最大曲率，我们给出了强有力的论据，以支持存在的流体动力学不稳定的最小射流速度的点。这些结果是第一次从湍流动力学角度计算雷诺应力和自洽速度廓线，也是第一次建立正压湍流中纬向急流的自洽解析理论。
2017-07-03 physics.flu-dyn
How Turbulent Jets Can Disperse Virus Clouds in Poorly Ventilated Spaces
我们表明，增强的湍流混合可用于通过在封闭、通风不良的空间中分散携带病毒的云来减轻空气传播COVID-19。一个简单的系统，风扇驱动的湍流射流的设计，以尽量减少被动污染物的峰值浓度的时间尺度短相比，房间通风时间。标准的平均和相似的方法被使用，并被认为是圆形和径向壁射流的组合。计算了湍流扩散系数和污染物混合时间。结果表明，这种方法可以显着降低峰值病毒云浓度，特别是在占用率低的小空间，如洗手间。湍流混合在没有通风的情况下当然是无效的。
2022-01-19 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Experimental and Numerical Investigation of Turbulent Jets Issuing Through a Realistic Pipeline Geometry: Asymmetry Effects for Air, Helium, and Hydrogen
本文通过实验和数值模拟研究了实际管道中湍流射流的弥散特性。研究了射流密度和雷诺数对垂直浮力射流的影响，当它们从圆管侧壁通过圆孔时。同时采用粒子图像测速技术（PIV）和平面激光诱导荧光（PLIF）技术，以提供时间平均的流速和浓度场。大涡模拟（LES）被应用于提供关于空气、氦气和氢气射流的三维性的进一步细节。这些真实的射流总是不对称的，并发现围绕垂直轴偏转。这种偏转受到浮力的影响，较重的气体比较轻的气体偏转得更多。在近场也观察到显著的湍流混合。因此，与圆形射流相比，真实射流经历了更快的速度衰减和不对称射流扩散。这些研究结果表明，传统的圆形射流假设，在某种程度上，不足以预测气体浓度，夹带率，因此，实际气体泄漏的可燃性包络线的程度。
2017-12-08 physics.flu-dyn
Numerical simulation of high-speed turbulent water jets in air
空气中高速湍流水射流的数值模拟及其与实验数据的验证还未见文献报道。因此，它的目的是模拟这些高速水射流的物理，并与现有的实验工作的结果进行比较。高速水射流通过质量和动量传递过程在周围大气中扩散。空气被夹带到射流中，整个过程有助于射流扩散和随后的压力衰减。因此，物理问题属于多相流的范畴，对于多相流，要确定质量和动量传递以模拟问题。采用欧拉多相流模型和k-ε湍流模型，并结合一种新的质量和动量传递的数值模型，实现了数值模拟。结果合理地预测了高速水射流在空气中的流动物理。
2010-03-22 physics.flu-dyn
Investigation of high-pressure turbulent jets using direct numerical simulation
基于射流直径（$D$）和射流出口速度（$U_{e}$），对雷诺数（$Re_{D}$）为$5000$的自由圆射流进行了直接数值模拟，研究了超临界压力下射流的湍流特性。射流由$\mathrm{N_{2}}$组成，在相同温度下将其注入$\mathrm{N_{2}}$中。为了理解湍流混合，在施密特数为1时，被动标量随流动被输送。两套流入条件，模型射流从一个光滑的收缩喷嘴（层流流入）或长管喷嘴（湍流流入）被认为是。通过一次改变一个参数，模拟检查喷流的热力学条件的敏感性（其特征在于在压缩因子（$Z$）和归一化的等温压缩性），流入条件，和环境压力（$p_{\infty}$）跨越完美的真实气体条件。流入影响流量统计在近场（包含潜在的核心关闭和过渡区），以及进一步下游（包含充分发展的流量与自相似统计）在大气和超临界$p_{\infty}$。流入的敏感性较大的过渡区，在那里的层流流入射流表现出占主导地位的相干结构，产生更高的平均应变率和更高的湍流动能比在顺向流入射流。在固定的超临界$p_{\infty}$下减小$Z$增强了压力和密度波动（分别由局部平均压力和密度归一化），但对速度波动的影响也取决于局部流动动力学。当$Z$减小时，层流入流射流过渡区的大平均应变率显著增强速度波动（由局部平均速度归一化）和标量混合，而湍流入流射流的影响最小。
2021-06-05 physics.flu-dyn
Matrix Product State Simulation of Reacting Shear Flows
