Interactions between the near-wall turbulent structures and heavy particles in compressible turbulent boundary layers
本文通过马赫数6载重粒子可压缩湍流边界层的直接数值模拟，揭示粒子质量载荷削弱近壁胀压运动但表面摩擦变化仍主要由无散雷诺剪切应力控制。
2024-10-18 physics.flu-dyn
Inverse transfer of magnetic helicity in direct numerical simulations of compressible isothermal turbulence: scaling laws
在等温理想磁流体力学（MHD）框架下，通过直接数值模拟大尺度机械驱动的湍流，研究了磁螺旋度的逆传递。机械力要么是纯螺线管的，要么是纯压缩的，所考虑的紊流稳态具有均方根（RMS）马赫数0.1 $\lesssim$ M $\lesssim$ 11。一个连续的小规模电动势强迫注入磁螺旋波动，这导致越来越大的磁结构的建立。谱标度指数的观察，对于低马赫数，是一致的不可压缩的情况下与以前的研究。更高的压缩性导致更平坦的磁螺旋度标度指数。与压缩驱动紊流相比，即使在高马赫数下，螺线管驱动紊流与不可压缩情况的偏差也比较小，在压缩驱动紊流中，在相对较低的RMS马赫数M $\gtrsim$ 3下已经可以看到很大的偏差。因此，可压缩效应可以在磁螺旋度的逆传递中发挥重要作用，特别是当湍流驱动器相当压缩时。然而，在不可压缩情况下观察到的理论结果，可以通过适当改变变量，使用阿尔文速度代替磁场，转移到超音速湍流。
2020-09-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Energy Transfer and Spectra in Simulations of Two-dimensional Compressible Turbulence
我们提出了高分辨率数值模拟结果的可压缩二维湍流被迫在中间空间尺度与螺线管白色的时间外部加速度。详细研究了具有等温状态方程、低能注入率和湍流马赫数$M\approx0.34$且无能量凝聚的情况。能谱和通量的分析表明，从不可压缩的情况下熟悉的经典的双级联图片是实质上修改的压缩性效应。虽然小尺度直接涡度拟能级联基本上保持完整，但大尺度能量通量环与直接声能级联一起形成，以补偿螺线管动能的逆传递。在小尺度下，直接涡度拟能和声学能量级联在小的马赫数下完全解耦，因此相应的谱能量斜率符合理论预测。在大尺度下，声波在涡旋上的色散使湍流速度谱软化，而与相干涡旋相关的势能的伪声分量使势能谱变陡。
2018-02-22 astro-ph.GA nlin.AO physics.comp-ph
Conservation laws of inviscid non-isentropic compressible fluid flow in n>1 spatial dimensions
最近的工作给出了可压缩流体流动的正压状态方程（其中压力仅是流体密度的函数）在$n>1$空间维中的运动学和涡度守恒律的分类，并将其推广到一般的非等熵状态方程，其中压力也是流体动力学熵（每单位质量）的函数。得到了两个主要结果。首先，我们发现，除了熟悉的质量，动量，能量，角动量和伽利略动量，和体积熵的守恒积分，额外的运动学守恒积分只出现在非等熵状态方程，由一个广义形式的著名的多方状态方程与维数相关的指数$γ=1+2/n$，使得比例系数是熵（每单位质量）的任意函数。第二，我们证明了在所有偶数维中，唯一的涡度守恒积分由循环熵（当流体流动是无旋的时，它正好消失）组成。特别是，涡度积分的螺旋度在奇数维和涡度拟能在偶数维被发现不再保守的任何非等熵状态方程。
2015-03-07 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
The contribution of dilatational motion to energy flux in homogeneous compressible turbulence
本研究推广不可压缩湍流能量通量分解方法，揭示可压缩湍流中膨胀运动影响能量传递的三类机制，经中等马赫数模拟验证其标度关系，并指出常用涡粘性假设存在的偏差。
2025-02-11 physics.flu-dyn
Dilatation-driven spurious dissipation in weakly compressible methods
本文通过分析动能方程中的膨胀项，揭示了弱可压缩方法中质量守恒误差与虚假耗散之间的内在机制，指出膨胀驱动耗散是决定精度的关键因素，为放宽人工马赫数限制提供了理论依据。
2025-05-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
General exact law of compressible isentropic magnetohydrodynamic flows: theory and spacecraft observations in the solar wind
