Surface instabilities in laminar compressible boundary layers with sublimation
本文通过分析可压缩层流边界层的稳定性，揭示了表面图案形成机制，并发现临界波数与实验观测一致。
2025-11-25 physics.flu-dyn
A resolvent-based perspective on the generation of Mach wave radiation from compressible boundary layers
研究通过预解分析识别可压缩边界层中放大亚音速和超音速模式的强迫机制，发现超音速模式主要由直接路径强迫，间接路径在缓冲层强迫的马赫波中显著。
2024-12-04 physics.flu-dyn
Wing sweep effects on laminar separated flows
本文采用直接数值模拟和预解式分析的方法，揭示了后掠对NACA 0015机翼大迎角尾迹动力学的影响。对于展向周期性机翼，在基于弦的雷诺数为$400$和马赫数为$0.1$时，考虑了从$0^\circ$到$45^\circ$的后掠角和从$16^\circ$到$30^\circ$的攻角下，后掠角对尾流动力学的影响。机翼后掠角影响尾流动力学，特别是在稳定性和展向波动方面，并影响三维尾流的发展。我们观察到机翼后掠角衰减展向波动。即使后掠角影响尾流，当在垂直于壁面和垂直于翼展的独立流动分量中检查时，对于小迎角，力和压力系数也会崩溃。在大后掠角和冲角下的一些小偏差归因于通过力元分析揭示的施加二次气动力载荷的涡流尾流结构。此外，我们进行整体预解式分析，以揭示高干扰放大的斜模式。预解式分析还揭示了在大攻角下与三维尾流出现相关的剪切主导区域中存在造波器。对于在高后掠角的流动，响应模式的最佳对流速度被证明是快于最佳造波机的速度表明扰动的衰减机制。目前的研究结果作为一个基本的垫脚石，以了解分离流在较高的雷诺数。
2022-06-09 physics.flu-dyn
Benchmarking the face-centred finite volume method for compressible laminar flows
本研究评估面心有限体积（FCFV）方法在不同流态可压缩层流中的鲁棒性和准确性，发现该方法在扭曲网格上对粘性应力张量和热通量提供一阶精度近似，在无粘和粘性流动及不可压缩极限下表现优异，且对高马赫数流动预测误差低于5%。
2022-12-11 cs.CE cs.NA math.NA
Understanding the instability-wave selectivity of hypersonic compression ramp laminar flow
本研究结合多种稳定性分析方法，揭示了高超声速压缩拐角层流分离泡对不同频率、维度不稳定波的选择性放大与冻结机制，为高超声速分离流不稳定性早期演化研究提供了理论依据。
2025-03-24 physics.flu-dyn
Projection method for mean resolvent analysis of periodic flows
ONERA, DAAA, Institut Polytechnique de Paris（法国航空航天研究院，空气动力学与推进学院，巴黎理工学院）
本文提出两种周期流动平均预解分析方法，其中投影方法无需计算吸引子附近的伴随动力学，在近不可压缩轴对称层流射流测试中，不同非定常工况下收敛所需子空间维数不同，且一维子空间即可识别主导受纳峰。
2026-07-30 physics.flu-dyn
Resolvent analysis on the origin of two-dimensional transonic buffet
本文对翼型跨音速抖振的起源进行了预解分析。预解式分析的基本流是在弦基雷诺数为2000和自由流马赫数为0.85时NACA 0012翼型上的时间平均流。我们揭示了抖振的机制是埋在全球低雷诺数流动物理。在此低雷诺数下，主要的流动特征是冯卡门脱落。然而，我们表明，与适当的强迫输入，抖振可以出现，甚至在雷诺数是远远低于传统的跨音速抖振。抖振的来源被确定为在激波脚从窗口预解式分析，这是验证了同伴模拟使用持续强迫输入的基础上预解式模式。我们还评论的扰动在后缘附近的作用。本研究不仅提供了对抖振起源的见解，而且还为低雷诺数可压缩空气动力学提供了一个构建模块，因为人们对火星飞行的兴趣越来越大。
2021-03-24 physics.flu-dyn
Turbulence via intermolecular potential: A weakly compressible model of gas flow at low Mach number