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；University of Oxford（牛津大学）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）
本文提出利用矩阵积状态方法模拟反应剪切流，实现高效内存压缩并验证其在湍流燃烧建模中的有效性。
2025-12-15 physics.flu-dyn quant-ph
Reactive experimental control of turbulent jets
本研究提出基于线性控制理论和 Wiener-Hopf 形式的湍流射流反应式控制方法，实现了受迫射流速度波动功率谱数量级衰减及自然射流 60% 衰减，为湍流控制开辟新方向。
2024-02-16 physics.flu-dyn
Heterogeneous Turbulent Jets of the Mutually Immiscible Liquids: the Mixing and Heat Transfer Processes
许多自然过程和技术过程都涉及互不相溶液体射流中的湍流混合和传热，它们代表了现代多相系统动力学的一类重要内容。对于自由射流和受限射流，考虑了轴对称二维定常流的微分方程和柱坐标系中的积分关联式。对自由射流和燃烧室内两相流的湍流混合参数进行了模拟和分析。最后，以核电站严重事故模拟中水冷金属熔体的高温流动为例进行了计算，并与实验数据进行了比较。该算法和所得结果可能对某些研究和工业任务感兴趣，其中多相湍流混合和传热参数的计算是重要的。
2018-03-26 physics.flu-dyn
High-fidelity velocity and concentration measurements of turbulent buoyant jets
本文通过同步PIV和LIF测量并结合折射率匹配方法，获取均匀与分层环境中正负浮力射流的高保真速度与浓度数据，用于评估现有湍流模型并为开发能准确捕捉浮力主导湍流混合的新模型提供基础。
2024-02-26 physics.flu-dyn
Barotropic theory for the velocity profile of Jupiter turbulent jets: an example for an exact turbulent closure
在正压β-平面模型中，我们通过平均涡旋的动力学来模拟木星喷流的动力学，并明确地预测雷诺应力和耗散之间的平衡，从而明确地预测平均速度剖面。为了得到这个结果，我们采用了非平衡统计力学方法。我们认为木星对流层的相关限制，一方面惯性动力学之间的时间尺度分离，和随机强迫和耗散的另一方面。我们假设强迫作用在比射流尺度小得多的尺度上，并且我们得到雷诺应力、能量注入率和平均速度剪切之间的非常简单的显式关系，该关系在远离射流边缘（纬向速度的极值）处有效。一个特定的渐近扩展接近射流边缘解开东，西，速度极值之间的不对称性。我们恢复木星的喷流特性：一个尖点向东喷射和一个光滑的抛物线向西喷射。
2018-10-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Qualitative dynamics of wavepackets in turbulent jets
长期以来，人们一直认为湍流射流包括大尺度相干结构，现在更常被称为“波包”。这些结构表现出显着的时空组织，尽管湍流。在这项工作中，我们分析，从定性的角度来看，时间动态的轴对称波包导出，实验，从亚音速等温射流。我们使用的数据，在不同的流向位置提取的波包的时间序列。进行了全面的分析，统计工具用于估计嵌入和相关维数表征的动力系统。系统辨识用于计算非线性代理模型。最后，计算面向控制的线性模型。的贡献的目标是评估在何种程度上非线性模型是必要的，或适当的，描述的时间波包动力学，并提供一个补充的角度来看，目前的建模。
2016-08-24 physics.flu-dyn
Measurements of Flow Velocity and Scalar Concentration in Turbulent Multi-component Jets: Asymmetry and Buoyancy Effects
浮力效应和喷嘴几何形状对湍流射流分散有显著影响。这项工作的动机是涉及氢的应用。以氦气为实验代用品，采用粒子图像测速技术（PIV）和平面激光诱导荧光（PLIF）技术对圆管侧壁圆孔产生的水平浮力射流进行了实验研究，获得了瞬时和时均速度场和浓度场。浮力和不对称性对所产生的流动结构的影响进行了研究，在一定范围内的雷诺数和气体密度。显着差异被发现之间的中心线轨迹，传播速率，和速度衰减的常规水平圆形轴对称射流通过平板和管道泄漏的代表性射流在本研究中考虑的问题。现实管道射流总是不对称的，并发现在近场射流轴偏转。在远场，人们发现，现实的管道泄漏的几何形状导致浮力效应占主导地位比预期更快地通过平板发出的水平圆形射流相比。
