Noisy Transitional Flows in Imperfect Channels
该研究利用壁面嵌入式微悬臂梁传感器测量两个名义相同但缺陷不同的毫米级通道，发现近壁脉动高阶矩差异巨大，而最低阶统计量相似，并可用噪声 Landau 方程解释不同噪声源导致的相似转捩行为。
2015-07-09 physics.flu-dyn
Transitional natural convection with conjugate heat transfer over smooth and rough walls
本文研究了具有共轭换热的封闭腔内的湍流自然对流。增加这种流动中传热的最简单方法是通过粗糙表面。在数值模拟中，通常在与流体接触的壁处指定恒定温度，这在实验室实验中是不现实的。直接数值模拟（DNS）应考虑固体壁面内的热传导和冷、热壁面间的湍流流动，这对实验工作者有一定的帮助。这里，$0.5h$厚（其中$h$是通道半高）的冷壁是光滑的，并且热壁在$0.3h$厚的固体层之上具有厚度为$0.2h$的二维和三维元件。验证了结果与盒尺寸的独立性。双周期域$4h$宽允许具有有限数量的网格点的足够分辨率。结果表明，在不同的瑞利数$Ra \approx 2 \cdot 10^6$的表面中，具有交错楔的表面具有最高的传热。进行了大量的模拟，将$Ra$从$10^3$改变为$10^7$，以找到努塞尔数（$Nu$）关系的不同范围作为$Ra$的函数。流动可视化允许解释$Nu(Ra)$关系中的差异。选择两个导热系数值，一个对应于铜，另一个高十倍。已经发现努塞尔数表现为$Nu=αRa^γ$，其中$α$和$γ$独立于固体电导率，并且依赖于粗糙形状。
2017-01-24 physics.flu-dyn
The Footprint of Laminar Separation on a Wall-Bounded Wing Section at Transitional Reynolds Numbers
本文研究过渡雷诺数下壁面约束翼型的层流分离，通过测量展示分离线和回流区随Re及入射角的变化，与直接数值模拟结果一致，揭示翼展中部二维流动的局限性及壁面影响，为相关机翼流动研究提供参考。
2025-04-17 physics.flu-dyn
Recurrence of Travelling Waves in Transitional Pipe Flow
最近的理论发现的家庭的行波解决方案在管流在雷诺数低于过渡范围自然提出的问题，其相关性的湍流过渡过程。在这里进行了一系列的数值实验，我们寻找这些行波在过渡流的空间签名。工作在一个周期性的管道的5D（直径）的长度，我们发现，行波低壁切应力（下分支解决方案）是在一个表面上分离的初始条件，顺利relaminarise和那些导致湍流的演变。在5D和10D长周期管道中发现了经常性行波访问的证据，但仅适用于具有低至中等壁面剪应力的行波，并且在湍流中不到10%的时间。考虑到这一点，似乎不太可能的平均湍流特性，如壁面剪应力可以预测为一个扩展的行波，其中他们的个人属性是适当的加权。相反，进一步的动力学结构，如周期轨道，需要被隔离，并包括在任何这样的扩展。
2006-11-01 physics.flu-dyn
Structured input-output analysis of transitional wall-bounded flows
过渡河道水流的输入输出分析已被证明是一个有价值的分析工具，用于识别重要的流动结构和能量运动。传统方法将非线性项抽象为非结构化的强迫，在这个意义上，这种强迫不直接与动力学中的潜在非线性相关。相反，本文采用了一种结构化的奇异值为基础的方法，保留了一定的输入输出特性的非线性强迫函数，努力恢复更大范围的关键流特征，通过非线性分析，实验和直接数值模拟（DNS）的过渡渠道流量。应用这种方法的过渡平面Couette和平面Poiffuille流导致不仅识别的流向相干结构预测通过传统的输入-输出方法，但也斜流结构的表征为那些需要最少的能量，以诱导过渡与DNS研究，和非线性最佳扰动分析。所提出的方法还捕获了最近观察到的倾斜湍流带，这些湍流带与实验中的过渡和具有非常大的通道尺寸的DNS有关。在两种流态下，从DNS和非线性分析中预测的流向变化结构的较大放大的能力表明，结构化方法允许保持与升力机制减弱相关的非线性效应，该机制被称为主导线性算子。捕捉这个关键的非线性效应，使更广泛的已知的过渡流结构的分析输入输出建模范式内的预测。
2021-08-20 cs.SY eess.SY physics.flu-dyn
Force and torque acting on particles in a transitionally rough open channel flow
在雷诺数约为2900时，对几何粗糙壁面上的明渠水流进行了直接数值模拟。这堵墙由一层正方形排列的球体组成。审议了两个案例。在第一种情况下，球体很小（直径相当于10.7个壁单位），接近水力平滑流态的极限。在第二种情况下，球体大于三倍（49.3壁单元），并且流动处于过渡粗糙流态。特别强调的是由于湍流的力和扭矩作用在颗粒上的特性。结果发现，在这两种情况下，平均阻力，升力和展向扭矩在很大程度上产生在颗粒表面的顶部区域。粒子力波动的强度在大球体的情况下显着较大，而趋势不同的扭矩的各个分量的波动。一个简化的模型被用来表明，转矩波动可能被解释为作为一个过滤器的流量尺度的大小，可以有效地产生转矩波动的球体。波动的力和扭矩被发现表现出强烈的非高斯概率密度函数，特别是长尾，这是更明显的小球体的情况下的效果。一些影响，目前的研究结果泥沙侵蚀进行了简要讨论。
2011-08-30 physics.flu-dyn
Finite size analysis of a double crossover in transitional wall turbulence
