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
A symmetry-based theory for the mean velocity profiles of turbulent boundary layers subjected to pressure gradient and historical turbulence effects
提出一种对称性理论，通过修正总应力亏损律并扩展结构系综动力学中的应力长度多层幂律，解析预测含压力梯度与历史湍流效应的完整平均速度剖面。
2023-11-03 physics.flu-dyn
Turbulent spots in hypersonic transitional planar and axisymmetric boundary layers
Department of Aerospace Engineering, Indian Institute of Science（印度科学学院航空航天工程系）
研究超声速环境下平板和轴对称锥体边界层中湍流斑点的特征，通过表面热传递测量确定边界层状态及过渡层间歇性，分析湍流斑点的边缘速度、流体长度尺度及生成率。
2026-01-13 physics.flu-dyn
An alternate composite representation of the velocity profile in the zpg turbulent boundary layer
湍流边界层速度剖面的复合表示提出，它结合了最近确定的精确插值的普遍规律的壁与一个简单的解析表达式的速度的平滑过渡到一个恒定的值在外部流。几个例子给出了应用这种表示DNS和实验数据从文献中，并提供了一个猜想的渐近方法的速度，其恒定的无粘值。
2017-09-02 physics.flu-dyn
Power laws in wall and wake layers of a turbulent boundary layer
本文用Izakson-Millikan-Kolmogorov假设得到了湍流边界层两层理论重叠区的幂律。开函数方程的解不是唯一的。在大雷诺数下，速度和表面摩擦力的幂律与对数律是等价的。
2020-06-09 physics.flu-dyn
Statistics of particle accumulation in spatially developing turbulent boundary layers
本文给出了Reθ = 2500的含颗粒空间发展湍流边界层的直接数值模拟结果。有两个主要的特征将零压力梯度紊流边界层中惯性粒子的行为与更普遍研究的平行槽道流的情况区分开来。第一种是定义流体-颗粒相互作用的局部无量纲参数沿流向的变化。第二种是无旋自由流和近壁旋转湍流的共存。关于第一个问题，可以使用内部和外部流动单位来定义内部和外部斯托克斯数。内斯托克斯数控制的近壁行为类似的情况下，通道流。为了理解层流-湍流界面的影响，我们检查了自由流中最初释放的颗粒的行为，并表明它们与直接注入边界层内的颗粒呈现出不同的行为。在湍流边界层内，距壁面约一个位移厚度处出现最小浓度区。它的形成是由于两种输运机制之间的竞争：向缓冲层的相对缓慢的湍流扩散和向壁面的快速湍流泳动漂移。
2017-03-30 physics.flu-dyn
Thermal Boundary Layer Equation for Turbulent Rayleigh-Benard Convection
本文提出了一个新的考虑湍流脉动影响的湍流Rayleigh-Benard对流的热边界层方程。这些波动被忽略在现有的方程，这是基于稳态和层流假设。利用这个新方程，我们解析地导出了两种极限下的平均温度分布：（a）Pr>1，Pr~1和（b）Pr>>1。这两个理论预测与我们的直接数值模拟的结果非常一致，分别为Pr=4.38（水）和Pr=2547.9（甘油）。
2015-01-15 physics.flu-dyn
Defining the mean turbulent boundary layer thickness based on streamwise velocity skewness
提出以边界层外侧流向速度偏度由负转正的位置定义平均湍流边界层厚度，并给出线性插值与广义 Fourier 拟合两种估算方法。
2025-09-22 physics.flu-dyn
An investigation of information flux between turbulent boundary layer and porous medium
该研究利用空间分辨传递熵和孔隙分辨直接数值模拟，揭示了湍流边界层与多孔介质之间因果信息通量的不对称性。
2023-12-01 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of a Turbulent Boundary Layer on a Flat Plate Using Synthetic Turbulence Generation
