TURB-Smoke. A database of Lagrangian pollutants emitted from point-sources and dispersed in turbulent flows
本研究推出TURB-Smoke数值数据集，通过直接数值模拟生成湍流中拉格朗日污染物扩散数据，为源追踪策略开发评估及搜索算法测试优化提供可靠基准。
2025-07-30 physics.flu-dyn
Guidelines for the formulation of Lagrangian stochastic models for particle simulations of single-phase and dispersed two-phase turbulent flows
本文建立了一组判据，用于讨论各种拉格朗日随机模型，这些模型既可用于模拟单相湍流中的流体颗粒，也可用于模拟离散湍流两相流中离散颗粒所见的流体。一个中心问题是提出拉格朗日随机模型必须满足的可靠性要求，而本分析所带来的一个新的要素是解决单和双参数随机模型。这种分析并不解决不同模型的相对预测能力的问题，而是集中在它们的制定上，因为不同制定的优点和缺点并不总是一致的。清楚事实上，从一种结构到另一种结构的变化中隐藏着一些可能的陷阱，这些陷阱可能导致实际模型构建中的缺陷和物理上不合理的数值计算。本方法的第一个兴趣是通过考虑文献中提出的一些模型，并显示这些标准有助于评估这些拉格朗日随机模型是否可以被视为可接受的描述。第二个兴趣是指出未来的发展如何可以安全地建立，这也是相关的随机子网格模型的背景下，颗粒负载流的大涡模拟。
2015-01-11 physics.flu-dyn
Global and local statistics in turbulent emulsions
湍流乳状液是一种复杂的物理系统，其特征是小尺度液滴和大尺度流变学之间存在强烈的动力学耦合。通过使用一个专门设计的泰勒-库埃特（TC）剪切流系统，我们能够表征的湍流乳液的统计特性的油滴分散在乙醇-水连续溶液中，在油的体积分数高达40%。我们发现，液滴尺寸的依赖关系的雷诺数的流量在体积分数为1%，可以很好地描述Hinze的标准。液滴尺寸的分布被发现遵循对数正态分布，暗示在破碎过程作为可能的机制主导液滴形成。湍流乳状液的有效粘度随分散油相体积分数的增大而增大，随剪切强度的增大而减小。我们发现，有效粘度对剪切速率的依赖性可以描述的Herschel-Bulkley模型，与流动指数单调下降，随着增加的石油体积分数。这一发现表明，剪切稀化的程度系统地增加与分散相的体积分数。目前的研究结果有重要的意义，桥梁湍流和低雷诺数乳化液流的湍流乳化液流的知识。
2020-11-02 physics.flu-dyn
Large Eddy Simulation of Turbulent Barotropic Flows in Spectral Space on the Sphere
大气环流模式的数值模拟受到空间分辨率的限制，因此大涡模拟（LES）是研究这些模式的首选方法。在LES中，低通滤波器应用于流场以分离大尺度和小尺度运动。在隐式过滤LES的计算网格和离散化计划被认为是低通滤波器，而在显式过滤LES的方法中，过滤过程是从网格和离散化运营商分离，并允许更好地控制数值误差。本文的目的是研究和比较隐式过滤和显式过滤LES的大气环流模式在谱空间。为了实现这一目标，我们提出的结果隐式过滤和显式过滤LES的正压大气环流模式的球面上的谱空间，并比较它们与直接数值模拟（DNS）得到的结果。我们的研究表明，虽然在一些积分量，如总动能和总拟能的计算中，从隐式过滤LES和显式过滤LES得到的结果与DNS结果显示出同样良好的协议，显式过滤产生的能量谱，显示出更好的协议与DNS的结果。更重要的是，显式滤波捕获相干结构随时间的位置，而隐式滤波不。
2014-04-08 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of Turbulent Heat Transfer Modulation in Micro-Dispersed Channel Flow
本文的目的是研究分散的微米尺寸的颗粒对湍流传热机制的影响，在有壁流动。当前研究的战略目标是建立一种方法来确定和设计新概念传热流体的尺寸，该传热流体的性质由基础流体的性质给出，该基础流体的性质由动态相互作用的、适当选择的、离散的微米和纳米颗粒的存在来调制。我们运行直接数值模拟（DNS）的流体动力学充分发展，热发展的湍流槽道流在剪切雷诺数Re=150和普朗特数Pr=3，我们跟踪两个大群的颗粒，其特征在于不同的惯性和热惯性。两个阶段的速度和温度统计的初步结果表明，相对于单相流，在壁的传热通量增加了约2%时，流动是充满了较小的颗粒，表现出相当持久的稳定性对非均匀分布和近壁浓度。当较大的颗粒分散到流动中时，观察到相反的趋势（轻微的传热通量降低）。这些结果与以前的实验结果是一致的，并在该领域目前的研究活动的框架进行了讨论。还概述了未来的发展。
2008-02-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An a priori analysis of a DNS database of turbulent lean premixed methane flames for LES with finite-rate chemistry
湍流贫预混甲烷火焰的DNS数据库的先验分析，考虑湍流和LES过滤的相对影响，以及潜在的建模方法LES与有限速率化学。领先的顺序效应被认为是由于过滤器操作;火焰响应湍流是一个次要的影响，主要表现为增加标准偏差的条件手段。发现自由基O、H和OH受过滤器的影响小于其他高温自由基，过滤器显著降低了这些自由基的大小。通过考虑反应路径图，已经确定了关键反应，这些反应是造成所需过滤反应速率与使用LES计算中可用的量（即过滤物质和温度）评价的反应速率之间差异的原因。更具体地说，氢提取反应，采取CH 4到CH 3（由O，H和OH）被发现有特别增强的反应速率，并占主导地位的反应path. Under提出的条件下，反应路径被发现是独立的湍流强度。一般来说，发现来自DNS的过滤的反应速率比过滤的物质和温度的反应速率更接近于过滤的层流分布，（但是发现差异随着Karlovitz数的增加而减小）。一个简单的模型缩放反应速率被认为是基于过滤层流火焰的配置文件，并由此产生的反应路径证明了一个简单的方法，制定一个反应速率模型LES与有限速率化学的概念验证。