本文对过渡平面Couette流中两个连续的过渡区进行了有限尺寸分析，这两个过渡区将层流湍流带引向均匀壁湍流。对流动进行了直接数值模拟和低阶模型模拟。湍流的动能$E$和序参数$M$，湍流的空间组织的调制的措施，采样和处理的视图分析结果从现象学的相变。第一个交叉涉及流中湍流的空间组织的损失。在带状相，序参量$M$随雷诺数$R$向小值方向连续减小，而其响应函数$χ_M$在交叉点处出现极大值。在均匀相位中，随着$R$的增加，序参数$M$及其方差$σ$随着平均场场定标$M,σ\propto 1/\sqrt{L_xL_z(R-R_c)}$而向零减小。动能$E$是$R$的仿射函数，除了在小范围内检测到急剧增加，这对应于第二次交叉。在此范围内，观察到均匀湍流相和层流湍流带相的空间和时间共存。这种急剧增加是伴随着动能的响应函数的最大值。有限尺寸分析表明，随着尺寸的增加，响应函数的最大值饱和，$E$的跳跃不陡峭。第一个交叉形式上等同于凝聚态中的一个临界现象。第二个交叉点与有限噪声模糊的一阶相变一致。对这一现象的解析分析假设了两相区域之间的非相互作用气体前沿，提供了与$E$一致的响应函数的标度。
2018-08-23 physics.flu-dyn
Laminar and transitional liquid metal duct flow near a magnetic point dipole
采用三维直接数值模拟的方法，研究了强磁偶极子场作用下液态金属管道流动中的流动转变和涡旋结构的产生。偶极子被认为是磁障碍的范例，由于洛伦兹力作用在流体元件上，磁障碍将偏离流线。管道的横截面为方形。偶极子位于顶壁上方，沿展向居中。我们的模型使用准静态近似，这是适用于小磁雷诺数的限制。该分析涵盖了在小的流体动力学雷诺数Re以及过渡的时间依赖的制度，在较高的值，可能会产生一个湍流的磁障碍物的尾流的稳定流政权。我们提出了一个系统的研究，这两个基本的流动制度和它们对Re和哈特曼数哈，磁偶极子场的强度的措施的依赖。此外，偶极子的三个方向进行了比较：流向，展向和壁法线取向的偶极子轴。在管道上方固定距离处最有效的湍流产生遵循展向方向，这是由哈特曼层的特定配置和顶板处的反向流动引起的。湍流尾流中的拟能随Ha线性增长，Ha与流向速度的壁法线z导数的优势有关。
2013-09-16 physics.flu-dyn
Aerodynamic Control of Laminar Separation on a Wall-Bounded Airfoil at Transitional Reynolds Numbers
本研究通过风洞实验发现，在过渡雷诺数下，以恒定重标度斯特劳哈尔数0.027的局部声学激励可有效控制壁面受限翼型的层流分离状态切换，并据此提出主动与被动反馈控制策略。
2025-04-21 physics.flu-dyn
Transitional boundary layers in low-Prandtl-number convection
本文从转捩和湍流粘性边界层的角度重新讨论了单位长宽比封闭圆柱形单元中湍流Rayleigh-Benard流动的速度场和温度场的边界层结构。当Rayleigh数足够大时，底板和顶板的动力学可分为下降羽流的冲击区、上升羽流的喷射区和远离侧壁的内部区。后者是由大尺度环流（LSC）卷的剪切占主导地位，它充满了整个细胞，并不断改变其方向。工作流体是液体汞或镓，对于Ra=3e+5和4 e +8之间的瑞利数，普朗特数Pr=0.021。所产生的湍流动量传递对应于宏观流雷诺数，其值在1800和46000之间。它示出的粘性边界层的最大瑞利数是高度过渡和服从的属性，是直接可比的过渡通道流在摩擦雷诺数Re_tau略低于100。随着瑞利数的增加，壁面应力分量的波动强烈增强，这也强调了粘性边界层的过渡特征。我们的分析数据的外推表明，在速度边界层的摩擦雷诺数Re_tau可以达到200的值为Ra超过1 e +11。因此，液态金属流中的粘性边界层将在比气体和气体混合物中的湍流对流低得多的瑞利数下变成湍流。
2016-12-09 physics.flu-dyn
Model for transitional turbulence in a planar shear flow
Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；University of Warwick（华威大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本文提出一个简化模型，用于描述平面剪切流中过渡湍流的现象，通过推导纳维-斯托克斯方程并分析湍流起始的模式和机制。
2026-02-23 physics.flu-dyn
On modelling transitional turbulent flows using under-resolved direct numerical simulations: The case of plane Couette flow
直接数值模拟已被证明对我们理解有壁流动向湍流的转变有不可估量的帮助。虽然通过局部点从层流到湍流的过渡动力学可以在有限范围的域中利用合理的计算资源进行研究，但在接近实验室条件下的湍流衰减研究需要考虑如此宽的域，以排除求助于完全解析的模拟。使用Gibson的C++代码GifelFlow，我们在定量水平上研究了控制降低数值分辨率对平面Couette流中湍流衰减的影响。我们表明，描述交叉流依赖的切比雪夫多项式的数量可以大大减少，同时保留所有的定性特征的解决方案。特别是，在过渡范围的上部实验观察到的倾斜湍流带制度是非常强大的。在雷诺数方面，可以看出，分辨率降低会产生上阈值Rt和下阈值Rg的规则向下移动，其中条带出现并分解。该研究说明了两个初步实验的结果。
2010-10-11 nlin.PS physics.flu-dyn
Flow organization and heat transfer in turbulent wall sheared thermal convection
