Turbulence modeling over riblets via domain transformation
提出结合域变换与小几何参数扰动分析的无仿真湍流建模框架，可预测三角形和扇形肋条减阻趋势，并揭示高 Reynolds 数下 K-H 辊导致减阻退化的机制。
2025-06-06 math.AP math.DS math.OC
Handling geometric singularities efficiently with the immersed-boundary method: application to riblets
Institute of Fluid Mechanics, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院流体力学研究所）；Dept. of Aerospace Engineering, Politecnico di Milano（米兰理工大学航空航天工程系）；Dip. di Ingegneria Industriale, Università di Salerno（萨莱诺大学工业工程系）
本文提出一种增强的浸没边界法，通过匹配稳态斯托克斯解高效处理几何奇异性，在肋条流动的层流与湍流测试中，以较低计算成本重现参考结果。
2026-09-29 physics.flu-dyn
Turbulent transition in a channel with superhydrophobic walls: the effect of roughness anisotropy
超疏水表面显著降低了上覆液体流动的表面摩擦。这些表面是复杂的，数值模拟通常依赖于模型来降低这种复杂性。最简单的方法之一是通过均匀化过程找到一个等效的边界条件，在定向肋上的通道流的情况下，导致均匀化的基本流速中存在一个小的展向分量。这项工作的目的是调查的影响，这种三维的基流的稳定性和过渡的渠道与定向沟槽覆盖的墙壁。这个基流的线性稳定性进行了研究：一个新的不稳定区域，连接到横流的影响，观察。Tollmien-Schlichting波也被检索，但最不稳定的是三维的。瞬态增长也受到影响的斜条纹与非零流向波数成为最放大的扰动。当Tollmien-Schlichting波引起转捩时，在初始指数增长状态之后，具有大展向波数的条纹结构迅速出现。模态机制似乎在这些结构的发展中发挥了主导作用，并实现了二次稳定性分析，成功地检索他们的一些特点。第二种情况，开始与横流涡，显示出强烈的非线性的影响。在分解成湍流之前，流动发展成大的准展向不变结构。饱和横流涡的二次稳定性揭示了这一转捩阶段。在这两种情况下，横流效应主导的流动动力学，强调需要考虑这些影响时，建模超疏水表面。
2022-08-02 physics.flu-dyn
Low Reynolds number turbulent flows over elastic walls
我们研究了粘性超弹性壁面上的层流和湍流槽道流动，并表明通过适当地选择壁面弹性模量，可以在任何雷诺数下维持非定常的混沌类粘性流动。我们提出了一个物理解释，这种效果通过评估的剪切应力和湍流动能预算的流体和弹性层。我们从2800到10的不同的批量雷诺数，并确定两个不同的机制，湍流生产。在中等和高雷诺数下，湍流波动激活壁振荡，这反过来又放大了流体中的湍流雷诺应力。在非常低的雷诺数下，唯一的生产项是由于来自弹性壁的能量输入，其随着壁弹性而增加。这种机制可用于被动地增强微流体装置中的混合。
2020-08-04 physics.flu-dyn
Trigger turbulent bands directly at low Reynolds numbers in channel flow using a moving-force technique
我们展示了一种方法，直接数值模拟，直接触发和维持湍流带在低雷诺数通道流。关键是施加一个移动的局部力，它会引起具有足够强的弯曲不稳定性的局部流动。利用该方法，我们可以在雷诺数低至$Re \simeq 500$时触发和维持湍流带。更重要的是，我们可以生成具有所需相对位置和方向的任何条带模式。通常的扰动方法诉诸于在较高雷诺数下模拟的湍流场、随机噪声或局部涡扰动，这既不能保证在低雷诺数下成功生成带，也不能控制所生成带的方向。精确控制湍流带的位置和方向对于研究所有可能类型的带相互作用和理解低雷诺数下通道流的转捩是重要的。
2020-07-17 physics.flu-dyn
A numerical study of the side-wall effects on turbulent bands in channel flow at transitional Reynolds numbers
本文采用开放源代码的谱元程序Nektar++，通过直接数值模拟的方法研究了过渡雷诺数下槽道流动中湍流带的侧壁效应。本研究考虑的宽高比为50：1。我们的研究表明，湍流带可以生存与侧壁的碰撞高于体雷诺数Re约1000，但衰减低于Re约975，即临界雷诺数应近似在两个雷诺数之间。我们还讨论了在低雷诺数和潜在的影响，更大的展向通道宽度比我们的研究中考虑的带衰减的潜在机制。研究结果为过渡雷诺数下槽道湍流的实验研究提供了参考。