采用不可压纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟（DNS）方法计算平板上的湍流边界层，作为合成湍流发生器（STG）入流边界条件的试验台。入口动量厚度雷诺数约为1，000。该研究验证了STG在边界条件下游5至7个边界层厚度范围内产生精确湍流的能力。还测试了稳定方案变化对边界层发展的影响。此外，所需的网格分辨率的发展区域和下游流动时，使用稳定的有限元方法进行了研究。
2021-02-12 physics.flu-dyn
An experimental investigation of the heat and flow features in street canyons: Impacts of the approaching turbulent boundary layer flow
本研究采用PIV-LIF技术在大型水洞中实验探究了三种不同湍流边界层流动对街道峡谷流动与热特征的影响，发现其对通风率（最大差异80%）和排热能力（约45%）及峡谷开口处脉动特征有显著影响。
2023-10-20 physics.flu-dyn
Boundary layers in turbulent Rayleigh-Bénard convection in air
在这个流体动力学视频中，可以看到矩形Rayleigh-Bénard对流单元中的边界层流动。实验在瑞利数$Ra=1.3\times 10^{10}$和普朗特数$Pr=0.7$的空气中进行。在加热板的选定位置捕获的各种序列表明，边界层是一个非常瞬态的流动区域，其特征在于永久演变的相干结构。在大尺度环流冲击或离开底板的区域，它变得完全湍流。
2012-09-27 physics.flu-dyn
The Prandtl Plus Scaling Approximation for Turbulent Boundary Layer Flows
采用流动控制方程方法进行相似性分析，Weyburne（D。Weyburne，arXiv：1701.02364，2016）最近表明，对于2-D湍流边界层流动，Prandtl Plus标度一般不是合适的相似标度参数。基于这一失败，Weyburne提出了满足外部湍流边界层流动相似性控制方法的替代长度和速度标度参数。在这里，我们表明，无论是建议的新的缩放和普朗特加缩放有一个理论基础，要求边界层必须显示整个轮廓相似的缩放是适用的。问题是，一般认为，壁面紊流边界层在任何情况下都不具有整体剖面的相似性。因此，应用将整个轮廓相似性简化为不显示整个轮廓相似性的边界层的缩放参数意味着，在最好的情况下，结果表示良好的近似。计算机模拟结果被用来探索这些问题，并提供至少初步的实验支持的理论失败。
2019-11-16 physics.flu-dyn
Unscented Kalman filter (UKF) based nonlinear parameter estimation for a turbulent boundary layer: a data assimilation framework
湍流边界层是基础和应用流体力学中的一种基本流动情况。然而，湍流边界层参数的精确测量（例如，摩擦速度$u_τ$和壁面剪切力$τ_w$），特别是对于高速流动（Smits等人，2011年）。已经开发了许多直接和/或间接诊断技术来测量壁剪切应力（Vinuesa等人，2017年）。然而，基于不同的原则，这些技术通常会给出不同的结果，具有不同的不确定性。目前的研究介绍了一个非线性数据同化框架的基础上的无迹卡尔曼滤波器，可以融合信息i）噪声和间隙测量立体粒子图像测速仪，普雷斯顿管，和MEMS剪切应力传感器，以及ii）测量的不确定性，以估计参数的湍流边界层。一个充分发展的湍流边界层流在马赫数为0.3的直接数值模拟首先使用的数据同化算法进行验证。然后将该算法应用于在泄放式风洞设施中获得的马赫数为0.3的流动的实验数据。基于UKF的数据同化算法对不确定和有间隙的实验数据具有鲁棒性，并且能够提供湍流边界层参数的精确估计。
2020-04-09 physics.flu-dyn
Boundary Layer Adaptivity For Incompressible Turbulent Flows
湍流中的边界层要求壁面附近具有细网格间距，这取决于湍流模型的选择。为了满足这些要求，半结构化网格通常用于该领域的正交和分层元素。这种网格的适应需要考虑到流动物理学以及标准误差指标方法。本文提出了一种新的方法，它结合了基于Hessian的误差指标与流动物理驱动网格自适应说明。特别关注的是分层网格的厚度适应。将该方法应用于两个湍流不可压流动的情况下，其有效性进行了研究。
2014-05-03 physics.flu-dyn