2018-06-26 physics.flu-dyn
Turbulence drag modulation by dispersed droplets in Taylor-Couette flow: the effects of the dispersed phase viscosity
湍流中的分散相可以从几乎无粘流体变化到高粘性流体。通过改变分散液滴相的粘度，实验研究了分散液滴的变形能力对湍流乳状液整体输运量的影响。采用不同种类的硅油以产生范围为$0.53$至$8.02$的粘度比$ζ$。液滴体积分数$ϕ$在0 ~ 10%范围内变化，间距为2%。由归一化摩擦系数$c_{f,ϕ}/c_{f,ϕ=0}$量化的全局输运量显示出由于液滴的有限尺寸效应消失而对湍流强度的弱依赖性。有趣的事实是，随着$ζ$的增加，$c_{f,ϕ}/c_{f,ϕ=0}$首先增加，然后饱和到与刚性颗粒悬浮液相似的平台值。通过图像分析，从液滴变形性的角度解释了这种阻力变化，这是液滴破碎和聚结效应的原因。对液滴粒径分布的统计分析表明，随着$ζ$的增加，界面张力对液滴粒径的稳定作用逐渐增强，纯惯性破碎过程占主导地位。沿系统径向的液滴分布的测量显示出体积聚集效应，这可以归因于液滴的不可忽略的聚结效应。结果表明，随着$ζ$含量的增加，液滴聚结效应受到抑制，从而影响界面张力对总应力的贡献，并解释了所观察到的乳液流变性。
2022-10-10 physics.flu-dyn
The dynamics of fibers dispersed in viscoelastic turbulent flows
本研究通过双向耦合直接数值模拟，探究粘弹性湍流中聚合物弹性、纤维刚度与密度差对纤维拍动、曲率及对齐特性的影响，发现聚合物对中性浮力纤维作用更显著，惯性纤维几乎不受弹性影响。
2024-03-07 physics.flu-dyn
Deformation and orientation statistics of neutrally buoyant sub-Kolmogorov ellipsoidal droplets in turbulent Taylor-Couette flow
在许多工业和科学应用中，底层流动拓扑结构对分散在湍流中的亚柯尔莫哥洛夫液滴的形状和尺寸的影响是相当感兴趣的。在这项工作中，我们研究了亚Kolmogorov液滴分散到湍流泰勒-库埃特流的变形和取向统计。连同载体相的直接数值模拟（DNS）和分散液滴的拉格朗日跟踪，我们求解由Maffettone和Minale（\emph{J. Fluid Mech.} 78，227-241（1998））提出的现象学方程以跟踪近似$10^5$椭圆形液滴的形状演变和取向。通过改变液滴的毛细管数$Ca$和粘度比$\hat μ$，我们发现液滴的变形随着毛细管数$Ca$的增加而增加，并且这种效应在边界层区域更加明显。这表明，随着毛细管数的影响，也有一个很强的相关性之间的空间位置和程度的变形的液滴。无论毛细管数$Ca$，椭球的长轴往往与流向方向和拉伸应变率本征方向在边界层区域，而分布是高度各向同性的散装。当液滴和载液之间的粘度比增加时，我们发现不存在优先拉伸轴，这是由于旋转对拉伸和松弛的影响增加。因此，与低粘度比系统中的高度变形的扁长（雪茄状）液滴相比，高粘度比系统中的液滴较少变形和扁（盘状）。
2016-06-13 physics.flu-dyn
On the self-sustained nature of large-scale motions in turbulent Couette flow
壁面湍流中的大尺度运动常被解释为小尺度结构的聚集过程。在这里，我们探讨了另一种可能性，这种大规模的运动本身是自我维持的，并没有从缓冲层中激活的小规模湍流运动中汲取能量。为此，它首先表明，大规模的运动在湍流Couette流在Re=2150自我维持，即使在较小尺度的活动过程被人为地通过增加Smagorinsky常数Cs在大涡模拟淬火。这些结果与压力驱动湍流通道的早期结果一致。我们进一步研究了大尺度相干运动的性质，通过计算上，下分支的非线性稳态解的过滤（LES）方程与牛顿-克雷洛夫求解器，并发现它们是由鞍结分岔在大值的Cs。过滤后的大尺度运动的上分支的解决方案计算雷诺数Re=2187使用特定的路径在Re-Cs参数平面和大尺度相干运动相比。继续到Cs = 0揭示了这些滤波方程的大尺度定常解与纳维-斯托克斯方程定常解的Nagata-Clever-Busse-Waleffe分支有关。相比之下，我们发现它不可能连接到缓冲层运动通过一个延续到更高的雷诺数在最小的流量单位。
2015-09-15 physics.flu-dyn
Thermodynamically consistent large-eddy simulation models
Laboratoire de Météorologie Dynamique/IPSL, École Polytechnique（动力气象实验室/IPSL，巴黎综合理工学院）
本文提出热力学一致的大涡模拟模型，通过热力学定律约束推导出湍流闭合关系，证明下梯度闭合与热力学定律一致。
2026-01-23 physics.flu-dyn
The FDF or LES/PDF method for turbulent two-phase flows
在本文中，一个新的形式主义的过滤密度函数（FDF）的方法被开发用于处理湍流多分散两相流的LES模拟。相反，用于湍流反应单相流的FDF，本formalislm是基于拉格朗日量，特别是拉格朗日过滤的质量密度函数（LFMDF）作为中心概念。这个框架允许建模和模拟LES的粒子流被设置在一个严格的上下文中，并与其他方法的各种链接。特别地，提出了单相流粒子模拟LES与光滑粒子流体动力学（SPH）的关系。然后，讨论和推导可能的亚网格随机模型用于拉格朗日模型在两相流中可以设置在一个明确的概率等价与相应的LFMDF。
2011-06-28 physics.flu-dyn
Sedimentation of finite-size spheres in quiescent and turbulent environments
