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
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
A high-fidelity solver for turbulent compressible flows on unstructured meshes
我们开发了一个高保真的数值求解器的可压缩纳维-斯托克斯方程，突出的主要目的是预测能力的低扩散数值在复杂的几何形状的流动。纳维-斯托克斯方程中对流项的空间离散依赖于稳健的能量守恒数值通量，并且从AUSM方案继承的数值扩散仅限于激波附近或感测到伪数值振荡的任何地方。求解器是能够保存的总动能在无粘极限，它承担明智的数值扩散比典型的工业求解器，与招致更大的预测能力，通过一系列的测试情况下，包括DNS，LES和URANS的湍流证明。在现有的流行的求解器，如OpenFOAM的实现简单性也突出显示。
2016-12-15 physics.flu-dyn
Decorrelating a compressible turbulent flow: an experiment
最初均匀分布在湍流流体表面上的漂浮颗粒，随后凝结，直到最终达到稳定状态。既然如此，它们显然形成一个可压缩系统。在本实验中，测量了凝结漂浮物的信息维数D_1和李雅普诺夫指数。粒子的轨迹和速度场被捕获在一系列快速获取的图像中。然后，速度序列在时间上被随机打乱以生成新的轨迹。该分析模拟Kraichnan系综，并产生在时间上（但不在空间上）与δ相关的速度关联函数的性质。将测量结果与理论预期以及Boffetta等人的模拟进行比较，非常接近这里报道的实验室实验。
2010-09-27 physics.flu-dyn
Detailed derivation of scale-Space Energy Density Transport Equation for Compressible Inhomogeneous Turbulent Flows
尺度空间能量密度函数$E(\mathbf{x}, \mathbf{r})$定义为两点速度相关的导数。函数E描述了在位置x处尺度r的湍流动能能量密度，并且可以被认为是谱能量密度函数概念对非均匀流的推广。我们推导了可压缩流中尺度空间能量密度函数的输运方程，以更好地理解尺度间的能量传递和能量相互作用的非局部性程度。具体来说，变密度和膨胀的湍流能量动力学的影响。预计这些研究结果将产生更深入的了解压缩性的影响，导致改进的模型在所有级别的关闭质量通量，密度方差，压力膨胀，压力应变相关性和湍流耗散过程。
2020-10-05 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
Temperature transformation recovering the compressible law of the wall for turbulent channel flow
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出新的温度变换方法，用于可压缩湍流通道流，通过分析动量和能量平衡方程，改进了温度分布模型，提高了近壁建模的准确性。
2026-03-04 physics.flu-dyn
Transport of inertial spherical particles in compressible turbulent boundary layers
通过直接数值模拟研究马赫数2至6可压缩湍流边界层中惯性球形颗粒的输运，发现压缩性效应显著减弱大惯性颗粒的近壁聚集、小尺度簇聚及流向速度脉动强度，并揭示其与近壁颗粒马赫数及流体密度黏度变化有关。
2024-07-15 physics.flu-dyn
Tackling Compressible Turbulent Multi-Component Flows with Dynamic hp-Adaptation
本文提出一种hp自适应混合间断伽辽金/有限体积方法，用于模拟可压缩湍流多组分流动，通过动态切换h细化FV子单元和p自适应DG，实现精确激波定位和湍流解析，并在FLEXI框架中验证其鲁棒性，展示了在欠膨胀氢气射流混合模拟中的潜力。
2025-02-26 physics.flu-dyn
Validation of a high-order finite difference compressible solver
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
本文提出了一种基于紧凑有限差分方案的高阶可压缩求解器，并通过五个典型案例验证了其在激波捕捉和湍流模拟中的准确性与可靠性。
2026-02-06 physics.flu-dyn