A Cautionary Note on the Thermal Boundary Layer Similarity Scaling for the Turbulent Boundary Layer
Wang和Castillo在论文X中提出了用于标定流过加热壁面的湍流边界层温度分布的经验参数。Wang和L. Castillo，J. Turbul.，4，1（2003）。他们展示了实验数据图，当使用新的缩放参数缩放时，这些图显示了相似性类型的行为。然而，实际上绘制的，以及实际上表现出相似型行为的，不是温度分布，而是通过从整体流中的温度减去边界层中的温度而形成的缺陷分布。我们表明，如果相同的数据和相同的缩放比例被重新绘制为缩放的温度曲线，相似性不再普遍。未能显示缺陷分布相似性和温度分布相似性两者指示错误相似性。这种虚假的相似性问题的性质进行了详细讨论。
2016-03-24 physics.flu-dyn
Temperature and Velocity Characteristics of Rotating Turbulent Boundary Layers Under Non-Isothermal Conditions
本文用热线风速仪对旋转湍流边界层在等温和非等温条件下的速度和温度特性进行了实验研究。实验参数的范围是：雷诺数从10000到25000，转速从0到150 rpm，和y+从1.8到100。相对温差保持恒定在0.1。测量了旋转状态下边界层内的速度和温度分布，提出了旋转状态下边界层分割的新判据。扩展了旋转状态下边界层理论的适用范围。分析了哥氏力和浮力对湍流边界层内速度和温度分布的影响。科里奥利力被发现在旋转下的边界层的行为中起着重要的作用，因为它改变速度和温度边界层。在等温条件下，这种效应可以根据主导力进行分类：粘性力、科里奥利力或惯性力。在非等温条件下，发生浮力。科里奥利力产生的浮力对科里奥利力的影响有抑制作用，且抑制作用随温差的增大而增大。还得到了旋转下湍流普朗特数Prt的变化。
2022-06-04 physics.flu-dyn
Prandtl-Blasius temperature and velocity boundary layer profiles in turbulent Rayleigh-Bénard convection
在Rayleigh数范围$10^8\lesssim Ra\lesssim3\times10^{11}$和Prandtl数范围$0.7\lesssim Pr\lesssim5.4$内，对水平导热平板附近湍流Rayleigh-Bénard对流的速度和温度分布进行了数值和实验研究.结果表明，温度和速度分布与经典的Prandtl-Blasius层流边界层分布吻合得很好，如果将它们分别在随瞬时温度和速度边界层厚度波动的动力学参考系中重新采样的话.
2010-02-06 physics.flu-dyn
Forcing large-scale coherent streaks in a zero pressure gradient turbulent boundary layer
在$\Redstar \approx 1000$中，利用圆柱形粗糙元阵列，在发展良好的湍流边界层中人为地产生大尺度相干条纹。粒子图像测速仪的速度场的措施揭示了再现性好，流向定向，稳定的相干条纹的存在。我们表明，这些相干条纹的振幅在空间中瞬时增长。最大振幅的位置与条纹的展向波长成比例，并且最放大的展向波长具有非常大的尺度$\lz \approx 6 \dblo$。这些结果与最近基于湍流平均流的最佳瞬态增长分析的预测吻合得很好。
2010-04-26 physics.flu-dyn
Turbulent Boundary Layer in a 3-Element High-LiftWing: Coherent Structures Identification
该研究通过壁面分辨大涡模拟分析了30P30N翼型在特定雷诺数和攻角下的湍流边界层，识别出零压力梯度特征，并利用本征正交分解揭示了能量分布与相干结构。
2024-11-08 physics.flu-dyn
Analytic prediction for planar turbulent boundary layers
基于涡长和总应力的对称性分析，给出了槽道和湍流边界层（TBL）中相关积分量的平均速度剖面（MVP）和流向（$x$）发展的解析预测。具体的预测是摩擦速度$u_τ$：${ U_e/u_τ}\approx 2.22\ln Re_x+2.86-3.83\ln(\ln Re_x)$ ;边界层厚度$δ_e$：$x/δ_e \approx 7.27\ln Re_x-5.18-12.52\ln(\ln Re_x)$ ;动量厚度雷诺数：$Re_x/Re_θ=4.94[{(\ln {{\mathop{\rm Re}\nolimits} _θ } + 1.88)^2} + 1]$，所有这些都与经验数据吻合良好。
2016-05-23 physics.flu-dyn
