Oblique-shock/turbulent-boundary-layer interaction
本数值研究采用高分辨的大涡模拟来研究激波/粘性边界层干扰中观察到的低频非定常运动。关于模拟的数值方面和随后的数据分析的细节可以在作者的三篇论文中找到（Theo. Comput.流体动力学，23：79 - 107（2009）; Shock Waves，19（6）：469 - 478（2009）和J. of Fluid Mech.（2011））。流体动力学视频说明了马赫数2.3的超音速湍流边界层与8度楔角产生的斜激波之间相互作用的复杂性。视频的第一部分突出了由于上游边界层的湍流结构对激波脚的直接扰动而引起的沿反射激波的扰动传播。视频的第二部分描述了观察到的反射冲击的块状来回运动，重点是比视频第一部分中显示的时间长两个数量级的时间尺度。这给出了在低频处壁压谱中的宽带和能量显著峰值的视觉印象。背景蓝白色表示温度场（白色对应热），人们可以清楚地理解为什么这种低频冲击运动会导致疲劳寿命缩短，并对航空应用有害。
2010-10-11 physics.flu-dyn
Numerical investigation of supersonic shock-wave/boundary-layer interaction in transitional and turbulent regime
本文对马赫数M = 1.7的激波/边界层相互作用（SBLI）进行了直接数值模拟，研究了来流边界层状态对相互作用特性的影响。我们再现和扩展了Giepman等人进行的实验的流动条件，其中平板上的空间演变层流边界层最初被分布粗糙元件阵列绊倒，并被斜激波进一步冲击下游。四SBLI的情况下，被认为是基于两个不同的冲击冲击沿流向的位置，对应于过渡和湍流的相互作用，和两个不同的冲击强度，对应于流动偏转角3度和6度。我们发现，对于所有的流动情况，都没有观察到激波诱导的分离，边界层在3度情况下保持附着，在6度情况下接近初始分离，与来流边界层的状态无关。这项工作的结果表明，过渡相互作用可能是实际SBLI应用的最佳解决方案，因为它消除了典型的层流相互作用的大分离泡，并减少了与进入湍流边界层相关的高摩擦区域的范围。
2017-09-15 physics.flu-dyn
Infinite-thin shock layer solutions for stationary compressible conical flows and numerical results via Fourier spectral method
本文研究带攻角锥体的定常超声速流，构造含加权Dirac测度的无限薄激波层Radon测度解，推导奇异非线性ODE，并用傅里叶谱方法结合Newton法进行高精度数值求解。
2023-07-04 math-ph math.AP math.MP
Causality in the shock wave/turbulent boundary layer interaction
本文研究了马赫数为2时激波/湍流边界层相互作用的低频非定常机制。研究是基于大涡模拟的数值数据库进行的，该数据库涵盖了约300个低频激波波动周期。在相互作用区的频谱的评估表明，宽带低频不稳定主要是二维的，可以通过展向平均隔离。经验推导的传递函数计算使用平均流场，并表明下游流区和激波波动之间的反馈机制的发生。传递函数也被用来作为一个估计工具，以准确地预测冲击运动;对于输入和输出信号之间的最大流向分离，预测和LES数据之间的相关性高于0.6。通过对谱本征正交分解（SPOD）模式的计算，证实了在主导谱模式中存在上游行波。最后，使用选定的流区下游的冲击获得的频谱模式，使相互作用区的能量的一个重要部分的重建。目前的结果进一步阐明了驱动激波运动的物理机制，指出了下游区域与近似激波位置处的特征非定常波动之间的因果关系。
2020-12-06 physics.flu-dyn
Analysis of second-moments and their budgets for Richtmyer-Meshkov instability and variable-density turbulence induced by re-shock
利用高分辨率可压缩Navier-Stokes数值模拟的数据，用二阶矩分析方法研究了马赫数为1.45的激波和随后的二次激波在两种高Atwood数理想气体（六氟化硫和空气）交界面上引起的非线性Richtmyer-Meshkov不稳定性和混合转捩。分析首先解决了两个二阶矩的重要性：湍流质量通量和密度比体积协方差，连同他们的运输方程。这些量在该变密度流中Favre平均雷诺应力和湍流动能的发展中起着至关重要的作用。然后，网格的敏感性和时间演变的湍流量，其中包括二阶矩进行了研究，其次是详细研究的传输方程的二阶矩，包括雷诺应力和湍流动能与良好的解决数据前再冲击。再激波后，同样的，但大尺度的湍流量的预算进行了研究的子过滤器尺度应力的影响考虑。这些大规模的数量的预算示出从数值正则化有一个微不足道的影响。最后，还考察了子过滤尺度应力对不同过滤程度下大尺度湍流量收支的影响。
2022-04-15 physics.flu-dyn