2022-03-12 physics.flu-dyn
On The Critical Reynolds Number For Transition From Laminar To Turbulent Flow
在这种可视化中，从层流到湍流的转变的特征在于壁面流体间歇地喷射到外部流中。粘性流层的归一化厚度达到渐近值，但物理厚度在过渡后呈指数下降。临界过渡管雷诺数可以简单地通过将其与粘性流层归一化厚度的渐近值相等来获得。关键词：转捩，临界稳定雷诺数，临界转捩雷诺数，非牛顿管流
2010-07-14 physics.flu-dyn
A Theoretical Basis for Determination of the Reynolds Stress in Canonical Turbulent Flows
本文提出了一种求解湍流正则流中雷诺应力的独特方法，该方法基于控制体以局部平均速度运动的动量平衡。在简单的几何形状与实验和计算数据的比较显示出相当好的协议。基于雷诺应力的封闭式表达式，给出了湍流动量输运的另一种形式。利用DNS数据验证了湍流动量平衡。这种方法在空气动力学中有潜在的应用，也代表了一种可能的方法来确定更复杂的流动中的雷诺应力。
2017-08-03 physics.flu-dyn
Laminar-Turbulent Transition: The change of the flow state temperature with the Reynolds number
使用先前开发的模型来描述粘性流体流的层流/湍流状态，该模型将流视为各种尺寸的相干结构的集合（Chekmarev，Chaos，2013，013144），将流状态的统计温度确定为雷诺数的函数。结果表明，在小雷诺数，与层流状态，温度是正的，而在大雷诺数，与湍流状态，它是负的。在中间雷诺数下，随着相干结构尺寸的增加，温度从正值变为负值，类似于Onsager对无粘流体中平行点涡旋系统的预测。结果还表明，在中间雷诺数的范围内，温度表现出幂律发散特性的二阶相变。
2014-04-01 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
Convolutional Neural Network Models and Interpretability for the Anisotropic Reynolds Stress Tensor in Turbulent One-dimensional Flows
雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程在湍流问题中有着广泛的应用。它们需要精确地模拟各向异性雷诺应力张量，传统的雷诺应力闭合模型只能在某些流动配置中产生可靠的结果。在过去的几年里，有大量的工作旨在使用数据驱动的方法来解决这个问题。以前的大部分工作都集中在全连接网络的发展，为各向异性雷诺应力张量建模。在本文中，我们扩大了最近的工作湍流槽道流和开发新的卷积神经网络（CNN）模型，能够准确地预测归一化各向异性雷诺应力张量。我们将新的CNN模型应用到一些一维湍流中。此外，我们提出了可解释性技术，有助于推动模型设计，并提供指导的模型行为的基础物理。
2021-06-30 physics.flu-dyn
Turbulent/non-turbulent interface in high Reynolds number pressure gradient boundary layers
本研究通过高分辨率PIV实验，在逆压梯度湍流边界层中检测TNTI，发现其壁法向范围比零压梯度更宽，并探讨了对条件平均统计的影响。
2024-12-14 physics.flu-dyn
Conditional statistics of supersonic turbulent boundary layer in the intermittent region
采用直接数值模拟方法研究了超声速湍流边界层间歇区的湍流统计特性。最近，Kwon等人（2016）已经表明，这种间歇性行为（由界面分离的湍流和非湍流共存组成）在使用传统的雷诺分解分析数据时可能会导致危险。在这里，我们将湍流/非湍流界面的研究扩展到超音速状态，并报告界面条件下的湍流统计。我们发现，传统的雷诺/法弗尔分解污染的雷诺应力和热统计的数学假象。我们的条件统计提供了直接的证据，湍流具有正的雷诺切应力无处不在，而非湍流进行零雷诺切应力。湍流和非湍流的热统计在间歇区表现出相反的趋势，这种差异可以追溯到由普朗特数引起的总温度的变化。
2017-10-03 physics.flu-dyn
Super-resolution reconstruction of turbulent flow at various Reynolds numbers based on generative adversarial networks
