Semi-Lagrangian lattice Boltzmann method for compressible flows
本文深入研究了可压缩流动的半拉格朗日格子玻尔兹曼（SLLBM）求解器。与其他可压缩流的LBM相比，顶点被组织在单元中，并且使用高达四阶的插值多项式来获得离顶点分布函数值。与最近引入的按需粒子（PoD）方法不同，该方法在静态、非移动参考系中操作。然而，本公式中的SLLBM允许超音速流动，并表现出高度的伽利略不变性。SLLBM求解器允许独立的时间步长，这是由于沿特征线的积分以及使用不寻常的速度集，如D2 Q25，它是由五阶Hermite多项式的根构造的。本模型的属性显示在不同的例子模拟的二维泰勒-格林涡，一个Sod激波管，一个二维黎曼问题和激波-涡相互作用。结果表明，基于细胞的插值和使用的高斯-Lobatto-Chebyshev支持点允许空间高阶的解决方案，并尽量减少插值所造成的质量损失。激波-涡干扰中的变换网格对非均匀网格具有普遍适用性。
2020-04-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Quasi-conservation laws for compressible 3D Navier-Stokes flow
我们制定的准拉格朗日流体输运动力学的质量密度$ρ$和投影$q=\bom\cdot\nablaρ$的涡度$\bom$到密度梯度，确定由三维可压缩纳维-斯托克斯方程的理想气体，虽然结果适用于任意的状态方程。结果表明，$q$的准拉格朗日输运不能穿过$ρ$的水平集。也就是说，在该公式中，$ρ$的水平集（等密度线）对于投影$q$的传输是不可渗透的。
2012-10-06 nlin.CD physics.flu-dyn
Barriers to the Transport of Diffusive Scalars in Compressible Flows
我们最近的工作确定了材料表面的不可压缩流，极端化的任意，弱扩散标量场相对于相邻表面的运输。这样的障碍和运输的增强器可以直接从速度场的确定性分量定位，而无需扩散或随机模拟。在这里，我们将这些结果扩展到可压缩流和扩散浓度场的源或汇的影响，以及自发衰减。我们构造扩散传输极值，并没有限制他们在一个特定的初始浓度分布。对于二维流动，我们得到明确的微分方程和诊断标量场，确定最可观察的极值点均匀的运输密度。我们说明了我们的研究结果揭示扩散障碍和增强分析，数值和观测速度场。
2019-02-26 math.AP math.DS physics.flu-dyn
Compressible Fluids with Maxwell-type equations, the minimal coupling with electromagnetic field and the Stefan-Boltzmann law
本文给出了带电流体与电磁流体耦合的高导数拉格朗日量，并讨论了狄拉克约束分析。得到了一组由非协变规范条件确定的第一类约束。利用路径积分方法得到相应高阶导数哈密顿量的配分函数，并利用Faddeev-Popov方法构造有效拉格朗日量.通过配分函数得到了Stefan-Boltzmann型定律。
2016-07-11 cond-mat.other physics.flu-dyn
Weak-strong clustering transition in renewing compressible flows
研究了时间相关可压缩更新流中拉格朗日示踪剂输运的统计性质。我们表明，优先采样的相空间进行示踪剂产生显着差异的拉格朗日统计和欧拉对应。特别是，示踪剂经历的有效压缩性有一个非平凡的依赖于时间相关的流量。我们研究的后果，这种现象的示踪剂的集群，专注于从弱到强的集群制度的过渡。我们发现，当流动的时间相关性是典型的涡流周转时间的顺序时，发生过渡的临界压缩性是最小的。此外，我们表明，在时间相关的可压缩流的聚类属性是非普遍的，强烈的时空结构的速度场的影响。
2014-11-01 nlin.CD physics.flu-dyn
A numerical method based on quasi-Lagrangian Voronoi cells for two-phase flows with large density contrast
本文提出基于运动 Voronoi 网格与锐界面的准拉格朗日方法，通过颜色函数滤波重映射首次处理大密度对比两相流，所得守恒鲁棒的半隐式格式可模拟含激波和表面张力的可压缩及不可压缩流动。
2025-03-15 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Supersonic Shear and Wall-Bounded Flows With Body-Fitted Meshes Using the Semi-Lagrangian Lattice Boltzmann Method: Boundary Schemes and Applications