Mechanism of flame acceleration and detonation transition from the interaction of a supersonic turbulent flame with an obstruction
本论文旨在确定的火焰加速和过渡到爆震时，湍流火焰之前的冲击与一个单一的障碍物在其路径上，作为一个圆柱形障碍物或在本研究中的墙壁相互作用的机制。这个问题是解决实验中的丙烷-氧气的混合物在低于大气压的条件下。湍流火焰是通过使爆震波穿过穿孔板而产生的，产生的火焰具有比层流值大10至20的湍流燃烧速度和范围在2至2.5之间的入射激波马赫数。时间分辨纹影视频记录在约100 kHz和数值重建的流场允许确定火焰加速和过渡到爆震的机制。它被发现是通过其与障碍物上的激波反射的相互作用的火焰的湍流燃烧速率的增强。发现燃烧速率的放大驱动火焰燃烧速度接近相对于新鲜气体的声速，导致火焰前面的激波放大。通过这一机制的加速导致了这一冲击的加强。爆炸被观察到在该内部冲击的非平面性区域中，由湍流火焰本身的不规则形状继承。自动点火在这个过程的早期被发现是可以忽略不计的慢相比，在调查的问题中的流动演变的时间尺度，这表明相关的时间尺度主要是与湍流燃烧速率的增加与反射冲击的相互作用。
2018-06-08 physics.flu-dyn
Effects of thermochemical modelling on a hypersonic shock-wave/turbulent boundary-layer interaction
Sapienza University of Rome（罗马大学）；ONERA, The French Aerospace Lab（法国航空航天实验室）
通过直接数值模拟研究有限速率化学反应、热完全气体和量热完全气体三种热化学模型对高超声速激波/湍流边界层相互作用的影响，发现化学反应模型导致分离泡更小、壁面热流更低等系统性差异。
2026-06-29 physics.flu-dyn
Shock impingement on a transitional hypersonic high-enthalpy boundary layer
本文首次用直接数值模拟的方法研究了激波撞击非热化学平衡过渡高焓边界层的动力学过程。自由飞行马赫数等于9，斜激波以10°角撞击冷却平板边界层，产生回流区。结合自由湍流扰动，激波冲击触发过渡到一个充分的湍流制度的相互作用区域的下游不久。因此，壁面特性强调层流区、再循环气泡、过渡区和完全湍流区的存在。由于特殊的激波模式，湍流破裂的特征是表面摩擦和壁面热通量的异常增加。在所考虑的热力学条件下的流动被发现是在整个热非平衡状态，与非平衡效应增强和持续的冲击引起的层流/湍流过渡，而化学活性几乎可以忽略不计，由于壁冷却。在相互作用区域中，松弛朝向热平衡被延迟并且旋转平移和振动温度的波动值强烈不同，尽管强烈的壁冷却。完全湍流部分表现出的流向速度，雷诺应力和湍流马赫数的演变与以前的结果高度可压缩冷却壁边界层在热不平衡，湍流运动维持热不平衡。然而，振动能量被发现对总壁面热流的贡献很小。
2022-12-13 physics.flu-dyn
LES Study on the Mechanism of Vortex Rings behind Supersonic MVG with Turbulent Inflow
在这项研究中，我们研究了在MVG控制的斜坡流在M=2.5和Req=5760后的涡环和斜激波之间的相互作用。采用隐式大涡模拟（ILES）方法，采用5阶带宽优化WENO格式求解无滤波形式的纳维-斯托克斯方程。充分发展的入流由之前DNS模拟获得的一系列湍流廓线给出。结果表明，环形结构在穿透强激波后不会预锻破裂并保持原有的拓扑结构，斜激波受环形诱导流场的影响较大。发现了三维激波表面的凸起现象，并对其机理进行了解释。
2014-02-24 physics.flu-dyn
Unsteadiness characterisation of shock wave/turbulent boundary-layer interaction at moderate Reynolds number
在中等雷诺数下，对斜激波撞击马赫数2.28的湍流边界层进行了直接数值模拟，模拟的流动条件与Dupont等人（2006）的实验条件相似。低频冲击不稳定性，其特性一直是相当多的研究工作的焦点，在这里研究通过Morlet小波变换。由于其紧凑的支持，在物理和傅立叶空间，小波变换使得有可能跟踪的壁压波动的各种尺度的时间演化。这个属性也使得有可能定义一个局部的不稳定性测量，代表一个频率相关的平坦度因子，以精确定位的能量爆发，不稳定的冲击不稳定性规模的规模。作为一个主要的结果，小波分解表明，宽带冲击运动实际上是一个稀疏的事件在时间上的集合的结果，每个特征由自己的时间尺度。经典的傅立叶分析隐藏了这一特征，它只能显示时间平均的行为。然后，我们提出了一个程序来处理任何相关的时间序列，如壁压的时间历史或分离气泡的程度，在其中，我们使用的条件的基础上的局部不连续性措施，过滤出的湍流内容在附近的冲击脚和隔离的信号的间歇性成分。此外，小波分析还揭示了反射激波后面的再循环气泡的呼吸运动的间歇性行为，并允许我们检测分离区域的最显著的间歇性事件与激波根部的壁压事件之间的直接、部分对应关系。