在我们最近的工作中，我们提出了一个通过分子间势的平均场效应的惯性气流湍流理论。我们发现，在惯性流中，湍流确实是从层流初始条件自发发展起来的，正如在自然界和实验中所观察到的那样。然而，我们也发现，在我们的惯性流模型的密度和温度的行为不切实际。当前工作的目标是证明在低马赫数下模拟可压缩湍流的技术可能性，在低马赫数下，密度和温度都以更真实的方式表现。在这里，我们专注于一个新的治疗的压力变量，这构成了可压缩，不可压缩和惯性流之间的妥协。与不可压缩流类似，所提出的压力变量方程是人工的，而不是直接从动力学公式推导出来的。然而，与不可压缩流不同的是，我们的压力方程只阻尼速度的发散，而不是直接将其设置为零。我们发现，湍流的发展在我们的弱可压缩模型很像它在惯性流模型，但密度和温度的行为更现实。
2022-09-26 physics.flu-dyn
Receptivity of swept-aerofoil flows to small amplitude wall roughness using resolvent analysis based on wall displacement
本文提出基于壁面位移的解析算子方法，用于研究ONERA-D后掠翼型层流边界层对小振幅壁面粗糙度的感受性，可直接识别最敏感粗糙度的位置与结构，并能准确计算任意小振幅粗糙度引起的流动响应。
2023-08-08 physics.flu-dyn
Coherent structures in Dissipative Particle Dynamics simulations of the transition to turbulence in compressible shear flows
本文采用耗散粒子动力学（DPD）方法模拟了可压缩流场向湍流转捩附近的相干结构。我们发现的结构是非常一致的不可压缩流的实验观察和DNS模拟，尽管在马赫数的几个数量级的差异。当流体变得更可压缩时，来自层流的分叉被抑制并向更高的雷诺数移动。这项工作强调了相干结构在过渡到湍流的鲁棒性，并说明了基于粒子的方法再现复杂的非线性不稳定性的能力。
2008-07-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Acoustic resolvent analysis of turbulent jets
本文提出声学 resolvent 分析方法，将响应模式优化域限定在声场以突出声学高效模态，并证明其能更好对齐声学 SPOD 模式、识别射流噪声主导机制，但仅靠其 SVD 不足以建立低秩噪声模型。
2024-05-01 physics.flu-dyn
High-order gas-kinetic scheme in general curvilinear coordinate for iLES of compressible wall-bounded turbulent flows
本文发展了一种用于可压缩湍流数值模拟的一般曲线坐标系下的高阶气体动力学格式（HGKS-cur）。基于坐标变换，将Bhatnagar-Gross-Krook（BGK）方程从物理空间变换到计算空间。为了处理由离散点给出的一般网格，需要通过逐维拉格朗日插值构造几何度量。在计算域中采用多维加权基本无振荡（WENO）重建，重建变量为单元平均雅可比矩阵和雅可比加权保守变量，以保证空间精度。两阶段的四阶方法，这是发展的时空耦合流动求解器，用于时间离散。无粘和层流的数值算例验证了HGKS-cur的精度和几何守恒定律。作为HGKS-cur的直接应用，本文将其应用于可压缩壁面湍流的隐式大涡模拟（iLES），包括可压缩槽道湍流和可压缩周期性起伏湍流。HGKS-cur的iLES计算结果与文献中的谱方法和高阶有限体积方法的计算结果吻合较好。HGKS-cur的性能表明其作为可压缩壁面湍流和大规模分离流数值模拟的有力工具的能力。
2021-07-19 physics.flu-dyn
An Invitation to Resolvent Analysis
本文介绍了预解分析这一揭示流动线性放大机制的强大工具，详细阐述了基于可压缩Navier-Stokes方程构建预解算子、进行特征值与奇异值分解的方法，旨在帮助研究人员快速掌握其代码开发与实际应用。
2024-04-25 physics.flu-dyn
Oblique transition in hypersonic double-wedge flow
我们利用预解式和弱非线性分析与直接数值模拟（DNS）相结合，以确定机制的倾斜过渡马赫5高超音速流绝热细长双楔。即使层流分离流是全局稳定的，预解式分析表明，显着放大的非定常外部扰动的线性化流动方程。这些扰动被引入分离区的上游，并导致下游出现斜波。我们证明了斜波的大放大是由于分离剪切层中层流底流的流线曲率引起的波动剪切应力的增长。这与附着的边界层相反，在附着的边界层中不存在这种机制。我们还使用了弱非线性分析表明，预解算子与线性化周围的层流基流支配的稳定再附着条纹的演变所产生的非定常斜波的二次相互作用。这些二次相互作用在再附着剪切层中产生涡激，导致回流区中条纹的形成及其随后的放大、分解和向下游湍流的过渡。我们的能量收支分析表明，减速的基流附近的再附着是主要负责稳定条纹的放大。最后，我们采用DNS检查过渡到湍流的后期阶段，并展示了一个弱非线性输入输出框架的预测能力，揭示了触发机制的倾斜过渡分离的高速边界层流。