The structure of a turbulent boundary layer studied by numerical simulation
本文介绍了湍流边界层的大尺度直接和大涡模拟（DNS和LES）的时间相关可视化，其数值范围可达$Re_θ=4300$。本流体动力学视频的重点是分析边界层中的相干涡结构：它清楚地表明，发夹涡确实存在于模拟数据中，然而，它们是较低雷诺数下层流-湍流过渡的特征。在较高的$Re$（即$Re_θ>2000$）下，这些结构不再被视为占主导地位;无论是在近壁区域还是在边界层的外层，相干性显然都消失了。然而，请注意，流向速度中的大尺度条纹，其峰值能量大约在边界层厚度的一半处，是可以清楚地观察到的。
2010-10-19 physics.flu-dyn
Tailoring boundary geometry to optimize heat transport in turbulent convection
通过调整湍流Rayleigh-Bénard对流中上边界的几何形状，我们操纵边界层-内部流动相互作用，并使用格子玻尔兹曼方法研究热输运。对于固定的振幅和变化的边界波长$λ$，我们发现，指数$β$的努塞尔-瑞利标度关系，$Nu-1 \propto Ra^β$，是最大化的$λ\equiv λ_{\text{max}} \approx (2 π)^{-1}$，但衰减到平面值在大（$λ\gg λ_{\text{max}}$）和小（$λ\ll λ_{\text{max}}$）的波长限制。指数的变化源于边界层和内部流动之间的耦合的性质。我们提出了一个简单的缩放参数体现这种耦合，它描述了最大的对流热通量。
2015-08-08 physics.flu-dyn
Spatially developing turbulent boundary layer on a flat plate
这段提交给流体运动画廊的流体动力学视频显示了在一个5米长的平板拖曳通过水中时湍流边界层的发展。固定成像系统提供了发展中的边界层的独特视图，因为它将在船体或飞机机身上形成。拖曳板允许零压力梯度湍流边界层从起下钻到高雷诺数状态（$Re_τ\approx 3000$）时的可视化。在这个参照系中，演化的大尺度相干结构几乎是静止的。可视化提供了边界层基本过程演变的独特视图（如界面膨胀、卷吸、旋涡运动等）。在更传统的实验室参考系中，流体流过静止物体，很难观察到湍流相干结构的完整演化和寿命。在风洞/水洞中进行的一个等效实验需要一个摄像机和激光器，它们随着水流移动，有效地“追逐”下游平流的漩涡。
2012-10-15 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
Properties of the turbulent/non-turbulent interface in boundary layers
湍流/非湍流界面进行了分析，在直接数值模拟的边界层的范围$Re_θ=2800-6600$，重点是相对大规模的分形间歇区域的行为。这就需要引入一个新的定义点和一般表面之间的距离，这是比较常见的垂直距离的顶部层。界面通过阈值拟能场和应变率张量的大小，它的结论是，而前者是物理相关的功能，后者不是。通过改变阈值，拓扑转变被确定为从自由流到湍流核心的接口移动。定义了一个涡度标度，它在不同雷诺数下使该过渡崩溃，大致相当于边界层边缘的均方根涡度。对流平均流量变量作为新的距离的函数进行分析，无论是内部和外部的接口。结果发现，界面包含一个非平衡层的厚度尺度与泰勒微尺度，包围一个自相似层跨越一个固定的分数的边界层厚度。有趣的是，流的应变结构在两个区域中是相似的。湍流核心内的无旋口袋也进行了研究。它们形成一个自相似集，其大小随着深度的增加而减小，大概是由于湍流的破碎，但粘性扩散率与口袋大小无关。分析中使用的原始数据可从我们的网页（http：//www.example.com）免费获得。torroja.dmt.upm.es
2016-06-27 physics.flu-dyn
Resolvent-based study of compressibility effects on supersonic turbulent boundary layers
将McKeon & Sharma（2010）的预解公式应用于超声速湍流边界层，以研究Morkovin假设的有效性，Morkovin假设零压力梯度湍流边界层中的高速湍流结构与不可压缩湍流结构基本相同。本文研究了在马赫数为2 ~ 4的条件下，具有绝热壁面边界条件的超音速零压力梯度湍流边界层。解析分析突出了波参数空间中超音速湍流边界层的两个不同区域：相对超音速区域和相对亚音速区域。在相对超音速的区域中，气流相对于自由气流是超音速的，预解模态显示出与不可压缩状态中不存在的马赫波辐射相一致的结构。在相对亚音速区域，我们表明，低秩近似的预解算子是一个有效的近似的完整的系统和模型预测的响应模式表现出普遍的和几何自相似的行为，通过半局部尺度变换。此外，与半局部标度，我们表明，预解模式遵循相同的标度律，其不可压缩的对应物在该区域，这对建模和预测的湍流高速壁有界流动的影响。我们还表明，热力学变量表现出相似的模式形状的流向速度模式，支持强雷诺类比。最后，我们证明了主预解模式可以用来捕捉动量和热力学涨落之间的能量分布。