2022-10-07 physics.flu-dyn
Low-frequency unsteadiness mechanisms in shock wave/turbulent boundary layer interactions over a backward-facing step
采用高分辨率的大涡模拟（LES）研究了$Ma=1.7$和$Re_\infty=1.3718\times 10^5$湍流中后台阶（BFS）后的低频非定常运动。瞬态流场显示了激波/边界层相互作用（SWBLI）系统的非定常现象，包括剪切层中的旋涡脱落、激波的拍动和分离泡的呼吸、近壁处的流向条纹以及分离泡下游湍流边界层中的弧形涡。频谱分析表明，系统的低频运动与激波和分离剪切层的相互作用有关，而中频运动则与剪切层涡的脱落有关。使用三维动力学模式分解（DMD），我们分析了选定的模式的不稳定性的冲击和流向伸长的旋涡周围的再附着区的个人贡献。Görtler样涡，这是诱导的离心力源于在再附着区的流线的强曲率，是强烈相关的低频不稳定在当前的BFS情况下。我们的DMD分析和与相同但层流情况的比较提供了证据表明，这些非定常Görtler样涡受到传入边界层波动的影响。与平板和斜坡配置中的SWBLI相比，我们观察到低频模式的略高的无量纲频率（基于分离长度）。
2020-09-11 physics.flu-dyn
Heat transfer and wall temperature effects in shock wave turbulent boundary layer interactions
在自由飞行马赫数$2.28$和楔形发生器激波角$φ= 8^{\circ}$条件下，对壁面温度对斜激波/湍流边界层干扰行为的影响进行了直接数值模拟。壁温与恢复温度之比（$T_w/T_r$）被认为是五个值，对应于冷，绝热和热壁热条件。我们发现，冷却的主要效果是减少的相互作用的上游影响和程度的分离气泡的特征尺度。在加热的情况下观察到相反的行为，这产生了显着的膨胀的相互作用区域。Stanton数的分布表明，在相互作用的情况下，热传递发生强烈的放大，并且在冷壁的情况下，发现热载荷和动载荷的最大值。分析表明，脉动热通量表现出很强的间歇性行为，其特征在于与平均值相比具有极高值的分散斑点。此外，动量和热传递之间的类比，对于可压缩的、有壁边界的、平衡的湍流是典型的，并不适用于相互作用域的大部分。壁面热通量的预乘谱没有显示出低频激波运动影响的任何证据，并且发现产生峰值加热的主要机制与相互作用区域中的湍流放大有关。
2016-06-14 physics.flu-dyn
Supersonic turbulent flows over sinusoidal rough walls
对等温粗糙壁面上充分发展的超声速湍流槽道流动进行了直接数值模拟。粗糙度的影响被纳入使用水平集/体积的流体浸没边界法。比较了五种槽道流的湍流统计，包括一种两壁光滑的参考情况和四种具有光滑顶壁和底壁的二维（2D）和三维（3D）正弦粗糙度的情况。结果表明，湍流的粗糙地形和相关的冲击模式的强烈依赖。具体而言，2D几何形状产生强的斜激波，其传播穿过通道并被反射回粗糙壁侧。这些强冲击是不存在的光滑壁通道，并显着较弱的情况下，与三维粗糙的几何形状，取代弱激波。在二维粗糙度情况下，在冲击位置上的顶壁上，湍流剪切产生的局部增强进行了观察。这种增强生产的区域也存在于3D的情况下，在一个弱得多的水平。斜激波被认为是负责一个更显着的熵产生的情况下，2D表面比那些与3D的，导致更高的不可逆热生成，因此在2D粗糙度的情况下更高的温度值。在目前的超声速通道中，由于激波的存在，粗糙度的影响超出了近壁层。这表明外层相似性可能不完全适用于粗糙壁超音速湍流。
2022-11-07 physics.flu-dyn
Block Spectral Stresses (BSS) estimation for shock-capturing and turbulent modeling
提出面向高阶非结构有限体积求解器的BSS组合模型，利用速度梯度谱估计亚滤波项并捕捉高阶激波，在湍流与槽道流中呈现随网格和数值阶数变化的性能差异。
2024-02-29 physics.flu-dyn
Spatiotemporal dynamics of transonic shock-wave/turbulent-boundary-layer interactions in an overexpanded planar nozzle
本文结合实验与三维DDES数值模拟，研究过膨胀平面喷管中弱跨声速激波/湍流边界层相互作用的时空动力学，揭示分离泡下游扰动通过气动声学反馈回路维持低频激波非定常性的机制。
2023-04-13 physics.flu-dyn
Investigation of Turbulent Mixing and Local Reaction Rates on Deflagration to Detonation Transition in Methane-Oxygen
