1-D modelling and CFD study of the transient behaviour of a single phase Coupled Natural Circulation Loop
耦合自然循环回路（CNCL）由两个自然循环回路（NCL）组成，它们通过一个共用的换热器进行热耦合。据作者所知，文献中还没有报道过这种具有实际意义的系统的瞬态建模。本工作的目的是弥合这一差距，并使用1-D数学模型的CNCL系统的动态特性进行调查。通过与三维CFD模拟结果的比较，验证了模型的正确性。水平和垂直CNCL系统已被认为是这项研究和行为的平行和逆流配置的系统中的换热器部分进行了阐述。已经进行了瞬态和稳态CFD分析，以分析不同加热器和冷却器方向以及流动初始化的CNCL系统。的CNCL系统的行为，然后进行彻底的参数研究，采用验证的1-D单相CNCL模型与液体钠作为工作流体进行检查。与加热器和冷却器配置相结合的CNCL方向（垂直或水平）决定了系统的动态特性和行为。CNCL系统在高热负荷下也表现出混沌流动振荡。
2018-04-26 physics.flu-dyn
A New Mechanism for Generation of Langmuir Circulations
针对 Langmuir 环流的成因，本文提出由非均匀涡黏度与 Craik-Leibovich 涡力共同构成的反馈失稳机制，并结合摄动法和 RANS 模型验证其尺度预测与实验一致。
2023-09-28 physics.ao-ph 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
Hysteresis phenomenon in turbulent convection
本文用粒子图像测速技术对下加热上冷却的矩形箱中空气湍流热对流的相干大尺度环流进行了实验研究。通过改变腔室底壁和顶壁之间的温差（Rayleigh数在$10^7 - 10^8$范围内变化）发现湍流对流中的滞后现象。滞后回线包括单胞和双胞流型，而纵横比保持恒定（$A=2 - 2.23$）。发现湍流各向异性程度符号的变化伴随着流型的变化。发展的湍流对流相干结构理论（Elperin et al.2002; 2005）与实验观测结果一致。所观察到的相干结构叠加在一个小尺度的湍流对流。湍流热通量的再分布对湍流对流中相干大尺度环流的形成起着至关重要的作用。
2006-02-24 physics.flu-dyn
Statistical mechanics of two-dimensional Euler flows and minimum enstrophy states
基于能量守恒、环流和微观拟能，考虑了二维不可压欧拉方程的简化热力学方法。通过在这些唯一约束下最大化Miller-Robert-Sommeria（MRS）熵来获得统计平衡态。涡度波动是高斯的，而平均流的特点是线性$\barω-ψ$关系。此外，在固定能量、环流和微观拟能的情况下，熵的最大化等价于在固定能量、环流的情况下宏观拟能的最小化。这提供了一个理由的最小拟能原理从统计力学时，只有微观拟能是保守的无限类Casimir约束。本文导出了一类新的弛豫方程，该方程指向统计平衡态。这些方程可以提供一个有效的描述的动态平衡或作为数值算法，以确定最大熵或最小拟能状态。我们利用这些弛豫方程来研究矩形域中几何诱导的相变。特别地，我们用弛豫方程说明了Chavanis和Sommeria [J. Fluid. 314，267（1996）]。我们考虑到稳定以及亚稳态，并表明，亚稳态是强大的，并具有负比热。这是第一个在这种背景下负比热的证据。我们还认为，鞍点的熵可以是长寿的，并发挥作用的动力学，因为系统可能不会自发地产生扰动，使他们不稳定。
2011-04-11 physics.flu-dyn
Fourier series-based modelling of the effects of thermal coupling on the transient dynamics of component loops in a Coupled Natural Circulation Loop
本文通过基于半解析傅里叶级数的一维模型研究耦合自然循环回路中热耦合对组件回路瞬态动力学的影响，发现总传热系数决定耦合行为，低值时各回路保持独立，且温度相关流体特性在部分情况下影响系统稳定性。
2023-12-02 physics.flu-dyn
Nonequilibrium thermodynamics of circulation regimes in optically-thin, dry atmospheres