我们进行直接数值模拟壁面剪切瑞利-贝纳德（RB）对流瑞利数$Ra=10^8$，普朗特数单位，壁面剪切雷诺数高达$Re_w=10000$。使用Monin-Obukhov长度$L_{MO}$，我们确定了三种不同的流动状态，浮力为主的制度（$L_{MO} \lesssim λ_θ$ ;与$λ_θ$的热边界层厚度），过渡制度（$0.5H \gtrsim L_{MO} \gtrsim λ_θ$ ;与$H$域的高度），和剪切为主的制度（$L_{MO} \gtrsim 0.5H$）。在浮力占主导地位的政权的流动动力学是类似的湍流热对流。过渡状态的特征在于随着剪切力的增加而逐渐伸长的辊。在剪切为主的制度的流动包括非常大规模的曲折卷，类似于传统的库埃特流中发现的。作为这些不同的流动状态的结果，对于固定的$Ra$并且随着剪切的增加，由于热辊的破碎，热传递首先降低，然后在剪切主导的状态开始时增加。对于$L_{MO} \gtrsim 0.5H$，努塞尔数$Nu$有效地缩放为$Nu \sim Ra^α$，其中$α\ll 1/3$，而我们发现$α\simeq 0.31$处于浮力主导的状态。在过渡区的有效标度指数是$α> 1/3$，但在这个区域的温度和速度的轮廓还不是对数，从而表明瞬态动力学，而不是热对流的最终制度。
2019-09-23 physics.flu-dyn
Laminar-Turbulent Patterning in Transitional Flows
在雷诺数R（自然控制参数）的一定范围内，壁面边界流动经历了一个向湍流的过渡，其特征是层流和湍流区域共存。这种过渡状态发生在上阈值Rt和下阈值Rg之间，在上阈值Rt之上，湍流是均匀的（无特征的），在下阈值Rg之下，任何形式的湍流都可能在过长的混沌瞬态结束时衰减。最具代表性的情况下，沿平板流动过渡到/从湍流根据这种情况进行审查。共存通常是以带的形式，交替层流和湍流，并相对于总的流动方向倾斜定向。在Rg处的能带的最终衰减指出了定向渗流和临界性在物理学相变意义上的相关性。在Rt的过渡带的形式的性质仍然有些神秘，并不容易适合在层流背景下增加控制参数的图案形成不稳定性的计划。与此相反，带出现在Rt出一个均匀的湍流背景在一个减少的控制参数。一个可能的理论层流湍流图案的成分进行了讨论。
2017-06-30 nlin.PS physics.flu-dyn
Coherent structures modeling in stenotic transitional flow via resolvent analysis
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
本研究利用求解分析对轴对称狭窄中的过渡流进行线性建模，识别了雷诺数4000下的流动放大机制，并重构了湍动能和湍流壁面剪切应力，揭示了线性机制在捕捉狭窄后复杂动力学中的有效性。
2026-06-16 physics.flu-dyn
On the transition to turbulence of wall-bounded flows in general, and plane Couette flow in particular
这一贡献的主要部分EJM-B/流体专刊致力于帕特里克·韦尔雷概述了问题的亚临界过渡到湍流的壁有界流动在其历史的角度，重点是平面库埃特流，流动之间产生的反平移平行平面。亚临界在这里意味着不连续和直接的，具有强滞后。这是由于在全局稳定性阈值Re_g（无条件返回基流的上限）和线性不稳定性阈值Re_c（无条件偏离基流）之间存在非平凡流态。首先从经验的角度讨论Re_g附近的过渡范围（§1）。回顾了Avila等人（2011）最近确定的管流Re_g。接下来研究平面库埃特流。在实验室条件下，转捩区呈现出由层流和湍流交替组成的斜向模式，直到第三个阈值Re_t，超过该阈值，湍流是均匀的。我们目前对这个问题的理论理解是接下来回顾（§2）：线性理论和非正常放大的扰动;非线性方法和动力系统，盆地边界和混沌瞬态在最小流量单位;时空混沌扩展系统和使用的概念，从统计物理，时空不稳定性和定向渗流，大偏差和极值。两个附录提出了一些最近的个人结果，在平面库埃特流图案从数值模拟和建模尝试。
2014-03-25 nlin.PS physics.flu-dyn
An input-output inspired method for permissible perturbation amplitude of transitional wall-bounded shear flows
壁面剪切流中控制向湍流转变的参数的精确设置仍然是一个悬而未决的问题;已经获得了许多理论界限，但这些界限与实验/模拟结果之间尚未达成共识。在这项工作中，我们专注于一种方法来提供一个可证明的雷诺数依赖于扰动的幅度上的限制，流可以维持，同时保持层流状态。我们的分析依赖于输入-输出方法，该方法将动态划分为线性和非线性动态的反馈互连（即，将非线性表示为静态反馈的Luré系统）。然后，我们构造二次约束的非线性项，这是限制系统物理的能量守恒（无损），并有界的输入-输出能量。计算区域的吸引力的层流状态（一组安全的扰动）和允许的扰动幅度，然后重新制定为线性矩阵不等式（LMI），这提供了一个更有效的解决方案比流行的非线性方法的基础上平方和规划。所提出的框架也可以用于能量法计算和线性稳定性分析。我们将我们的方法应用于低维非线性剪切流模型的雷诺数范围。从我们的解析推导的界限的结果是一致的，通过详尽的模拟确定的界限。然而，它们具有以低得多的计算成本实现的额外好处，并且提供了可证明的保证，即允许一定程度的扰动。
2020-11-17 cs.SY eess.SY physics.flu-dyn
Intermittency of a transitional airfoil flow with laminar separation bubble solved by the lattice-Boltzmann method
本研究用格子玻尔兹曼方法直接数值模拟NACA0012翼型过渡流动，揭示层流分离泡引起的间歇性涡脱落及噪声频谱调制，为叶片降噪提供新见解。
2024-11-07 physics.flu-dyn
Flow Statistics in the Transitional Regime of Plane Channel Flow