2018-11-14 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
Non-equilibrium turbulence scalings and self-similarity in turbulent planar jets
本文研究了平面湍流射流的自相似性和耗散标度以及理论上隐含的平均流标度。与已经进行此类研究的湍流尾流不同（Dairay等人，2015; Obligado等人，2016），这是一种无边界湍流剪切流，其中局部雷诺数随着距离入口的距离而增加。Dairay等人（2015）修订的Townsend-George理论适用于湍流平面射流。在这个理论中，只有少数轮廓需要自相似。平均流量、湍流耗散、湍流动能和雷诺应力分布的自相似性得到了我们从18到至少54个喷嘴尺寸的实验结果的支持，这是这项工作中研究的最远的位置。此外，在湍流尾流、衰减网格生成湍流、各种周期性湍流和湍流边界层中发现的非平衡耗散标度（Vassilicos 2015，Dairay等人2015，Goto & Vassilicos 2015，Nedic等人2017）也在当前湍流平面射流和Antonia等人（1980）的湍流平面射流中观察到。根据这些观测结果，该理论意味着新的平均气流和喷流宽度定标，这与我们的数据和Antonia等人（1980）的数据是一致的。特别是，它意味着一个迄今为止未知的夹带行为：特征横流中心线流向平均流速的比率衰减为-1/3幂的流向距离在该地区的非平衡耗散缩放举行。
2018-03-28 physics.flu-dyn
Non-premixed Flame-Turbulence Interaction in Compressible Turbulent Flow
非预混湍流反应流动由于湍流运动与反应之间的强耦合而难以建模。典型的碳氢化合物火焰释放的大量热量导致热力学变量和分子输运系数的显著修改，从而改变了流体动力学。此外，在非预混燃烧中，火焰具有复杂的空间结构。局部的膨胀和收缩发生，增强了平行运动。因此，流动的可压缩性和热释放密切相关。然而，关于可压缩性对标量混合和反应的作用的基础研究却很少。在本文中，我们提出的结果有关的非预混火焰和可压缩湍流之间的相互作用的基本方面。
2002-03-13 physics.flu-dyn
Turbulent Mixing Dynamics of Under-Expanded Hydrogen Jets in Propulsion Systems
本研究通过高保真大涡模拟研究欠膨胀氢射流的混合特性，验证了数值方法，并比较了不同压力比和喷嘴几何构型对空气-燃料混合的影响，为氢燃料推进系统喷射器设计提供参考。
2025-09-11 physics.flu-dyn
Interplay of vortex rings and streaks in the near field of turbulent jets
鉴于最近重新对湍流射流中的条纹感兴趣，目前的工作探讨了它们与湍流圆射流近场涡环的共存。采用高速立体粒子图像测速技术研究了喷嘴下游两个直径处的雷诺数$Re=1.5 \times 10^5$射流。各个速度分量的频谱揭示了大尺度结构的径向局部特征。对应于特征的光谱固有正交分解模式的径向形状证实了在低Strouhal数$St \rightarrow 0$下射流外缘存在高速条纹。涡环和流向涡出现在$St \approx 0.49$的剪切层中，在那里它们作为一个系统一起对流并供给条纹。涡环的存在条纹的作用，然后研究通过轴对称激励加强环。观察到条纹持续存在，保持其形状，并且仅显示其能量的轻微变化。
2021-04-27 physics.flu-dyn
RANS Simulations of Turbulent Round Jets in the Presence of Density Difference and Comparison with High-Resolution Experimental Data