Whistling of turbulent cavity flows: Self-consistent predictions with the linearized compressible Navier-Stokes equations
本文提出一种基于三重分解和可压缩Navier-Stokes方程的自洽饱和模型，通过迭代更新Reynolds应力强迫直至主导模态边际稳定，成功预测了湍流低马赫数空腔流动中空气声学极限环的频率与幅度，并与大涡模拟及实验吻合良好。
2025-09-22 physics.flu-dyn
A matrix-free high-order discontinuous Galerkin compressible Navier-Stokes solver: A performance comparison of compressible and incompressible formulations for turbulent incompressible flows
可压缩和不可压缩的Navier-Stokes求解器都可以使用，并且用于求解不可压缩的湍流问题。在可压缩情况下，马赫数被视为求解器参数，设置为小值$\mathrm{M}\approx 0.1$，以模拟不可压缩流。该方法广泛应用于可压缩纳维-斯托克斯方程的高阶间断Galerkin离散。目前的工作提出了一个真正的不可压缩的制定相比，可压缩DG求解器的计算效率的问题。我们的国家的最先进的贡献是双重的：首先，我们提出了一个高性能的不连续Galerkin求解器的可压缩纳维-斯托克斯方程的基础上，一个高效的无矩阵的实现，目标是现代的基于缓存的多核架构。在这项工作中提出的性能结果集中在节点级的性能和我们的研究结果表明，有很大的潜力，进一步提高性能的当前国家的最先进的不连续Galerkin实现的可压缩纳维-斯托克斯方程。其次，这个可压缩的Navier-Stokes方程求解器的角度来看，通过比较它的不可压缩DG求解器，使用相同的矩阵的自由实现。我们讨论了两种解决方案的策略之间的算法差异，并提出了深入的数值研究的性能。所考虑的基准测试用例是作为过渡流的代表的三维泰勒-格林涡问题和作为壁界湍流的代表的湍流槽道流问题。
2018-06-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Pseudo-turbulence models for compressible flow through random particle suspensions
基于颗粒解析模拟数据，将不可压缩伪湍流雷诺应力模型扩展至亚音速可压缩流动，并提出局部拉格朗日模型及能量方程闭合相关模型，用于欧拉-拉格朗日模拟。
2025-05-08 physics.flu-dyn
Three dimensional high-order gas-kinetic scheme for supersonic isotropic turbulence II: coarse-grained analysis of compressible $K_{sgs}$ budget
本文采用高阶气体动力学格式（HGKS）[{$Ma_{t} = 1.2$} \& { \it{Fluids, 192, 2019} }]对可压缩各向同性湍流进行了直至超声速的直接数值模拟。本文对亚网格尺度湍流动能收支的粗粒度分析方法$K_{sgs}$进行了全面的分析，以建立可压缩大涡模拟中的单方程亚网格湍流动能收支模型。HGKS在更高的湍流马赫数下得到了高达$Ma_{t} = 2.0$的DNS，证实了HGKS的超鲁棒性。在此基础上，采用密度加权滤波方法，导出了精确的可压缩SGS湍流动能输运方程$K_{sgs}$。基于可压缩$K_{sgs}$输运方程，采用Box滤波器在三组不可分辨网格上实现了粗粒化处理。对可压缩$K_{sgs}$预算的粗粒度分析表明，在当前系统中，所有未分辨的源项都是主导项。特别地，在初始声学时间尺度内，SGS压胀项的量级与SGS螺线管耗散项的量级相当。因此，可以得出结论，SGS的压力膨胀项不能像以前的工作被忽略。通过对可压缩$K_{sgs}$方程SGS扩散项的精细粗粒度分析，证实了脉动速度三重相关项和压力-速度相关项都是主导项。目前的粗粒度分析给出了可压缩$K_{sgs}$预算中所有SGS项的数量级，这为高马赫数湍流中可压缩LES模拟提供了坚实的基础。
2020-05-25 physics.flu-dyn
Optimized Flow Control based on Automatic Differentiation in Compressible Turbulent Channel Flows
本研究提出基于自动微分的可微边界条件框架，用于可压缩湍流通道流的高效流动控制优化，发现以湍动能为目标的反向控制能实现更稳定的减阻效果。