针对可压缩湍流LBM模拟研究不足、现有方法算例简单的问题，本文为半拉格朗日LBM新增多种边界条件，首次实现高马赫数三维超声速湍流模拟，验证了其捕捉可压缩效应的能力。
2024-12-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lagrangian entropic lattice Boltzmann method for Courant-free supersonic compressible flow simulation
本文提出拉格朗日熵格子Boltzmann方法（LELBM），通过结合正则化中心矩碰撞、双分布函数、拉格朗日声学模板及熵群体重构等技术，突破了传统超音速流的限制，实现了稳定高效的无Courant数显式时间步进模拟，并大幅降低内存需求。
2025-08-09 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
How to train your solver: A method of manufactured solutions for weakly-compressible SPH
弱可压缩光滑粒子流体动力学（英语：Weakly-Compressible Smoothed Particle Hydrodynamics，缩写为WCSPH）方法是一种拉格朗日方法，通常用于模拟不可压缩流体。在开发基于SPH的方案或求解器时，研究人员经常使用精确解、其他数值技术的解或实验数据来验证他们的代码。这通常需要大量的计算工作，并且不能测试求解器的全部功能。此外，这通常不会产生关于求解器收敛性的见解。在本文中，我们介绍了制造解决方案（MMS）的方法，以全面测试WCSPH为基础的求解器在一个强大的和有效的方式。MMS是建立在基于网格的数值求解器的上下文中。我们展示了如何将该方法应用于拉格朗日WCSPH解算器的背景下，测试的收敛性和精度的求解器在二维和三维，系统地识别任何问题的求解器，并测试边界条件的有效方式。我们证明了这两个传统的WCSPH计划以及最近提出的一些二阶收敛WCSPH计划。我们的代码是开源的，手稿的结果是可复制的。
2021-10-26 cs.NA math.NA physics.comp-ph
The Properties of Compressible MHD and Cosmic Ray Transport
湍流是天体物理流动最常见的状态。在典型的天体物理流体中，湍流伴随着强磁场，这对湍流级联的动力学有很大的影响。近年来，磁流体动力学（MHD）湍流理论取得了重大突破。这是我们第一次有一个尺度模型，是由观测和数值模拟支持。本文综述了不可压缩湍流和可压缩湍流的研究进展。我们比较Iroshnikov-Kraichnan和Goldreich-Sridhar模型，并讨论阿尔芬，慢，快波的标度。我们讨论了这一新的见解的影响，MHD湍流宇宙线运输。
2002-11-22 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Information Transport and Observability in Compressible Aerodynamics
Northern Illinois University（北伊利诺伊大学）
研究可压缩空气动力学中信息传输与可观测性，用可微激波捕捉浸入边界求解器，通过传播梯度引入可观测性度量，发现信息传输不均，可观测性与可学习性相关但不同，流动状态和翼型几何影响其分布与逆学习收敛，建立定量框架。
2026-07-23 physics.flu-dyn
A Hamiltonian interacting particle system for compressible flow
将可压缩流体的能量分解为慢（确定性）和快（随机性）分量，解释为随机哈密顿相互作用粒子系统（HIPS）。结果表明，与平均场极限相联系的McKean-Vlasov方程可导出具有密度依赖粘性的正压纳维-斯托克斯方程。毛细管力也可以用这种方法来处理。由于哈密顿结构的平均场系统满足开尔文循环定理沿随机拉格朗日路径。
2020-10-01 math-ph math.MP math.SG
Compressible fluids with distinct mass and linear-momentum transport
University of Nottingham（诺丁汉大学）；Okinawa Institute of Science and Technology（冲绳科学技术大学院大学）
本文提出了一种热力学一致的连续理论，研究可压缩、粘性、导热流体中质量与线性动量传输的区别，推导了机械和热力学后果，并推导了应力不对称性、能量通量及壁面耗散不等式。