采用大涡模拟（LES）方法研究了湍流混合和局部反应速率对爆燃转爆轰（DDT）的影响。具体而言，爆轰衰减的多孔介质，以及随后的重新启动甲烷-氧气，适度不稳定的混合物，被认为是。调查的目的是验证与以前的实验观察的数值策略，并确定在DDT的最后阶段，湍流混合和冲击压缩对火焰加速的具体作用。采用的模拟程序是网格中网格方法：可压缩线性涡模型大涡模拟（CLEM-LES）。有人发现，平均湍流波动大于层流火焰速度，以保持波的速度以上的查普曼-茹盖（CJ）爆燃速度阈值，前体要求DDT发生。人们还发现，需要足够的湍流燃烧的火焰表面上，以驱动压力波，以充分加强领先的冲击波，局部，以触发自燃热点的波阵面。这些局部爆炸事件，被发现通过湍流表面反应烧毁，驱动横向压力波向外。在随后的冲击波反射或相互作用的横波，新的局部爆炸事件发生，这进一步加强了邻近的领先的冲击波以上的CJ爆轰速度。最后，通过这个过程，波维持CJ爆轰速度，平均而言，通过局部爆炸事件的循环机制，其次是湍流表面反应。最后，燃烧的火焰加速过程中发现，主要在于薄反应区制度。
2017-08-09 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of shocklet-containing turbulent channel counter-flows
逆流或逆流配置可以保持高湍流强度并表现出显著的混合水平。我们之前已经介绍了一种壁边界逆流湍流通道配置（Physical Review Fluids，6（9），p.094603）。作为一个有效的框架来研究压缩性对湍流的影响。在这里，我们扩展我们以前的直接数值模拟研究到一个相对较高的马赫数（M=0.7）调查强压缩性的影响（也通过减少普朗特数从Pr=0.7到0.2），和非定常激波结构的形成和演变。结果表明，该布局能够产生高度湍流，并具有嵌入激波和膨胀概率密度函数的显著不对称性。获得了接近1的峰值湍流马赫数，但发现湍流耗散对总耗散的贡献仅限于6%。
2022-05-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Analysis of Wall Heat Flux of a Hypersonic Shock Wave / Boundary Layer Interaction with a Novel Decomposition Formula
壁面热流的产生机理是超声速/高超声速湍流边界层的基本问题之一。提出了一种新的曲线坐标下的热分解公式。新公式适用范围更广，可应用于网格变形的构形。用新公式分析了激波与压缩拐角处湍流边界层相互作用的壁面热流。结果表明，该公式在复杂相互作用区具有良好的性能。得到了不同能量输运过程的贡献。湍流波动的贡献，雷诺应力和热通量的湍流输送显著增加，而平均剖面的过程，分子应力和热传导可以忽略不计。另外，压力功是壁面热流的另一个贡献因子，流向分量主要作用于剪切层和再附着点，而壁面法向压力主要集中在再附着点附近。
2022-05-04 physics.flu-dyn
Optimal non-linear mechanisms for laminar-turbulent transition of a shock-induced separated shear layer
Imperial College London（帝国理工学院）；ONERA, Université Paris-Saclay（法国航空研究院，巴黎萨克雷大学）
本文研究了激波边界层相互作用中层流-湍流转变的最优非线性机制，通过非线性输入输出优化框架揭示了分离流动中湍流发展的四阶段路径。
2026-05-10 physics.flu-dyn
Visualization of Suppressed Shock Wave/Turbulent Boundary Layer Interaction Using Cryogenic Wall Cooling
本研究使用液氮冷却超音速风洞壁面，通过纹影法可视化发现壁面冷却显著抑制了激波/湍流边界层相互作用中的边界层分离，且各流场符合经典自由相互作用理论。
2025-02-03 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
Wall heat transfer and flow field configuration of shock wave-turbulent boundary layer interactions on cryogenically cooled wall
Nagoya University（名古屋大学）；Aichi Institute of Technology（爱知工业大学）
研究了超声速流动中低温冷却壁上激波与湍流边界层相互作用的传热与流动场配置，采用低温敏感涂料分析流动场与壁面热流关系，发现冷却壁条件下的分离点后移且热流减少。
2026-04-08 physics.flu-dyn
Morphology of Shocked Lateral Outflows in Colliding Hydrodynamic Flows