这项研究提出了一个基于深度学习的框架，使用生成对抗网络（GANs）的概念，从各种雷诺数的极低分辨率数据中重建高分辨率湍流速度场。采用多尺度增强超分辨率生成对抗网络（MS-ESRGAN）重建高分辨率速度场，并利用不同雷诺数下的大纵肋槽道湍流直接数值模拟（DNS）数据对模型的性能进行了评价。该模型被发现有能力准确地再现高分辨率的速度场的数据在两个不同的低分辨率水平的速度场和湍流统计的数量。结果进一步表明，该模型能够重建速度场的雷诺数，而不是在训练过程中使用。
2021-10-11 physics.flu-dyn
Ultra-High Reynolds Number Is Not Necessary for Comprehensive Log Scaling in a Turbulent Boundary Layer
实验中的异常湍流边界层称为汇流，表现出完美的流向不变性，显示了很大程度的对数缩放的时刻流向速度高达12阶，即使在中等雷诺数。这与典型的定压湍流边界层形成了鲜明的对比，后者仅在超高雷诺数时才显示出如此全面的对数标度。这表明，超高雷诺数是不必要的综合日志缩放发生;虽然汇流的具体细节是特殊的，一般的湍流边界层的相关性是，汇流强调的重要性，需要满足在一般的流量，以获得日志缩放的流向不变条件。实际上，一个简单的启发式理论表明，对于惯性子层中的对数缩放，沿平均流线的无量纲平均速度和高阶矩的不变性是一个充分必要条件。超高雷诺数似乎主要使这些日志缩放通用。
2015-11-10 physics.flu-dyn
Comparison of turbulence profiles in high Reynolds number turbulent boundary layers and validation of a predictive model
Vassilicos等人（2015年）修改后的Townsend-Perry附加涡流模型结合了rms流向湍流速度剖面的外部峰值/平台特性和这些剖面在离壁更远距离处的Townsend-Perry对数衰减。这些作者针对高雷诺数湍流管流数据对该模型进行了验证，并在此显示，该模型同样能够很好地描述来自四个不同设施和宽雷诺数范围的湍流边界层流数据，且参数值大致相同。该模型具有预测价值，当外推到极高的雷诺数的SLTEST数据在大盐湖沙漠大气测试设施，它匹配这些数据相当不错。
2018-09-14 physics.flu-dyn
Reynolds-number dependence of streamwise velocity variance in wall-bounded turbulent flows
本文提出壁面湍流流向速度方差模型，假设附着涡诱导内部湍流边界层，得到对数方差剖面，并揭示峰值及长度比在渐近大雷诺数下无界、近壁归一化方差保持有限的规律。
2024-05-06 physics.flu-dyn
DNS of turbulent channel flow at very low Reynolds numbers
采用比现有直接数值模拟（DNS）更大的计算箱尺寸，对非常低雷诺数的充分发展的湍流槽道流动进行了直接数值模拟（DNS）。摩擦雷诺数降低到60，其中摩擦雷诺数基于摩擦速度和通道半宽。当雷诺数减小到60时，计算框尺寸变小，流动变为层流。利用一个大的盒子，我们发现一个局部湍流被观察到以周期性的斜带的形式维持。这种局部无序流动类似于过渡管流中的平衡湍流喷流。提供了各种湍流统计数据，如湍流强度、涡度波动和雷诺应力。特别是，它们的近壁渐近行为和湍流动能预算项进行了讨论，关于雷诺数的依赖性和计算盒大小的影响。还介绍和讨论了与湍流结构有关的其他详细特征。
2014-09-16 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
Higher-order realizable algebraic Reynolds stress modeling based on the square root tensor
在本研究中，进一步开发了基于平方根张量的可实现代数雷诺应力模型[Phys. Rev. E \textbf{92}，053010（2015）]，以将其适用性扩展到更复杂的流动。在传统方法中，当代数雷诺应力模型涉及平均速度梯度的高阶非线性项时，很难构造满足可实现条件的模型。预测具有三维平均速度的湍流时需要这种高阶非线性项。本文基于平方根张量的建模方法使模型始终满足可实现性条件，即使模型中包含高阶非线性项。为了构造适用于三维平均速度的湍流的代数雷诺应力模型，提出了一种四次非线性涡粘性模型。在槽道湍流、均质剪切湍流和轴向旋转管流中对模型的性能进行了数值验证。本模型对每一种湍流都给出了较好的结果。注意，由于本模型涉及立方非线性，因此再现了轴向旋转湍流管流中的平均旋流。这种高阶可实现的代数雷诺应力模型，涉及平均速度的四次非线性，预计是有用的数值稳定的预测与三维平均速度的湍流。
2019-09-09 physics.flu-dyn
Exact second-order spatio-temporal structure-function relationships in non-stationary incompressible turbulent flows with Reynolds decomposition and phase averaging