2024-10-30 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
Comparison of Entropy Stable Collocation High-Order DG Methods for Compressible Turbulent Flows
本文比较了基于Gauss-Legendre和Gauss-Lobatto节点的熵稳定DG谱元方法在可压缩壁面边界湍流中的稳定效果，发现前者精度高而后者因时间步长限制小且算子简单而速度更快。
2025-03-31 physics.comp-ph 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
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
Diffusion in supersonic, turbulent, compressible flows
我们研究超音速、紊流、可压缩流中的扩散。超声速湍流可以表征为相互作用的激波网络。我们考虑具有不同均方根马赫数的流动，并且在不同的空间尺度上插入维持动力学平衡所需的能量。我们发现，湍流输运表现出超扩散行为，由于诱导体运动。然而，在共动参考系中，扩散行为是正常的，可以用扩展到超音速区域的混合长度理论来描述。
2003-02-25 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Strongly superadiabatic and stratified limits of compressible convection
本文通过三维数值模拟研究超越Oberbeck-Boussinesq极限的完全可压缩湍流对流，发现超绝热性 $ε$ 和耗散数 $D$ 导致强超绝热与强分层两种极限，并详细分析了强分层引起的边界层动力学不对称及能量收支传输特性。
2023-10-04 physics.flu-dyn
Intermittency and Universality in Fully-Developed Inviscid and Weakly-Compressible Turbulent Flows
我们进行了均匀和各向同性可压缩湍流的高分辨率数值模拟，平均三维马赫数接近0.3。我们研究了速度、密度和熵的不透明度的统计性质。对于速度场，这是主要的量，可以比较各向同性不可压缩的情况下，我们发现没有统计差异，其行为在惯性范围内，由于轻微的可压缩性或不同的耗散机制。对于密度场，我们发现证据的“前”的结构，虽然没有冲击产生的模拟。
2007-09-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulent drag reduction with streamwise travelling waves in the compressible regime
本研究通过直接数值模拟对比不同可压缩槽道流的行波减阻效果，发现可压缩性对减阻的提升程度受对比流程影响，采用动能约束为固定比例转热能的对比方法更合理，此时可压缩性对减阻提升微弱。
2023-12-15 physics.flu-dyn
A general vector field coupled to a strongly compressible turbulent flow
我们考虑的模型的横向矢量（如磁场）场的最一般形式的非线性，被称为${\cal A}$模型，被动平流的强可压缩的湍流，随机搅拌的纳维-斯托克斯方程。完全随机问题等价于具有红外吸引不动点的可重正化场论模型。因此，建立了大尺度、长距离行为的标度行为。然而，参数${\cal A}$是否趋向于重整化群方程的某个不动点值或保持任意性的问题，不能在我们研究的单圈近似中回答。
2021-11-01 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Resolvent analysis of compressible laminar and turbulent cavity flows
目前的工作表明，使用预解式分析，以获得物理见解的开放腔流。预解式分析确定了对谐波强迫的流量响应，给出了稳定的基本状态，根据响应和强迫模式以及放大增益。的响应和强迫模式揭示了与此放大过程相关的空间结构。在这项研究中，我们进行解析分析层流和湍流超过一个矩形空腔的长度与深度比$L/D=6$在自由流马赫数为$M_\infty=0.6$在展向周期设置。基于基态的主导不稳定性，在预解式分析中引入折扣参数，考察了有限时间窗内的谐波特性。我们首先揭示了基本的流动物理和解释的结果从层流在$Re_D = 502$。这些结果从层流扩展到一个更实际的空腔流动的例子在一个更高的雷诺数$Re_D = 10^4$。层流和湍流空腔流的响应模式和强迫模式的特征与层流分析的空间结构相似。我们进一步发现，在流动响应中的能量的大放大与高频率的湍流，而流动是更响应于低频激励的层流的情况下。这些研究结果从预解式分析提供了有价值的见解，流动控制研究方面的参数选择和放置的致动器和传感器。