2022-05-27 math.AP math.DS math.OC
Acoustic response of turbulent cavity flow using resolvent analysis
空腔流的流体动力学和声学分量的分解有助于理解在应用中产生各种不利影响的流-声相互作用。本文应用预解式分析与Doak动量势理论相结合的方法，研究了Re= 10，000时可压缩流绕流空腔的输入输出流声特性。该方法可以从输入输出框架中分解出流体动力学和声学分量。我们进一步本地化的强迫在前缘和前壁的腔和过滤器的速度，密度和温度强迫的单一组件。对于M=0.6的亚音速流动，空腔尾缘出现较强的低频声学分量。而随着频率的增加，强声学结构向上游移动并与流体动力分量重叠。在M=1.4的超音速流动条件下也观察到这种趋势。在不同的强迫形式中，流向速度强迫获得的能量放大最大。然而，通过将施力位置从前缘移动到空腔的前壁，其显著减小。这项工作提供了一种替代方法来检查输入输出流声特性的共振是占主导地位的，并提供指导的流量控制策略的发展。
2021-02-14 physics.flu-dyn
Linear Stability Analysis of Compressible Channel Flow with Porous Walls
我们已经调查了渗透墙的影响，线性声阻抗与零电抗，可压缩通道流动通过线性稳定性分析（LSA）。基流剖面取自体积雷诺数$Re_b$ = 6900和马赫数$M_b$ = 0.2、0.5、0.85时的不可渗透等温壁层流和湍流通道流模拟。对于一个足够高的渗透率值，两个主要模式是不稳定的：一个整体压力模式，导致对称的驱逐和吸入的质量从多孔壁（模式0）;驻波状模式，与压力节点的中心线（模式I）。在湍流平均流剖面的情况下，这两种模式都会产生额外的雷诺剪应力，增强（基本）湍流剪应力，但集中在粘性子层区域;对于壁渗透率值，复相速度空间中两种模式的轨迹密切相关跨越两个数量级，表明它们共存。从亚临界到超临界渗透率的过渡并不改变两种模式的波数范围内的结构调查，这表明壁渗透率只是加重预先存在的，否则稳定的模式。本研究的结果将为通过壁面阻抗设计新的可压缩湍流边界层控制策略提供依据。
2015-12-27 physics.flu-dyn
Resolvent analysis to inform viscoelastic coatings for turbulent drag reduction
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
该研究通过预解算子分析，发现不可压缩流动中黏弹性涂层减阻受流动诱导结构不稳定性限制，而超声速流动的高密度比提供了稳定窗口，为柔性壁减阻应用提供了理论依据。
2026-08-28 physics.flu-dyn
An efficient implementation of the bidirectional buffer: towards laminar and turbulent open-boundary flows
本研究针对基于粒子的流体模拟中强回流、多开边界流动的处理难题，对SPHinXsys的缓冲开边界条件提出三项改进，在层流和湍流算例中验证了其有效性与性能优势。
2025-10-29 physics.flu-dyn
Resolvent-based estimation of a turbulent wake
本文提出基于预解式的因果估计框架，利用大涡模拟互谱密度与 Wiener-Hopf 核，从有限壁面剪切应力测量中准确估计 NACA0012 湍流尾迹速度。
2025-07-24 physics.flu-dyn
Triglobal resolvent-analysis-based control of separated flows around low-aspect-ratio wings
本文利用三全局 resolvent 分析的最优谐波强迫模态，通过根部脱落频率激励和翼尖高频扰动，主动控制低展弦比机翼的三维分离尾流，以减小分离泡、衰减翼尖涡并提升气动性能。
2024-06-18 physics.flu-dyn
Minimal subspace rotation on the Stiefel manifold for stabilization and enhancement of projection-based reduced order models for the compressible Navier-Stokes equations