2026-04-26 physics.flu-dyn
A new Eulerian model for viscous and heat conducting compressible flow
在这篇文章中，一套物理上不一致的性质的纳维-斯托克斯方程，缺乏质量扩散和速度的定义，提出。我们表明，这些不一致是拉格朗日推导的结果，该推导模型是粘性应力而不是扩散。本文在纯欧拉框架下导出了理想气体可压缩扩散（粘性和导热）流动的一个新模型。我们建议这些方程取代纳维-斯托克斯方程。数值实验表明，新系统与纳维-斯托克斯方程有一定的区别和相似之处。
2018-01-02 physics.flu-dyn
A new lagrangian particle method to describe turbulent flows of fully compressible ideal gases
有几种方法来描述含有颗粒的流动，例如格子气自动机（LGA），格子玻尔兹曼方法（LBM）或光滑粒子流体动力学（SPH）。这些方法不使用固定网格，在固定网格上通过例如有限体积法求解纳维-斯托克斯方程。使用大量粒子或粒子密度分布来模拟流动，这些粒子或粒子密度分布相互作用，并且由于统计定律和比纳维-斯托克斯方程更基本的方法，可以导出平均流动变量。在简要总结了最流行的粒子方法之后，将介绍新的DMPC（耗散多粒子碰撞）方法。DMPC模型消除了已建立的粒子方法的一些弱点，并显示出更准确的计算流体动力学解决方案的高潜力，特别是在标准计算流体动力学工具仍然存在问题的领域（例如，气动声学）。DMPC模型处理离散的圆形颗粒，并计算多个重叠颗粒的详细碰撞过程（微观尺度）。利用热力学、统计学和相似定律，可以导出全局（大尺度）流动变量。该模型是二维的，粒子可以根据作用在其上的力在二维平面内的每个方向上移动。相邻粒子之间可能的重叠和多粒子相互作用是该模型的重要特征。一个免费软件在www.cfd2k.eu下开发和发布。在那里可以下载可执行文件、用户指南和几个示例性案例。
2008-02-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lyapunov exponents and Lagrangian chaos suppression in compressible homogeneous isotropic turbulence
本文通过理论分析与高阶数值模拟，研究了可压缩均匀各向同性湍流中示踪粒子的李雅普诺夫指数，揭示了其统计形式与不可压缩流动的一致性，并发现膨胀率与涡量之比是表征混沌特性的更优参数。
2023-12-01 physics.flu-dyn
Motion of slightly compressible fluids in a bounded domain. II
研究了有界区域中的无粘可压缩流体问题。我们找到了一个独特的解决方案的初边值问题，并表明，它是附近的不可压缩流体的初始条件为两个问题的类似解决方案是接近的。特别地，可压缩流的初始速度在零时刻的发散被假定为是小的。此外，我们发现，解决方案的可压缩运动问题的拉格朗日坐标系中的微分依赖于他们的初始数据，这类非线性方程的一个意想不到的结果。
2016-06-14 math.AP math.DG math.FA
Lattice Boltzmann method for fluid-structure interaction in compressible flow
我们提出了一个双向耦合流固耦合方案的刚体使用两个人口格子玻尔兹曼制定可压缩流。任意拉格朗日-欧拉公式的离散玻尔兹曼方程的贴体网格上使用的组合与多项式混合函数。混合函数方法局部化网格变形，并允许以最小的计算开销处理多个移动体。通过单柱和串联柱涡激振动的算例验证了该模型的正确性，表明该模型能够准确地描述这些系统的动力学行为。最后，在完全可压缩的制度，我们表明，该模型准确地捕捉复杂的现象，如跨音速颤振翼型。
2021-07-03 physics.flu-dyn
Slow inviscid flows of a compressible fluid in spatially inhomogeneous systems
考虑一种理想的可压缩流体，由于存在一些静态外力，平衡密度是给定的坐标函数。利用哈密顿形式研究了不扰动密度的慢流问题。对于任意给定的涡度场拓扑，导出了系统的运动方程。建立了冻结涡线拉格朗日量的一般形式。本文研究了几种非均匀物理模型中细长涡丝运动的局域诱导近似。
2001-08-29 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Magnetohydrodynamic instability in differentially rotating compressible flow