2019-09-13 physics.flu-dyn
Large eddy simulations of turbulent compressible supersonic jet flows using discontinous Galerkin methods
本文采用间断Galerkin格式对超声速喷流进行大涡模拟。总共进行了四次模拟与不同的网格和精度顺序。来自模拟的自由度的数量从50 x 106变化到400 x 106。结果表明，随着模拟分辨率的提高，总体上模拟结果更接近实验数据。射流唇线是唯一没有观察到这种行为的区域。研究了一种用低阶模拟初始化高阶模拟的方法，从而减少了高阶模拟的总时间。这种策略是成功的，并允许执行高阶模拟，只有5%以上的计算工作量比一个完整的二阶模拟。
2023-01-04 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
Direct numerical simulation of turbulent mass transfer at the surface of an open channel flow
我们提出了直接的数值模拟结果的湍流明渠流在散装雷诺数高达12000，再加上（被动）标量运输施密特数高达200。注意捕捉非常大尺度的运动，已经出现了相对温和的雷诺数。根据之前的研究和对未污染表面的理论预测，发现平坦自由表面的传输速度与施密特数的“-1/2”次幂成正比。的缩放的传输速度与雷诺数被发现是不同的，这取决于所使用的雷诺数定义。为了将本结果与在其他系统中获得的结果进行比较，我们在表面影响层的边缘处定义了湍流雷诺数。这使我们能够探测Theofanous [湍流传质在自由，气-液界面，与应用程序的开放通道，气泡和射流的两个政权模型。Int. J. Heat Mass Transfer 19，613- 624，1976]，发现它正确地预测了小尺度涡流对大于500的湍流雷诺数的质量传递有显著影响。它进一步建立的表面发散的均方根是，平均而言，成比例的平均传输速度。然而，瞬时表面发散和传输速度之间的空间相关性往往随着施密特数的增加而减小，随着雷诺数的增加而增加。后者被证明是由增强的相关性在高速区域，这反过来又与表面平行涡的空间分布。
2021-11-30 physics.flu-dyn
Characterisation of rough-wall drag in compressible turbulent boundary layers
University of Southampton（南安普顿大学）；University of the Bundeswehr Munich（慕尼黑联邦国防军大学）；University of Melbourne（墨尔本大学）
研究探讨了在压缩流中粗糙壁摩擦的表征问题，通过实验数据发现摩擦因子与马赫数相关，并提出了三种经验修正方法以提高预测精度。
2026-03-25 physics.flu-dyn
A general Reynolds analogy theory for the compressible wall-bounded turbulence
本文提出了一种适用于可压缩壁面湍流中平均速度和温度及脉动速度和温度的广义雷诺相似理论。特别地，导出了可压缩湍流管道和槽道流动的精确模拟解和可压缩湍流边界层（CTBL）的近似模拟解，两者都与流体Prandtl数和壁温条件无关。类比解与直接数值模拟数据非常吻合，能够再现经验关系，可以看作是现有理论的扩展。与Walz的绝热CTBL方程不同，GRA导出的平均温度-速度关系可以适用于非绝热壁面条件下的不同壁面有界流动，这是通过将Walz的绝热恢复因子扩展为与热流密度相关的恢复因子来实现的。由GRA导出的脉动温度-速度关系与由Huang等人唯象导出的修正强Reynolds类比（HSRA）略有不同，但比HSRA具有更好的性能。此外，在GRA中引入了几个关键量，包括一般的总焓（或温度）和绝热度-一个有充分根据的无量纲参数，用于表征非绝热流动中的壁温效应。GRA揭示了温度场和速度场之间复杂的非线性耦合背后的普遍特征，并使得利用相应不可压流动的信息来预测可压缩壁面湍流的平均场成为可能。
2013-01-01 physics.flu-dyn
The contribution of dilatational motion to energy flux in homogeneous compressible turbulence
