Laminar-Turbulent Patterning in Transitional Flows
在雷诺数R（自然控制参数）的一定范围内，壁面边界流动经历了一个向湍流的过渡，其特征是层流和湍流区域共存。这种过渡状态发生在上阈值Rt和下阈值Rg之间，在上阈值Rt之上，湍流是均匀的（无特征的），在下阈值Rg之下，任何形式的湍流都可能在过长的混沌瞬态结束时衰减。最具代表性的情况下，沿平板流动过渡到/从湍流根据这种情况进行审查。共存通常是以带的形式，交替层流和湍流，并相对于总的流动方向倾斜定向。在Rg处的能带的最终衰减指出了定向渗流和临界性在物理学相变意义上的相关性。在Rt的过渡带的形式的性质仍然有些神秘，并不容易适合在层流背景下增加控制参数的图案形成不稳定性的计划。与此相反，带出现在Rt出一个均匀的湍流背景在一个减少的控制参数。一个可能的理论层流湍流图案的成分进行了讨论。
2017-06-30 nlin.PS physics.flu-dyn
Large scale flows in transitional plane Couette flow: a key ingredient of the spot growth mechanism
利用粒子图像测速技术（PIV）在一个新的实验平面Couette流中，研究了湍流斑侵入原层流的动力学行为。我们的实验证据第一次在这种几何形状的大规模流动的存在。层流和湍流区域共存时，这些流动就出现了。谱分析被用来研究这些大尺度以及与湍流相关的小尺度的动力学演化。我们表明，大规模的流量增长之前，湍流斑点的发展，我们指出他们发挥的关键作用的增长机制，也可能在出现有组织的模式。
2015-02-03 physics.flu-dyn
Laminar and transitional liquid metal duct flow near a magnetic point dipole
采用三维直接数值模拟的方法，研究了强磁偶极子场作用下液态金属管道流动中的流动转变和涡旋结构的产生。偶极子被认为是磁障碍的范例，由于洛伦兹力作用在流体元件上，磁障碍将偏离流线。管道的横截面为方形。偶极子位于顶壁上方，沿展向居中。我们的模型使用准静态近似，这是适用于小磁雷诺数的限制。该分析涵盖了在小的流体动力学雷诺数Re以及过渡的时间依赖的制度，在较高的值，可能会产生一个湍流的磁障碍物的尾流的稳定流政权。我们提出了一个系统的研究，这两个基本的流动制度和它们对Re和哈特曼数哈，磁偶极子场的强度的措施的依赖。此外，偶极子的三个方向进行了比较：流向，展向和壁法线取向的偶极子轴。在管道上方固定距离处最有效的湍流产生遵循展向方向，这是由哈特曼层的特定配置和顶板处的反向流动引起的。湍流尾流中的拟能随Ha线性增长，Ha与流向速度的壁法线z导数的优势有关。
2013-09-16 physics.flu-dyn
Aerodynamic Control of Laminar Separation on a Wall-Bounded Airfoil at Transitional Reynolds Numbers
本研究通过风洞实验发现，在过渡雷诺数下，以恒定重标度斯特劳哈尔数0.027的局部声学激励可有效控制壁面受限翼型的层流分离状态切换，并据此提出主动与被动反馈控制策略。
2025-04-21 physics.flu-dyn
Mechanical and statistical study of the laminar hole formation in transitional plane Couette flow
本文对平面Couette流转捩湍流层流空穴的形成进行了数值研究和模拟。一方面，我们考虑淬火：突然减少的雷诺数R，迫使孔的形成。雷诺数从无特征湍流减小到斜层流湍流带存在的范围[Rg;Rt]。淬火的连续阶段进行了研究，通过可视化和测量的动能和湍流分数。的行为的动能解释使用动能预算：它表明，粘性导致准模态衰减，直到升力等于它，并创建一个新的平衡。此外，预算证实，在发挥作用的物理机制是独立的方式进行淬火。另一方面，我们认为自然形成的层流孔的带，Rg附近。直接数值模拟（DNS）表明，在湍流带中的孔提供了一种机制，破碎的带制度和取向波动附近的Rg。此外，动能向低值波动的分析表明，在大偏差的框架内，可以描述的湍流的消失带。从动能的概率密度函数中提取大偏差函数。
2015-02-03 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Convective Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics of Graphene-Water Nanofluids in Transitional Flow