采用大区域直接数值模拟方法，研究了平面槽道流动的转捩区，转捩区在转捩点以上，湍流在转捩点以下不再持续。本文报道了层流湍流时空不稳定性的统计。的图案的几何形状的特征在于，首先，包括统计的角度的层流湍流条纹观察到在这个政权，与实验进行比较。高阶统计的本地和瞬时的整体速度，壁面剪应力和湍流动能，然后提供。前两个量的分布具有非平凡的形状，其特征在于大的峰度和/或偏度。有趣的是，我们观察到它们的峰度和它们的偏度平方之间有很强的线性相关性，这通常是在完全湍流状态下在高得多的雷诺数下报告的。
2020-09-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Patterns in transitional shear turbulence. Part 1. Energy transfer and mean-flow interaction
本文研究平面 Couette 流低 Reynolds 数转捩中的湍流—层流模式，通过物理与谱能量预算揭示平均流由自相互作用和湍流向大尺度传能维持，并比较均匀湍流及随 $Re$ 的变化。
2023-06-02 nlin.PS physics.flu-dyn
On the generation of drift flows in wall-bounded flows transiting to turbulence
尽管最近的进展，层流-湍流共存过渡平面壁边界剪切流仍然没有得到很好的理解。与湍流斑块内的混沌流动在局部（最小流动单元）尺度上持续的过程相比，通常沿共存范围观察到的控制层流-湍流界面的湍流度的机制仍然是神秘的。Waleffe方法[Phys.Fluids9（1997）883- 900]的一个扩展被用来表明，在局部尺度上，打破问题展向对称性的漂移流仅仅是通过稍微失谐涉及自我维持过程的模态而产生的。这为理论化层流湍流模式的形成开辟了前景。
2017-12-14 nlin.PS physics.flu-dyn
Subcritical transition to turbulence in wall-bounded flows: the case of plane Poiseuille flow
在有壁流动中，层流状态保持线性稳定的雷诺数的大值，而与非线性湍流的解决方案，从有限振幅扰动发出竞争。通过数值模拟，更具体地考虑了平面通道流（平面Poillille流）向湍流的转变。以前相互矛盾的意见是和解注意到，二维定向渗流的情况下，预期的湍流衰减可能会中断的一个破环分叉有利于本地化的湍流带。在过渡范围的另一端，一项初步研究表明，层流湍流模式留下了空间，以一个无特征的制度超出了一个明确的阈值，以确定与精度。
2019-04-07 nlin.PS physics.flu-dyn
Turbulent patterns in wall-bounded flows: a Turing instability?
在它们的方式/从湍流，平面壁有界流动显示一个有趣的过渡制度，层流和湍流斜带交替，其起源仍然是神秘的。根据Barkley最近关于管流过渡的工作，考虑了平面Couette流，并将Waleffe的经典四变量自持过程模型转化为反应扩散模型。我们表明，在履行其变量的相对扩散率的条件下，无特征的湍流制度成为不稳定的图案作为一个图灵不稳定性的结果。一个简化的双变量模型可以帮助我们描绘出参数空间的适当区域。因此，第一次将{ \it内在}状态赋予图案的波长。美德和模型的局限性进行了讨论，呼吁微观的现象学方法的支持。
2012-05-25 nlin.PS physics.flu-dyn
Transitional and Near-Wall Turbulence Dynamics over Rib-Roughened Surfaces
Indian Institute of Technology, Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Birla Institute of Technology and Science, Pilani（比拉理工科学大学）
本研究通过LES模拟发现，肋状表面能延迟边界层湍流过渡并降低阻力，尤其在特定尺寸下效果显著。
2025-10-07 physics.flu-dyn
Transitional channel flow: A minimal stochastic model
在与Pomeau的猜想有关的定向渗流（DP）的湍流的发生/衰减在壁有界的流动，我们提出了一个最小的随机模型，致力于解释的空间间歇性制度观察到的通道流之前，它返回到层流。数值模拟表明，一个政权与带倾斜漂移在两个流向对称的方向分叉成一个不对称的制度，最终衰减到层流。该模型表示在一个概率元胞自动机进化冯诺依曼邻域的概率推导出一个密切的检查模拟结果。它实现了带传播和两个主要的局部过程：纵向分裂涉及具有相同方向的带，横向分裂产生一个与其母亲方向相反的子带。观察到的最终衰减阶段显示一维DP属性在一个二维的几何形状被解释为导致在单一取向制度的横向扩展的无关性。该模型还再现了分叉恢复对称性的概率附加到横向分裂，这开辟了道路，该分叉的临界特性的研究，在类似于热力学相变的变化。
2020-12-17 nlin.PS physics.flu-dyn
Turbulent heat transfer in a channel flow at transitional Reynolds numbers
本文对极低雷诺数下的槽道湍流传热进行了直接数值模拟。研究了两种不同的热边界条件，并将温度视为被动标量。计算是用巨大的计算箱进行的（流向、壁面法线和展向方向分别高达327.7 x 2 x 128）。本文的重点是研究包括标量场在内的间歇湍流中的大尺度结构（喷烟），并给出了过渡雷诺数和临界雷诺数的数值，在此雷诺数以下，湍流分别变为间歇和层流。的统计数据，如表面摩擦和斯坦顿数，也进行了检查：他们建议，粉扑应该是有效的，在维持湍流和传热增强。
2014-06-04 physics.flu-dyn