本研究推广不可压缩湍流能量通量分解方法，揭示可压缩湍流中膨胀运动影响能量传递的三类机制，经中等马赫数模拟验证其标度关系，并指出常用涡粘性假设存在的偏差。
2025-02-11 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
Compressible turbulent convection in highly stratified adiabatic background
本文通过三维直接数值模拟研究了高度分层绝热背景下的可压缩湍流对流，发现在耗散数超过临界值时，流动呈现强烈的统计不对称性、全局热传递显著降低以及稀疏热羽流穿透现象。
2023-07-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulence and acoustic waves in compressible flows
在这项工作中，直接数值模拟的可压缩流体方程的湍流制度。研究表明，在低马赫数极限下，多方流动中可能出现三种不同的湍流：近不可压缩（NI）、模态均质可压缩（MEC）和可压缩波（CW）。本文研究了不同强迫条件下这些湍流类型的区别。密度脉动与马赫数的标度、横向速度脉动与纵向速度脉动之比的比较以及脉动的谱分解被用来区分这些解的性质。从时空谱和相关时间的研究，我们量化的波的系统的总能量的贡献。此外，在可压缩流的动力学中，考虑了三个相关时间：尺度间局部相互作用的非线性时间，小尺度上大尺度的扫描时间或非局部时间，以及与声波（声音）相关的时间。我们观察到不同的相关时间取决于波数（k），马赫数和强迫的类型。
2018-10-25 physics.flu-dyn
Resolved and subgrid-scale crossing trajectory effects in Eulerian large eddy simulations of polydisperse droplet transport
采用大涡模拟（LES）方法研究了微浮力液滴在湍流射流中的弥散特性。液滴数密度场使用欧拉方法表示，其中分散相使用包括液滴上升速度的快速欧拉方法（Ferry & Balachandar 2001）建模。通过对不同粒径液滴的径向浓度分布和湍流浓度通量的分析，定量研究了颗粒与湍流涡之间的相对运动对湍流扩散的影响。对于更精细的LES网格分辨率，该模型捕获的差分，基于尺寸的分散特性的液滴的横向分散的较大的液滴尺寸被抑制，因为轨迹交叉效应明确解决LES。本文根据Csanady（1963）提出的大气颗粒湍流扩散理论，在修正Schmidt数的基础上，研究了一个适用于颗粒尺度径向浓度分布的相似解模型。结果与高分辨率LES数据进行了验证，并显示出良好的一致性。然后，大小相关的施密特数模型被重新制定为一个未解决的亚网格尺度的轨迹交叉效应的模型，并用于计算亚网格浓度通量在一个粗糙的LES的湍流射流，略有浮力的液滴在射流的自相似区域的中心线处注入。将结果与具有较高网格分辨率的模拟和具有恒定施密特数SGS模型的粗略模拟进行比较。我们发现，亚网格模型提高了粗糙LES的浓度廓线和湍流浓度通量的预测精度。
2022-01-21 physics.flu-dyn
On coherent structures in the compressible turbulent round jet
本文采用接近LES的半确定性建模方法模拟三种马赫数下的可压缩自由圆射流，揭示相干结构演化，并通过优选模态Strouhal数验证结果。
2018-09-13 physics.flu-dyn
STREAmS: a high-fidelity accelerated solver for direct numerical simulation of compressible turbulent flow
我们提出了STREAmS，一个内部高保真求解器的大规模，大规模并行直接数值模拟（DNS）的可压缩湍流的图形处理单元（GPU）。STREAmS是用Fortran 90语言编写的，它是为进行规范的可压缩有壁流动的DNS而设计的，即紊流平面通道、零压力梯度紊流边界层和超音速斜激波/边界层相互作用。该求解器采用了最先进的数值算法，专门设计用于解决与高速湍流有关的具有挑战性的问题，并可用于从低亚音速到高超音速范围的宽范围的马赫数。cuf自动内核的使用允许在GPU架构上轻松高效地移植，最大限度地减少了对原始CPU代码的更改，这也是保持的。我们讨论了一个内存分配策略的基础上重复的主机和设备的阵列，仔细最大限度地减少内存使用，使求解器适合大规模计算的最新GPU卡。不同CPU和GPU架构之间的比较强烈倾向于后者，在单个NVIDIA Tesla P100上执行求解器相当于使用大约330个Intel Knights Landing CPU内核。STREAmS显示了非常好的强大的可扩展性和基本上理想的弱可扩展性高达2048 GPU，铺平了道路，在真正的高雷诺数制度的模拟，可能在摩擦雷诺数$Re_τ > 10^4$。该求解器在GPL v3许可下开源发布，可在https://github.com/matteobernardini/STREAmS上获得。