本文用大气环流模式，通过在较宽的参数范围内改变自转速率Ω和表面阻力τ，对不同热Rossby数Ro和泰勒数Ff的光学薄干燥大气进行了广泛的分析。利用非平衡态热力学诊断方法，如物质熵产、效率、纬向热输运和动能耗散等，我们以一种新的方式表征了不同的环流状态。斜压环流具有高的机械耗散、纬向热输送、物质熵产生和相当有效地将热量转换为机械功的特点。与感热通量有关的热耗散主要取决于地面性质，几乎与自转速率无关，并且在准正压环流和接近赤道超自转的情况下很低。缓慢旋转的轴对称环流具有最高的纬向热输送。在高转速和中高阻力下，大气环流是纬向环流，机械耗散、纬向热输送和效率都很低。当τ被解释为与动量和感热的湍流边界层传递有关的可调参数时，我们的结果证实了在Ω值范围内使用最大熵产生原理作为调谐准则的可能性。本文的研究表明了用基本非平衡态热力学研究行星大气性质的有效性，并扩展了我们对大气环流热力学的认识。
2013-04-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Probability Distribution of Velocity Circulation in Three Dimensional Turbulence
本文阐述了\cite{M20a}中提出的湍流统计场论。我们澄清并简化了该理论的基本能量泵送方程，并研究了奇异场配置（瞬子）的数学性质，这些性质决定了各向同性湍流中大回路$C$周围速度环流在最高雷诺数下PDF的尾部。本文给出了一个欧拉方程中的Clebsch瞬子的显式解析解。这个涡量解有一个与三角函数成比例的项，该三角函数在环所限定的最小曲面的法线方向上。本文研究了全Navier-Stokes方程中涡量的$δ$函数的光滑化，发现光滑奇异性的指数分布，环流的PDF现在是指数递减项$\EXP{- n |w|}\sqrt{\frac{n}{|w|}}$和$ w = \fracΓ{Γ_0[C]}$的无穷和，以及$ Γ_0[C] \sim \sqrt{A_C} $和最小面积$A_C$的无穷和。前导项与调整后的$R^2 = 0.9999$相吻合，即DNS中发现的PDF尾部超过六个数量级。在$100 $到$500$ Kolmogorov尺度的方环惯性范围内，环流力矩比$M_8/M_6$与调整后的$R^2=0.9996$和DNS的面积关系符合。因此，我们的理论解释DNS与高度或信心。对于一个平坦的环路，我们导出了作为环路形状（矩形环路的纵横比）的函数的环流尺度$Γ_0[C] $的依赖关系的二维积分方程
2020-10-12 cond-mat.stat-mech hep-th nlin.CD
Statistical mechanics of Fofonoff flows in an oceanic basin
本文研究了具有任意地形的海盆中在固定环流和能量条件下位涡拟能的最小化问题。为了说明，我们考虑一个矩形盆地和一个线性地形h=由它代表一个真正的底部地形或β效应适合于海洋的情况。我们的最小涡度拟能原理是由本文所回顾的统计力学的不同论点所激发的。它导致准地转（QG）方程的定常状态，其特征在于位涡q和流函数psi之间的线性关系。对于较低的能量值，我们恢复了显示出强烈的西向急流的Fofonoff流[J.Mar.Res.13，254（1954）]。对于大的能量值，我们获得了类似于Chavanis和Sommeria [J.Fluid Mech.314，267（1996）]在没有形貌的情况下发现的单极子和偶极子之间的几何诱导的相变。在地形的存在下，我们恢复和确认Venaille和Bouchet [物理评论快报。102，104501（2009）]使用不同的形式。此外，我们引入了最小位涡拟能的松弛方程，并进行了数值模拟，以说明相变在一个矩形的海洋盆地与线性地形（或β效应）。
2011-04-11 physics.flu-dyn
Multiple vortex structures in the wake of a rectangular winglet in ground effect