Spatial and temporal scales of force and torque acting on wall-mounted spherical particles in open channel flow
来自在2900的整体雷诺数下几何粗糙壁上的明渠流的直接数值模拟的数据，由Chan-Braun等人[“Force and torque acting on particles in a transitionally rough open-channel flow”，J. Fluid Mech.684，441- 474（2011），10.1017/jfm.2011.311]中所述的方法，进一步分析了作用在壁装球体上的力和扭矩的时间和长度尺度。对于正方形布置的两种尺寸的球体（直径为11和49个壁单元，分别产生水力平滑和过渡粗糙流），研究了阻力、升力和展向扭矩的空间结构。给出了时间上的自相关和谱，以及时空相关和对流速度，并进行了讨论。发现展向质点扭矩的统计特性与光滑壁面处剪应力的统计特性相似。粒子阻力和升力被证明不同于展向粒子扭矩，表现出相当小的时间和长度尺度;阻力和升力的对流速度略大于展向扭矩。此外，流场和颗粒相关的量之间的相关性。流向速度和阻力/展向扭矩之间的相关性的空间结构的特征细长的形状，让人想起缓冲层条纹。压力场和颗粒阻力之间的相关性表现出两个相反的符号凸起的上游和下游侧的颗粒。
2013-06-04 physics.flu-dyn
Formation of spanwise vorticy in oblique turbulent bands of transitional plane Couette flow, part 1: Numerical experiments
本文用直接数值模拟（DNS）方法研究了平面Couette流（PCF）斜层流-湍流带速度条纹中展向涡量的形成。展向涡量是由速度条纹的流向壁面正剪切层的卷起型发展产生的。它是由沿带状的大尺度气流平流输送的。我们提出了一个展向涡度的标准，检测这些事件，以进行系统的测量。除了流向和展向相关长度的辊，他们的平流速度进行了测量，并显示匹配的大规模流动沿带附近的湍流区。最后，我们讨论了涡量从层流区附近的带中射出与层流区大小之间的可能关系。
2014-12-08 physics.flu-dyn
Collapse of transitional wall turbulence captured using a rare events algorithm
本文介绍了第一个成功的应用罕见事件方法的研究多稳定性的湍流无随机能量注入。本文用\emph{Adaptive Multilevel Splitting}（AMS）系统地计算了平面Couette流中湍流崩溃的轨迹及其发生的概率和速率。AMS计算在尺寸为$L_x\times L_z=24\times 18$的系统中进行，雷诺数为$R=370$，相对于DNS加速度为因子$\mathcal{O}(10)$;在尺寸为$L_x\times L_z=36\times 27$的系统中进行，雷诺数为$R=377$，加速度为因子$\mathcal{O}(10^3)$。AMS的结果进行了验证与DNS的大小$L_x\times L_z=24\times 18$的系统中的比较。这两个系统的可视化都表明，湍流的崩溃是因为湍流的自我维持过程局部失败。流向涡首先在流向细长孔中衰减，留下经历粘性衰减的流向不变的流向速度管。然后这些孔沿翼展方向延伸。在尺寸为$L_x\times L_z=24\times 18$的系统中，对$(E_{c,x}=\int u_x^2/2\,{\rm d}^3\mathbf{x},E_{c,y-z}=\int (u_y^2/2+u_z^2/2)\,{\rm d}^3\mathbf{x})$平面上的一千多条轨迹的检查证实了流向涡的衰减更快，并显示了轨迹的集中。这暗示了大尺寸极限下的瞬子现象。…
2021-07-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Leray-alpha model and transition to turbulence in rough-wall boundary layers
在本研究中，我们使用一个五阶常微分方程，一个概括的Blasius方程来自Leray-alpha模型，研究过渡到湍流粗糙壁边界层流动。这个方程，结合一个较弱的制定冯卡门对数法修改，包括表面粗糙度的影响，提供了一个家庭的湍流速度分布与两个自由参数：动量厚度为基础的雷诺数和粗糙度函数。结果得到了表面摩擦系数的关联式，并根据粗糙度函数预测了过渡雷诺数和最大表面摩擦系数。
2007-07-03 physics.flu-dyn
Machine-learning wall-model large-eddy simulation accounting for isotropic roughness under local equilibrium
本文提出融合粗糙几何与近壁流特征的神经网络壁面模型，结合信息论、主动学习和高斯过程置信度，在槽道及涡轮叶片WMLES中准确预测粗糙壁摩擦。
2024-06-01 physics.flu-dyn
Patterns in transitional shear turbulence. Part 2: Emergence and optimal wavelength
本文研究平面 Couette 流低雷诺数转捩中的湍流—层流模式，通过数值模拟、寿命测量与小波分析量化波长选择，发现优选波长最大化界面大尺度流动的能量与耗散。
2023-06-07 nlin.PS physics.flu-dyn
On the decay of turbulence in plane Couette flow
本文用直接数值模拟方法研究了平面Couette流动下转捩区湍流和层流斜带的衰减。我们认为，系统扩展到足以存在几个波段，由于温和的壁正常下分辨率被认为是一个一致的和经过充分验证的建模策略。我们指出了一个两阶段的过程，涉及一个乐队的破裂，然后由一个缓慢的回归的碎片离开。以前的方法湍流衰减壁有界的流动，利用混沌瞬态范式重新解释在时空的角度来看，在一个潜在的随机过程的大偏差。