分散固体相的沉降在应用和环境流动中广泛遇到，然而对于均匀各向同性湍流中有限尺寸颗粒的行为知之甚少。为了填补这一空白，我们进行直接数值模拟的沉降在静止和湍流环境中使用浸没边界法占分散的刚性球形颗粒。所考虑的固体体积分数为0.5 - 1%，而固体与流体的密度比为1.02。粒子半径被选择为大约6个Komlogorov长度尺度。结果表明，平均沉降速度是较低的，在一个已经湍流比在静止的流体。对于所研究的两种体积分数，相对于静止流体中的单个颗粒的减少约为12%和14%。粒子速度的概率密度函数在湍流中几乎是高斯分布的，而在静止流体中则显示出较大的正尾。这些尾巴与颗粒对在拖曳-亲吻-翻滚运动中的间歇性快速沉降有关。颗粒横向分散在湍流中更高，而令人惊讶的是，垂直分散由于在静止流体中观察到的高度间歇性行为而具有相当的量级。使用的平均相对速度的概念，我们估计的平均阻力系数的经验公式，并表明，非平稳的影响，有关的旋涡脱落，解释在湍流环境中的平均沉降速度的减少。
2015-11-18 physics.flu-dyn
Investigation of Deep Learning-Based Filtered Density Function for Large Eddy Simulation of Turbulent Scalar Mixing
本文提出DNN-FDF深度学习模型，利用DNS或反应器数据构建滤波密度函数，用于湍流标量混合LES，并证明其准确、经济且优于传统假定FDF。
2023-09-29 cs.CE physics.flu-dyn
Towards large eddy simulations of premixed turbulent flames without a combustion model
本研究验证了预混湍流火焰大涡模拟中，直接计算火焰面密度所需分辨率远低于直接计算燃烧速率的假设，提出当滤波宽度与层流火焰厚度同量级时，无需亚格子燃烧模型即可准确预测火焰面密度，为简化大涡模拟燃烧建模提供依据。
2024-08-14 physics.flu-dyn
Two-point stress-strain rate correlation structure and non-local eddy viscosity in turbulent flows
通过分析湍流中滤波速度场的Karman-Howarth方程，我们发现滤波应变率和子滤波应力张量之间的两点关联在滤波速度关联函数的演化中起着核心作用。因此，基于两点相关的{ \it统计先验检验}使得能够对湍流模型进行严格的和物理上有意义的研究。使用的数据从直接数值模拟的各向同性和通道流湍流，我们表明，当地的涡粘性模型未能表现出长尾观察到的真正的子过滤器应力-应变率关联函数。通过基于$0<α<1$阶的分数梯度而不是对应于$α=1$的经典梯度来定义涡流粘度模型，可以实现更强的非局部相关性。分析了这种关联函数的分数阶梯度算子的各种订单。它被发现，在各向同性湍流分数阶导数$α\sim 0.5$产生最好的结果，而通道流$α\sim 0.2$产生更好的结果，在流向方向的相关性，甚至进入核心通道区域。在展向方向，槽道流结果显示出明显更多的局部相互作用。整体结果证实了强非局部性的子过滤器应力和分辨率尺度流体变形率之间的相互作用，但在非各向同性流的非平凡的方向依赖性。
2020-06-03 physics.flu-dyn
A low-storage method consistent with second-order statistics for time-resolved databases of turbulent channel flow up to $Re_τ=5300$
本研究提出一种低存储方法构建湍流槽道流时间分辨大尺度数据库，通过存储滤波流场与湍流应力保留二阶统计量信息，结合GPU加速实现长时计算，得到$Re_τ$最高达5300的大尺度动力学数据库。
2021-11-10 physics.flu-dyn
Bubbly and Buoyant Particle-Laden Turbulent Flows
与层流相比，流体湍流通常与更强的阻力、更大的热传递和更有效的混合相关联。在许多自然和工业环境中，湍流液体流包含分散的气泡和轻颗粒的悬浮液。近年来，通过实验和高分辨率的直接数值模拟，人们对这类流动的行为和基本物理过程的理解得到了很大的关注。本文综述了我们目前对气泡和浮力颗粒载湍流的各种唯象方面的理解。我们首先讨论不同的动力学制度，包括交叉轨迹和尾流引起的振荡的上升粒子，和制度中的气泡和粒子优先积累附近的墙壁或内的旋涡结构。然后，我们解决如何某些典型的湍流，如均匀各向同性湍流，通道流，泰勒-库埃特湍流，热驱动湍流，这些分散的气泡和浮力颗粒的存在下修改。最后，我们列出了总结要点和未来的研究问题。
2020-05-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Anisotropic mean flow enhancement and anomalous transport of finite-size spherical particles in turbulent flows
本研究通过调节悬浮液参数，发现固体颗粒在ABC湍流中沿准直线轨迹运动并增强平均流能量，使最大尺度趋于各向异性准二维状态。
2023-12-27 physics.flu-dyn
Mechanisms of drag reduction by semi-dilute inertial particles in turbulent channel flow
本文研究了在半稀释条件下分散的惯性颗粒在$\mathrm{Re}_τ= 180$湍流槽道流动中引起显着减阻的机理。我们考虑一系列四向耦合欧拉-拉格朗日模拟，其中在从$M=0.2$到1.0逐渐增加的质量负载下引入摩擦斯托克斯数为$\mathrm{St}^+ = 6$或30的颗粒。模拟结果表明，$\mathrm{St}^+ = 30$颗粒在$M=1.0$处引起的减阻率高达19.74%，而$\mathrm{St}^+ = 6$颗粒在$M=1.0$处引起的增阻率高达16.92%.为了揭示减阻或增阻的机制，我们研究了通道内的应力分布以及分散颗粒对近壁相干结构的影响。我们发现减阻颗粒的一个显著特征是形成极长的簇，称为绳。这些结构优先与低速条纹对齐，并有助于其稳定和抑制爆裂。尽管由于颗粒的额外的应力，调制的近壁相干结构导致更大的减少雷诺剪切应力和局部再层化的近壁流。在具有$\mathrm{St}^+ = 6$的增阻颗粒的情况下，还观察到雷诺剪切应力的降低，然而，这种降低不足以克服导致阻力增加的附加颗粒应力。