本文利用Qin等人[1]报道的新的实验数据来评估可实现的k-ε（RKE）模型和雷诺应力输运（Reynolds stress transfer，RKE）模型对浮力射流的预测能力，并了解差异的原因。特别是，我们提出的自相似区域中的湍流浮力射流的模拟结果与高分辨率的实验数据之间的比较获得的射流从一个2 mm的喷嘴注入到一个300 × 300 × 300 $mm^3$坦克，与标称雷诺数等于10000。结果表明，RKE模型预测的流向速度分布与实验值吻合较好，而RKE模型预测的扩散率较大。对于湍流统计，湍流动能在中心区域存在差异，两种模型的剪切应力预测良好。湍流动能产生项与实验数据的比较揭示了差异的原因，也表明，流向速度的梯度在垂直方向上的湍流动能产生的贡献最大。对RKE模型湍流耗散方程的模型系数的研究表明，$C_{\varepsilon2}$对模型精度至关重要。
2023-01-15 physics.flu-dyn
Long-term temporal dependence of droplets transiting through a fixed spatial point in gas-liquid twophase turbulent jets
本文对双粒子动态分析仪测量的气液两相湍流射流信号进行了重标极差分析。提出了一种新的重标度距离分析来研究这些非均匀采样信号。得到喷雾体中速度和其它被动标量的Hurst指数为0.59 $\pm $ ~（0.02），分维为1.41 $\pm $ ~（0.02），这与前人的结果非常一致，而且比前人的结果更精确。这些标度指数被发现是独立的配置和尺寸的喷嘴和流体流。因此，这种类型的系统形成具有不变标度性质的普适类。
2008-01-05 physics.flu-dyn
Turbulent transport and entrainment in jets and plumes: a DNS study
我们提出了一个新的DNS数据集的统计轴对称湍流射流，羽流和强迫羽流在一个域的大小$40 r_0 \times 40 r_0 \times 60 r_0$，其中$r_0$是源直径。该数据集提供了证据的有效性的Priestley和球夹带模型在不分层的环境（不包括该地区附近的源），这是进一步证实了王和法律和Ezzamel \emph{et al.}实验数据集，后者被纠正为一个小的，但有影响力的共流，影响统计。我们表明，在射流和羽流的核心区域的湍流实际上是难以区分的，虽然各向异性张量的不变量揭示了显着的变化，在羽流边缘附近的湍流。DNS数据表明，湍流普朗特数约为0.7射流和羽流。对于羽流，该值是径向动量和浮力的径向湍流输送比率不同的结果。然而，对于射流，该值源于浮力和速度分布的不同传播，尽管径向湍流传输项的比率近似为1。DNS数据没有显示出与浮力剖面与速度剖面宽度之比的逐渐变化相关的相似性漂移的任何证据。
2016-07-25 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
Discrete Lattice BGK Boltzmann Equation Computations of Transient Incompressible Turbulent Jets
本文报道了用离散格子BGK Boltzmann方程计算瞬态不可压湍流平面射流的方法。先验推导的离散格子BGK玻尔兹曼方程的空间和时间依赖的弛豫时间参数，这是用来表示平均流场，从其相应的连续形式。湍流场的平均行为由标准的{ \it k- $ε$ }湍流模型表示，并使用非均匀网格上的有限体积法进行计算。将计算结果与解析解、实验数据及其它计算方法的结果进行了比较。令人满意的协议显示。
2005-03-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Modelling the response of a turbulent jet flame to acoustic forcing in a linearized framework using an active flame approach
本研究进行了线性分析的湍流反应甲烷-空气射流火焰，预测的反应流上游声激励的响应的目标。考虑热释放波动是一个重要的组成部分时，调查热声不稳定性和火焰噪声的线性化框架。与以前的研究不同，这项工作开发并应用了一种主动火焰方法，这意味着考虑了由声学波动引起的火焰的热释放振荡。为了在线性框架中产生主动火焰方法，需要将燃烧模型线性化。结果表明，线性化的大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）燃烧模型会导致封闭问题，使他们的应用在线性化的框架麻烦。然而，雷诺平均Navier Stokes（RANS）燃烧模型，证明绕过这个问题，这使得他们适合用于此目的的候选人。RANS燃烧模型围绕湍流射流火焰的时间平均流进行线性化，该时间平均流由LES获得。一个先验分析表明，线性化的RANS涡破裂（EBU）模型是最适合所有研究的燃烧模型的调查设置和再现高精度的波动反应速率中获得的LES。此外，包括用于反应速率的线性化EBU模型的流的线性化控制方程针对传入的声学扰动被求解。响应模式表明，反应速率振荡是由Kelvin-Helmholtz涡环扰动射流火焰引起的。计算结果与大涡模拟结果在反应速率和速度脉动的模态振型方面吻合较好。