角动量输运是天体物理流的重要研究领域之一。不稳定性，因此，它产生的湍流已被调用，以了解其在流体动力学和磁流体动力学制度的角动量输运的作用。由参数空间$Ω_e^2 < 0$，$Ω_e$是周转频率描述的未探测区域的调查，导致了强大的磁流体动力学不稳定性。这种不稳定性的增长率是相当大的，并发现依赖于波数。
2008-09-18 astro-ph physics.flu-dyn
An explicit semi-Lagrangian, spectral method for solution of Lagrangian transport equations in Eulerian-Lagrangian formulations
提出了一种求解欧拉-拉格朗日方程中拉格朗日输运方程的显式高阶半拉格朗日方法。为了确保半拉格朗日近似与用于欧拉公式的显式欧拉、不连续谱元法（DSEM）离散化一致，拉格朗日粒子被播种在单元内的高斯正交配置节点处。粒子积分明确的时间，以获得在平流高斯正交位置的平流多项式解。这种近似映射回半拉格朗日的方式高斯正交点，通过最小二乘拟合使用约束的元素边界值和可选的约束质量和能量保存。显式时间积分用于与基于网格的DSEM求解器一致的半拉格朗日近似，这确保在高斯正交点处播种的粒子不会离开元素的边界。因此，该方法是本地的和并行的，有利于解决拉格朗日公式，而没有网格的复杂性，和粒子网格方法中的粒子求解器的并行化挑战。对一维和二维平流方程进行了数值试验。该方法是指数收敛的。质量和能量约束的使用可以根据时间积分的精度来提高精度。
2019-10-15 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A new smoothed particle hydrodynamics method based on high-order moving-least-square targeted essentially non-oscillatory scheme for compressible flows
本研究提出MLS-TENO-SPH混合高阶框架，通过分区策略结合MLS近似与改进TENO格式，兼顾光滑区域高阶精度与间断捕捉能力，在可压缩流动模拟中表现更优。
2023-06-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lagrangian transport through surfaces in volume-preserving flows
标量通过表面的平流输运在许多科学应用中具有根本的重要性。从表面的欧拉观点来看，它可以通过众所周知的通量密度积分来量化。最近发展的高度精确的半拉格朗日方法解决标量守恒定律和拉格朗日方法的相干结构湍流（地球物理）流体流动需要一个新的方法来运输（拉格朗日）材料的角度来看。我们提出了一个拉格朗日框架计算运输的守恒量通过一个给定的表面在$n$维，完全非周期性，体积保持流。我们的方法不涉及任何表面或其边界上的动力学假设。
2016-06-29 math.CA math.DS nlin.CD
Lagrangian Stability Analysis Technique for Fluid Flows
Mississippi State University（密西西比州立大学）
本文提出一种无扰动的数据驱动拉格朗日稳定性分析技术（LagSAT），利用伴随拉格朗日模态分解，在经典基流上生成中性曲线、N因子和瞬态增长，适用于复杂基流的全局分析。
2026-10-30 physics.flu-dyn
Exploring shock-capturing schemes for Particles on Demand simulation of compressible flows
在这项探索性的研究中，我们应用冲击捕获计划的框架内的粒子按需动力学模型来模拟可压缩流的温和和强烈的冲击波和间断。该模型是基于半拉格朗日方法，其中的信息沿特征传播，而一组激波捕捉的概念，如总变差递减和加权基本无振荡的计划，以捕捉的不连续性和激波。结果表明，重构方案能够消除激波位置处的振荡，并结合Particles on Demand模型的伽利略不变性性质，可以对轻度到极端可压缩基准进行稳定的模拟。此外，还讨论了重建方案的谱分析和精度阶等基本数值性质。
2022-07-19 physics.flu-dyn
Physics informed machine learning with Smoothed Particle Hydrodynamics: Hierarchy of reduced Lagrangian models of turbulence
UArizona（亚利桑那大学）；LANL（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文构建参数化约化拉格朗日湍流模型层级，将神经网络与弱可压缩SPH物理结构结合，并提出新型参数化光滑核，验证其在HIT数据上的泛化性和精度。