2023-03-28 physics.flu-dyn
Experimental study of velocity statistics in wall-bounded turbulent emulsions
本研究通过折射率匹配在Taylor-Couette湍流中测量高体积分数乳化液速度，发现液滴会抑制大尺度湍流并增加速度间歇性，在边界层显著增加整体阻力，为分散液滴调节湍流多尺度特性提供了实验见解。
2025-04-05 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of an evaporating turbulent diluted jet-spray at moderate Reynolds number
在喷射喷雾中分散的液滴的蒸发发生在几种工业应用和自然现象中。尽管相关的问题，一个令人满意的理解所涉及的机制仍然没有实现，因为广泛的湍流尺度和大量的液滴。在这种情况下，我们解决了DNS的湍流射流喷雾在相对较高的雷诺数，即Re= 10，000。我们专注于喷射Re对蒸发过程和液滴的优先分离的影响，在相应的条件下，在较低的雷诺数Re = 6，000下，将结果与DNS进行比较。在混合欧拉-拉格朗日框架中采用点液滴近似解决了这个问题。对气相和分散相进行了详细的统计分析。我们发现，液滴蒸发长度的增长作为整体Re从Re = 6,000增加到Re = 10,000保持其他条件不变。我们将这一结果归因于液滴的惯性和湍流气相动力学之间的复杂相互作用。特别是，在较高的Re，较慢的液滴传质是不能够符合更快的湍流波动的混合层，往往加快的过程。我们还发现了一个强烈的液滴聚团，这是起源于混合层中的干空气的卷吸和加强的小尺度聚团机制在远场区域。我们将展示如何集群创建一个强烈的异质液滴拉格朗日演化。所有这些方面都有助于总液滴蒸发速率的Re依赖性。最后，我们讨论的精度的d平方法，经常用于喷雾建模，目前的情况下。我们发现，使用这种法律的基础上的环境条件的液滴蒸发速率被高估。
2020-10-15 physics.flu-dyn
Physics-Guided Machine Learning for Predictive Turbulent Combustion Simulation
Indian Institute of Technology Gandhinagar（印度理工学院甘地纳加尔分校）
本文针对湍流燃烧预测模拟的挑战，综述了将先验知识融入建模流程的物理引导机器学习（PGML）在湍流-化学相互作用建模中的应用，以解决纯数据驱动模型的缺陷。
2026-09-01 physics.flu-dyn
The effect of particle anisotropy on the modulation of turbulent flows
我们调查的调制湍流所造成的有限尺寸的分散颗粒的存在。钝（各向同性）球与细长（各向异性）纤维被认为是了解改变载体流的对象形状的影响。虽然在一个固定的质量分数-但不同的斯托克斯数-这两个对象提供了一个类似的体积效应，其特征是大规模的能量消耗，一个规模的能量转移的分析显示，整个光谱的变化是本质上不同的。对于钝体，经典的能量级联收缩，但在其扩展的能量含量和它的典型特征不变，而对于细长的，我们发现了一个替代的能量通量，这基本上是介导的流固耦合。
2022-10-04 physics.flu-dyn
A priori tests of subgrid-scale models in an anisothermal turbulent channel flow at low mach number
采用直接数值模拟方法研究了低马赫数强非等温湍流的亚网格模型。该研究基于低马赫数方程的滤波，适用于具有高度可变流体性质的低马赫数流动。所得结果与用经典滤波器或Favre滤波器建立的滤波后低马赫数方程的列式有关。考虑了滤波后的低马赫数方程的两个最重要的亚网格项。它们与动量对流和密度-速度相关有关。我们专注于涡粘性和涡扩散率模型。分析了文献中的亚网格尺度模型，提出了两种新的模型。亚网格尺度模型进行了比较，精确的亚网格项使用的瞬时流场的直接数值模拟的强烈非等温充分发展的湍流槽道流。关于模型的性能，使用经典滤波器和Favre滤波器之间没有显著差异。我们建议，该模型应考虑过滤器长度的渐近近壁行为。涡粘性和涡扩散率模型能够代表次网格项的能量贡献，但不能代表其在流动控制方程中的作用。AMD和标量AMD模型被发现是在更好的协议与精确的次网格条款比其他研究模型在先验测试。
2020-06-08 physics.flu-dyn
Data-Driven Fractional Subgrid-scale Modeling for Scalar Turbulence: A Nonlocal LES Approach
在湍流输运的大涡模拟（LES）中，对被动标量输运方程进行滤波，产生了与不可分辨标量通量相对应的封闭项。了解和尊重亚网格尺度（SGS）通量的统计特征是LES的鲁棒性和可预测性的关键点。在这项工作中，我们调查的内在非局部行为的SGS被动标量通量通过研究其两点统计从过滤的直接数值模拟（DNS）数据中获得的被动标量输运均匀各向同性湍流（HIT）。真实SGS标量通量的长程相关性的存在促使我们超越传统的局部闭合模型方法，这种方法不能预测被动标量中湍流输运的非高斯统计特征。在这里，我们提出了一个适当的统计模型，考虑到过滤玻尔兹曼输运方程（FBTE）的被动标量的微观SGS运动。在FBTE中，我们近似的过滤平衡分布与$α$稳定的Levy分布，基本上结合了幂律行为，类似于所观察到的非局部统计SGS标量通量。通用的整体平均这样的FBTE让我们制定一个连续的水平封闭模型SGS标量通量出现在分数阶拉普拉斯算子，这是固有的非本地。通过数据驱动的方法，我们推断出我们的SGS模型的最佳版本，使用高保真数据的SGS标量通量和过滤标量梯度之间的两点关联函数，稀疏线性回归。在\textit{a priori}测试中，最优分数阶模型在再现滤波标量方差的SGS耗散的概率分布函数（PDF）方面产生有希望的性能，与从滤波DNS数据获得的其真实PDF相比。
2021-07-09 physics.flu-dyn
Turbulence modulation by suspended finite-sized particles -- Towards physics-based multiphase subgrid modeling