2011-07-27 nlin.PS physics.flu-dyn
On the underlying drag-reduction mechanisms of flow-control strategies in a transitional channel flow: temporal approach
采用直接数值模拟的方法，在摩擦雷诺数为65 ~ 85的范围内，研究了三种不同的流动控制策略对槽道流动减阻效果的影响机理。这些策略包括添加长链聚合物、引入滑动表面和施加外部体积力。虽然人们认为这种方法通过控制近壁流动结构来减少表面摩擦，但起作用的基本机制仍然不清楚。在这项研究中，一个时间的分析，阐明这些方法之间的减阻机制。该分析是基于由最小湍流通道流的活动和休眠阶段表示的间歇阶段的寿命（Xi & Graham，Phy. Rev. Lett. 2010年）。在相同减阻量下，聚合物法和滑移法显示出相似的减阻机理，而体积力法则不同。聚合物和滑动表面导致冬眠阶段更频繁地发生，而活动阶段的持续时间减少。然而，体积力导致冬眠阶段发生的频率较低，但延长其持续时间，以实现相当数量的减阻。体积力法背后的一个可能机制与其在壁面附近形成的独特的辊状旋涡结构有关。这些结构似乎可以防止内部和外部区域之间的相互作用，从而延长冬眠阶段。它应该激励自适应流动控制策略，以利用不同的基本机制，在低雷诺数的湍流阻力鲁棒控制。
2021-10-25 physics.flu-dyn
Bifurcations to turbulence in transitional channel flow
在有壁面边界的平行流中，即使层流仍然稳定，也会出现持续的湍流。槽道流是这样的流动之一，并显示局部湍流沿其路径从/到无特征湍流的时空波动模式。通过直接数值模拟，我们研究了观察到的不一致性湍流衰减根据二维定向渗流（2D-DP）方案和持续的倾斜本地化湍流带（LTB）的DP临界点以下的存在。在雷诺数Reg \sim 700以上，观察到持续的LTB;大多数LTB具有相同的方向，因此，在Re 2 \sim 1000以下，LTB模式的展向对称性被破坏。横向分裂的频率在Reg < Re <Re 2的范围内增加，通过横向分裂，LTB产生另一个具有相反方向的分裂，使得湍流传播本质上变成二维的。它在Re 2处达到临界速率，超过该临界速率，对称性恢复。仅在Re 2以上检索2D-DP行为。提出了一个平均场模型，该模型通过考虑沿任一方向传播的LTB的空间平均密度之间的相互作用，定性地解释了上述混沌恢复分叉。
2019-12-01 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Laminar-turbulent patterning in wall-bounded shear flows: a Galerkin model
在走向湍流的过程中，平面库埃特流--反向平移的平行板之间的流动--显示出令人困惑的稳定斜层流湍流模式。我们通过纳维-斯托克斯方程的Galerkin模型来处理这个问题。水动力场的壁面法线依赖性通过精确拟合边界条件的函数基展开来处理。这产生了一组偏微分方程的时空动力学的平面上的流动。截断这一组超出最低非平凡的顺序数值显示，产生预期的模式，因此提高了在粗糙的有效壁法线分辨率。开放的方法的观点进行了讨论。
2015-03-20 nlin.PS physics.flu-dyn
Regional Stability Analysis of Transitional Fluid Flows
介绍了一种能保证过渡流体流动模型区域稳定性的最大能量摄动界的方法。所提出的方法利用流体模型的非线性是无损的和局部有界的事实，并使用椭球的轴长度的轨迹集包容作为变量的稳定性条件。与现有的方法相比，该方法导致平均增加29%的Waleffe-KimHamilton（WKH）剪切流模型和38%的9状态简化模型的Couette流的最大允许能量扰动。
2021-10-15 cs.SY eess.SY physics.flu-dyn
Feedback control of transitional shear flows: Sensor selection for performance recovery
传感器和致动器的选择和布置是确定可使用闭环控制实现的性能的基本因素。在控制过渡性流动的情况下，这一决定特别重要，但也很困难。线性化纳维-斯托克斯方程的高度非正态性使得流动对小扰动敏感，对闭环流动控制性能具有潜在的剧烈性能后果。全信息控制器，如线性二次型调节器（LQR），已经证明了一些成功的减少瞬态能量增长和抑制过渡，但是，基于传感器的输出反馈控制器具有可比的性能一直难以实现。在这项研究中，我们提出了两种方法，使传感器为基础的输出反馈控制器恢复全信息控制性能的传感器选择：一个基于稀疏控制器的合成方法，和一个基于平衡截断模型简化过程。这两种方法进行了研究内的线性和非线性模拟的亚临界通道流与吹吸驱动的墙壁。我们发现，这两种方法确定的传感器配置允许基于传感器的静态输出反馈LQR控制器恢复全信息LQR控制性能，无论是在减少瞬态能量增长和抑制过渡。此外，我们的研究结果表明，传感器的选择方法和由此产生的控制器表现出鲁棒性雷诺数的变化。
2020-09-08 physics.flu-dyn
Ginzburg--Landau description of laminar-turbulent oblique band formation in transitional plane Couette flow