2022-12-01 physics.flu-dyn
Multi-Component High Aspect Ratio Turbulent Jets Issuing from Non-Planar Nozzles
从实际的流动几何形状的浮力气体分散的物理学的基本见解是必要的，以准确地预测与氢气流出事故泄漏和相关的可燃性信封流结构。以氦气为实验介质，采用粒子图像测速（PIV）和平面激光诱导荧光（PLIF）技术对圆管侧壁大长径比狭缝中的湍流浮力射流进行了实验研究。在这项研究中，考虑了两个槽的纵横比为10。浮力，不对称性，射流密度和雷诺数对所产生的流动结构的影响进行了研究，在垂直和水平方向。显着的差异被发现之间的演变，目前现实的射流从曲面和那些传统的大展弦比射流起源于平面。这些现实的管道泄漏代表射流被发现沿射流流向轴偏转。结果发现，纵横比的增加导致的偏转角，射流中心线衰减率和宽度增长的速度和标量场相比，他们的非平面圆形射流同行的减少，最显着的是在远场。
2018-11-27 physics.flu-dyn
Double scouring by turbulent jets downstream of a submerged sluice gate
在这项工作中，我们研究了水下闸门下游射流对非粘性颗粒沉积物床的冲刷。试验针对不同的底坎高度和水深值进行。新的制度，其中两个孔同时开发。我们确定了这两个洞的起源，并表明它们是由不同的冲刷机制。研究了孔的位置与进液深度和浇口开度的关系，并用适当的无量纲数表示。
2013-11-17 physics.flu-dyn
Modeling the influence of interactions on different variables in a turbulent thermoacoustic system
Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯理工学院）；Potsdam Institute for Climate Impact Research（波茨坦气候影响研究所）；University of Potsdam（波茨坦大学）
本文提出了一种降阶模型，通过非线性振荡器模拟湍流热声系统中局部相互作用对全局秩序的影响，再现了声压波动的多标度特性及热量释放率的动力学行为。
2025-11-19 physics.flu-dyn
Modeling and computer simulation of the mixing and heat transfer in heterogeneous turbulent two-phase jets of mutually immiscible liquids by the method of Professor Alfred I. Nakorchevskii. Part 1
本文研究了两相湍流非均质射流中互不相溶液体的混合与传热特性。许多自然过程和技术过程都涉及相互不混溶的液体的湍流射流，这是现代多相系统动力学的一个重要类别。考虑了轴对称二维定常流的微分方程组和柱坐标系中的积分关联式，研究了喷嘴喷入与喷嘴不混溶的另一种流体的射流。对两相射流中的湍流混合参数进行了模拟和分析。计算结果对研究和工业生产具有一定的参考价值，因为多相湍流混合和传热参数的计算是很重要的。
2020-12-07 cs.CE physics.flu-dyn
Lift-up, Kelvin-Helmholtz and Orr mechanisms in turbulent jets
通过全局预解式分析和谱本征正交分解（SPOD）方法，对湍流射流中存在的三种放大机制，即升力、Kelvin-Helmholtz和Orr，在一定的马赫数范围内进行了表征。最近通过Nogueira等人的局部分析在湍流射流中确定了提升机制（J. Fluid Mech.，第873卷，2019年，pp. 211-237）在低斯特劳哈尔数（$St$）和非零方位波数（$m$）下。在这些限制下，全球SPOD分析的数据高保真模拟揭示了流向涡和条纹类似的湍流壁有界流。这些结构与全局预解式分析定性一致，表明它们是对喷嘴出口附近流向涡量上游强迫的响应。振型分析、分量振幅分析和灵敏度分析区分了这三种机制和各自占主导地位的频率-波数空间区域，发现升力以$St/m \rightarrow 0$为主。最后，SPOD和局部区域的预解式分析表明，整个射流的提升机制是存在的，具有占主导地位的方位角波数与从喷嘴流向的距离成反比，与条纹的方位角波数超过5附近的喷嘴，和波数1和2最有力的潜在核心的下游。