为了使基于投影的流体流动降阶模型（ROM）稳定和准确，必须考虑截断子空间的动态特性。本文提出了一种用于稳定和增强基于投影的流体ROM的方法，其中通过投影子空间的最小旋转来先验地考虑截断模式。注意力集中在完整的非线性可压缩纳维-斯托克斯方程在特定的体积形式作为一个更一般的制定与通用的非线性问题的一步。与传统方法不同，不需要经验湍流建模项，并且保持ROM与从中导出ROM的全阶模型之间的一致性。在数学上，该方法被制定为一个跟踪最小化问题的Stiefel流形。再生以及预测能力的方法进行了评估，对几个可压缩流问题，包括涉及层流的翼型与高攻角的问题，和通道驱动的空腔流问题。
2015-09-24 physics.comp-ph 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
Biglobal instabilities of compressible open-cavity flows
采用直接数值模拟和大尺度稳定性分析方法，研究了展向周期性可压缩开口空腔流动的稳定性特性，其中矩形空腔的长宽比分别为$L/D=2$和6。本研究探讨了在亚音速和跨音速条件下，可压缩性起着重要作用的层流状态下，稳定/不稳定稳态的不稳定性行为。据观察，马赫数的增加使亚音速区的流动不稳定，而使跨音速区的流动稳定。对二维定常状态下给定展向波长的二维和三维本征模进行了Biglessness稳定性分析。二维本征模的性质与二维非线性模拟中观察到的一致。在三维本征模态的分析中，发现马赫数的增加使主导的三维本征模态稳定。对于具有$L/D=2$的短腔，3D本征模主要源于离心不稳定性。对于含有$L/D=6$的长腔，出现了其他类型的本征模，其结构从腔的后区延伸到腔的中区。在$M_\infty=0.6$执行选定数量的3D DNS。对于$L/D=2$，三维非线性流中存在的三维结构的性质与从线性稳定性分析获得的性质密切对应。然而，对于$L/D=6$，由于在腔的长度上发展的强非线性，在3D DNS中不能清楚地观察到3D本征模式。此外，还指出流动的三维性有助于减轻长空腔的剧烈振荡。本文的分析可以提供有价值的见解，设计有效的流动控制策略，以抑制不希望的气动和压力波动的可压缩开腔流。
2017-06-01 physics.flu-dyn
Investigation on the Compressibility Characteristics of Low Mach Number Laminar Flow in Rotating Channel
本文采用基于 simple 算法的有限体积法求解旋转通道内低速可压缩层流，揭示离心压缩与截面密度变化对主流、壁面剪切和二次流的影响。
2023-09-26 physics.flu-dyn
BROADCAST: A high-order compressible CFD toolbox for stability and sensitivity using Algorithmic Differentiation
任何复杂动力系统的演化都是由其状态导数算子描述的。然而，精确的N阶状态导数算子的提取往往是不准确的，需要近似。开源CFD代码BROADCAST对可压缩纳维-斯托克斯方程进行离散，然后通过微分法（AD）提取线性化的N导数算子，为层流动态分析提供了工具箱。此外，通过伴随导数的梯度通过线性化算子的转置或通过AD工具的后向模式来提取。该软件包括基流计算和线性全局稳定性分析，通过特征分解的线性算子或通过奇异值分解的预解算子。灵敏度工具以及弱非线性分析完成了该软件包。空间离散的方程的数值方法包括一个有限差分高阶激波捕获计划内的有限体积框架内的二维曲线结构网格。稳定性和灵敏度工具在两种情况下进行了演示：低马赫数圆柱流和高超声速边界层。
2022-06-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A hybrid pressure formulation of the face-centred finite volume method for viscous laminar incompressible flows
本研究提出一种用于不可压缩粘性层流的混合压力面心有限体积求解器，基于可杂交间断伽辽金范式推导低阶面离散格式，通过面压力混合变量弱施加不可压缩约束，实现应力等变量一阶收敛，对流显著时精度优于传统FCFV方法且可在粗网格上获准确结果。
2025-04-01 cs.CE cs.NA math.NA
Front speed in reactive compressible stirred media