以过渡流为研究对象，对石墨烯-水纳米流体的对流换热和流动特性进行了实验研究。以PVP为表面活性剂，采用两步法制备了不同质量分数（0.025%、0.1%和0.2%）的石墨烯-水纳米流体。通过测量纳米流体的粘度和热导率来进行热物理表征。对流特性的实验研究从层流到湍流制度。可以看出，在过渡区中的压降急剧增加，并且随着纳米颗粒浓度的增加，层流到湍流的过渡向较低的雷诺数转变。水的相变起始于2475雷诺数，而颗粒质量分数为0.2%的纳米流体的相变起始于2315雷诺数。纳米流体和水在层流中不同雷诺数和不同轴向位置下的平均传热系数和努塞尔数的增加几乎相同，这是由于传导增强机制在层流中对传热增加的主导作用。在层流状态下，Nusselt数的增强被观察到，表明热泳和布朗运动是更有效的传热增强机制。雷诺数为3950时，观察到最大传热增强为36%。
2020-09-22 physics.app-ph physics.flu-dyn
The Footprint of Laminar Separation on a Wall-Bounded Wing Section at Transitional Reynolds Numbers
本文研究过渡雷诺数下壁面约束翼型的层流分离，通过测量展示分离线和回流区随Re及入射角的变化，与直接数值模拟结果一致，揭示翼展中部二维流动的局限性及壁面影响，为相关机翼流动研究提供参考。
2025-04-17 physics.flu-dyn
Dynamical landscape of transitional pipe flow
管道中向湍流的转变的特征在于层流和湍流状态的共存。在转变的下端，可以激发局部湍流脉冲，称为喷流。当罕见的波动驱使喷流接近位于具有层流的相空间边界处的边缘状态时，喷流可以衰减。在较高的雷诺数下，可以维持均匀湍流，并在层流中占主导地位。在这里，我们完成了局域态的景观，把它放在一个统一的分叉图片。我们证明了我们的要求在巴克利模型，并激励他们一般。具体来说，我们建议存在一个antipuff和一个间隙边缘-国家，反映了粉扑和相关的边缘状态。以前观察到的层流间隙内形成均匀的湍流，然后自然地确定为通过间隙边缘成核和衰减的防喷。
2022-04-26 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Modeling transitional plane Couette flow
本文用Galerkin方法导出了一个实际的平面Couette流模型，该模型是由几个横流模的振幅随时间和空间变化的偏微分方程组组成的。数值模拟表明，它再现了典型的这种流动的全球次临界行为。特别是，从湍流到层流衰减时的湍流瞬变统计与实验结果显示出惊人的相似性。
2008-11-22 physics.flu-dyn
Switch of tonal noise generation mechanisms in airfoil transitional flows
对NACA 0012翼型在迎角为${α= 3}$ °时产生的音调噪声进行了大涡模拟研究。自由飞行马赫数为${M_{\infty} = 0.3}$。分析了跨越${0.5 \times 10^5 \le Re \le 4 \times 10^5}$的不同雷诺数。结果表明，负责噪声产生的流型出现从不同的层流分离气泡，包括一个观察到的翼型吸力面和另一个附近的后缘，在压力侧。对于较低的雷诺数，吸力面上的间歇性涡流动力学导致相干结构或湍流包向后缘平流。这种流动动力学也影响压力侧的分离气泡，其变得间歇性。尽管不规则的层流湍流过渡的发生，噪声频谱描绘了一个主音与多个等距的副音。增加雷诺数会导致吸力侧出现永久性湍流状态，从而降低相干性水平，导致仅观察到小尺度湍流涡流。此外，吸力面的层流分离泡几乎消失，而压力面的层流分离泡变得更加明显和持久。因此，主要的噪声产生机制成为沿尾流的旋涡脱落。
2022-08-07 physics.flu-dyn
Quantification of Reynolds-averaged-Navier-Stokes model form uncertainty in transitional boundary layer and airfoil flows
众所周知，Boussinesq粘性假设会给分离、再附着和层流-湍流转捩等复杂流动特性的预测带来不确定性。本研究采用最近的基于物理的不确定性量化（UQ）方法来解决这种模型形式的不确定性在雷诺平均的Naiver-Stokes（RANS）模拟。到目前为止，几乎所有的UQ研究都集中在量化湍流情景中模型形式的不确定性。研究的重点是推进我们对UQ方法在两种不同过渡流场景下的性能的理解：平板和SD 7003翼型，以缩小这一差距。对于T3 A（平板流）流动，大部分模型形式的不确定性集中在层流-湍流过渡区。对于SD 7003翼型流动，特征值扰动揭示了分离泡长度的减少以及增加。因此，不确定性边界成功地包含了再附着点。同样，分离泡中出现的回流区也受到本征值扰动的抑制或加强。在此背景下，UQ方法被应用于过渡，并显示出很好的效果。这是第一个成功的RANS UQ研究过渡流。
2022-07-16 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