磁流体动力学（MHD）湍流的各种形式的精确定律已被导出，无论是在不可压缩极限，或等温可压缩流动。在这里，我们提出了一个更一般的方法，使我们能够获得任何湍流等熵流（即，常数熵）。我们证明，已知的MHD精确的法律（不可压缩和等温）和新的（多变）的一个可以得到作为特定情况下的一般法律时，相应的封闭方程。我们还恢复了所有已知的流体动力学（HD）湍流（不可压缩的，等温的和多变的）从这个法律的限制${\bf B}=0$的确切法律。我们还表明，在这项工作中的两种形式（等温和多方）的MHD精确的法律利益之间的差异驻留在一些源项和明确的形式取决于内能的通量项。最后，我们将这两种形式的帕克太阳探测器（PSP）的数据在日光层内，以突出不同的封闭方程如何影响能量级联率估计。
2021-05-17 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Scaling of wall pressure and the peak of streamwise turbulence intensity in compressible wall flows
本文通过马赫数幂级数展开并结合有效雷诺数与可压缩性修正系数，建立了适用于可压缩壁面流动的壁面压力r.m.s.及流向湍流强度峰值标度律。
2025-05-14 physics.flu-dyn
Universality and scaling in compressible turbulence
湍流在自然界和工程中普遍存在，包括在大范围的空间和时间尺度上的波动。虽然在热力学变量的波动流动是更常见的，少得多的是知道这些流动比不可压缩的对应物，其中热力学是从流体动力学解耦。在后者的研究中的一个关键因素一直是普遍的标度律的概念，它提供了基本的，以及这些复杂系统的时空行为的实际信息。这种成功的部分原因是依赖于一个单一的无量纲参数，即雷诺数。另一方面，可压缩流中的普适性被证明是更难以捉摸的，因为没有发现统一的参数集来产生普适的标度律。这严重限制了我们对这些流动的理解和成功开发理论上合理的模型。使用结果在特定的渐近极限的控制方程，我们表明，普遍的缩放确实观察到当一组的控制参数扩展到包括内部产生的湍流的驱动机制，产生的结果的尺度。分析表明，为什么以前的标度律在一般情况下失败，并开辟了新的场地，以确定感兴趣的物理过程，并创建所需的模拟湍流在现实条件下的湍流模型。我们支持我们的结果与一个新的高分辨率的直接数值模拟的大规模数据库，以及文献中的所有数据。在寻找普遍的功能，我们建议类捆绑在新的参数空间中的流的演变。利用已有的数据，我们还估计了由重整化群理论和统计力学独立预言的一个极限渐近区。
2019-07-18 physics.flu-dyn
Classification of conservation laws of compressible isentropic fluid flow in n>1 spatial dimensions
对于具有正压状态方程的可压缩等熵流体流动的欧拉方程，（其中压力仅是密度的函数），$n>1$空间维中的局部守恒律完全分为两种主要的物理和分析意义的情况：（1）运动学守恒密度，除了时间和空间坐标外，仅取决于流体密度和速度;（2）涡度守恒密度，它与流体速度旋度有本质的依赖关系。在运动学的情况下的分类的一个主要结果是，唯一的状态方程被发现是通过承认额外的$n$维守恒积分，除了质量，动量，能量，角动量和伽利略动量（这是承认的所有状态方程），是著名的多方状态方程与维数依赖的指数$γ=1+2/n$。在涡的情况下，没有发现区别的状态方程出现，这里的主要结果的分类是，在所有偶数维$n\geq 2$，广义版本的开尔文的二维环流定理得到一个一般的状态方程。
2009-11-03 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Internally heated and fully compressible convection: flow morphology and scaling laws
本研究通过二维和三维笛卡尔流体动力学模拟，探究内部均匀加热驱动的完全可压缩对流，明确流速、湍流的调控方式，揭示流动分布特征并得到与不可压缩研究一致的热输运标度律，为理解天体物理对流提供支撑。
2023-10-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Physical Relaxation Terms for Compressible Two-Phase Systems
在这篇文章中，我们提出了第一个数学推导的宏观Baer-Nunziato型系统的可压缩两相流允许两个压力状态的法律取决于不同的阶段。通过这样做，我们推广了第一作者和M. Hillairet（Annales ENS 2019）涵盖了这一重要的物理情况。质量分数方程中的弛豫项是在没有封闭假设的情况下获得的，这与致力于混合物理论的理论物理文献相反，例如参见M.石井松弛因子与不同流体的粘度有关（对于应用来说可能很小），弛豫量与在介观尺度下在双流体系统的界面处选择的定律有关。
2020-12-11 math-ph math.AP math.MP