研究了一类非线性对流-扩散-反应方程中的无源标量场。目的是了解压缩性如何影响前缘动力学和整体燃烧速率。我们研究了两类流动：周期性剪切流和细胞流的情况下，快速平流制度，分析系统在不同的程度的压缩性和反应速率。我们发现剪切流中的整体燃烧率随压缩性强度的增加而增加。此外，反应越快，相对于层流情况的差异就越重要。这种影响已经被定量地测量过了，结果表明一般来说是很小的。对于胞状流，研究了两种极端情况，即整个扰动要么位于涡的中心，要么位于涡的外围。在这种情况下的依赖性不显示单调缩放与不同的行为在两种情况下。增强保持适度，始终小于20%
2013-04-22 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Sparsity-promoting methods for isolating dominant linear amplification mechanisms in wall-bounded flows
本研究提出一种基于稀疏性促进的方法，通过求解平衡原始算子放大特性与模型稀疏性的优化问题，识别并分离壁面约束流动中的主导线性能量放大机制，在不可压缩和可压缩流中验证了其与已知机制的一致性，为相关问题提供了研究框架。
2025-04-16 physics.flu-dyn
Leading-edge noise reduction by perforated and porous inserts: a compressible finite-chord prediction without fitted constants
University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）
本研究提出无需拟合常数的可压缩有限弦方法，预测穿孔和多孔前缘的降噪效果，通过瑞利电导及修正计算导纳，实验验证误差低至2.5分贝，并揭示穿孔几何主要通过低频导纳组起作用。
2026-09-30 physics.flu-dyn
From bypass transition to flow control and data-driven turbulence modeling: An input-output viewpoint
瞬态增长和预解式分析通常用于评估流体流动的非渐近性质。特别是，预解式分析可以被解释为一个特殊的情况下，查看作为一个开放的系统，其中自由流湍流，表面粗糙度，和其他不规则性提供的输入强迫源的流动动力学。我们提供了一个全面的工具，可用于探测在这种随机或确定性的输入强迫的存在下，层流或湍流基流周围的波动动力学的总结，并描述了如何输入输出技术增强预解式分析。具体而言，物理的见解，可能仍然隐藏在预解式分析获得的详细检查空间局部体力和选定的状态变量的线性组合之间的输入输出响应。这种差异化的功能发挥了关键作用，在量化的重要性，不同的机制，旁路过渡壁有界剪切流，并在解释如何湍流射流产生噪音。我们强调了一个随机框架的实用性，白色或彩色输入，在解决各种开放的挑战，包括在复杂的流体，流量控制和物理感知的数据驱动的湍流建模过渡。时间或空间周期性的基流的应用进行了讨论，并概述了未来的研究方向。
2020-03-23 cs.SY eess.SY math.DS
A space-time LATIN-PGD strategy for solving Newtonian compressible flows
Université Paris-Saclay, CentraleSupélec, ENS Paris-Saclay, CNRS, LMPS - Laboratoire de Mécanique Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学，中央理工-苏佩莱克学院，巴黎萨克雷高等师范学院，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷力学实验室）；Leibniz University Hanover, Institute of Continuum Mechanics（汉诺威莱布尼茨大学，连续介质力学研究所）
本文提出了一种用于求解牛顿可压缩流的时空LATIN-PGD策略，通过压力-速度解耦算法和PGD分解方法，实现了对复杂流体问题的高效模拟。
2026-02-02 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A non-oscillatory face-centred finite volume method for compressible flows