2023-11-08 cs.LG physics.flu-dyn
Lagrangian tracers on a surface flow: the role of time correlations
有限时间的表面流中的速度的相关性被发现是重要的拉格朗日示踪剂的集群的形成。数值计算表明，由流的Lyapunov谱表征的聚类程度与时间上的白色可压缩Kraichnan流的预测定性一致，但定量偏离。对于压缩性的中间值，聚类令人惊讶地被时间相关性削弱。
2004-08-18 nlin.CD physics.flu-dyn
Implicit Molecular Stresses in Weakly-Compressible Particle-Based Discretization Methods for Fluid Flow
基于弱可压缩粒子的离散化方法用于求解亚音速纳维-斯托克斯方程，在流体动力学界越来越受欢迎。其中最流行的方法之一是弱可压缩光滑粒子流体动力学（WCSPH）。由于单个数值粒子的动力学是由流体动力学输运方程确定的，因此每个定义的粒子应该代表均匀的流体元素。然而，它可以很容易地认为，一个单一的粒子行为只有伪拉格朗日，因为它是受体积分割误差，很难适应其形状的实际流体流动。因此，我们将假设内核支持提供了一个更好的实际流体元素的代表。通过非平衡分子动力学（NEMD）分析，推导了基于核的流体元件的等温输运方程。NEMD分析的主要发现是一个分子应力张量，这可能有助于解释当前在弱可压缩粒子离散化方法的应用中遇到的问题。
2021-08-17 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
Lattice Boltzmann Methods for Compressible (Magneto)hydrodynamics
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）
提出一类新型格子玻尔兹曼方法，通过动力学公式的算法结构分离输运过程，高效求解可压缩与不可压缩磁流体动力学系统，在OpenLB中实现高达98.9%的硬件性能，并成功模拟了灵神星在超音速太阳风中的运动。
2026-05-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A conservative Godunov-type mesh-free hydrodynamics scheme for weakly compressible multiphase flows
Technical University of Munich (TUM)（慕尼黑工业大学）；Munich Institute of Integrated Materials, Energy and Process Engineering (MEP), Technical University of Munich (TUM)（慕尼黑工业大学集成材料、能源和工艺工程研究所）
提出一种保守型Godunov类无网格格式，通过二阶重构、HLLC求解器及界面切向松弛机制，实现弱可压缩多相流的高精度模拟，并在多个基准测试中验证了其有效性。
2026-09-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Eigenvalue bounds for compressible stratified magneto-shear flows varying in two transverse directions
本文导出了基速度、密度和磁场沿两个方向变化的理想可压缩分层磁流体剪切流不稳定性的三个特征值界。第一界可以通过结合霍华德半圆定理和拉格朗日位移的能量原理得到。值得注意的是，不需要特殊的条件来使用这个界限，并且对于某些情况，我们可以建立流的稳定性。第二和第三边界来自Miles-Howard理论的概括，并且与Kochar & Jain的半椭圆定理（J. Fluid Mech.，vol.91，1979，489）和由Cally发现的边界（Astrophys.流体动力学，Vol.31，1983，43）。这项研究的一个重要副产品是，迈尔斯-霍华德稳定性条件仅在没有外加磁场时成立，此外，剪切和分层的方向在任何地方都是一致的。
2021-05-22 physics.flu-dyn
Sound waves, diffusive transport, and wall slip in nanoconfined compressible fluids
本文通过分子动力学模拟研究纳米受限简单流体中的长波长流体动力学关联，利用弛豫时间在体相与连续介质理论间的特征转变，从平衡模拟中同时测量黏度和滑移长度，并证实了几何诱导的过阻尼声波弛豫，为纳米流体器件设计提供理论依据。
2023-05-12 physics.flu-dyn