本研究基于雷诺分解和相位平均，推广了KHMH方程以考虑两个时空点，详细解释了未平均与相位平均形式，并推导出适用于均匀和各向同性流动的特殊形式。
2025-03-31 physics.flu-dyn
Two-dimensional energy spectra in high Reynolds number turbulent boundary layers
本文报道了高雷诺数湍流边界层中流向速度（$u$）的二维谱的测量结果。采用多个热线探针进行了一种新的实验在摩擦雷诺数从2400到26000。泰勒的冻结湍流假设用于将时间展向信息转换成二维空间谱，该二维空间谱显示了在给定壁高（$z$）下流向（$λ_x$）和展向（$λ_y$）长度尺度对流向方差的贡献。在低雷诺数，在恒定的能级的2-D光谱的形状显示$λ_y/z \sim (λ_x/z)^{1/2}$的行为在较大的尺度，这是在现有的文献中，在匹配的雷诺数从直接数值模拟。然而，在高雷诺数，据观察，平方根的关系趋向于一个线性关系（$λ_y \sim λ_x$）所需的自相似性和所附的涡流假设预测。
2017-05-05 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
The growth mechanism of turbulent bands in channel flow at low Reynolds numbers
在这项工作中，我们进行了直接的数值模拟，在大通道域和研究的运动学和动力学的完全本地化的湍流带在雷诺数Re = 750。结果表明，谱带的下游端条纹产生快，并进入邻近的层流，而上游端条纹则持续衰减，衰减相对较慢。这种不对称性是造成带横向生长的原因。我们特别研究了在下游端产生条纹的机制，这使得条带的生长更快。我们确定了与下游端附近的局部平均流，我们的研究结果强烈表明，这种不稳定性是负责条纹的产生，并最终为带的增长与展向弯曲的不稳定。基于我们的研究，我们提出了一个可能的自我维持机制，充分本地化的湍流带在低雷诺数的槽道流。
2019-10-27 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
Effect of Reynolds number on triboelectric particle charging in turbulent channel flow
Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）；Otto von Guericke University Magdeburg（奥托·冯·格里克马格德堡大学）
本研究开发了 triboFoam 模拟工具，揭示了雷诺数对湍流中颗粒电荷充电的影响，并提出了预测充电率的经验公式。
2026-02-11 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
Model-based scaling of the streamwise energy density in high-Reynolds number turbulent channels
我们研究了雷诺数标度和几何自相似性的一个基于增益的，低秩近似湍流槽道流，由McKeon和Sharma（2010年）的预解公式确定，以获得一个描述的流向湍流强度从直接考虑的纳维-斯托克斯方程。在此公式下，速度场被分解成传播波（具有单一流向和展向波长和波速），其壁法线形状由相应预解算子的主奇异函数确定。利用壁面有界湍流中平均速度的可接受标度，我们建立了预解算子允许三类波参数，这些波参数在低秩模型上引起雷诺数的普遍行为，并且与整个壁面湍流文献中提出的标度一致。此外，它表明，几何自相似的预解模式的必要条件是对数湍流平均速度的存在。我们确定的缩放，构成层次结构的自相似模式的参数化的临界壁法线位置的模式的速度等于当地的湍流平均速度。对于宽带强迫的秩-1模型，积分流向能量密度具有与主要近壁湍流运动一致的普遍形式。当强迫的形状进行优化，以执行匹配的结果，从直接数值模拟在低湍流雷诺数，进一步的相似性出现。使用相似律表示这些权重函数，可以预测高雷诺数（${Re}_τ\approx 10^3 - 10^{10}$）时流向能量强度的雷诺数和壁面法向变化。
2013-10-03 physics.flu-dyn
Computation of Mean Velocity Distribution in a Turbulent Flow
本文提出了一种计算湍流中平均速度分布的近似方法。该方法基于雷诺应力和平均速度之间的关系式。利用压降和平均（总）流速的测量值，计算了各种流体和气体在不同管道和通道中的湍流特性，如平均速度和雷诺应力分布，并与实验测量值进行了比较。这些结果表明，在很大范围的雷诺数下，它们具有良好的一致性。
1999-04-14 physics.flu-dyn
A hybrid finite-difference/boundary element procedure for the simulation of turbulent MHD duct flow at finite magnetic Reynolds numbers