这项工作提出了面心有限体积（FCFV）的可压缩流动的模拟范例。FCFV方法在人脸重心处定义未知数，并使用杂交过程来消除单元内的所有自由度。此外，黎曼解算器的数值通量的表达式内隐含定义。由此产生的方法提供了一阶精确的近似保守量，即密度，动量和能量，以及粘性应力张量和热通量，而不需要任何梯度重建程序。因此，FCFV求解器在存在扭曲和高度拉伸的单元时保持近似的准确性，从而提供对网格质量不敏感的求解器。此外，FCFV是能够构建尖锐的不连续性，而不诉诸激波捕捉或限制技术的非振荡近似。对于低马赫数的流动，该方法是鲁棒的，并且能够在不需要引入特定的压力校正策略的情况下计算不可压缩极限中的精确解。一组二维和三维基准的外部流来验证的方法在不同的流态，从无粘到粘性层流，从跨音速到亚音速不可压缩流，展示其潜力，处理可压缩流在现实的情况下。
2022-01-06 cs.CE cs.NA math.NA
A Massively Parallel Hybridizable Discontinuous Galerkin Solver for Direct Numerical Simulation of Compressible Flows on GPUs
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出面向GPU的大规模并行HDG求解器，结合高阶离散化、DIRK时间积分等技术，在三类可压缩流基准问题上验证其可解析多种流态的能力，实现高效DNS计算。
2026-08-31 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
From oblique-wave forcing to streak reinforcement: A perturbation-based frequency-response framework
University of Southern California（南加州大学）；University of Minnesota（明尼苏达大学）
本文提出一种基于扰动的频域响应框架，分析亚临界过渡中湍流放大机制，揭示斜波强迫通过升力机制生成涡旋，并探讨非模放大、涡旋生成与模不稳定性之间的统一描述。
2026-05-01 math.AP math.DS math.OC
Numerical Investigation of Diffusion Flame in Transonic Flow with Large Pressure Gradient
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
研究脉动流中扩散火焰的湍流输运特性，探讨化学反应对湍流粘性的影响，验证了涡轮-燃烧概念的可行性。
2023-10-02 physics.flu-dyn
Discontinuous Galerkin Methods for Hypersonic Flows
本文综述了用于高超声速流的间断伽辽金方法，涵盖求解器、激波捕捉、自适应及GPU上的高雷诺数直接数值模拟，展示了其无需湍流模型即可精确解析过渡流的能力。
2023-12-29 physics.flu-dyn
Mesh-Free Hydrodynamic Stability
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本研究提出基于PHS+poly的无网格RBF-FD方法，构造线性化Navier-Stokes算子，通过稳定性分析确定最优参数，经多类算例验证与文献结果吻合，为流动模态与非模态增长提供新见解。
2023-08-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Laminar and turbulent dynamos in chiral magnetohydrodynamics-I: Theory
具有相对论性粒子的等离子体的磁流体动力学（MHD）描述必然包括额外的新领域，与轴向电荷相关联的手性化学势（即，右手和左手相对论费米子之间的数量差异）。该手性化学势对等离子体的电流密度（\emph{chiral magnetic effect}）产生贡献。我们提出了一个自洽处理的\emph{chiral MHD equations}，其中包括反反应的磁场上的手征化学势和它的相互作用与等离子体速度场。一些新的现象被展出。首先，我们表明，手征磁效应的不可压缩流的Alfvén波的频率降低，可压缩流的Alfvén波和快磁声波的频率增加，并降低慢磁声波的频率。其次，我们表明，除了众所周知的层流手征发电机效应，这是不相关的流体运动，有一个发电机所造成的共同作用的速度剪切和手征磁效应。在湍流的平均动力学螺旋度消失的存在下，推导的平均场手征MHD方程描述了由手征α效应引起的湍流大尺度发电机，这对于大的流体和磁雷诺数是占主导地位的。手征α效应是由于手征磁效应和由缠结磁波动（其由剪切速度波动引起的大尺度磁场的缠结产生）产生的小尺度电流的波动的相互作用。这些发电机效应可能对早期宇宙、中子星和夸克-胶子等离子体的动力学产生有趣的影响。