Dispersion of tracer particles in a compressible flow
本文研究了拉格朗日示踪粒子在大水槽表面流动和计算机模拟中的湍流扩散。流的可压缩性的影响被捕获在粒子场的图像中。悬浮颗粒的速度场具有发散性，其概率密度函数呈现指数尾。还研究了粒子对和三重态的运动。均方分离<Delta（t）^2>符合标度形式<Delta（t）^2> ~ t^alpha，与Richardson-Kolmogorov预测相反，发现标度指数α =1.65 pm 0.1的扩展范围。
2004-02-19 nlin.CD physics.flu-dyn
A discrete Boltzmann model with state-dependent power-law relaxation time for nonequilibrium transport in compressible flows
Fujian Normal University（福建师范大学）；North China Institute of Aerospace Engineering（北华航天工业学院）；Laoshan Laboratory（崂山实验室）；Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院大气物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文提出了一种具有密度和温度依赖幂律弛豫时间的离散玻尔兹曼模型，用于研究压缩流体中非平衡传输现象，通过验证Sod冲击管和解析解，展示了模型在冲击波、稀疏波和接触不连续性中的准确恢复能力，并分析了粘性应力和热流的相图。
2026-05-18 physics.flu-dyn
Scalar Dissipation Criticality in Compressible Magnetized Turbulence
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Flatiron Institute, Simons Foundation（西蒙斯基金会平顿研究所）；School of Mathematics, IAS, Princeton（普林斯顿高等研究院数学学院）；GSSI, L’Aquila, Italy（意大利拉奎拉全球南方科学研究所）
该研究将标量湍流理论推广至可压缩磁化流动，证明在特定标度指数条件下反常耗散不可能发生，并给出Yaglom定律的可压缩类比，为等离子体输运提供诊断依据。
2026-09-22 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Lagrangian transport and chaotic advection in three-dimensional laminar flows
流体流动中标量的输运和混合在工业和自然界中普遍存在。湍流通过其固有的随机性促进有效的输送和混合。层流缺乏这样的自然混合机制，有效的输送更具挑战性。然而，层流是必不可少的许多问题和洞察其传输特性的重要性。可以说，用拉格朗日流体运动（“平流”）和流体轨迹的几何、拓扑和连贯性来描述层流输送是最好的。有效的层流输送相当于“混沌平流”，这是这一方法的一个关键发现。拉格朗日框架能够系统地分析和设计层流。然而，拉格朗日输运的科学见解和技术应用之间的差距是巨大的，主要有两个原因。首先，许多研究关注二维（2D）流动，但现实世界是三维（3D）的。第二，拉格朗日运输通常是理想化的流量，但实际的相关性需要研究现实的三维流动。本审查的目的是刺激进一步开发和利用的专有技术的三维拉格朗日运输和传播实践。为此，3D实际流被归类为典型的问题。首先，揭示拉格朗日输运的多样性，并使人们认识到它的广泛相关性。第二，促进科学学科内部和学科之间的知识转移。第三，调和实际流动与拉格朗日输送和混沌平流的基本原理。这可能是在结构上将“拉格朗日思维”纳入三维实际流动的分析和设计的第一个动机。
2019-04-16 nlin.CD physics.app-ph physics.bio-ph
Prandtl number dependence of compressible convection: Flow statistics and convective energy transport