Patterns in transitional shear turbulence. Part 2: Emergence and optimal wavelength
本文研究平面 Couette 流低雷诺数转捩中的湍流—层流模式，通过数值模拟、寿命测量与小波分析量化波长选择，发现优选波长最大化界面大尺度流动的能量与耗散。
2023-06-07 nlin.PS physics.flu-dyn
Flow Statistics in the Transitional Regime of Plane Channel Flow
采用大区域直接数值模拟方法，研究了平面槽道流动的转捩区，转捩区在转捩点以上，湍流在转捩点以下不再持续。本文报道了层流湍流时空不稳定性的统计。的图案的几何形状的特征在于，首先，包括统计的角度的层流湍流条纹观察到在这个政权，与实验进行比较。高阶统计的本地和瞬时的整体速度，壁面剪应力和湍流动能，然后提供。前两个量的分布具有非平凡的形状，其特征在于大的峰度和/或偏度。有趣的是，我们观察到它们的峰度和它们的偏度平方之间有很强的线性相关性，这通常是在完全湍流状态下在高得多的雷诺数下报告的。
2020-09-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modern discontinuous Galerkin methods for the simulation of transitional and turbulent flows in biomedical engineering: A comprehensive LES study of the FDA benchmark nozzle model
这项工作使用高阶不连续Galerkin离散技术作为一种通用的，无参数的，可靠的工具，以准确地预测过渡和湍流通过医疗器械。通过医疗器械的流动的特征在于中等雷诺数，并且通常涉及不同的流动状态，例如层流、过渡流和湍流。FDA基准喷嘴模型的先前研究揭示了当应用于更复杂的流动场景时，雷诺兹平均Navier-Stokes湍流模型的局限性。最近的工作基于大涡模拟方法表明，这些限制是可以克服的，但也突出了潜在的限制，由于相对于数值参数的高灵敏度。这项工作中提出的新方法基于两个关键因素。首先，我们使用高阶不连续Galerkin方法在空间离散化产生的离散化方法，是强大的，准确的，通用的。高阶不连续Galerkin离散的固有耗散特性使得这种方法非常适合于过渡和湍流模拟。其次，前驱体模拟方法，以正确地预测整个范围的层流，过渡，和湍流制度的流入边界条件。这种方法消除了需要拟合参数的数值解方法。我们调查的雷诺数的整个范围内所建议的FDA基准喷嘴的问题，以严格评估的预测能力的求解器。在这项研究中提出的结果进行了比较，粒子图像测速技术获得的实验数据表明，该方法是能够正确地预测不同的流态的流量。
2018-11-16 physics.flu-dyn
Patterns in transitional shear turbulence. Part 1. Energy transfer and mean-flow interaction
本文研究平面 Couette 流低 Reynolds 数转捩中的湍流—层流模式，通过物理与谱能量预算揭示平均流由自相互作用和湍流向大尺度传能维持，并比较均匀湍流及随 $Re$ 的变化。
2023-06-02 nlin.PS 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
On the evolution of the velocity gradient tensor in transitional boundary layers
我们从速度梯度张量动力学的角度研究了向湍流的转变。我们的工作是出于观察过渡过程中出现的非线性结构，如Q-标准的旋涡标识符所揭示的。为此，我们推导出传输方程的基础上的几个不变量的速度梯度张量，以获得积分预算跨越不同阶段的过渡，从层流到湍流。我们还讨论了在我们的研究中哪个数量是最合适的，同时考虑到未来建模应用的潜力。
2020-01-19 physics.flu-dyn
Prandtl-Tietjens intermittency in transitional pipe flows
管流通常穿过层流和湍流共存的区域。Prandtl和Tietjens将这种不稳定性解释为内部流动阻力波动与驱动流动的恒定压降之间的反馈。然而，由于研究的重点已经转移到在通用临界雷诺数附近没有流动波动的不稳定性，他们的解释在很大程度上已经消失了。在这里，我们完善的机制，这从来没有被投入到一个定量的测试，开发一个模型，同意在较高的雷诺数的实验，使我们能够证明，普朗特和Tietjens的机制，事实上，内在的流动的压力梯度和扰动是恒定的。
2022-01-13 physics.flu-dyn