2017-09-21 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
The Interaction of High-Speed Turbulence with Flames: Global Properties and Internal Flame Structure
我们研究了湍流火焰的动力学和性质，在亚音速，高速，均匀，各向同性Kolmogorov型湍流的存在下形成的无约束系统。直接数值模拟进行雅典娜RFX，大规模并行，完全可压缩，高阶，尺寸不分裂，反应流代码。简化的反应扩散模型代表化学计量的H2-空气混合物。被建模的系统表示湍流燃烧，达姆科勒数Da = 0.05，并且在能量注入尺度下的湍流速度比层流火焰速度大30倍。模拟结果表明，火焰与高速湍流的相互作用形成了稳定传播的湍流火焰，火焰刷宽度约为能量注入规模的两倍，速度为层流火焰速度的四倍。本文描述了一种重建火焰内部结构的方法，并用来表明湍流火焰由紧密折叠的火焰团组成。这些的反应区结构实际上与平面层流火焰的反应区结构相同，而预热区被加宽了大约两倍。因此，该系统的演变代表湍流燃烧在薄反应区制度。湍流级联未能穿透内部火焰结构，因此小尺度湍流的作用在大部分火焰中被抑制。最后，我们的研究结果表明，化学计量的H2-空气混合物，任何实质性的火焰加宽的湍流的行动，不能预期在所有亚音速制度。
2011-06-19 astro-ph.HE physics.flu-dyn
UniFoil: A Universal Dataset of Airfoils in Transitional and Turbulent Regimes for Subsonic and Transonic Flows
本研究提出大型公开翼型数据集UniFoil，基于RANS模拟覆盖多流动状态与广泛工况，弥补现有数据集缺失转捩与激波物理的不足，可支撑流体动力学及科学机器学习研究，且免费开放。
2025-10-28 physics.data-an physics.flu-dyn
Receptivity and instability of the hypersonic flow over moderately blunt cones
ENSMA；CEA
研究超高速流过钝体时，通过解析分析发现熵层对接收性结构有显著影响，最优条纹模式和熵层模式在不同条件下表现出不同的放大机制和温度混合机制。
2026-01-05 physics.flu-dyn
Finite-rate chemistry effects in turbulent hypersonic boundary layers: a direct numerical simulation study
采用直接数值模拟方法研究了高焓效应对高超声速湍流边界层的影响。本文用五组分化学反应模型模拟了自由流马赫数马赫数等于10的准绝热平板空气流，直至充分发展的湍流条件。基于冻结化学假设的同伴DNS也进行了，为了隔离有限速率化学反应的影响，并评估其对湍流量的影响。为了减少与计算域入口处湍流生成相关的不确定性，两种模拟均在层流区域启动，并使流动发展到完全湍流状态。通过局部抽吸和吹扫的模态强迫用于触发层流到湍流的转变。在包括粘性和缓冲子层的近壁区域中达到的高温激活氧和氮的显著解离。这又改变了反应混合物的热力学和传输性质，影响热力学量的一阶统计。由于化学反应在向前方向上的吸热性质，反应层中的温度和密度波动小于冷冻化学品流中的温度和密度波动。然而，一阶和二阶统计的速度场被发现是受化学反应的影响很小的缩放，占修改后的流体性质。我们还观察到，强雷诺类比（SRA）仍然很受尊重，尽管严重的高超音速条件下，计算的表面摩擦系数分布匹配以及扩展到可压缩流的Renard-Deck分解的结果。
2021-03-30 physics.flu-dyn
Parallel Nodal Interior-Penalty Discontinuous Galerkin Methods for the Subsonic Compressible Navier-Stokes Equations: Applications to Vortical Flows and VIV Problems
提出用于亚音速可压缩Navier-Stokes系统的并行节点内罚间断Galerkin求解器，实现p≥4阶精度，结合两种数值通量与低存储显式Runge-Kutta时间积分，成功模拟VIV等FSI问题并验证收敛性与准确性。
2025-08-25 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Structured Input-Output Modeling and Robust Stability Analysis of Compressible Flows