2019-10-22 physics.flu-dyn
Transition between Boundary-Limited Scaling and Mixing-Length Scaling of Turbulent Transport in Internally Heated Convection
湍流热对流中的热传输随着热强迫的增加而增加，但在几乎所有的研究中，这种增加的速率都比如果传输变得独立于分子扩散率的话慢-热传输缩放比混合长度（或“终极”）缩放慢。在由热边界条件或内部加热驱动的配置中，热边界层反而导致边界限制（或“经典”）缩放。在不同区域的净零内部加热和冷却，混合长度缩放可以发生，因为热量不需要穿过边界。我们报告的数值模拟中，加热和冷却是不平等的，在各种自然系统中，在普朗特数的团结。随着加热和冷却速率的接近，热传输的标度指数从其边界限制值变化到其混合长度值。
2022-07-11 physics.flu-dyn
Laminar-turbulent boundary in plane Couette flow
我们应用迭代边缘状态跟踪算法研究Re=400时平面Couette流中层流和湍流动力学之间的边界。扰动不足以成为完全湍流，也不足以弱到再层化倾向于在状态空间中的双曲相干结构，称为边缘状态，这似乎是唯一的明显的连续移位对称性。结果表明，当不动点只有一个不稳定方向时，对于面内Couette流的下分支解，迭代边缘跟踪算法收敛于此状态.他们还表明，初始状态的选择并不重要，基本上任意的初始条件可以用来找到边缘状态。
2008-05-07 physics.flu-dyn
Boundary Zonal Flow in Rotating Turbulent Rayleigh-Bénard Convection
对于细长圆柱体中快速旋转的湍流Rayleigh-Bénard对流，实验和直接数值模拟揭示了边界带状流（BZF），它取代了经典的大尺度环流。BZF位于垂直侧壁附近，并能够增强那里的热传输。虽然BZF的方位角速度是气旋性的（在旋转框架中），但温度是模式1的反气旋性行波，其签名是径向边界附近的双峰温度分布。发现BZF宽度像$Ra^{1/4}Ek^{2/3}$一样缩放，其中Ekman数$Ek$随着旋转速率的增加而减小。
2019-11-21 physics.flu-dyn
Asymptotic scaling laws for periodic turbulent boundary layers and their numerical simulation up to Re_theta = 8300
本文分析周期性时间湍流边界层的自相似解，推导维持位移或动量厚度为1的强迫振幅，证明表面摩擦系数随 Reynolds 数渐近下降的上界，并通过直至 Re_theta=8300 的模拟验证其与空间边界层一致。
2024-06-14 physics.flu-dyn
Turbulent boundary layer with strong favorable pressure gradient and curvature effects: Streamline coordinate and scaling analysis
本研究针对高斯鼓包上的湍流边界层开展DNS，分析分离前多类压力梯度与曲率效应，构建基于积分分析的雷诺应力标度律，其在相关区域的剖面塌缩效果优于传统标度律。
2023-06-09 physics.flu-dyn
Turbulent boundary layer equations
本文研究了Navier-Stokes-alpha模型的边界层问题，得到了描述湍流边界层中平均流动的Prandtl方程的推广。我们解决了半无限板的方程，理论和数值。后一种解与紊流边界层中的某些实验数据一致。
2001-11-21 nlin.CD physics.flu-dyn
Study of the Turbulent/Non-turbulent Interface of Zero-Pressure-Gradient Turbulent Boundary Layer Using the Uniform Momentum Zone Concept
本文提出一种基于均匀动量区（UMZ）概念的无阈值方法，利用平面流向速度数据检测零压力梯度湍流边界层的湍流-非湍流界面（TNTI），揭示了界面的动力学特征及雷诺应力的非对称响应。
2025-05-29 physics.flu-dyn
Does the Outer Region of the Turbulent Boundary Layer Display Similar Behavior?