发生在原恒星喷流等现象中的超音速相互作用流会引起强烈的激波，并已在几个实验室实验中得到证实。为了研究这种碰撞流，我们使用AstroBEAR AMR代码进行三维流体动力学模拟。为了研究由两个不一定对称的高超音速流之间的碰撞形成的弓形激波的传播和锥形形状，我们引入了碰撞流的密度、速度和横截面半径等流动参数的变化。我们发现，相互作用区域的运动是由两个流之间的冲压压力的不平衡驱动的，而弓形激波的圆锥形结构是当流具有不同的横截面时，从水平方向偏转的受冲击的横向流出（SLO）的结果。
2022-12-11 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The effect of flow confinement on laminar shockwave/boundary-layer interactions
University of Southampton（南安普顿大学）
本研究针对矩形管道内马赫2层流激波/边界层相互作用，探究流动约束的影响，发现侧壁使相互作用增强31%，激波发生器长度可调控分离，明确了三维分离拓扑特征及下游流场的关键决定因素。
2019-09-03 physics.flu-dyn
Lagrangian statistics of a shock-driven turbulent dynamo in decaying turbulence
在超新星激波和星系团中观测到$n$ G级的小尺度波动磁场，其放大可能是由比尔曼电池机制引起的。然而，如果没有湍流发电机，这些磁场就不能进一步放大，湍流发电机通过拉伸-扭曲-折叠（STF）机制产生磁能。因此，我们在这里提出了新的三维磁流体动力学（MHD）模拟的激光驱动的冲击波传播到分层，多相介质，调查后冲击波湍流磁场放大通过湍流发电机。这里使用的配置目前正在国家点火装置（NIF）的激波风洞中进行测试。为了探索激波后湍流区的统计特性，我们使用$384 \times 512 \times 384$示踪剂通过拉格朗日框架跟踪其演变，从而提供了一个高保真的分析冲击介质。我们的模拟表明，磁场的增长，伴随着近萨夫曼动能衰减（$E_{\textrm{kin}} \propto t^{-1.15})$没有湍流驱动，表现出略有不同的特性相比，周期性的盒子模拟。在其演化过程中似乎不存在明显的阶段，因为在湍流衰减过程中观察到磁场放大的激波通道和时间非常短（湍流翻转时间的$\sim\!0.3$）。然而，增长率仍然是一致的压缩（无卷曲）湍流驱动亚音速，可压缩湍流的预期。唯象理解的磁场和速度场的动态也阐明通过拉格朗日频谱，这是一致的预期的惯性范围缩放的欧拉-拉格朗日桥。
2023-02-16 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Assessment of a high-order shock-capturing central-difference scheme for hypersonic turbulent flow simulations
高速湍流在大多数与空间有关的应用（包括勘探、旅游和国防领域）中都会遇到，并且在过去几十年中是一个越来越受关注的主题。对这种流动进行高保真模拟的一个主要挑战在于对所使用的数值方案的严格要求。这些必须足够强大，以处理强大的，不稳定的不连续性，同时确保在平稳流动区域的低数量的固有耗散。此外，广泛的时间和空间的活动尺度导致并发需要数值稳定和准确表示的最小分辨率的流尺度下解决配置的情况下。在本文中，我们提出了一个有限差分高阶激波捕捉技术的基础上詹姆森的人工扩散率的方法。由此产生的计划是九阶精度远离间断，并依赖于人工耗散接近大梯度。冲击检测器略有修改，以提高其选择性，并避免虚假激活的冲击捕获项。一套测试用例，从一维到三维配置（即，激波管，舒-Osher问题，等熵涡平流，欠膨胀射流，可压缩泰勒-格林涡，超音速和高超音速湍流边界层）进行了分析，以测试所提出的数值策略处理各种各样的问题，从热量完美的空气多组分反应流的能力。在欠分辨网格上获得的结果也被认为是隐式大涡模拟的背景下，测试所提出的策略的适用性。
2021-03-30 physics.comp-ph 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
The Launch Dynamics of Supersonic Projectiles
弹丸从各种装置的身管中发射时，由于与周围非定常流场的相互作用，其气动特性十分复杂，本文采用动网格法对弹丸与激波相互作用的影响进行了计算研究。圆柱形和圆锥形射弹已被用来研究这种相互作用和这种流场的流体动力学。结果表明，弹丸对爆炸波的超驰作用对弹丸非定常气动特性的总体影响不受弹丸外形的影响。然而，它是注意到，弹丸的配置不影响非定常流结构，因此，阻力系数的圆锥形弹丸显示出相当大的变化，从圆柱形弹丸。详细分析了弹丸与二次激波相互作用时的气动特性。还观察到，在相互作用过程中的二次冲击波的特性的变化是不同的弹丸配置。采用粘性和无粘两种方法对弹丸的空气动力学特性进行了数值模拟。结果表明，粘性对弹丸气动特性的影响可以忽略不计，但粘性对弹丸周围的非定常流场结构有一定的影响。
2012-11-08 physics.flu-dyn
Effects of Initial Condition Spectral Content on Shock Driven Turbulent Mixing