提出了一种保守的有限差分-边界元耦合计算方法，用于模拟有限磁雷诺数下直矩形管道中的湍流磁流体动力学流动。流动被假定为在流向方向上是周期性的，并且由平均压力梯度驱动。管道壁被视为电绝缘。分别由Navier-Stokes方程和磁感应方程描述的速度和磁场的共同演化，以及导电域和非导电外部之间的磁场的耦合，使用磁场公式来求解。目的是模拟局部磁场与湍流管道流相互作用。在低磁雷诺数的极限情况下，通过与使用与外部无耦合的准静态方法获得的结果进行比较，对数值方案的实施进行了详细的验证。与非局部磁边界条件的严格程序与简化的伪真空边界条件进行了比较，并量化的差异。我们首次对中等磁场雷诺数和低流动雷诺数下的哈特曼管道湍流进行了直接数值模拟，结果表明，即使在流动与磁场之间的低相互作用水平下，管道湍流也存在显著差异
2015-10-05 physics.flu-dyn
Characterization of a turbulent flow with independent variation of Mach and Reynolds numbers
可变密度和声速船（VDSSV）产生亚音速湍流，既可压缩，并在所有规模的现有仪器，包括热线和粒子跟踪观察。我们通过观察重气体（六氟化硫$SF_6$）的流动来实现这一目标，其声速几乎比空气低三倍。通过在空气和$SF_6$之间切换，我们将湍流马赫数（直到$M_t$ = 0.17）对湍流统计的影响与雷诺数（直到$R_λ$ = 1600）和边界条件（我们保持恒定）变化的影响隔离开来。一个自由的剪切流产生的管道风扇，我们表明，它的行为像一个湍流射流中的平均速度分布接近自相似性与距离的孔（高达$x/D_f$ = 9）。喷流的响应类似于可压缩剪切层，因为它在高马赫数（直到$M_j$ = 0.7）时比在低马赫数时扩散得更慢。与此相反，积分长度尺度和Kolmogorov常数的湍流是近似不变的雷诺数或马赫数的变化。我们简要报告正在开发的仪器，将扩大可访问的泰勒尺度雷诺数和湍流马赫数分别为4000和0.3。
2021-11-29 physics.flu-dyn
Effect of geometry and Reynolds number on the turbulent separated flow behind a bulge in a channel
采用直接数值模拟方法研究了平面通道壁面上突起物引起的湍流分离。不同的鼓包几何形状和雷诺数-最高摩擦雷诺数模拟达到Reτ = 900的峰值-被解决，以了解壁曲率和雷诺数对鼓包后面的再循环气泡的动力学的影响。大部分的阻力是由于形式的贡献，而摩擦的贡献并没有明显改变相对于一个等效的平面通道流。最钝的几何形状具有较大的再循环区域，而雷诺数增加导致较小的再循环气泡和更多地附着到凸块的剪切层。由压降引入的能量遵循两条路线：一部分被转移到要消散的壁，一部分供给湍流产生，因此分离剪切层中的速度波动。空间能量通量将动能转移到再循环气泡中，并在壁附近的下游处最终消散。一致地，各向异性集中在壁附近的小尺度上，与雷诺数的值无关。在整体流和回流泡中，各向同性在小尺度下得到恢复，各向同性恢复速率受雷诺数控制。各向异性不变的地图，显示在开发合适的湍流模型来预测分离湍流动力学的困难。结果揭示了在这种相对复杂的湍流中能量的产生、传递和耗散的过程，其中非均匀效应压倒了典型地利用流向均匀性的壁界湍流的经典图像。
2017-12-13 physics.flu-dyn
Analytical Criterion for the Turbulent-to-Laminar Transition in Channel Flow
Ultra Quantum Inc（超量子公司）
基于Alexeev方程提出解析判据，通过粘性耗散平衡导出临界雷诺数，预测通道流动湍流到层流的转变阈值，并得到实验验证。
2026-10-06 physics.flu-dyn
Turbulent velocity measurements in high Reynolds cryogenic helium facilities at Service des Basses Temperatures (SBT)
由于其非常低的粘度，低温氦多年来一直用于产生高雷诺数的湍流。然而，在这种高雷诺数流动中的速度波动的测量是一个具有挑战性的问题，因为有必要开发小尺寸（通常为微米长度）、鲁棒的传感器，以测量速度波动的整个频谱，其可以延伸到数百kHz并且可能更高。多年来，SBT开发了不同的设施，特别是利用了CEA Grenoble的制冷能力。在这篇文章中，我们提出了在CEA的热线传感器的发展现状。不同的表征沃拉斯顿热线，并在不同的条件下，在正常的氦以及在超流氦的速度波动的测量。
2019-03-19 physics.flu-dyn
Reinforcement-learning-based control of turbulent channel flows at high Reynolds numbers
本文采用深度强化学习，以近壁流向速度脉动调控壁面吹吸，在高雷诺数槽道湍流DNS中实现显著减阻，并揭示虚拟壁面与湍动能预算机制。
2025-01-02 physics.flu-dyn