最近的理论结果与已建立的理论一起确定了位移厚度和速度在边界层边缘作为相似标度参数候选人的壁有界湍流边界层。在本文所述的工作中，我们检查这些缩放参数以及Prandtl Plus缩放和Zagarola和Smits缩放，以搜索实验湍流边界层速度剖面数据集外部区域的相似性。将积分面积法与传统的“卡眼法”相结合，用于寻找相似的速度剖面。结果表明，严格的整体轮廓相似性在我们搜索的任何数据集中都不明显。然而，十个数据集被发现，显示“类似”的行为，使用的比例的内部与外部的厚度比作为搜索标准。与理论一致，类似行为情况的首选相似性缩放参数是位移厚度和边界层边缘的速度。有人发现，有一些数据集的普朗特加缩放和Zagarola和Smits缩放也工作。
2017-06-06 physics.flu-dyn
Frictional boundary layer effect on vortex condensation in rotating turbulent convection
我们进行直接数值模拟旋转Rayleigh-Bénard对流的流体与低（$Pr=0.1$）和高（$Pr=5$）普朗特数在水平周期层无滑移的顶部和底部边界。在这两个普朗特数，我们证明了一个高档转移的动能，导致域填充涡结构的发展的存在。足够强的浮力强迫和旋转促进准二维湍流状态的流动，尽管形成的羽状垂直扰动促进所谓的埃克曼泵从粘性边界层。
2020-01-31 physics.flu-dyn
Logarithmic mean temperature profiles and their connection to plume emissions in turbulent Rayleigh-Bénard convection
在$Ra = 5\times10^{10}$进行的Rayleigh-Bénard对流的二维模拟表明，在热羽流发射的边界层区域可以观察到垂直对数平均温度分布。廓线仅在这些区域是对数的，而在边界层的其余部分不是对数的，在这些区域廓线被大尺度风剪切并受到羽流的影响。此外，对数行为在水平平均中不可见。研究结果表明，温度分布与热羽流排放密切相关，并支持一种观点，即部分边界层可能是湍流的，而其他部分则不是。因此，向极限状态的过渡（在极限状态中，边界层被认为是完全湍流的）可以理解为边界层的羽流发射（“湍流”）区域的分数逐渐增加。
2015-10-06 physics.flu-dyn
Turbulent Jet: A DNS Study
近几十年来，湍流剪切流中的环境流体卷吸一直是人们广泛关注的课题。为了估计湍流射流对周围流体的卷吸作用，必须确定射流的边界。问题是什么应该是适当的标准来确定湍流射流的边缘。从目前的DNS模拟，我们观察到，有必要定义两个边界的湍流射流，即，旋转/非旋转（R/IR）接口在这里称为“外边界”和湍流/非湍流（T/NT）接口作为“内边界”。本文的主要目的是确定需要定义的两个边界的射流。我们还提出了一些有趣的观察射流，主要是自相似性和自我保护。
2020-02-14 physics.flu-dyn
Hairpins et al. in Turbulent Boundary Layers
本文介绍了一套新的湍流边界层大规模直接数值模拟（DNS）的三维可视化方法。根据动量损失厚度$θ$和自由流速度$U_\infty$，雷诺数范围为$Re_θ=180$至4300。本流体动力学视频的重点是分析边界层中的相干涡结构：它清楚地表明，初始阶段由相干的所谓发夹涡主导，发夹涡是较低雷诺数下层流-湍流过渡的特征。在更高的$Re$（比如说$Re_θ>2000$）下，这些结构不再被认为是主要的;在近壁区以及边界层的外层中，相干性明显丧失。然而，请注意，流向速度中的大尺度条纹，其峰值能量大约在边界层厚度的一半处，是可以清楚地观察到的。除了使用经典的三维等值面进行可视化外，视频还使用红蓝立体图像进行立体渲染。
2011-10-18 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
A hybrid RANS/LES framework to investigate spatially developing turbulent boundary layers
一个混合RANS/LES框架开发的基础上，最近提出的改进的延迟分离涡模拟（IDDES）模型相结合的一种变体的回收和重新缩放方法产生的入流湍流。应用该框架研究了空间发展平板湍流边界层的动量厚度雷诺数（$R_θ = 31000$），并将结果与现有的实验数据进行了比较。在所有考虑的动量厚度雷诺数下，平均速度和表面摩擦力等全局量都得到了很好的一致性。雷诺应力分量的趋势是正确的。在高$R_{θ$ }时，剪应力分布在接近壁面的指示范围内显示出显著差异，以进一步改进此类方法中的近壁建模。
2014-08-04 physics.flu-dyn
A Wall Function for Turbulent Boundary Layers under Rotation via Symbolic Regression
通过符号回归方法推导出旋转湍流边界层的可解释壁面函数，揭示了旋转数对边界层收缩/膨胀及再层流化趋势的影响，为旋转系统湍流模型闭合提供新途径。
2026-06-05 physics.flu-dyn