平面Couette流是指两个平行的相向运动的平面之间的流动，它是壁面有界流动的一个例子，在一定的雷诺数[R_g，R_t]范围内，壁面有界流动经历了向湍流的转变，湍流区和层流区有序共存。当纵横比足够大时，这种共存以交替的湍流和层流斜带的形式发生。当R上升到上阈值R_t时，谱带逐渐消失，为均匀的无特征湍流留下空间。这种连续的过渡在这里研究的手段下解决的数值模拟理解为一种建模方法，适合于长时间，大的纵横比的限制。系统的状态的定量特征在于使用标准的可观的（湍流分数和湍流强度内的频带）。一对复杂的序参量定义的模式，这是进一步分析内的一个标准的Ginzburg-Landau形式主义。该模型的系数原来是那些实验确定的圆柱Couette流。
2011-02-15 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of open-channel flow over a fully-rough wall at moderate relative submergence
直接数值模拟的明渠流床的球排列在一个规则的模式已经进行了散装雷诺数和粗糙度雷诺数（基于球直径）分别约为6900和120，其中的流态是完全粗糙。开放通道高度约为球体直径的5.5倍。扩展Chan-Braun等人（J. Fluid Mech.，Vol.684，2011，441），本发明的目的是示出当达到完全粗糙状态时流动结构如何变化，并且第一次能够与实验观察进行直接比较。结果表明，在粗糙度元素附近，平均流场的雷诺数效应和粗糙度的几何特征的影响，而在较大的壁距，这是不是这样的情况下，和粗糙度的概念可以应用。流粗糙度的相互作用主要发生在该区域以上的虚拟原点的速度分布，和形状引起的速度波动的影响是最大的球波峰的水平。在球冠附近的湍流速度波动的展向长度尺度显示出相同的依赖于从壁的距离，在一个光滑的壁观察到的，都随雷诺数以类似的方式。此外，粗糙元所经历的水动力和扭矩进行了研究。最后，也讨论了采用与湍流结构与平坦光滑壁或与球体表面的相互作用相关的水动力之间的类比的可能性，区分了过渡粗糙和完全粗糙制度中的表面摩擦力和形状阻力贡献。
2017-06-06 physics.flu-dyn
Near-wall turbulence alteration with the Transpiration-Resistance Model
本文研究了穿透阻力模型（TRM）边界条件改变近壁湍流的作用，通过滑移和穿透长度定义穿透因子，发现其与粗糙度函数呈线性关系，可有效表征过渡粗糙状态下的粗糙表面。
2021-10-23 physics.flu-dyn
The origin of wall-shear stress fluctuations in wall-bounded turbulence
本文通过壁面能量耗散研究壁面剪切应力波动的起源，发现大尺度耗散源于近壁尺度相互作用，且随雷诺数增大，小尺度向大尺度的能量输运因对数层中间尺度增多而增强。
2024-05-01 physics.flu-dyn
Reynolds stress scaling in the near-wall region of wall-bounded flows
本研究针对壁面约束流动近壁区雷诺应力特性，推导得到一种新的标度律，实现近壁雷诺应力各分量的雷诺数无关分布，明确了壁面切应力脉动的作用与大涡对近壁湍流雷诺数依赖性的决定机制。
2021-06-09 physics.flu-dyn
A model under location uncertainty to predict the mean velocity in wall bounded flows
到目前为止，还没有一个令人满意的模型来解释规范壁面边界流动的整个湍流层内的平均速度分布。我们提出了一个修改的速度剖面表达式，england从最近提出的流体流动动力学的随机表示。这种建模，被称为建模下的位置不确定性引入了一个严格的方式推广的涡粘性假设和涡诱导平流项湍流不均匀性。后一项给出了粘性子层和湍流子层之间的过渡区的理论上有充分依据的模型。在粘性区，还提供了小尺度速度分量的表达式。数值评估的结果提供了湍流边界层流，管流和渠道流在不同的雷诺数。
2018-12-07 physics.flu-dyn
Asymmetrical Order in Wall-Bounded Turbulent Flows
在梯度结构中，对于每个雷诺应力分量，揭示了湍流壁边界流的缩放。在耗散结构中，存在一种不对称的秩序，我们可以部署它来统一这些流动内部和之间的缩放和传输动力学。槽道和平板边界层流动的外边界条件有细微的差别，它们改变了远离壁面的湍流结构。耗散结构和相应的输运动力学中表现出的自相似性建立了有壁界湍流的能力和知识。
2021-01-31 physics.flu-dyn
Self-similar invariant solution in the near-wall region of a turbulent boundary layer at asymptotically high Reynolds numbers
在足够高的雷诺数下，壁面附近的剪切流湍流具有普遍的性质。当长度和速度由湍流的适当特征尺度重新标度，从而在\emph{inner units}中测量时，流的统计特性变得与雷诺数无关。我们证明了平行边界层的完全非线性三维纳维-斯托克斯方程的附壁非混沌精确不变解的存在性，该解捕获了近壁湍流结构的特征自相似标度。行波解的分支可以继续到$Re=1,000,000$。理论和数值相结合的证据表明，解决方案是渐近自相似和精确的尺度内单位雷诺数趋于无穷大。证明存在的不变的解决方案，捕获自相似的缩放特性的湍流在近壁区域是一个步骤，扩展的动力系统方法湍流从过渡制度充分发展的边界层。
2019-12-10 physics.flu-dyn
Dynamics of laminar and transitional flows over slip surfaces: effects on the laminar-turbulent separatrix