Intermediate Scaling and Logarithmic Invariance in Turbulent Pipe Flow
本文提出了一个三层渐近结构的湍流管流，揭示了在中间变量，存在一个不变量的对数区域。它为解决流向平均速度和方差的标度中的重要问题提供了理论基础。从分析中得出的关键见解是，两个相邻层之间的尺度分离与$\sqrt{Re_τ}$而不是$Re_τ$成比例。这表明，为了实现雷诺数渐近不变性，可能需要更高的雷诺数来实现足够的尺度分离。该公式为解释低雷诺数下管流中平均速度的幂律以及高雷诺数下幂律和对数律的共存提供了理论基础。此外，汤森-佩里'常数'的方差显示出系统的哈罗德数的依赖。
2019-09-26 physics.flu-dyn
On the relevance of Reynolds stresses in resolvent analyses of turbulent wall-bounded flows
本文研究了在雷诺数Re $_τ$ = 1007的槽道湍流中线性随机响应分析估计相干运动的能力。通过分离不同时间频率的贡献，对缓冲层和大尺度运动的空间尺度特征进行了分析。测量的时空功率谱密度和那些估计的预解式之间的良好协议被发现时，湍流雷诺应力的影响，与湍流平均流的涡粘性建模，包括在预解算子。当平坦的强迫功率谱（白噪声）被替换为与措施相匹配的功率谱时，该协议得到进一步改善。这样一个很好的协议是没有观察到的涡粘性条款时，不包括在预解算子。在这种情况下，基于预解式的估计无法正确选择缓冲层运动的峰值频率和壁面法线位置。相似的结果被发现时，比较截断扩展的测得的流向速度功率谱密度的基础上的频谱适当的正交分解与最佳的预解模式。
2019-01-14 physics.flu-dyn
Coarse-grained transport of a turbulent flow via moments of the Reynolds-averaged Boltzmann equation
在这里，我们引入了新的粗粒度变量的湍流的形式的矩的Boltzmann方程。除了碰撞力矩外，新变量的输运方程与通常的力矩方程相同，因此自然适用于各种现有的封闭方法。在滞弹性湍流近似下，我们导出了粗粒态周围的湍流涨落的抛物平均方程。我们发现，粗粒态的整体相对熵是有界的细粒整体相对熵的雷诺平均从上面，因此服从的时间衰减界的Desvillettes和Villani。这与在稀薄气体动力学中观察到的情况相似，这使得梯度矩闭合成为截断粗粒度矩方程的层次结构的良好候选者。我们还表明，在额外的假设下的粗粒度碰撞项的形式，一个到达的Navier-Stokes封闭，它可以自然地扩展到伯内特和超伯内特订单。最后，我们建议粗粒度的碰撞条款作为出发点，在数值模拟和建模粗糙的参数化。
2015-04-20 physics.flu-dyn
Reynolds numbers of the large-scale flow in turbulent Rayleigh-Benard Convection
对于纵横比γ = 1的圆柱形样品，我们测量了瑞利数范围为2 × 10^8 < R < 10^11和普朗特数范围为3.3 < sigma < 29的湍流瑞利-贝纳德对流的雷诺数R_e。当R < R_c = 3 × 10 ^9时，我们发现R_e ~ R^beta_eff，其中beta_eff = 0.46 < 1/2。这里的sigma-和R-依赖性在数量上与Grossmann-Lohse（GL）预测一致。当R > R_c时，我们发现R_e = 0.106 σ ^-3/4 R^1/2，这与GL的预测不同。在R_c到大R区的相对急剧的转变表明了一个质的和突然的变化，使GL预测不适用。
2005-07-06 physics.flu-dyn
Characteristics of active and inactive motions in high-Reynolds-number turbulent boundary layers
本研究采用能量分解方案分析高雷诺数TBL数据集，发现附着涡的主动运动仅产生雷诺剪应力，而被动运动负责将流向动量从对数区输运至壁面，揭示了两者在阻力产生中的不同机制。
2024-04-29 physics.flu-dyn
Effect of channel dimensions and Reynolds numbers on the turbulence modulation for particle-laden turbulent channel flows
本研究通过大涡模拟和拉格朗日方法，分析了不同系统尺寸与流体整体雷诺数对含颗粒湍流通道流动中湍流调制的影响，发现这两个参数对湍流衰减及颗粒脉动起决定性作用，为工业设备设计提供了尺度参考。
2023-02-23 physics.flu-dyn
Linearised Reynolds-Averaged predictions of secondary currents in turbulent channels with topographic heterogeneity