Spatial input-output analysis of large-scale structures in actuated turbulent boundary layers
本文发展了一种空间输入-输出方法来研究受局部单频激励的湍流边界层的动力学。该方法利用单向空间积分将问题转化为空间演化方程。该技术被用来检查在给定的时间频率的局部化周期性驱动的效果，基于一个实验装置，其中一个积极的大规模被引入到外层的湍流边界层。首先，大尺度结构与空间输入输出分析获得的锁相模态速度场密切匹配的基础上计算热线测量。然后，该方法被用来进一步调查的边界层的合成生成的大尺度的响应。象限轨迹分析表明，空间输入输出响应产生的剪切应力分布与规范壁界湍流中观察到的事件的顺序和类型一致。不同象限行为的优势和驱动频率之间的预期对应关系也被观察到。这些结果突出了一个空间输入输出框架的承诺，用于分析的形成和流向的驱动壁界湍流的结构演变。
2022-07-21 physics.flu-dyn
Boundary layer structure in turbulent thermal convection and its consequences for the required numerical resolution
本文给出了在很宽的普朗特数范围内，湍流Rayleigh-Bénard对流中普朗特-Blasius型动力和热力边界层厚度的结果。通过求解层流Prandtl-Blasius边界层方程，我们计算了热力学和动力学边界层厚度之比，它只与Prandtl数Pr有关。对于$Pr\ll Pr^*$，它近似为$0.588Pr^{-1/2}$，对于$Pr^*\ll\Pr$，它近似为$0.982 Pr^{-1/3}$，带有$Pr^*= 0.046$。将普朗特-布拉修斯速度边界层厚度与Stevens、Verzicco和Lohse（J. Fluid Mech. 643，495（2010））直接数值模拟中评估的厚度进行比较，结果非常一致。基于Prandtl-Blasius型的考虑，我们推导出一个下限估计的最小数量的计算网格节点，进行精确的数值模拟中等高（边界层为主）湍流瑞利-贝纳德对流，在热和动力边界层接近底部和顶部的板。它示出，每个边界层内所需的节点的数量取决于Nu和Pr和增长的瑞利数Ra不慢于$\sim\Ra^{0.15}$。这一估计与基于数值模拟中Nusselt数收敛性的经验结果吻合得很好。
2011-09-30 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
Numerical simulations of attachment-line boundary layer in hypersonic flow, Part II: the features of three-dimensional turbulent boundary layer
本研究数值模拟高超声速钝体附着线三维湍流边界层，发现展向均匀性成立，壁面律适用，温度-速度关系受压力梯度影响，并揭示剪切应力与平均流剪切的非线性/线性分区关系。
2024-07-22 physics.flu-dyn
Wave cancellation in jets with laminar and turbulent boundary layers: the effect of nonlinearity
本文对强迫射流中的消波现象进行了研究。基于最近关于强制湍流射流的实时控制的工作[1，2]，我们在此评估了射流上游条件和非线性对消波性能的影响。实验是在喷嘴内有层流和湍流边界层的射流中进行的。首先进行开环运动，其目标是分析射流对可变带宽随机强迫的响应。射流的上游条件被发现对射流响应有很强的影响。对于窄的强迫带宽，两个射流提出了一个明确的响应制度。然而，在初始层流射流中，随着带宽的增加，初始区域中的高增长率和向湍流的过渡支撑了射流响应中的非线性效应的发生。在初始湍流射流，另一方面，较低的增长率允许一个线性响应制度，以保持更广泛的强迫参数。由于波抵消策略是线性的，反应控制被发现是更有效的，在初始湍流射流，与开环分析的结果一致。
2021-11-29 physics.flu-dyn
Concave-wall turbulent boundary layers without and with free-stream turbulence
对凹壁上无自由流湍流和有自由流湍流的湍流边界层进行了直接数值模拟。曲率开始附近的逆压力梯度导致表面摩擦力的急剧减小和间歇性分离。自由流湍流的存在降低了回流的可能性，加速了下游零压力梯度区边界层的恢复，并导致表面摩擦力持续和明显的增加。强迫也促进了曲壁边界层对数层相干Görtler结构的放大。从统计学上看，展向和壁面法向雷诺应力随着Görtler结构的扩展而增强，并且它们的峰值之间的径向距离在下游增加。雷诺剪应力系数在对数层中也增加，而在平板边界层中则减小。此外，强迫流中更连贯和更有活力的滚动运动促进了自由流和边界层流体的混合，其中前者更经常出现在缓冲层的深处。
2021-01-08 physics.flu-dyn
An Alternative Scaling for Roughness Transitions in Turbulent Flows: The Role of the Internal Boundary Layer