由于Richtmyer-Meshkov不稳定性和随之而来的湍流行为引起的物质混合在各种物理系统中引起了强烈的兴趣，包括惯性约束聚变，燃烧和恒星演化的最后阶段。对激波驱动混合的大量数值和实验室研究已经证明了与激波引起的湍流开始相关的丰富行为。在这里，我们报告的进展，了解冲击驱动的混合在不同密度的流体之间的接口，通过三维数值模拟使用隐式大涡模拟的背景下的湍流代码。我们考虑了一个激波管结构，在低密度气体（空气）中嵌入一个高密度气体（SF $_6$）带。马赫数为1.26的激波通过SF $_6$带，导致由Richtmyer-Meshkov不稳定性驱动的向湍流的转变。当稀疏波和从后壁反射的二次激波通过SF $_6$带时，系统被跟踪。我们应用各种初始扰动的物理标准偏差，波数范围，和扰动的光谱斜率保持不变，但最初存在的模式的数量是不同的两种流体之间的接口。通过这样降低界面初始谱模的密度，我们发现，我们可以实现多达25%的总混合在后期。这对处理三维和降维模拟模型中应用于材料界面的初始条件具有潜在的直接影响。
2015-06-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Experimental investigation on the turbulent wake flow in fully-established transonic buffet conditions
跨音速飞行状态通常由跨音速抖振控制，这是一种高度非定常和复杂的激波/边界层干扰，涉及流场的主要部分。这种现象与压缩激波的大幅度周期性运动以及大尺度流动分离和间歇性再附着有关。由于所产生的全局流动拓扑的大尺度变化，翼型或机翼的湍流尾流也受到严重影响，并且尾流冲击的下游的任何空气动力学装置也受到严重影响。为了分析和理解尾迹的湍流结构和动力学，我们对超临界OAT 15 A翼型在跨音速抖振条件下的近尾迹进行了全面的实验研究，弦雷诺数为2 mio。速度场测量结果表明，抖振模态对翼型吸力面边界流场和尾流都有严重的全局影响。流动间歇性地强烈分离，具有延伸到尾流中的显著动量赤字。抖振运动引起严重的扰动和湍流的变化，如根据雷诺剪应力和RMS值的相平均湍流量所示。利用高速聚焦纹影序列分析了下游对流波动和湍流结构的光谱性质。对后缘附近涡脱落的功率谱密度的分析表明，主频率比与激波抖振有关的主频率高一个数量级。结果表明，剪切层的拍动运动是伴随着冯卡门型涡街的波动强度的形成。这些尾流结构和动力学将影响受尾流影响的任何下游空气动力学装置。
2023-01-15 physics.flu-dyn
Turbulence Generation by Shock Interaction with a Highly Non-Uniform Medium
初始平面激波在非均匀密度介质中传播时会受到扰动，导致激波后速度扰动的产生。利用数值模拟，我们研究了这种现象的情况下，高度非均匀密度（有序统一归一化方差，$σ_ρ/\overlineρ \sim 1$）和强冲击（冲击马赫数$\overline{M}_s \gtrsim 10$）。这导致了一个高度破碎的冲击和湍流后冲击流。我们模拟这种相互作用的冲击驱动器和初始密度配置的范围内，旨在模仿那些目前可能在实验中实现。理论上的考虑导致标度关系，这是合理的预测激波后的湍流特性。湍流速度色散和湍流马赫数被发现依赖于预激波密度色散和激波速度的方式与线性Richtymer-Meshkov不稳定性预测一致。我们还显示了依赖的湍流产生的密度扰动的规模。激波后的压力和密度，这可以大大减少相对于未扰动的情况下，被发现是合理的预测由一个简化的分析，把扩展的激波过渡区作为一个单一的正常冲击。
2022-05-31 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulence generation by a shock wave interacting with a random density inhomogeneity field
当平面激波与激波前密度不均匀性的随机模式相互作用时，它会产生各向异性的湍流速度/涡度场。这种湍流在压缩流体混合过程的早期阶段起着重要作用。这种情况自然出现在冲击波与惯性约束聚变（ICF）中的弱非均匀氘芯泡沫靶和天体物理学中的密度团块/云的相互作用中。我们提出了一个精确的小振幅线性理论描述这种相互作用。它是基于精确的时间和空间演化理论的波纹激波阵面后面的扰动量的单模预激波非均匀性。适当的模式平均在2D的结果在封闭的解析表达式的湍流动能，速度和涡量场的各向异性程度的冲击流体，冲击放大的密度不均匀性，和声波能量通量辐射下游。这些显式公式在弱/强激波和高度可压缩流体的重要渐近极限中得到进一步简化。与激波与激波前各向同性涡量场相互作用的相关问题的比较也被提出。
2010-11-16 physics.flu-dyn
Scale-resolving simulations and data-driven modal analysis of turbulent transonic buffet cells on infinite swept wings
Japan Aerospace Exploration Agency（日本宇宙航空研究开发机构）