2020-07-17 physics.flu-dyn
Coherent structures in Newtonian and viscoelastic turbulent planar jets
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Universidad Polit{é}cnica de Madrid（马德里理工大学）；Flow Matters Consultancy BV（Flow Matters咨询有限公司）
通过时空Koopman分解，研究了粘弹性平面射流中弹性湍流的触发与维持机制，发现近场弹性驱动条纹与聚合物拉伸结构是维持三维粘弹性射流弹性湍流的关键。
2026-04-29 physics.flu-dyn
Lagrangian Vorticity and Velocity Measurements in Turbulent Jets
本文报道了在大雷诺数范围内湍流射流涡量场空间傅立叶模式的各种统计特性的实验研究（$530 \leq R_λ \leq 6100$）。涡度分布的空间傅立叶模式的连续时间演化，其特征在于由一个定义良好的波矢量，从声散射测量。空间拟能谱作为空间波矢量的函数，通过扫描进入的声音频率来确定。湍流涡度波动的时频分析也进行了不同的长度尺度的流动。涡量时间相关表明，傅立叶模态的特征时间表现为扫掠时间。最后，我们报告了初步的拉格朗日速度测量使用声散射肥皂泡膨胀与氦。在散射体积中收集非常大数量（$\geq 13~10^{6}$）的孤立气泡的通道，能够计算拉格朗日速度PDF和速度谱。尽管由于气泡的有限尺寸的空间滤波，后者表现出的幂律与-2指数预测的Komogorov理论，超过十年的频率。
2003-05-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech nlin.CD
Direct numerical simulation of high-pressure mixing in turbulent jets
在采用柴油、燃气轮机和液体火箭发动机的汽车和航空航天应用中，燃烧之前是燃料和氧化剂在高压下的喷射和混合，通常超过混合物临界值。实验观察表明，在超临界压力下喷射的射流表现出显着不同的动态比射流在亚临界条件下，由于在超临界状态下缺乏明显的液相和气相。结果表明，在两种工况下，混合流体的平均流动量，如势核长度、射流空间增长率和速度衰减曲线等不同，从而导致混合流体的分布不同。在这项研究中，湍流射流直接数值模拟（DNS）进行检查之间的变化统计注入氮气（$\mathrm{N_{2}}$）在氮气（$\mathrm{N_{2}}$）在亚临界（理想气体）和超临界条件。考虑了雷诺数（$Re_{D}$）、喷孔直径（$D$）和喷孔速度（$U_{0}$）、$5000$和马赫数（$0.6$）下的等温圆射流。对于混合分析，被动标量与流动进行检查。
2019-07-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Non-Newtonian turbulent jets at low-Reynolds number
本研究通过直接数值模拟探究低雷诺数下三类非牛顿流体平面射流的流动特性，揭示了剪切稀化、黏弹性及其组合对流态转捩的影响，发现其整体统计量仍遵循与牛顿流体射流一致的幂律标度。
2023-06-08 physics.flu-dyn
Bubble entrainment in turbulent jets leaping from liquid surface
本研究通过实验发现湍流水射流跃出液面时的气泡卷吸仅由出口速度决定，受剪切力与开尔文-亥姆霍兹不稳定性驱动，与射流形态无关，为空气卷吸机制提供了新见解。
2025-10-10 physics.flu-dyn
Turbulent scalar flux in inclined jets in crossflow: counter gradient transport and deep learning modelling
Stanford University（斯坦福大学）；Citrine Informatics（Citrine信息公司）