针对湍流边界层遭遇突变粗糙度后形成的非平衡IBL，本文利用IBL高度与边缘速度建立平均及亏损速度剖面的新标度，并将平衡理论扩展至动态调整过程。
2025-06-11 physics.flu-dyn
Nozzle dynamics and wavepackets in turbulent jets
本文研究了从圆柱形喷嘴喷出的湍流射流在湍流边界层中的相干结构演化。该分析是利用马赫数为0.4的射流的大涡模拟数据进行的。喷嘴中速度场的方位角分解表明，湍流动能主要存在于高方位角波数中;前三个方位角波数对声音产生很重要，包含低得多的但非零的振幅。使用两点统计，低方位角模式在喷嘴边界层显示出显着的相关性，在自由射流区域的模式相同的顺序。谱本征正交分解（SPOD）是用来提取低秩近似的流动动力学。这揭示了喷嘴边界层内倾斜相干结构的存在，并表明这些结构与射流中的波包耦合。导出的喷管边界层结构采用喷管平均流的局部线性稳定性分析进行建模。领先的SPOD模式上的稳定性本征模式的投影表明，有组织的边界层结构可以使用少量的稳定本征模式的边界层分支的本征谱，表明非模态效应的流行。最后对平均流进行了局部和全局预解式分析。结果表明，最有活力的喷嘴结构可以成功地描述与最佳的预解响应模式，其相关的强制模式被观察到倾斜对喷嘴边界层，这表明奥尔机制的基础上，这些有组织的，湍流，边界层结构。
2020-12-24 physics.flu-dyn
Wakes in stratified atmospheric boundary layer flows: an LES investigation
采用大涡模拟和三维正交分解方法，研究了静止和运动的大钝体与高雷诺数稳定分层湍流边界层的相互作用。由于在水平方向采用伪谱方法，故采用浸没边界法来考虑钝体对边界层流动的影响，并采用并发前兆模拟方法来施加钝体上游的湍流来流条件。观察到占主导地位的POD模式类型发生在更高的能级，在更多的湍流尾流。不同的热分层的湍流统计只有轻微的影响，但在最高的能级占主导地位的POD模式的数量的显着影响。
2019-01-18 physics.flu-dyn
Modification of Turbulent Boundary Layer Coherent Structures with Drag Reducing Polymer Solution
本文通过时间分辨粒子图像测速仪的两点相关检验，研究了通过减阻湍流边界层对数区的主要相干结构的修正。在聚合物海洋（均匀浓度）中，在对应于低减阻状态（< 40%）、高减阻（HDR）状态（>40%）和中间水平（46%）的减阻水平下获得测量值。将平均速度剖面和两点关联式与水（牛顿流体，DR = 0%）的剖面和两点关联式进行比较。这些结果表明，随着阻力减少的增加，这些占主导地位的相干结构的倾斜度减小，其流向范围增加，并抑制相关性的波动（特别是在HDR）。这些意见进行了检查与相干结构文献（牛顿和聚合物）。
2020-01-10 physics.flu-dyn
Logarithmic boundary layers in highly turbulent Taylor-Couette flow
我们提供了直接测量的边界层特性在高度湍流泰勒-库埃特流高达$\text{Ta}=6.2 \times 10^{12}$使用高分辨率粒子图像测速仪（PIV）。我们发现，在内部和外部圆柱的平均方位角速度分布可以拟合的von卡门对数定律$u^+ = \frac 1κ\ln y^+ +B$。冯卡门常数$κ$被发现依赖于驱动强度$\text{Ta}$和大$\text{Ta}$渐近方法$κ\approx 0.40$。局部方位角速度的方差分布在$y^+ \approx 12$附近具有一个通用峰值，并且当用驱动速度（而不是摩擦速度）重新缩放时会崩溃，显示出$y^+$的对数依赖性，这也适用于通道和管道流[1，2]。
2013-02-25 physics.flu-dyn
Local boundary layer scales in turbulent Rayleigh-Benard convection
本文计算了三维湍流Rayleigh-Benard对流中的局部边界层尺度。这些尺度与等温顶壁和底壁处的动量通量和热量通量的高度间歇性波动直接相关，并且在统计上分布在相应的平均厚度尺度周围。局部边界层尺度也反映了两个边界层的强烈空间不均匀性，这是由于在封闭的对流单体中建立的大尺度但复杂且间歇的环流造成的。类似于湍流边界层，我们定义的内部尺度的基础上，局部剪切应力，可以一直扩展到经典的粘性尺度在散装湍流，例如Kolmogorov规模，和外部尺度的基础上，在墙上的斜坡。我们讨论的后果，我们的推广，特别是缩放我们的内部和外部边界层厚度和由此产生的剪切雷诺数相对于瑞利数。温度场的平均外厚度尺度接近热边界层厚度的标准定义。在速度场的情况下，在某些条件下，外尺度遵循类似的比例作为普朗特-布拉修斯型定义相对于瑞利数，但不同的定量。摩擦系数c_（max）标度正好落在层流和湍流极限之间，表明边界层具有转捩特性。此外，我们进行了分析，最近建议的耗散层厚度尺度与瑞利数，并找到一个过渡的缩放。我们还进行了一项研究，在Ra= 1 e +8的情况下，纵横比等于3。
2014-09-11 physics.flu-dyn