2020-04-05 physics.comp-ph 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
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
Advection by Compressible Turbulent Flows: Renormalization Group Study of Vector and Tracer Admixture
利用场论微扰重整化群分析了磁场和示踪场的对流扩散问题。两个平流场都被认为是被动的，即，平流速度场由可压缩形式的随机纳维-斯托克斯方程产生。该模型被认为是在空间维度$d=4$附近，并且是先前工作的延续[N.V. Antonov等人，E 95，033120（2017）]。在$y$（描述随机力进入速度场随机方程的标度行为）和$ε=4-d$中的双展开方案中构造了特殊维$d=4$附近的微扰理论。我们发现，一个循环近似两种类型的平流场表现出类似的普遍标度行为。特别是，我们证明了这种说法的惯性范围渐近行为的关联函数的平流场。在$(y,ε)$展开式的首阶中计算了张量复合算子的临界维数。
2019-04-18 nlin.CD physics.flu-dyn
A Gas-Kinetic Scheme For The Simulation Of Compressible Turbulent Flows
气体的动力学理论提出了粘性的概念来模拟热波动对分解流动的影响。在分子和湍流中的涡流之间的假定类比的支持下，开尔文勋爵和奥斯本·雷诺兹在开创性的工作中提出了涡流粘性的概念。在一百多年的湍流模拟中，除了格子玻尔兹曼方法之外，用于模拟湍流的数值方案从未以任何其他方式利用过这种类比。在这项工作中，一个气体动力学方案进行了修改，以模拟湍流的湍流松弛时间推导出假设的湍流量。新方案不采用涡动粘度，但它更强烈地依赖于热波动和湍流波动之间的类比，因为湍流动力学是由玻尔兹曼方程数学建模的。在气体动力学方案中，引入了稀疏度的度量，作为未分辨和分辨运动时间尺度之间的比率。在低稀疏，湍流气体动力学方案偏离传统的Navier-Stokes方案可以忽略不计。然而，随着稀疏度的增加，动力学效应变得明显。这种现象在湍流应力张量的数学描述和数值实验中是明显的。本研究没有提出创新的湍流模型或技术。指出了传统的耦合数值方法和湍流模型可能会提高数值模拟的物理一致性。
2013-07-09 physics.comp-ph 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
Effect of thermal fluctuations on spectra and predictability in compressible decaying isotropic turbulence
本研究利用USP方法揭示了分子热涨落对可压缩衰减各向同性湍流能谱的标度律影响，并发现热涨落通过“误差逆向级联”显著降低湍流在较大尺度上的可预测性。
2023-06-30 physics.flu-dyn
Estimating mean profiles and fluxes in high-speed turbulent boundary layers using inner/outer-layer transformations
本文通过在内层和外层分别采用不同速度变换，建立适用于整个边界层的平均剪切解析表达式，从而在马赫数高达14的可压缩湍流边界层中实现高精度平均剖面预测及阻力和传热评估。
2023-07-05 physics.flu-dyn
Small-scale resolving simulations of the turbulent mixing in confined planar jets using one-dimensional turbulence
采用基于地图的随机一维湍流（ODT）模型，对受限平面射流的小尺度湍流混合效应进行了数值研究。通过将ODT结果与体积雷诺数$Re=20\,000$和$40\,000$的可用参考数据进行比较，对动量输运进行了模型验证。计算各种逐点统计量，并与可用的参考数据进行比较。我们表明，这些数量可以很好地捕捉，或至少在合理的程度上，由独立的模型制定和固定的模型参数。在ODT结果中，只有均方根速度波动仍然被系统地低估了（近似因子为$1.5$）。之后，被动标量的湍流输运解决施密特数$Sc=1$和$1250$。对于高施密特数和对比的速度波动，它表明，标量波动方差是高达十倍以上的ODT模拟解决巴彻勒尺度。波动方差是显着较小的施密特数较低，但表现出更好的协议与参考在名义上较高的施密特数。我们认为，这是由于隐式过滤的参考文献中，几乎没有解决柯尔莫哥洛夫规模。ODT湍流谱支持这一解释，因为只有在施密特数较高时才能观察到类似巴彻勒的标量湍流谱。借助于这些谱和涨落统计，我们得出结论，隐式滤波具有与施密特数减少类似的效果。