采用高分辨大涡模拟（LES）对横流中圆柱形倾斜射流在两种不同速度比（$r=1$和$r=2$）下的流动进行了研究。首先，湍流标量混合的调查揭示了以前观察到的，但无法解释的负湍流扩散率的现象。我们确定了两种不同类型的反梯度运输，普遍存在于不同的地区：第一，在整个迎风剪切层，是由交叉梯度运输;第二，靠近墙后注射，是由非本地效应。然后，我们提出了一种深度学习方法，通过调整先前开发的张量基神经网络来模拟雷诺应力，从而对湍流标量通量进行建模（Ling等人，2016 a）。这种方法使用具有嵌入式坐标系不变性的深度神经网络来预测张量湍流扩散率，该扩散率在用于训练的高保真数据中不可明确获得。在确保分析，矩阵扩散导致对流扩散方程的稳定解，我们采用这种方法在研究中的横流倾斜射流。结果表明，一个简单的模型相比，显着的改善，特别是在交叉梯度效应发挥重要作用的湍流混合。本文提出的模型不限于横流中的射流，它可以用于任何湍流中，其中考虑了标量的雷诺平均传输。
2020-09-28 cs.LG physics.flu-dyn
Evaporation of dilute droplets in a turbulent jet: clustering and entrainment effects
湍流喷雾中的液滴蒸发涉及非定常、多尺度和多相过程，这使得它的理解和模型能力仍然有限。本工作的目的是研究液滴蒸发动力学内的湍流空间发展射流稀释，非反应条件。我们解决这个问题，使用直接数值模拟的射流充满丙酮液滴使用混合欧拉/拉格朗日方法的基础上点液滴近似。两个阶段的详细统计分析。特别是，我们展示了如何至关重要的是通过流动的液滴的不均匀本地化引起的汽相的优先采样。在湍流核心和混合层中，液滴的优先分离在入口下游突然发展。已经发现两种不同的机制来驱动这些现象，在射流核心的惯性小规模集群和间歇动力学的液滴穿过湍流/非湍流界面的混合层中的干空气夹带发生。这些现象强烈地影响了整个蒸发过程，并导致在湍流喷雾的下游演化中液滴尺寸和蒸发速率分布的显著加宽。
2017-03-17 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of turbulent jets: vortex-interface-surfactant interactions
研究了不溶性表面活性剂对湍流射流时空演化的影响。我们使用三维数值模拟，并采用界面跟踪/水平集的方法，占表面诱导Marangoni应力。本研究建立在我们以前的工作基础上（Constante等人，2021年，《流体机械杂志》，922，A6），其中我们详细研究了在不存在表面活性剂的情况下的涡旋-表面相互作用。数值解得到了广泛的韦伯和弹性数，其中涡量产生的表面变形和表面引起的Marangoni应力。目前的工作表明，第一次，Marangoni应力的关键作用，所带来的表面活性剂浓度梯度，在形成连贯的，发夹状的漩涡结构。这些结构对三维界面动力学的发展有着深远的影响。我们还提出了理论表达式的机制，影响生产率的循环中存在的表面活性剂的一般，三维，两相流和突出的主导贡献Marangoni应力。
2022-10-18 physics.flu-dyn
Optimal eddy viscosity for resolvent-based models of coherent structures in turbulent jets
响应模式计算通过线性预解式分析的湍流平均流场已被证明定性捕捉所观察到的湍流相干结构的特性，在壁有界和自由剪切流。为了使这种预解模型具有预测性，非线性强迫项必须闭合。这样做的策略包括强加自洽的三元相互作用集，提出各种源模型，或通过湍流建模。对于后者，一些研究者已经提出使用线性作用于波动场的平均场涡动粘性。在这项研究中，数据驱动的方法是采取定量改善线性预解模型推导出最佳的涡粘性场，最大限度地提高投影的主导预解模式的能量最优相干结构推导出使用光谱适当的正交分解（SPOD）的数据高保真模拟。我们使用大涡模拟数据库在亚音速，跨音速和超音速条件下的圆形等温射流，并表明，最佳的涡流粘度大大提高了resolvent和SPOD模式之间的对齐，达到90%以上的对齐在这些频率的射流表现出低秩响应。然后，我们考虑一个固定的模型的涡流粘度和表明，与一个单一的常数的校准，结果一般接近最佳的。特别是，使用一个标准的雷诺平均Navier-Stokes（RANS）涡粘性解算模型，与一个单一的系数，提供了大量的协议SPOD和解算模式的三个湍流射流和最具活力的波数和频率。
2021-01-08 physics.flu-dyn
Transient evolution of the global mode in turbulent swirling jets: experiments and modal stability analysis