针对分散相改变小尺度湍流但缺乏机制预测的问题，基于能量通量平衡提出理论模型预测各向同性湍流动能调制，并通过颗粒解析模拟与高保真实验验证了其在广泛参数范围内的有效性。
2023-11-22 physics.flu-dyn
Finding Closure Terms Directly from Coarse Data for 2D Turbulent Flow
通过在纳维-斯托克斯方程中加入源项，利用机器学习方法直接从粗粒度数据中生成二维湍流的粗粒度模型的封闭项，以确保粗粒度流以正确的方式演化。源项与平均流量相关，使用具有相对简单结构的神经网络，并稍微平滑以防止后验测试中的不稳定性。通过过滤完全解析的结果生成时间相关的粗粒度流场，并且对于用于学习闭合项的流和不用于学习的流，预测的粗粒度流场演化与过滤的结果一致。
2021-04-19 physics.flu-dyn
Towards a Mechanical Analogy of a Quantum Particle: Turbulent Advection of a Fluid Discontinuity and Schroedinger Mechanics
本文考虑了湍流理想流体的不连续性。它被认为是分裂和分散，或在随机环境中传播，形成一种没有静水压力的气体。不连续性的两个等质量的碎片彼此无法区分。一种具有这种性质的气体，其行为必然象马德隆介质。
1999-04-17 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Statistical properties of an ideal subgrid-scale correction for Lagrangian particle tracking in turbulent channel flow
与使用大涡模拟（LES）来研究小惯性颗粒在湍流中的分散相关联的一个问题是可以再现颗粒统计和浓度的精度。粒子在LES场中的运动可能与实验或直接数值模拟（DNS）中观察到的显著不同，因为作用在粒子上的力没有准确估计，这是由于唯一过滤的流体速度的可用性，并且因为误差随着时间的推移而累积，导致轨迹的渐进发散。这可能导致统计和浓度预测的不同程度的不准确。我们在这里确定一个理想的亚网格修正的先验LES流体速度看到的颗粒在湍流通道流。该校正是通过施加在过滤的DNS场中移动的各个粒子的轨迹与DNS中的粒子轨迹完全一致来计算的。用这种方法，可以把由滤波引入质点运动方程中的误差从由于轨迹的渐进发散而引起的误差中挑出来并分别进行分析。亚网格校正项，因此，滤波误差，其特征在于在本文件中的统计矩。粒子的惯性和过滤器的类型和宽度上的校正项的性质的影响进行了研究。
2011-04-06 physics.flu-dyn
Kinetic theory based solutions for particle clustering in turbulent flows
本文基于动理论概率密度函数描述研究湍流中粒子聚集，通过动量守恒识别出两个常被忽视的质量通量贡献，并利用运动学模拟证明它们对正确预测粒子聚集机制至关重要。
2025-04-01 physics.flu-dyn
How interfacial tension enhances drag in turbulent Taylor-Couette flow with neutrally buoyant and equally viscous droplets
本文通过直接数值模拟研究Taylor-Couette湍流中中性浮力等黏液滴的阻力增强机制，揭示界面张力对液滴前端的作用阻碍连续相并促进低速条带形成，从而增加系统阻力。
2024-11-20 physics.flu-dyn
Kinetic closure of turbulence: collision-side modeling beyond the filtered Boltzmann equation
Department of Computer Science, University of Geneva（日内瓦大学计算机科学系）；HEPIA, University of Applied Sciences and Arts of Western Switzerland（瑞士西部应用科学与艺术大学 HEPIA）
本文扩展了最近引入的湍流动量闭合方法，通过发展其理论框架、操作实现和验证。与过滤纳维-斯托克斯方程不同，过滤玻尔兹曼方程保留了子格子对流传输，在线性流算子下，未解析物理集中在碰撞侧。我们表明，在稀薄气体LES和RANS范围内，玻尔兹曼和BGK型碰撞模型的主要限制不是分子混沌的失效，而是保留了在过滤引起有限时间相关性尺度上的马尔可夫碰撞过程。在BGK型框架中，闭合问题具有双重性：必须推断过滤细粒度平衡，这不能仅从过滤时刻中计算得出，且必须建模由碰撞产物协方差生成的非马尔可夫碰撞动力学。本文框架明确展示了这种双重结构，并通过基于子格子平衡残差的BGK型闭合来表示由此产生的碰撞协方差源项，其中湍流松弛频率由一种第一现象学实现给出。该框架依赖于由参考时间尺度比直接从动量方程的无量纲化中出现的查普曼-恩斯科格分析组织，从而避免了人为的湍流尺度分离。我们表明，查普曼-恩斯科格结构不是纯粹的Knudsen缩放：主要顺序由动能到宏观时间尺度比设定，而更高阶项保留了通过粒子速度混合缩放的额外马赫依赖性。由此得到的动量闭合通过格子玻尔兹曼模拟进行验证，并与Smagorinsky模型和基于正则化的碰撞模型进行比较。
2026-09-24 physics.flu-dyn
Kinetic closure of turbulence
HEPIA, University of Applied Sciences and Arts of Western Switzerland（西方瑞士应用艺术大学 HEPIA）；Department of Computer Science, University of Geneva（日内瓦大学计算机科学系）
本文提出了一种基于过滤Boltzmann-BGK方程的输运闭合方法，为湍流的替代描述铺平了道路。该闭合方法保留了湍流子滤波应力张量，而无需采用Smagorinsky型假设来描述其结构。通过推广BGK碰撞算子，该方法在非守恒矩中考虑了子滤波湍流扩散。该模型不需要在已解析和未解析尺度之间进行尺度分离。Chapman-Enskog分析显示，其流体动力学极限可以收敛到过滤Navier-Stokes方程，速度梯度隔离了子滤波贡献。在Taylor-Green涡旋和湍流混合层的数值测试中，该方法在稳定性方面有所改进，并在报告案例中减少了耗散，与Smagorinsky模型进行了基准对比。