（节略）背景：运动粘度与热扩散率之比，即普朗特数，在恒星对流区远小于1。目的：研究对流和能量输送的统计特性与普朗特数的关系。方法：采用笛卡尔坐标系下的三维对流数值模拟。对流区（CZ）嵌入在两个稳定分层层之间。统计和传输特性的上升和下降流分别进行了研究。结果：均方根速度随普朗特数的减小而增大。同时，下降流的填充因子减小，并导致在较低的普朗特数下更强的下降流，以及对普朗特数的过冲的强烈依赖。速度功率谱不显示显着的变化作为普朗特数的函数。在最高雷诺数的速度功率谱是兼容的Bolgiano-Obukhov $k^{-11/5}$标度。水平平均对流能通量（$\overline{F}_{\rm conv}$）与CZ内的普朗特数无关。然而，在低（高）普朗特数下，上升流（下降流）对对流通量的贡献占主导地位。这些结果与低普朗特数区域的瑞利-贝纳德对流相似，在低普朗特数区域，对流是剧烈湍流的，但在传输能量方面效率低下。结论：目前的结果表明对流超冲和能量通量的普朗特数的强烈依赖。天体物理对流的数值模拟经常使用单位普朗特数。目前的结果表明，这可能会导致误导性的结果，天体物理学相关的低普朗特数制度是定性不同的参数制度，在典型的模拟探索。
2021-05-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn
High-order gas-kinetic scheme in general curvilinear coordinate for iLES of compressible wall-bounded turbulent flows
本文发展了一种用于可压缩湍流数值模拟的一般曲线坐标系下的高阶气体动力学格式（HGKS-cur）。基于坐标变换，将Bhatnagar-Gross-Krook（BGK）方程从物理空间变换到计算空间。为了处理由离散点给出的一般网格，需要通过逐维拉格朗日插值构造几何度量。在计算域中采用多维加权基本无振荡（WENO）重建，重建变量为单元平均雅可比矩阵和雅可比加权保守变量，以保证空间精度。两阶段的四阶方法，这是发展的时空耦合流动求解器，用于时间离散。无粘和层流的数值算例验证了HGKS-cur的精度和几何守恒定律。作为HGKS-cur的直接应用，本文将其应用于可压缩壁面湍流的隐式大涡模拟（iLES），包括可压缩槽道湍流和可压缩周期性起伏湍流。HGKS-cur的iLES计算结果与文献中的谱方法和高阶有限体积方法的计算结果吻合较好。HGKS-cur的性能表明其作为可压缩壁面湍流和大规模分离流数值模拟的有力工具的能力。
2021-07-19 physics.flu-dyn
A comparison between weakly-compressible smoothed particle hydrodynamics (WCSPH) and moving particle semi-implicit (MPS) methods for 3d dam-break flows
本文针对三维溃坝流动比较DualSPHysics中的WCSPH求解器与自研不可压缩MPS求解器，结合实验数据评估波高、压力、作用力、人工黏性影响及计算成本。
2023-06-02 physics.flu-dyn
Turbulence transport in moderately dense gas--particle compressible flows
本研究通过三维颗粒解析模拟平面激波通过静止固体颗粒悬浮物，分析了尾流诱导的伪湍流特性，并提出了在双流体模型中实现且与模拟高度吻合的PTKE双方程模型。
2025-04-03 physics.flu-dyn
High-growth-rate magnetohydrodynamic instability in differentially rotating compressible flow
角动量向外的输运是吸积盘中吸积进行的基本要求。如果吸积流是湍流，这个目标就可以实现。不稳定性是湍流的来源之一。我们研究了非零径向和方位磁场存在下的差动旋转压缩流，并证明了高增长率不稳定性的发生。这种不稳定性在磁能密度超过旋转能量密度的区域中起作用。
2010-09-12 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Mean-field diffusivities in passive scalar and magnetic transport in irrotational flows
湍流被动标量输运和平均场电动力学的平均场论的某些方面被认为是特别强调可压缩流体方面。它表明，在可压缩流中的被动标量输运的总平均场扩散系数可能小于分子扩散系数。这完全类似于一个旧的发现，关于磁平均场扩散率在导电的恶性运动的可压缩流体。如果运动的无旋部分占主导地位的旋涡部分，Pèclet或磁雷诺数不是太大，而且，此外，流动模式的变化是缓慢的，这些现象就会发生。对于被动标量和磁性的情况下，几个进一步的分析结果的平均场扩散系数和相关的数量内发现的二阶相关近似，以及通过测试场的方法，适用于独立的这种近似得到的数值结果。特别注意的是非本地和非瞬时的连接之间的连续性引起的条款和平均场。本文详细地研究了两个无旋流动的例子，在这两个例子中，出现了上述意义上的有趣现象。特别是，它表明，在这些流量的影响下，在可压缩流体中的平均标量的衰减可以比没有任何流量慢得多，并可以强烈影响所谓的记忆效应，即，相关的平均场系数取决于衰减率本身的事实。