模态线性稳定性分析在分析湍流的拟序结构中已被证明是非常成功的。形式上，它描述了无限时间极限中扰动的演化。在这项工作中，我们应用模态线性稳定性分析的湍流旋转射流进行控制参数瞬态。流动经历了从非涡破裂状态到具有强再循环气泡和相关联的全局模式的状态的转变。高速粒子图像测速仪（PIV）测量的基础上，局部线性稳定性分析的临时演变的基流。这一分析表明，全球模式的开始与内部停滞点的形成密切相关。几个过渡方案进行了讨论和频率选择标准的能力，以预测造波机的位置，频率和增长率的全球模式进行了评估。我们发现在整个瞬态的线性全局模式频率和实验结果之间的良好协议。相应的增长率定性符合实验观察。我们没有发现任何迹象，提出了非线性的全球模式由以前的研究。
2016-05-02 physics.flu-dyn
Chaotic and turbulent mixing of passive scalar
利用对均匀不可压流动（有和无被动标量平均梯度）的$8 \leq Re_λ < 700$和反应湍流混合层的直接数值模拟结果，研究了被动标量动力学中小Taylor-Reynolds数$Re_λ \lesssim 40$的时空确定性混沌和湍流$Re_λ \gtrsim 40$的分布混沌。结果表明，在小$Re_λ$的被动标量波动的确定性混沌的特点是指数空间（波数）谱：$E(k) \propto \exp-(k/k_c)$，而在湍流$Re_λ$的分布混沌的特点是拉伸指数谱$E(k) \propto \exp-(k/k_β)^{3/4}$。Birkhoff-Saffman不变量与动量守恒有关，并且由于Noether定理，空间均匀性已被用作这种拉伸指数谱的理论基础。虽然$k_c$和$k_β$代表了大尺度结构，但也建立了Batchelor尺度$k_{bat}$的相关性：归一化值$k_c/k_{bat}$和$k_β/k_{bat}$表现出普适性。
2019-03-27 physics.flu-dyn
The effect of turbulent clustering on particle reactivity
采用直接数值模拟（DNS）方法，研究了湍流对固体颗粒非均相（固-流）反应的影响。使用简化的反应系统，其中固体-流体反应由单个等温反应步骤表示。结果表明，由于各向同性湍流对颗粒的聚集作用，当Damköhler数较大时，总的反应速率完全由湍流控制。颗粒聚集显着减慢反应速率增加Damköhler数达到一个渐近极限，可以解析推导。这意味着湍流对非均匀反应颗粒的影响应包括在燃烧室或气化器中的焦炭燃尽等CFD模拟中使用的模型中。这种模型，基于化学和湍流的时间尺度，在这里提出的非均相反应速率在湍流的存在下。
2016-07-13 physics.flu-dyn
A Jet-Stirred Apparatus for Turbulent Combustion Experiments
设计了一种新型射流搅拌炉膛，用于研究湍流预混火焰。在新方法中，多个碰撞湍流射流用于搅拌混合物。众所周知，一对逆流湍流射流沿射流轴线产生几乎恒定的强度。在这项研究中，不同数量的冲击射流在各种配置被用来产生各向同性湍流强度。已经进行了FLUENT模拟，以评估拟议的腔室的可行性。为了能够比较不同的配置，三个不同的无量纲指数的介绍。平均流动指数、均匀性指数和各向同性指数。使用这些指数，可以比较各种室，包括传统的风扇搅拌反应器。结果表明：8进8出的同心进/出流室，入口流速为20 m/s，初始强度为15%时，产生的平均流场接近于零，湍流强度为2.5 m/s，远高于文献报道的风扇搅拌室。
2017-12-05 physics.flu-dyn
On the vortex dynamics of synthetic jet -- turbulent boundary layer interactions
利用立体粒子图像测速技术（SPIV）对合成射流与湍流边界层相互作用产生的旋涡动力学进行了实验研究。对三种展弦比为18的矩形孔口几何形状进行了试验，包括垂直于壁面的展向和流向孔口，以及在下游倾斜$45^\circ$的展向孔口。此外，三个驱动条件进行了测试，以探讨不同的吹风比和Strouhal数的影响。在测量平面阵列上获得的SPIV数据用于重建三维平均和锁相速度场，从而能够详细分析旋涡的形成和发展。孔口几何形状和流动条件的变化产生了一系列涡流结构，包括扭曲的涡环、发夹形涡流和拱形涡流。从壁面法线孔的射流主要由与边界层涡度相同方向旋转的涡所控制，该涡度通过增加混合来提高近壁面流速。相反，在倾斜射流的主导结构旋转的边界层涡，这些射流通过直接增加动量提高了近壁的流速。流场分析表明，合成射流-边界层的相互作用，导致倾斜的射流在低吹风比下工作，产生的占主导地位的涡流比壁面垂直射流在相同条件下产生的涡流弱得多。最后，在最低的Strouhal数测试的壁法向射流中的涡流之间的间距的增加导致更高的非定常混合比在较高的Strouhal数观察。
2022-05-15 physics.flu-dyn