2019-04-17 physics.chem-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Compressible turbulent convection: The role of temperature-dependent thermal conductivity and dynamic viscosity
本研究通过两组三维直接数值模拟，探讨了温度依赖的热导率和动力粘度对超越非弹性极限的完全可压缩湍流对流动力学的影响，发现材料参数的温度依赖性会引起统计量的系统性定量变化，并显著改变湍流动量与热传递效率。
2024-05-23 astro-ph.SR 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
Compressibility effects in a turbulent transport of temperature field
本文用准线性方法研究了小Péclet数时湍流温度场输运的可压缩性效应，用谱$τ$方法研究了大Péclet数时湍流温度场输运的可压缩性效应。流体流动的可压缩性降低了平均温度场的湍流扩散率，类似于颗粒数密度和磁场的湍流扩散率。然而，在可压缩湍流中，平均温度场的湍流扩散系数的表达式与平均颗粒数密度和平均磁场的表达式不同。湍流的可压缩性和不均匀性的综合作用导致湍流抽运引起的速度脉动更强烈的区域的平均温度升高。形式上，这种效应类似于先前发现的非惯性颗粒或气体混合物的可压缩湍流电泳现象[J. Plasma Phys. { \bf 84}，735840502（2018）]。平均流体压力的梯度导致平均温度场的附加湍流泵送。后一种效应类似于颗粒和气体混合物的湍流气压扩散。流体流的可压缩性也会导致周围流体的湍流冷却，这是由于平均温度场方程中的附加下沉项。对于粒子，没有类似的效果。
2020-12-20 physics.flu-dyn
Turbulent Schmidt Number Measurements Over Three-Dimensional Cubic Arrays
本文给出了三维城市冠层上方湍流Schmidt数Sc_t的估计，其中Sc_t是流动的一个性质，定义为动量的涡动扩散率（K_M）与质量的涡动扩散率（D_t）之比。尽管Sc_t模型特别对于通过计算流体动力学进行的污染物扩散模拟具有很大的意义，但没有已知的通用值。同时测量的流体速度和质量浓度进行了三个交错阵列的立方体障碍物对应的孤立流，尾流干扰，和撇流制度的水通道。被动示踪剂从位于高度z=1.67H的连续点源释放，其中H是障碍物高度。结果表明，三个阵的Sc_t随冠层以上高度的增加而增加，z=2H（Sc_t = 0.6）时的值约为z=H时的两倍。观测到的Sc_t与根据前人发表的K_M和D_t的表达式用一个简单的Sc_t公式模拟的结果吻合得很好。与文献中发现的其他Sc_t模型的比较也被提出和讨论。
2020-01-29 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
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
Numerically stable formulations of convective terms for turbulent compressible flows
本文系统地分析了可压缩纳维-斯托克斯方程的无耗散中心差分近似的离散守恒性质。一般的三重分裂的非线性对流项被认为是，和能量保持配方的充分特点是通过推导出一个两个参数的家庭分裂形式。以前开发的制剂在文献中报道的是这个家庭的特定成员，新的分裂介绍和讨论。此外，能量方程（即总能量和内能，熵）的不同选择所产生的守恒性质进行了深入的分析。它示出，额外的保存量可以通过一个适当的自适应选择的分裂形式内的衍生家庭。本文还讨论了建立高精度激波捕捉方法的基本性质--准素不变量的局部守恒性。在零粘度下对泰勒-格林涡进行的数值试验充分证实了理论结果，并表明仔细选择分裂和能量公式可以提供非常鲁棒和准确的结果。
2018-05-10 physics.comp-ph 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
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