本文将结构化输入输出分析扩展至可压缩流，通过重构Navier-Stokes方程建立二次型动力学模型，利用伪线性模型和结构化奇异值框架计算输入输出增益，有效识别了可压缩Couette流的不稳定性机制及其热力学特征。
2025-03-05 cs.SY eess.SY math-ph
Biglobal linear stability analysis of a ducted 2D premixed flame: intrinsic thermoacoustic mode and role of exceptional point
本文通过双全局线性稳定性分析研究了管道内二维预混火焰的本征热声模态及其与管道声学模态在例外点附近的相互作用，发现不同参数变化路径会导致模态起源识别不一致，并提出基于亥姆霍兹分解的流场结构表征方法以区分不同模态。
2024-09-25 physics.flu-dyn
Reattachment streaks in hypersonic compression ramp flow: an input-output analysis
我们采用全局输入输出分析来量化可压缩边界层流中外源扰动的放大。利用时间周期输入的主导响应的空间结构，我们解释了压缩斜坡上高超音速流中稳定再附着条纹的起源。我们对层流激波/边界层相互作用的分析表明，条纹是由上游具有特定展向波长的反向旋转涡扰动的优先放大引起的。这些条纹与流动再附着附近的壁面处的热通量条纹相关联，并且它们可以触发向湍流的转变。我们的分析预测的条纹波长与两个不同的高超声速压缩斜坡实验的观测结果相比毫不逊色。此外，我们的分析表明，无粘输运方程的基流减速有助于放大流向速度和斜压效应是负责生产流向涡。最后，温度条纹附近的再附着的外观触发的流向速度和流向涡扰动的增长，以及由上游温度扰动的再附着激波的放大。
2019-08-23 physics.flu-dyn
Accelerating high order discontinuous Galerkin solvers using neural networks: 3D compressible Navier-Stokes equations
提出使用神经网络训练校正强迫项来加速低阶间断伽辽金求解器，在三维Navier-Stokes方程中验证了该方法能有效提升多雷诺数下的模拟精度，且比同等精度的高阶模拟快4-5倍。
2022-07-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Large-scale streak instabilities of transitional channel flow
研究了过渡通道流中大尺度 streak 不稳定现象，通过线性稳定性分析揭示了湍流与层流转换过程中的关键机制。
2025-11-10 physics.flu-dyn
Wave-Particle Based Multiscale Modeling and Simulation of Non-equilibrium Turbulent Flows
本文提出一种基于波粒分解的多尺度方法，通过耦合动能、热能与湍流能量演化及粒子非平衡输运，统一模拟层流与湍流，可直接获取雷诺应力，优于传统RANS和LES方法。
2025-03-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Saturation of a turbulent mixing layer over a cavity: response to harmonic forcing around mean flows
腔体上的湍流混合层可以与声波耦合并导致不期望的振荡。为了理解这一现象的非线性方面，一个湍流混合层超过一个深腔在雷诺数为150 000被认为是和它的响应的谐波强迫分析与大涡模拟（LES）和线性纳维-斯托克斯方程（LNSE）。作为一个模型的传入声扰动，空间均匀的时间谐波强迫施加在腔端，振幅在很宽的范围内的体积速度的0.045-8.9%。可压缩LES提供剪切层的参考非线性响应，以及相关的平均流。线性响应计算与不可压缩的LNSE周围的LES平均流量，他们预测放大（测量与动能和代理涡声生产）和捕获的非线性饱和观察到的强迫振幅增加和混合层增厚。也许令人惊讶的是，基于单色（单频）假设的LNSE计算产生了良好的一致性，即使高次谐波和它们的非线性相互作用（雷诺应力）是不可忽略的。然而，领先的雷诺应力不迫使混合层有效地，所示的最佳体积强迫在预解式分析中获得的比较。因此，它们不能充分受益于流动中可获得的扩增潜力。最后，用伴随方法计算了腔端最优谐波激励的灵敏度。对平均流修正和局部反馈（结构灵敏度）的灵敏度都将上游空腔拐角确定为小振幅修正具有最强影响的区域。这可以以系统的方式指导用于控制扩增和饱和机制的策略的设计。
2017-11-01 physics.flu-dyn