本文提出了一种基于线性化雷诺平均纳维-斯托克斯方程的二次流快速预测方法，用于研究湍流槽道流中与流向无关的表面形貌调制所产生的二次流。该工具是通过耦合的雷诺平均动量方程的Spalart-Allmaras传输方程的湍流涡动粘度，使用雷诺应力的非线性本构关系，以正确地捕捉二次运动。线性方程，描述了稳定的流动响应任意表面调制，推导出假设表面调制是浅的。由于方程是线性的，叠加原理成立，任意调制引起的流动响应可以通过适当地组合在多个展向长度尺度上正弦调制获得的基本响应来获得。该工具允许快速探索大的参数空间表征结构化的表面形貌以前在文献中检查。在这里，考虑具有正弦形壁和具有纵向矩形脊的通道。对于正弦曲线的墙壁，一个大的响应观察到在两个翼展方向的波长缩放内，外单位分别，反映了放大机制，从瞬态增长分析观察到的湍流剪切流。对于纵向矩形脊，该模型表明，响应的分析和二级结构的拓扑结构的解释时，脊宽度和脊之间的间隙被用来代替文献中提出的其他组合。
2022-05-26 physics.flu-dyn
Turbulent drag reduction by anisotropic permeable substrates $-$ analysis and direct numerical simulations
我们探讨各向异性渗透基板，以减少湍流表面摩擦的能力，研究这些基板上覆盖的湍流的影响。为此，我们执行DNSs的通道流的可渗透的基板。结果证实了理论预测，和由此产生的阻力曲线是类似的肋。对于小的渗透率，阻力减少是成比例的流向和展向渗透率之间的差异。这种线性制度打破了壁正常渗透率的临界值，超过该值，性能开始下降。我们观察到，退化与展向相干结构的外观，归因于一个开尔文-亥姆霍兹的不稳定性的平均流量。这一特征在各种阻塞流中是常见的，线性稳定性分析可用于预测它。对于大渗透率，这些结构在流动中变得普遍，超过了滑移的减阻效果，最终导致阻力增加。对于所考虑的衬底配置，在摩擦雷诺数$δ^+ = 180$下观察到的最大减阻是$\approx 20-25\%$。
2019-02-22 physics.flu-dyn
Data-driven approach for modeling Reynolds stress tensor with invariance preservation
本文提出保持伽利略不变性的数据驱动湍流建模方法，利用FCNN和TBNN学习平均应变率、旋转率及湍动能梯度不变量到雷诺应力各向异性张量的映射，在方形管道和周期性流动中取得优于传统RANS的预测精度。
2023-10-23 physics.flu-dyn
Reynolds number effect on the dissipation function in wall-bounded flows
采用直接数值模拟（DNS）数据库，研究了摩擦雷诺数Reτ= 2000时，平板通道内不可压Poiffille湍流的耗散函数随雷诺数的演化规律。DNS结果表明，平均流直接耗散的平均部分达到一个常数，而湍流部分在耗散前转化为湍流动能，遵循对数规律。这一结果表明，在不对平均速度分布作任何假设的情况下，可以得到摩擦力的对数律。该规律与平面通道和边界层流动的实验结果吻合较好。
2012-10-30 physics.flu-dyn
Law-of-the-wall for streamwise energy spectra in high-Reynolds-number turbulent boundary layers
提出了近壁区流向能谱高频区的标度关系。这是基于\cite{perry1977}和\cite{Zamalloa2014}的量纲分析方法，以及近壁区的小尺度波动应仅取决于粘性尺度的假设，类似于平均流的普朗特壁定律。这使我们能够检查的下限为高频率制度的墙壁定律的频谱将举行。高雷诺数湍流边界层数据的观测表明，在壁面法向位置和雷诺数范围内，该高频区开始的保守估计值为$f^+$ = 0.005（对应于200个粘性时间单位）。这足以捕获能量粘性尺度的运动，例如近壁条纹，其具有大约100个粘性单位的时间尺度。这种标度关系和谱塌陷与较低雷诺数\cite{Zamalloa2014}下的内流观测结果一致。
2018-05-21 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
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
Modelling the Pressure Strain Correlation in turbulent flows using Deep Neural Networks
压力应变相关性在雷诺应力输运模型中起着关键作用。压力应变相关性的精确建模导致湍流应力的正确预测，并随后导致工程感兴趣的其他条款。然而，经典的压力应变相关模型往往是不可靠的复杂湍流。基于机器学习的模型已经在湍流建模中显示出前景，但是它们的应用在很大程度上限于基于涡粘性的模型。在这篇文章中，我们概述了优先应用机器学习和湍流数据在雷诺应力建模水平上开发模型的基本原理。作为示例，我们开发了数据驱动模型的压力应变相关的湍流槽道流使用神经网络。神经网络的输入特征是使用基于物理的原理来选择的。用不同摩擦雷诺数下槽道湍流的高分辨率DNS数据对网络进行了训练。在其他摩擦雷诺数和湍流平面Couette流的未知流量统计模型的测试进行。基于本文中提出的结果，所提出的机器学习框架表现出相当大的希望，并可用于开发精确的雷诺应力模型进行流量预测。