本文用SPIV方法研究了嵌入湍流边界层中的单个矩形小翼（涡发生器）尾迹的涡量分布。小翼通常安装在一个平面上，与迎面气流成一定角度。改变小翼高度（恒定展弦比）和角度的参数研究表明，与通常的经典单叶尖涡概念相反，尾流通常由多涡结构的复杂系统组成。先前已经发现主涡包含轴向流和旋转流之间的直接耦合。在目前的工作中，即使是从测量流向涡量检测到的纵向次级结构也显示出类似的行为。描述观察到的多个涡流的稳定远尾流状态作为小翼高度和角度的函数的状态图揭示了不仅具有主梢涡的流拓扑结构的复杂模式，而且还具有附加的二级结构。分叉图显示了各种次级结构的不同区域，以及在某些情况下初级涡如何受到它们的存在的显著影响。这些数据应作为灵感的过程中产生的纵向涡的增强传热和传质的工业设备，因为多涡制度可以帮助改善这些交换的条件。此外，这些结果指出了现有无粘性模型的弱点，没有考虑到尾流中多涡结构的可能性。
2019-06-14 physics.flu-dyn
Stochastic parametric excitation of convective heat transfer
本研究通过随机垂直振动激励水平层和矩形单元中的自由热对流，推导出速度和温度扰动二阶矩的激励阈值，并指出该阈值对应努塞尔数表征的对流换热激励阈值，且与高频周期调制效果显著不同。
2023-10-11 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Robustness of heat-transfer in confined inclined convection at high-Prandtl-number
我们调查的依赖性的对流细胞作为其倾斜度的函数，通过实验和模拟的热量传递的大小。进行研究的工作流体的大普朗特数，$Pr \simeq 480$，并在瑞利数$Ra \simeq 10^{8}$和$Ra \simeq 5 \times 10^{8}$在一个准二维的矩形单元与单位纵横比。通过改变对流单体的倾角（$β$），流动的特征可以从$β= 0^o$的中等湍流变为$β= 90^o$的层流和稳定。被发现的全球热传递是不敏感的湍流强度的急剧减少，与最大的相对变化的顺序$20\%$在$Ra \simeq 10^{8}$和$10\%$在$Ra \simeq 5 \times 10^{8}$，而雷诺数的基础上的全球均方根速度，强烈影响的衰减超过$85\%$发生在层流制度。我们表明，在湍流状态下的热通量的强度可以通过建立一个大规模的循环流动，通过小的倾角只有微弱的增强。另一方面，在层流状态下，热量仅由缓慢的大尺度循环流传输，该循环流在速度场和温度场之间表现出大的相关性。当倾斜角接近类顺磁状态和层流状态之间的过渡区时，观察到准周期热流爆发现象。
2018-09-04 physics.flu-dyn
Statistical State Dynamics Based Study of the Role of Nonlinearity in the Maintenance of Turbulence in Couette Flow
虽然线性非正态性是从外部驱动流到维持湍流的扰动场的能量转移机制的基础，但已知非线性也起着重要作用。本研究的目的是更好地理解非线性在维持湍流中的作用。在这项研究中使用的方法是在Couette流的统计状态动力学（SSD）封闭在二阶的累积展开的纳维-斯托克斯方程，其中的平均算子是流向平均。的扰动是从流向平均值的偏差和两个机制可能有助于维持这些扰动被确定。这些参数扰动增长所产生的扰动与波动的平均流和瞬态增长的扰动所产生的扰动场的组件之间的非线性相互作用的相互作用。通过比较SSD和相关的直接数值模拟（DNS）中保持的湍流的方法，其中这些机制已被选择性地包括和排除，参数增长被发现，以保持湍流的扰动场，而更常见的调用机制的瞬态增长所产生的非线性相互作用散射的扰动被发现抑制扰动增长。除了验证参数机制维持DNS中的扰动之外，还验证了Lyapunov向量是支配DNS中的扰动能量和能量的结构。它进一步验证，这些矢量是负责维持辊循环的自立过程（SSP），特别是支持参数扰动增长的波动条纹的维护。
2018-08-23 physics.flu-dyn
Controlling heat transport and flow structures in thermal turbulence using ratchet surfaces
在这个结合实验和数值模拟研究热驱动的湍流在一个矩形的细胞，全球热传输和相干流结构的控制与不对称的棘轮状粗糙的顶部和底部的板。我们表明，通过对称性破缺由于存在的棘轮结构上的导电板，大规模循环辊（LSCR）的方向可以锁定到一个优选的方向，即使当细胞是完美的水平。通过引入一个小的倾斜系统，我们表明，LSCR的方向可以调整和控制。LSCR的两个不同的方向给出了两个完全不同的热传输效率，表明热传输是敏感的LSCR方向的非对称粗糙结构。通过定量分析热羽流排放的动力学和LSCR在非对称结构上的取向，我们为这些发现提供了物理解释。目前的工作具有重要的意义，被动和主动流动控制工程，生物流体动力学，地球物理流。