2011-11-08 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Discrete unified gas kinetic scheme for all Knudsen number flows: II. Compressible case
本文是我们早期工作[Z.L.郭{ \it等}，Phys. Rev. E { \bf 88}，033305（2013）]，其中，针对具有任意Knudsen数的低速等温流开发了基于动力学模型的多尺度数值方案。本文基于Prandtl数可调的Shakhov模型，发展了一种考虑传热和激波不连续性的离散统一气体动力学格式（DUGKS）。该方法是一种显式有限体积格式，其中在计算单元界面处的通量时耦合了传输和碰撞过程，从而保留了良好的渐近保持（AP）性质，使得时间步长仅受CFL数的限制，在连续极限下，细胞界面的分布函数恢复到Chapman-Enskog分布函数，而对于自由迁移，在光滑区，时间和空间精度均达到二阶精度。这些特点使DUGKS成为多尺度可压缩流模拟的理想方法。通过激波结构问题、不同非平衡度的Sod管问题以及连续和稀薄区域的二维Riemann问题的数值试验，验证了该格式的有效性。与DSMC和其他基准数据的比较表明，DUGKS是一种可靠和有效的多尺度可压缩流计算方法。
2014-06-22 physics.flu-dyn
Beyond Stokes drift -- Lagrangian transport in evolving gravity waves
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）
本文研究了自由衰减波中的拉格朗日输运，通过高分辨率两相模拟和扰动分析模型，揭示了波幅扩展中一阶和二阶修正对经典拉格朗日漂移的影响，并探讨了粘性和惯性平衡下的净垂直输运对粒子轨迹和各向异性混合的影响。
2026-06-04 physics.flu-dyn
Transport Induced by Mean-Eddy Interaction: I. Theory, and Relation to Lagrangian Lobe Dynamics
本文提出了一种估算二维非定常流中由{\bf M}平均-{ \bf E} dy相互作用（TIME）引起的{\bf T}输运{ \bf I}的方法。该方法是建立在动力系统的方法，可以看作是一个混合的拉格朗日和欧拉法的组合。我们考虑（拉格朗日）输运的（欧拉）边界由适当选择的平均流流线在运动学上定义。通过评估的平均涡流相互作用对运输的影响，时间的方法可以被用来作为一个诊断工具，在指定的时间间隔沿指定的边界段发生的运输过程。我们引入两种类型的时间函数：一个是量化的流动性质的积累，另一个是测量的位移的运输几何形状。运输的空间几何形状由所谓的伪叶描述，运输的时间演化由其动力学描述。在沿分界线计算时间函数的情况下，伪波瓣与拉格朗日输运理论的波瓣有关系。实际上，其中一个TIME函数与Melnikov函数相同，Melnikov函数用于测量定义拉格朗日叶的两个不变流形之间的距离，在小参数的前导阶。详细对比了时间波瓣动力学和拉格朗日波瓣动力学的异同。本文将时间方法应用于风驱动海洋环流模式中的涡旋间输送，并与拉格朗日输送理论作了比较。
2011-07-26 nlin.CD physics.ao-ph 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
A New Formulation of the $3D$ Compressible Euler Equations With Dynamic Entropy: Remarkable Null Structures and Regularity Properties
我们得到了一个新的$3D$可压缩欧拉方程的动态熵表现出显着的零结构和正则性。我们的结果在声速为正的非真空区域中适用于任意状态方程（它产生密度和熵方面的压力）。我们的工作是我们以前与J.Luk的合作工作的延伸，在该工作中，我们在正压流体的特殊情况下，即当状态方程仅取决于密度时，导出了类似的新公式。新的配方包括协变波方程的笛卡尔分量的速度和对数密度耦合到一个运输方程的特定涡度（定义为涡度除以密度），运输方程的熵，和一些额外的运输发散卷曲型方程，涉及特殊组合的衍生物的解决方案变量。方程中良好的几何结构允许人们在处理系统的“波部分”时使用矢量场方法的全部功率。在即将到来的应用程序中，我们将使用新的配方给一个尖锐的，建设性的证明有限时间激波的形成，绑定到交叉的声学“波”的特点，解决方案与非平凡的涡量和熵在奇点。在这篇文章中，我们推导出新的公式，并概述了它在激波形成的证明中所起的核心作用。
2017-01-23 math-ph math.AP math.MP