2026-09-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Droplet-turbulence interactions and quasi-equilibrium dynamics in turbulent emulsions
我们进行直接数值模拟（DNSs）的乳液在均匀，各向同性湍流使用赝势格子玻尔兹曼（PP-LB）方法。通过最小化液滴溶解和杂散电流来改进以前的文献，我们证明了PP-LB技术能够在某些参数区域进行长期稳定的模拟。改变分散相体积分数$ϕ$，我们表明，液滴破碎提取动能从较大的尺度，同时注入能量到较小的尺度，越来越高的$ϕ$，与Hinze规模划分的两种效果。发现液滴尺寸（$d$）分布遵循$d^{-10/3}$标度（Deane & Stokes 2002）。我们表明，需要保持分离的湍流迫使规模和域的大小，以防止形成大的连接区域的分散相。我们第一次发现，湍流乳状液演变成一个准平衡循环交替聚结和破碎为主的过程。在由动能$E_k$、拟能$ω^2$和液滴数密度$N_d$组成的状态空间中研究系统，发现它们的动力学行为类似于具有时滞的极限环。$E_k$演化中的极值表现在$ω^2$和$N_d$的演化中，分别具有$\sim0.3\mathcal{T}$和$\sim0.9\mathcal{T}$的延迟（其中$\mathcal{T}$为大涡时间尺度）。最后，我们还表明，在乳状液中的湍流的流动拓扑结构是显着不同的单相湍流比以前认为的。特别是，涡压缩和轴向应变机制成为液滴相，液滴界面的弹性行为的结果占主导地位。修订版和扩展版现已发表在流体力学杂志：https://doi.org/10.1017/jfm.2019.654
2019-10-03 physics.flu-dyn
Deep learning at scale for subgrid modeling in turbulent flows
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；CORIA – CNRS UMR 6614（CORIA－法国国家科学研究中心联合研究单位6614）
湍流的建模仍然具有挑战性。处理湍流引起的大尺度分离的一种方法是只模拟大尺度，并模拟大涡模拟（LES）中未解决的贡献。本文重点介绍了两种深度学习（DL）策略，回归和重建，它们是数据驱动的，是经典建模概念的有前途的替代方案。使用三维（3-D）强迫湍流直接数值模拟（DNS）的数据，亚网格模型进行评估，预测的解决方案的基础上解决的数量的未解决的部分。对于回归，它表明，前馈人工神经网络（ANN）能够预测完全解决标量耗散率使用过滤输入数据。结果发现，一个大规模的量，如过滤的被动标量本身，和一个小规模的量，如过滤的能量耗散率的组合，给出了最好的协议与实际的DNS数据。此外，增强的超分辨率生成对抗网络（ESRGANs）激励的DL网络被用来从过滤的速度场重建完全分辨的3-D速度场。能量谱显示出非常好的一致性。由于科学数据的大小通常为TB或更大，因此DL需要与高性能计算（HPC）相结合。针对超级计算机JURECA，讨论了HPC-DL的必要代码改进。优化训练代码后，得到396.2 TFLOPS。
2019-10-01 cs.DC cs.LG physics.comp-ph
Modelling of the subgrid scale wrinkling factor for large-eddy simulation of turbulent premixed combustion
本文提出了一个计算湍流预混燃烧大涡模拟中未解决的扰动因子的模型。它基本上依赖于一个幂律依赖的过滤器的尺寸和一个原始的表达式的积极波纹应变率的波纹因子。后者被写为一个产品的效率函数，占粘性效应和运动约束的彼得斯，最近的表达式的湍流应变强度。产生的分形维数和内部截止长度尺度的函数表达式，后者是（i）过滤器大小独立和（ii）在大和小Karlovitz数与Damköhler渐近行为一致。进一步提出了一种新的考虑有限雷诺数效应的湍流因子表达式。最后，该模型是成功地评估实验过滤数据库。
2014-12-28 physics.flu-dyn
Simulations of Particle-Laden Flows with Large Dispersed-Phase Size Disparities Using Scalable Parallel Adaptive Methods
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Université de Lille（里尔大学）；University of Twente（特温特大学）
本文提出了一种高度可扩展的并行自适应方法，用于模拟具有大分散相尺寸差异的多相流，通过耦合格子玻尔兹曼方法与浸没边界方法，在动态自适应八叉树网格上实现高效并行计算，验证了该方法在气泡-颗粒碰撞等多尺度问题中的准确性和鲁棒性。
2026-10-14 physics.flu-dyn
Intermittency in turbulent emulsions
研究了两种不混溶的同密度流体乳状液中湍流的统计特性。我们计算的第一次之间的速度增量的条件是位于同一阶段或不同的阶段，并检查其概率密度函数（PDF）和相关的结构函数（SF）。这使我们能够证明，该接口的存在下，降低了偏度的PDF在低于Kolmogorov-Hinze规模的尺度，因此对耗散尺度，这是量化的三阶SF的能量通量的大小。对高阶流场的分析表明，多相湍流比单相湍流具有更强的间歇性。特别是，当地的标度指数的SF显示饱和度的Kolmogorov-Hinze规模和以下，这表明存在大的速度梯度的接口。有趣的是，经典的均匀各向同性湍流的统计方法时，显着增加分散相的粘度。
2023-01-04 physics.flu-dyn
Particle drift in turbulent flows: the influence of local structure and inhomogeneity