2017-12-26 physics.flu-dyn
Experimental investigation of heat transport in inhomogeneous bubbly flow
本文研究了非均匀泡状流中的热输运问题。实验在矩形鼓泡塔中进行，该鼓泡塔从一侧壁加热并从另一侧壁冷却，通过注射部分的一半（靠近热壁或靠近冷壁）引入毫米级气泡。我们在改变两个参数的情况下计算了全局热输运：气体体积分数$α= 0.4\% - 5.1 \%$和瑞利数$Ra_H=4\times10^9-2.2\times10^{10}$。如通过成像捕获并使用激光多普勒风速仪（LDA）表征的，随着气体流速的增加，出现不同的流动状态。在所产生的非均匀泡状流中，有三个主要的混合贡献：（\textit{i}）由浮力驱动的再循环的传输，（\textit{ii}）气泡诱导的湍流（BIT）和（\textit{iii}）剪切诱导的湍流（SIT）。这些贡献的强度和它们的相互作用取决于气体的体积分数，这是反映在测得的热传输增强。我们将我们的结果与Gvozdi{\emph{et al.}（2018）的均匀泡状流中的热传输结果进行了比较。我们发现，对于较低的气体体积分数（$α<4\%$），不均匀的气泡注射的结果在更好的热传输由于诱导的大规模循环。相反，对于$α>4\%$，当SIT的贡献变得更强，但所有三种贡献之间的竞争也变得更强时，均匀注入更有效。
2018-11-28 physics.flu-dyn
Laminar natural double diffusive convection in a square cavity containing a square hot obstacle and filled with various types of Nanofluids: Benchmark
本文在层流双扩散自然对流的框架内给出了一组数值研究结果。我们已经研究了水基不可压缩纳米流体循环的热物理comportment，由于浮力，在二维封闭的矩形空腔内的两个可比较的情况下，考虑或不考虑中心等温块。这项调查的结果主要建立在对控制流量的最具分析性变量的参数研究之上。浮力比范围为-5 ~100，瑞利数范围为103 ~ 106，路易斯数范围为0 ~ 200。四种类型的纳米颗粒被认为是：铜，氧化铝，碳纳米管和二氧化钛的浓度范围从0到0.1。流动的特点是由等温线，等浓度线和流线，并讨论了结果的努塞尔和舍伍德平均数，流线最大平均值和动能作为上述各种控制参数的函数。
2021-09-11 physics.flu-dyn
Fourier series based modeling of the dynamics of inclined closed loop buoyancy driven heat exchangers with conjugate effect
本文用傅里叶级数建立含壁面导热的倾斜闭环浮力驱动换热器一维模型，经三维CFD验证，揭示壁面导热与倾斜对瞬态行为及流动反转的显著影响。
2020-07-08 physics.flu-dyn
Parametric Dynamic Mode Decomposition with multi-linear interpolation for prediction of thermal fields of Al2O3-water nanofluid flows at unseen parameters
Amrita School of Artificial Intelligence（阿米 Rita 人工智能学院）；Amrita Vishwa Vidyapeetham（阿米大学）
本研究提出结合DMD与多线性插值的数据驱动模型，可高精度预测未见参数下二维矩形通道内Al2O3-水层流纳米流体的热场，误差远低于传统CFD求解器。
2025-03-24 cs.LG physics.flu-dyn
Role of varying Reynolds number for flow past a rotating cylinder at high rotation rate
本研究通过改变雷诺数对高旋转率旋转圆柱绕流进行分岔分析，发现临界雷诺数5650后Magnus-Robins效应显著变化，并利用高保真模拟数据训练人工神经网络，将仿真时间减少99.9%且准确率达90-99%。
2025-11-04 physics.flu-dyn