Kinetic and internal energy transfer in implicit large eddy simulations of forced compressible turbulence
我们重新审视的问题，如何通过湍流级联的能量传递可压缩流体动力学湍流。一般来说，由于动能库和内能库可以通过压力膨胀交换能量，因此不存在保守的可压缩叶栅。此外，高马赫数下的统计稳定湍流只能在接近等温的气体中维持，即，如果由冲击压缩和动能耗散产生的多余的热被连续地从系统中去除。我们模拟这个过程中的一个线性冷却项随机强迫驱动的湍流数值模拟。这使我们能够研究大范围马赫数的紊流统计。我们计算的变化率的动能和内能在波数壳引起的平流，压缩和压力膨胀效应和约束幂律拟合可压缩湍流能量谱的波数范围内的总能量转移接近于零。由此产生的标度指数显着影响的强迫。根据均方根马赫数，我们发现一个几乎恒定的平流分量的跨尺度通量的动能在中间波数的螺线管和压缩模式的强迫的特定混合物。这表明存在一种自然的、与马赫数有关的强迫模态的混合。我们的研究结果还支持在高马赫数下对流占主导地位的制度与特定的标度指数（纯速度波动$u$的Burgers标度和质量加权变量$v=ρ^{1/3}u$的Kolmogorov标度）。
2019-12-05 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.flu-dyn
Entropy Stable p-Nonconforming Discretizations with the Summation-by-Parts Property for the Compressible Euler equations
将Friedrich~ \etal（2018）的熵守恒/稳定算法推广到曲线网格上求解可压缩Euler方程。主要的重点是构建适当的耦合程序，通过曲线的双界面。提出了一种简单而灵活的方法，该方法使用从一个元素到另一个元素的插值运算符。在单元面上，解析度量用于构造耦合项，而在体积中的度量项被近似以满足几何守恒律的离散化。所得到的方案是熵保守/稳定的，元素保守的，和自由度保持。在制造的高阶网格上求解等熵Euler涡和无粘Taylor-Green涡问题时，所得数值算法的精度和稳定性与原协调格式（~p+1收敛）相当。
2019-09-27 cs.NA math-ph math.MP
Entropy Hierarchies for equations of compressible fluids and self-organized dynamics
我们开发了一种方法，获得一个层次的新的高阶熵的上下文中的局部和非局部扩散和等熵压力的可压缩模型。当密度接近真空时，允许局部粘性退化。该方法提供了一个工具，传播初始正则性的经典解提供没有真空已经形成，并作为一种替代的经典能量方法。我们获得了一系列的全球适定性的结果，在以前发现的情况下，包括$p(ρ) = c_p ρ$的国家法律。作为应用，我们证明了基于主体的Cucker-Smale系统中带压力的集体行为模型的全局适定性。
2019-08-05 math-ph math.AP math.MP
Entropy Stable p-Nonconforming Discretizations with the Summation-by-Parts Property for the Compressible Navier-Stokes Equations
将Del Rey Fernandez et al.（2019）的双曲守恒律的熵守恒、曲线、双曲、p-精化算法从可压缩Euler方程推广到可压缩Navier-斯托克斯方程。采用了一种简单而灵活的耦合方法，相邻单元之间采用平面插值算子。通过最小化过程数值近似了曲率体积度量项，并满足离散几何守恒律条件。不同的曲线表面度量用于相邻的接口，以构建接口耦合项，从而本地化的离散几何守恒律约束到每个单独的元素。所得到的方案是熵保守/稳定的，元素保守的，和自由度保持。粘性界面耗散算子的开发，保持了熵的稳定性的基础计划。在粘性激波问题、雷诺数Re= 1，600时的泰勒-格林涡问题和Re = 2，000时的亚音速湍流流过球体的情况下，所得到的数值格式的精度和稳定性与原来的协调格式（达到~p+1收敛）相当。
2019-09-27 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Scaling Laws of Turbulence and Heating of Fast SolarWind: The Role of Density Fluctuations
磁流体力学中不可压缩的各向同性湍流可以用尺度能流的精确关系来描述。最近，在太阳系探测器观测到的太阳极上方的太阳风中观测到了这种类似于雅格隆的标度律，其中湍流处于阿尔夫维尼状态。一个类似的唯象标度律，适当修改，以考虑可压缩波动，更频繁地观察到在同一数据集。大尺度的密度涨落，尽管幅度很小，但在湍流的基本标度性质中起着至关重要的作用。此外，在压缩情况下的湍流级联率可以提供考虑非绝热太阳风的局部加热所需的能量耗散。
2010-03-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