颗粒与湍流结构相互作用的方式，特别是在高涡度和应变率的区域中，已经在均匀湍流的模拟和具有周期性或持续性结构的简单流中进行了研究，例如分离流和混合层。已经报道了在重力和扩散下沉降的影响，并且沿着颗粒轨迹的底层颗粒速度场的发散性（可压缩性）已经被认为是量化这些特征的重要量。本文展示了如何将这些功能可以在一个正式的方式到一个双流体模型的分散颗粒相。特别是PDF方程的粒子速度和位置的随机过程的基础上，涉及到的粒子速度和局部压缩性沿粒子轨迹的统计，推导出以前。PDF方程引起的漂移和颗粒扩散系数，取决于这些量与当地的载体流速的相关性的贡献。关键词：湍流结构，颗粒弥散，漂移，PDF方法
2012-05-25 physics.flu-dyn
The Twente turbulent Taylor-Couette (T3C) facility: Strongly turbulent (multiphase) flow between two independently rotating cylinders
本文构造了一个新的湍流Taylor-Couette系统，它由两个独立旋转的圆柱体组成。圆柱体之间的间隙高度为0.927 m，内半径为0.200 m，外半径可变（从0.279 m到0.220 m）。内圆柱体和外圆柱体的最大角旋转速率分别为20 Hz和10 Hz，以水为工作流体时，雷诺数高达3.4 x 10^6。利用该泰勒-库埃特系统，参数空间（Re_i，Re_o，η）扩展到（2.0 x 10^6，{ \pm }1.4 x 10^6，0.716-0.909）。该系统配备了气泡喷射器，温度控制，皮肤摩擦阻力传感器，和几个本地传感器研究湍流单相和两相流。内圆筒测力传感器通过扭矩测量检测皮肤摩擦阻力。透明的丙烯酸外筒允许液体流动和分散相（气泡、颗粒、纤维等）的动力学。在间隙内部，使用专门的局部传感器和非侵入式光学成像技术进行研究。该系统允许在高雷诺数制度的泰勒-库埃特流的研究，和背后的皮肤摩擦阻力改变由于气泡注射，聚合物注射，和表面疏水性和粗糙度的机制。
2011-02-23 physics.flu-dyn
Bridging Filtering and Point-Splitting Approaches for Variable-Density Flows
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
本文提出了一种通用框架，用于确定变密度流中任意指定滤波能量对应的多点相关函数，并通过数值实验验证了该方法。
2026-07-28 physics.flu-dyn
A posteriori tests of subgrid-scale models in an isothermal turbulent channel flow
本文研究了等温槽道湍流的大涡模拟。我们研究没有壁函数或壁模型的零方程代数模型：功能模型、结构模型和混合模型。除了从文献中的模型，提出了新的模型，并检查它们的相关性。还分析了每种类型模型的动态版本。使用相同的有限差分数值方法和物理配置的亚网格尺度模型的性能进行评估。模拟的摩擦雷诺数为180。使用三种不同的网格分辨率。大涡模拟的预测相比，直接数值模拟过滤的分辨率LES网格。结果比没有模型的模拟更准确。用常参数法或动态张量法可以改进泛函涡粘模型的预测。
2020-06-08 physics.flu-dyn
The effect of droplet coalescence on drag in turbulent channel flows
通过直接数值模拟，研究了液滴聚并对湍流壁面边界流动的影响。特别地，流体体积法和前沿跟踪法分别用于模拟包含聚结液滴和非聚结液滴的湍流槽道流动。我们发现，聚结液滴对阻力的影响可以忽略不计，而非聚结液滴随着分散相体积分数的增加而稳定地增加阻力：实际上，在10体积分数下，非聚结液滴显示出30%的阻力增加，而聚结液滴显示出小于4%的增加。我们解释了这一点，通过看在通道中的液滴的壁正常的位置，并表明，非聚结液滴进入粘性子层，产生的界面剪切应力，减少了预算的粘性应力在通道中。另一方面，聚结液滴向通道的主体迁移，形成大的聚集体，这几乎不影响粘性剪切应力，同时阻尼雷诺剪切应力。我们证明了这一点有关的平均粘性剪切应力集成在壁法线方向的中心线速度。
2021-07-19 physics.flu-dyn
On the fully coupled dynamics of flexible fibres dispersed in modulated turbulence
本文研究了中等雷诺数下有限尺寸、弹性和惯性纤维在均匀各向同性湍流中自由运动的力学行为。完全解决，直接数值模拟，基于有限差分离散化和浸没边界法，进行相互耦合的纤维和流体湍流的动力学，允许考虑的载体流的分散相的反作用。对悬架的特性进行了广泛的参数研究，即，纤维的线密度（从中性浮力到重纤维）、长度（从与耗散尺度相当的短纤维到与积分尺度相当的长纤维）和弯曲刚度（从高度柔性到几乎刚性的纤维）以及浓度（从稀悬浮液到非稀悬浮液）。结果表明，存在一个强大的湍流调制机制，主要是由悬浮液的质量分数控制（只有很小的影响的纤维的弯曲刚度），其特征在于详细通过尺度的尺度分析在傅立叶空间。尽管这种变化相对于单相的情况下，由于不可忽略的反作用，纤维的经验只有两种可能的拍打状态（以前确定在非常稀的条件下），而被运输和变形的流动。此外，我们表明，最大曲率服从不同的标度律，可以从纤维动力学方程。最后，我们探讨的优先浓度和排列的纤维内的流动，突出的惯性和弹性的特殊作用。
2022-05-19 physics.flu-dyn
An investigation of anisotropy in the bubbly turbulent flow via direct numerical simulations
本文通过界面解析DNS结合CLSVOF方法，研究通道内泡状湍流在不同气泡数量、流动方向和Eotvos数下的各向异性特征，揭示气泡近壁聚集或中心聚集对湍动能收支和雷诺应力平衡的影响机制。
2024-06-06 physics.flu-dyn
Drag reduction in turbulent channel flow laden with finite-size oblate spheroids