研究通过跨尺度模拟和数据驱动模态分析，探讨了无限展弯翼上跨音速脉动细胞的二维和三维特性，揭示了展弯对分离模式频率和能量的影响，以及平均分离对三维脉动动态的重要性。
2026-04-08 physics.flu-dyn
A High-Order Weighted Compact High Resolution Scheme with Boundary Closures for Compressible Turbulent Flows with Shocks
本文提出了一种改进的高阶加权紧致高分辨率（WCNS）格式，它将非线性插值与紧致差分格式相结合，扩展了加权紧致非线性格式（WCNS）的思想，用于可压缩湍流中激波的捕捉。该方案具有更好的分辨率性能比以前的WCNS的。这是通过使用一个紧凑的（或空间隐式）的形式，而不是传统的全显式形式的非线性插值。由于紧凑的插值方案往往有较低的色散误差相比，显式插值方案，该方案有能力解决更多的精细尺度的功能，同时仍然有能力提供足够的本地化耗散捕捉冲击和不连续性鲁棒。近似色散关系的特点，该计划进行了分析，以显示优越的分辨率性能的计划相比，其他WCNS的类似数量级的精度。对于非周期问题，我们也提出了守恒的高阶精度边界格式。此外，一个新的保守的通量差分格式的紧凑的有限差分格式推导出，并允许使用保正限制器，以提高鲁棒性。不同的测试案例表明，该计划的能力，以捕获不连续性在一个强大的和稳定的方式，同时也本地化所需的数值耗散只包含不连续性和非常高的波数功能的区域，从而更好地保持光滑的流动功能相比，WCNS的。
2021-01-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A gas-kinetic scheme for the simulation of turbulent flows
从气体动力学理论导出的数值方案可以应用于流体力学极限、层流和湍流状态的模拟。在后一种情况下，基本的玻尔兹曼方程描述了涡流的分布，与开尔文勋爵和奥斯本·雷诺兹在19世纪末提出的涡流粘度概念一致。这些方案在物理上比从纳维-斯托克斯方程导出的方案更加一致，后者在计算平流通量时总是假定气体粒子之间的无限碰撞（或涡旋之间的相互作用）。事实上，在连续介质中，激波层的局部Knudsen数也可以超过0.001，气体动力学格式优于Navier-Stokes格式，这是众所周知的。湍流的模拟得益于气体动力学方案的应用，因为湍流Knudsen数（涡流平均自由程与平均流动尺度之间的比率）可以局部地达到远远超过0.001的值，不仅在激波层中。本文研究了激波-边界层相互作用的几种情况，比较了采用标准k-ω湍流模型的气体动力学格式和Navier-Stokes格式。而从Navier-Stokes格式得到的结果受到涡动粘性两方程模型的限制，气体动力学的计划已经表现得更好，没有做任何进一步的假设的湍流结构。
2012-08-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Stability of Inverse Problems for Steady Supersonic Flows Past Lipschitz Perturbed Cones
本文研究 Lipschitz 扰动锥体定常超声速势流反问题，通过改进的 Glimm 型格式和自相似解构造近似解，在大马赫数和小压力变差条件下证明了含强前导锥形激波的全局熵解存在性及其渐近自相似行为。
2023-10-26 math-ph math.AP math.MP
Instability and Mixing of Gas Interfaces Driven by Cylindrically Converging Shock Wave
本文首次提出了一种有效的无后接面圆柱形收敛激波生成方法。然后，数值研究了圆柱形收敛激波驱动下的两个界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性以及相关流体的混合行为。结果表明，界面的不稳定性表现为二次激波前扰动幅值的增长。而二次激波后，流体的混合得到了显著的增强，这不仅表现在流场结构的变化上，还表现在混合参数的时间变化上。进一步的研究表明，尽管这两种情况的初始扰动不同，但它们的混合宽度以及分子混合分数、局部各向异性和密度-比容关联等混合参数的演化具有相同的时间行为规律，特别是在再激波后的后期。这些结果在一定程度上说明了圆柱形收敛激波驱动界面混合区也存在标度律和时间渐近行为。此外，对后期周向湍流动能谱的分析也证实了圆柱形会聚激波驱动下的非均匀流的湍流动能的$k^{-5/3}$衰减规律，进一步说明了二次激波后流体的混合确实在后期得到了加强。
2021-02-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Capturing shocks and turbulence spectra in compressible flows. Part 2: A new hybrid PPM/WENO method