本文用直接数值模拟的方法研究了滑移面对平面Poillille流层流-湍流分界线的影响。湍流寿命，湍流持续的可能性，研究过渡流与各种滑移长度。与无滑移情况相比，滑移面降低了持续湍流的可能性，并且随着滑移长度的增加，可能性进一步降低。采用纳维-斯托克斯方程的非线性行波解（也称为精确相干解），对滑移面对湍流转捩的影响进行了确定性分析。使用了两个解族，称为P3和P4，因为它们的下分支解嵌入层流和湍流的吸引盆的边界上（Park & Graham 2015）。此外，它们表现出不同的流动结构-P3和P4分别表示为核心模式和临界层模式。滑移面对解的影响通过摩擦力演化、线性增长率和过渡轨迹的相空间投影来观察。滑移面改变过渡动力学的核心模式，但相当大的临界层模式。最重要的是，滑移面促进不同的过渡动力学-早期和旁路样过渡的核心模式和延迟和H-/K型的临界层模式的过渡。时空和象限分析的基础上，它被发现，滑移面促进流行的强壁向运动（掠样事件）靠近涡核通道中心附近，诱导早期过渡，而持续的喷射事件存在于该地区的$Λ$形涡核靠近临界层，导致延迟过渡。
2020-04-02 physics.flu-dyn
New methodology based on energy flux similarity for large-eddy simulation of transitional and turbulent flows
本文提出了一种基于能流相似的转捩和湍流大涡模拟新方法。现有的知识表明，能量级联一般存在于不同分布的过渡流和湍流中，能量级联过程中尺度相互作用的特征量是能通量。因此，选择能流相似作为基本准则，以保证LES得到的流场与真实流场高度相似。通过先验检验，我们发现张量扩散率（TD）模型的能流与真实的能流有很高的相似性。然后，我们从TD模型修改的模拟能通量，得到了统一的公式对应于不同的过滤器的宽度和位置的有壁湍流的能通量相似。为了确保模拟的鲁棒性和LES结果类似于真实的流动，我们应用能量通量相似方法（EFSM）的Smagorinsky模型在LES的可压缩湍流通道流，可压缩平板流，和流动的可压缩斜坡。后验检验表明，总体而言，EFSM可以更好地预测这些流量比其他子网格尺度模型。在槽道湍流的模拟中，EFSM可以准确地预测平均流向速度、雷诺应力和丰富的拟序结构。在可压缩平板流动的大涡模拟中，EFSM在三种不同网格尺度下均能准确地模拟转捩起始点和转捩峰值、表面摩擦力和流向平均速度。同时，对于可压缩斜坡绕流，EFSM能正确描述绕流转捩过程、角区分离和再附位置以及丰富的拟序涡结构等。
2019-10-28 physics.flu-dyn
DNS of transitional and turbulent flows in rectangular ducts
本文采用直接数值模拟的方法，对具有不同长宽比的封闭矩形通道内的流动进行了数值模拟。纳维-斯托克斯方程采用二阶有限差分格式离散，在两个方向上采用非均匀网格。管道横截面积以及流速保持恒定，这允许调查雷诺数中的适当长度尺度，以便在层流和完全湍流状态下进行良好缩放。我们发现，雷诺数的基础上的短边的一半长度导致一个临界雷诺数是独立的纵横比（AR），与AR>1的管道。壁面法向速度分布的平均值和均方根值与摩擦速度的局部值成比例。在高摩擦雷诺数下，雷诺数依赖性与湍流平面通道中的雷诺数依赖性相似，因此矩形管道中的流动允许通过减少模拟次数来研究雷诺数依赖性。在低Re下，由于不同尺寸的流动结构的相互作用，统计分布不同于二维通道中的统计分布。速度矢量和雷诺应力张量沿应变率张量的本征矢量的投影产生减小的雷诺应力各向异性和简单的湍流动能预算。
2019-07-18 physics.flu-dyn
Scaling of the energy spectra of wall-bounded turbulence
通过使用在中等摩擦雷诺数（Retau <= 1900）和非常大的数值箱中直接模拟湍流通道的新结果，我们检查了对壁界湍流重叠和外部区域相似性假设的修正。
2013-09-10 physics.flu-dyn
Near wall patch representation of wall bounded turbulence
最近的实验和计算研究表明，近壁湍流流动可以由普遍的小尺度自主动力学来表征，这些动力学被大尺度结构调制。我们制定了一个小的区域内的近壁湍流的数值模拟的边界，其尺寸尺度的粘性单位。为了模拟近壁湍流演化的环境，我们的配方占通过域的上边界的平均动量通量。模型的二维能谱和低阶单点统计量与零压力梯度和温和有利压力梯度直接数值模拟计算的相应量的比较表明，它成功地捕捉到了小尺度近壁湍流的动力学。
2021-01-20 physics.flu-dyn
Natural grid stretching for DNS of wall-bounded flows
我们提出了一个自然的拉伸函数DNS的壁有界流，它融合了均匀的近壁间距与均匀的分辨率在外壁层的柯尔莫哥洛夫单位。通过对管道流场的数值模拟，得到了混合参数和壁面网格间距的最优值，从而保证了计算精度和计算效率，使时间步长最大化。在足够高的雷诺数下进行的DNS支持了结论，即存在接近对数层的平均速度分布。给定一个目标雷诺数，我们提供了一个明确的处方的网格点的数量和网格聚类需要实现准确的结果与资源的最佳利用。
2021-04-12 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
DNS of heat transfer in a transitional channel flow accompanied by a turbulent puff-like structure
基于摩擦速度和通道半宽$δ$，对摩擦雷诺数在60 ~ 180范围内的充分发展通道流的湍流换热进行了直接数值模拟，重点研究了喷流结构、大尺度空间不稳定性。在雷诺数小于80的情况下，采用51.2 x 2 x 22.5的大计算区域，观察到了湍流烟团，并发现了其对动量和热量传输的显著影响。考虑到两种不同的热边界条件，研究了平衡烟团或局部湍流的空间结构：均匀的热流加热和恒定的壁间温差。结果表明，在流场中存在一个斜带状的局部强湍流区，沿此区域诱导出展向二次流。因此，在目前的最低雷诺数低至60，流动保持湍流和较大的努塞尔数比那些没有喷烟的喷烟的存在下获得。
2014-09-17 physics.flu-dyn