2021-03-01 physics.flu-dyn
Revisiting Reynolds and Nusselt numbers in turbulent thermal convection
在本文中，我们扩展了Grossmann和Lohse的（GL）模型[Phys. Rev. Lett. { \bf 86}，3316（2001）]，用于预测湍流Rayleigh-Bénard对流（RBC）中的雷诺数（Re）和努塞尔数（Nu）。为了实现这一目标，我们使用功能形式的前因子的散逸率在散装和边界层。函数形式的出现是由于抑制的非线性相互作用中存在的墙壁和浮力相比，自由湍流，随着偏离的粘性边界层剖面从普朗特-Blasius理论。我们执行60数值运行在一个三维单位盒的范围内的瑞利数（Ra）和普朗特数（Pr），并确定上述功能的形式，使用机器学习。与GL模型相比，修正后的预测与过去的数值和实验结果更好地吻合，特别是对于极端普朗特数。
2020-12-21 physics.flu-dyn
Homage to Bob Brodkey at 85: Ejections, Sweeps and Reynolds Shear Stress Generation in Turbulent Pipe Flow
大约50年前，Bob Brodkey和他的学生Corino设想并进行了湍流管流的非常近壁区域的可视化实验，该实验与Kline等人的湍流边界层可视化一起，令湍流研究界兴奋不已。使用安装在车床床上的高速电影摄像机，记录随流动移动的参考系中的放大图像，他们观察了亚微米颗粒在子层、缓冲层和日志层中的运动。令人惊讶的是，这些运动并不像当时对湍流的普遍看法那样是局部随机的。相反，近壁流动的连接区域减速，然后在他们所谓的“喷射”中从壁面爆发。这些减速的运动之后是从上方朝向墙壁的更大规模的连接运动，他们称之为“扫描”。他们估计，在$Re_d = 20,000$处，喷射导致雷诺剪切应力的$70\%$，而在大约$18\%$的时间内仅发生喷射。这个流体动力学视频显示了来自原始Corino和Brodkey视觉研究的三个雷诺数的短序列。在接下来的几十年里，它激发了许多实验室和模拟研究，旨在解开有界湍流的结构，并了解其中的湍流输运过程。
2013-12-13 physics.flu-dyn
Active Flow Control for Bluff Body under High Reynolds Number Turbulent Flow Conditions Using Deep Reinforcement Learning
本研究采用深度强化学习训练PPO智能体控制圆柱体下游喷流，在高雷诺数湍流中实现阻力降低29%和升力振荡减小18%，并验证了策略的鲁棒性与减阻机制。
2024-12-20 physics.flu-dyn
Turbulence via intermolecular potential: Viscosity and transition range of the Reynolds number
流体中的湍流是一种普遍存在的现象，其特征在于平滑的层流到快速变化的混沌动力学的自发转变。1883年，雷诺用实验证明，在最初的水层流中，湍流运动出现时没有任何可测量的外部扰动。直到今天，湍流仍然是流体力学中一个主要的未解决的现象;特别是，缺乏一个数学模型，其中湍流动力学自然地从层流中出现。最近，我们提出了一种新的气体湍流理论，根据该理论，湍流运动是由分子间势的平均场效应在惯性气体流中产生的。在目前的工作中，我们调查的粘性在我们的湍流模型的效果，通过数值模拟在正常条件下的空气流动在一个直管中的不同值的雷诺数。我们发现，层流和湍流之间的过渡在我们的模型中发生没有任何故意的扰动，雷诺数从2000增加到4000。当模拟的流动变成湍流时，在我们的模型中的动能的时间平均傅立叶谱的衰减率接近Kolmogorov的逆三分之五定律。这两个结果都与实验和观察相一致。
2022-05-02 physics.flu-dyn
Reynolds-number effects in turbulent boundary layers around wing sections
在5 °迎角下，对NACA 4412机翼剖面周围的紊流边界层进行了四次分辨率良好的LES，Rec范围为100，000到1，000，000。通过与雷诺数近似匹配的ZPG TBL中的湍流统计比较，我们发现在较低的雷诺数下，逆压梯度（APG）的影响更强烈。这表明，在低Re的TBL的外部区域变得更加充满活力，通过壁正常对流与APG。这也反映在以下事实中：在较低雷诺数下，吸力侧的内标度壁面法向速度较大。特别是Rec = 200，000和400，000的机翼情况，其壁面法向速度分别比Rec = 1，000，000的情况大40%和20%。因此，与APG相关的外部区域激励机制与高Re TBL中存在的机制是互补的。
2018-12-10 physics.flu-dyn