在本论文的第1部分中，通过研究几种不同的低阶和高阶有限体积法在捕获可压缩流的湍流谱方面的能力，对它们的性能进行了评估，在可压缩流中，小的光滑湍流结构与激波和不连续性相互作用。比较结果表明，二阶Goddom方法与PPM插值提供的结果几乎相同的四阶WENO计划，但在一个显着较低的成本。然而，它表明，PPM方法未能提供一个准确的表示在高频范围内的频谱。在本论文中，我们表明，这个特定的问题来自于斜率限制程序和一种新的混合PPM/WENO方法的开发，它有能力捕捉湍流谱的准确性正式高阶方法，但在成本的二阶Goddom方法。总体而言，它表明，几乎相同的物理解决方案，可以得到更快地通过细化模拟与二阶方法和精心选择的数值程序，而不是运行一个粗糙的高阶模拟。
2020-03-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Instability of the shock wave/ sonic surface interaction
工作地址二维和三维湍流跨音速流过去的壁与扩张角。在拐角上方的圆柱体上游形成弯曲激波。在细网格上用二阶精度的有限体积法求解了平均纳维-斯托克斯方程。这些解表明存在着不利的自由流马赫数，它允许在小扰动下激波位置的突然变化。这是由壁面上紧密间隔的声波表面和激波的不稳定性解释的。
2015-03-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A physics-based shock capturing method for large-eddy simulation
提出了一种用于湍流大涡模拟的激波捕捉方法。所提出的方法依赖于物理机制来解决和平滑尖锐的未解决的流动特征，否则可能导致数值不稳定，如冲击波和欠分辨的热和剪切层。为此，我们设计了各种传感器来检测何时何地流体的剪切粘度、体积粘度和热导率不足以稳定数值解。在这种情况下，流体粘度选择性地增加，以确保单元Peclet数是一阶的，使得这些流动特征可以用网格分辨率很好地表示。虽然激波捕捉方法是在间断Galerkin方法的背景下设计的，但它可以与其他离散格式一起使用。通过对跨音速、超音速和高超音速区域内外流和内流的数值模拟，说明了该方法的性能。对于所考虑的问题，激波捕获方法执行鲁棒性，提供尖锐的激波轮廓，并已解决的湍流结构的影响很小。这三个特征对于实现激波流的鲁棒和精确的大涡模拟是至关重要的。
2018-06-17 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Wavelet-based Adaptive Techniques Applied to Turbulent Hypersonic Scramjet Intake Flows
高超声速流场的数值模拟需要大量的计算量，这是由于强激波和厚的边界层或剪切层引起的流场变量的大梯度。这些梯度的分辨率要求在相应区域中使用极小的单元。考虑到湍流，尺度的变化会更加剧烈。此外，高超音速流已被证明是对网格极为敏感的。对于工程应用中的三维构型的模拟，这导致大量的单元和令人望而却步的计算时间。因此，现代自适应技术可以提供相对于计算成本和精度的增益，允许在需要的地方生成局部高分辨率的流动区域，并保持平滑的分布。采用基于小波的h-自适应方法求解高超声速绕流。采用雷诺应力湍流模型求解可压缩雷诺平均纳维-斯托克斯方程，该模型适用于预测高焓流动中激波-边界层相互作用。考虑了两种试验情况：压缩角和超燃冲压发动机进气道。压缩角是高超声速流场研究中的一个经典试验问题，因为它涉及到激波-粘性边界层干扰问题。自适应过程被应用到一个二维的配置作为验证。首先对超燃冲压发动机进气道进行二维计算。随后考虑三维几何形状。这两个测试用例的实验数据进行验证，并与非自适应计算。结果表明，在高焓条件下使用高超声速湍流的自适应技术可以大大提高性能的内存和CPU时间，而在同一时间保持所需的精度的结果。
2013-07-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An entropy stable spectral vanishing viscosity for discontinuous Galerkin schemes: application to shock capturing and LES models
我们提出了一个稳定的谱消失粘性间断Galerkin格式，湍流和超音速流动的应用。SVV背后的想法是在空间上过滤耗散通量，使得其集中在较高的波数中，其中流动通常是欠分辨的，留下低波数无耗散。此外，我们推导出一个稳定的近似的Guermond-Popov通量与Bassi-Rebay 1计划，用于引入密度正则化的冲击捕获模拟。这种过滤使用的Cholesky分解的通量，确保该计划的熵稳定性，其中还包括一个稳定的近似绝热壁的边界条件。对于湍流，我们测试的方法与三维泰勒-格林涡，并显示能量被正确地耗散，该计划是稳定的，当一个动能保持分裂形式与低耗散黎曼解算子结合使用。最后，我们测试了我们的方法与Shu-Osher和超音速前向台阶的情况下，没有寄生振荡，即使粗网格的冲击捕获能力，获得良好的结果。
2022-09-16 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