我们研究了不同的颗粒体积分数值的扁圆刚性颗粒在粘性流体中的悬浮液。直接数值模拟已经进行了使用直接强迫浸没边界法来考虑分散相，结合软球碰撞模型和润滑短程颗粒-颗粒和颗粒-壁相互作用的校正。相对于单相流，我们表明，在流中加载扁球体的阻力减少和湍流脉动衰减。特别是，湍流活动降低到较低的值比那些只占有效悬浮液粘度。为了解释所观察到的减阻，我们考虑的颗粒动力学和颗粒与湍流速度场的相互作用，并表明，颗粒壁层，以前观察到的，并发现负责增加耗散的悬浮液中的球体，消失的情况下，扁圆形颗粒。这些旋转明显慢于靠近壁面的球体，并且倾向于保持其主轴平行于壁面，这导致雷诺应力和湍流产生的减少，从而导致整体阻力降低。
2017-01-24 physics.flu-dyn
Local Measurements in a Particle Laden Jet Generated by a Convergent Nozzle
研究了含颗粒湍流射流的特性。对于速度和质量通量质谱仪，使用了PDA系统。测量连续相（空气）或分散相（玻璃球）;还测量单相流以进行比较。
2005-10-15 physics.flu-dyn
Description of clustering of inertial particles in turbulent flows via finite-time Lyapunov exponents
本文导出了非定常随机流中惯性质点在Stokes阻力作用下运动的渐近解。该解提供了有限时间李雅普诺夫指数作为斯托克斯数和拉格朗日应变和旋转速率自协方差的函数。这些指数的总和，这对应于一个浓度加权的粒子速度场的发散，被认为是聚类的措施。对于分散在各向同性湍流中的惯性颗粒，我们的分析预测在中间Stokes数处的最大聚类和在小和大Stokes数处的最小聚类。直接数值模拟进行定量验证我们的分析，显示两者之间的合理协议。
2016-06-03 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Chaotic self-sustaining structure embeded in turbulent-laminar interface
研究了二维槽道流中湍流与层流的界面结构。这种空间局域结构不仅维持着自身的稳定，而且还主动地将层流状态转化为湍流状态。换句话说，这种相干结构具有通过其内部动态产生不均匀性的功能。这个功能相干结构的动力学是孤立的使用过滤模拟，其动力学的物理视角总结在一个现象学模型称为“喷射-射流”循环，其中包括多尺度相互作用过程。
2015-03-16 nlin.CD physics.flu-dyn
Consistent closure modeling in large eddy simulations by direct approximation of the filtered advection term
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg（奥托·冯·格里克马格德堡大学）
本文提出通过直接近似滤波对流项来解决大涡模拟中对流项与滤波方程定义不一致的问题，改进了LES模型的预测能力。
2026-07-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The effect of particle density in turbulent channel flow laden with finite size particles in semi-dilute conditions
我们研究了不同的质量和体积分数的刚性球分散在湍流通道流的悬浮液的效果。我们进行了几个直接数值模拟，使用浸没边界法改变固体与流体的密度比，质量分数和体积分数的有限尺寸的颗粒。我们发现，在1和10之间变化的密度比在恒定的体积分数不改变流量统计一样多，当改变体积分数在恒定和恒定的质量分数。有趣的是，当改变体积分数时发现的总阻力的增加显著高于在相同体积分数下增加密度比所获得的总阻力的增加。在密度比为10的顺序的主要影响是一个强大的剪切诱导迁移的通道的中心线。当密度比进一步增加到1000时，粒子动力学与流体动力学解耦。固相表现为致密气体，并且流体和固相统计数据急剧变化。在这种状态下，碰撞率很高，并由粒子之间的法向相对速度控制。
2016-04-27 physics.flu-dyn
Large Scale GPU Based Simulations of Turbulent Bubbly Flow in a Square Duct
本文给出了周期性垂直方管内气水两相湍流泡状流的数值研究结果。该研究是使用一种新的数值技术，利用流体体积法的接口捕获和夏普表面力的方法精确表示的表面张力力。在求解界面方程时，采用了三维几何构造法，保证了气液两相之间的绝对质量守恒和清晰界面。整个算法在多个图形处理单元（GPU）上以数据并行模式实现，利用了大量的可用内核。我们研究了一群球形气泡与向上的湍流共同流动的动力学，并与空载湍流的结果进行了比较。空载$Re_τ$的摩擦雷诺数为360，足以维持湍流。在平均流中，我们观察到了由湍流驱动的二次流，以及复杂的瞬时湍流涡结构。这些二次流与向上上升的气泡的相互作用是非常复杂的，并导致瞬时和时间平均流场的显着变化。给出了沿壁面、角平分线和壁面平分线的平均含气率分布、平均速度、纵向和横向湍流强度。观察到在壁附近的空隙率分布中的峰值，代表气泡向管道的优选部分的迁移。讨论了湍流驱动的二次流和瞬时大涡对气泡优先浓度的影响。分散的气泡打破了通常在空载湍流中观察到的细长湍流结构。
2022-12-24 physics.flu-dyn
PeleLM-FDF Large Eddy Simulator of Turbulent Combustion
发展了一种新的计算方法PeleLM-FDF，并用于复杂湍流燃烧系统的高保真大涡模拟（LES）。这种方法是通过一个混合方案相结合的欧拉PeleLM基流求解器与拉格朗日蒙特卡罗模拟器的过滤密度函数（FDF）的次网格尺度反应标量。由此产生的方法是能够模拟一些最复杂的物理复杂的燃烧相互作用。这是证明了一个非预混CO/H $_2$时间演变射流火焰的LES。通过骨架动力学模型的化学建模，并通过详细的后验比较对同一火焰的直接数值模拟（DNS）数据的结果进行评估。观察到良好的协议的各种统计的热化学量的时间演化，包括多标量混合的流形。新的方法是能够捕捉复杂的现象的火焰熄灭和重新点燃的计算成本的DNS的1/512。新的PeleLM-FDF求解器的高保真度和计算负担能力保证其考虑实际湍流燃烧系统的LES。
2022-01-03 physics.flu-dyn