Transitional flow in intracranial aneurysms - a space and time refinement study below the Kolmogorov scales using Lattice Boltzmann Method
颅内动脉瘤血流动力学的大多数计算流体动力学（CFD）研究基于载瘤动脉雷诺数相对较低（低于500）的层流假设。最近有一些研究证明了动脉瘤中存在过渡流，但这些研究采用了专门的有限元方案来捕获流动的过渡性质。在这项研究中，我们使用标准的格子玻尔兹曼方法（LBM）的转变的发生。使用LBM是因为其计算效率，在本研究中，这使我们能够以比之前在动脉瘤背景下更高的分辨率进行模拟。8μm和0.11 μs的高时空分辨率产生了近10亿个单元和每秒900万个时间步长，使我们能够以低于柯尔莫哥洛夫尺度的分辨率量化湍流动能。我们对2个动脉瘤进行了深入的空间和时间细化研究;一个先前报告为层流，另一个报告为过渡。此外，我们调查的临界雷诺数在时间常数流入条件下动脉瘤的流动过渡。
2015-12-08 cs.CE physics.flu-dyn
Laminar-to-Turbulent Transition of Yield-Stress Fluids in Pipe and Channel Flows
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本研究通过DNS揭示了Herschel-Bulkley流体在管道和通道中从层流到湍流转变的完整机制，明确了屈服应力在转变过程中的作用。
2026-03-11 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
An experimental study on turbulent-stripe structure in transitional channel flow
采用反射片状颗粒流动显示技术，对过渡雷诺数下槽道湍流中出现的湍流条纹进行了实验研究。在雷诺数Re = 1700-2000范围内，湍流条纹与流向成20-30 °夹角，其流向波长约为通道半宽（$δ$）的60倍。在准层流区发现了展向间距为1.6 $δ$的纵向条纹。临界雷诺数为Re = 1300。用激光多普勒测速仪测量了流向速度的时间轨迹，揭示了过渡管流中平衡湍流喷流的相似性。
2014-09-17 physics.flu-dyn
Numerical study of cavitation regimes in flow over a circular cylinder
本文研究了在一定空化数范围内层流和湍流圆柱体上的空化流动。我们观察到非空化，循环和过渡空化制度，减少自由振荡$σ$。在循环制度的卡门涡内的空化，是显着改变的“冷凝前”的传播在过渡制度的发病。在过渡，一个数量级的跳跃脱落Strouhal数观察到的主频率从周期性的旋涡脱落的循环制度，不规则规则的规则的旋涡脱落的过渡制度。此外，在过渡处观察到压力波动的峰值和St与基于腔长度的$σ$的最大值。在每个政权的脱落特性进行了讨论，使用动态模式分解。它表明，在过渡制度中观察到的凝结锋是超音速（称为“凝结激波”）。在NCG的存在下，在一个给定的周期中的多个冷凝冲击需要完整的空腔冷凝和分离，相比之下，一个单一的冷凝冲击时，只有蒸汽。这是由NCG存在时激波上压力比的减小有效地降低了其强度来解释的。此外，在$σ=0.85$（从循环到过渡状态的过渡附近），NCG的存在抑制了低频不规则-规则涡脱落。在过渡区，$Re=3900$的涡量输运表明，附着空腔区域几乎是二维的，涡量非常低，影响了近尾流中的卡门脱落。此外，边界层分离点被发现是强烈依赖于在层流和湍流制度的自由空间中的蒸汽和气体的量。
2019-11-08 physics.flu-dyn
Laminar-turbulent coexistence in annular Couette flow
环空库埃特流是由内圆柱的轴向平移驱动的两个同轴圆柱之间的流动。它是使用直接数值模拟在长域，重点是层流湍流共存制度发现的雷诺数的值略低。当半径比$η$从0.8减小到0.5，最后减小到0.1时，证明了三种不同的流动状态。高$η$流态的特点是螺旋形紊流斑块与层流共存，如平面剪切流。中等- $η$状态不具有任何明显的层流-湍流共存。然而，为了消除限制效应，通过人为地将方位角跨度延伸超过2 $π$来恢复适当的图案化。最后，低$η$制度的特点是局部湍流结构不同的泡芙通常遇到的过渡管流。在这种新的共存状态下，动荡的波动是令人惊讶的短期。的影响进行了讨论的相变和临界缩放。
2019-10-06 physics.flu-dyn
From temporal to spatiotemporal dynamics in transitional plane Couette flow
实验结果表明，当雷诺数R变化时，在平面Couette流中存在着由层流和湍流交替形成的斜带。许多以前的理论和数值工作的问题都认为小的纵横比系统受到周期性的边界条件，而实验对应于相反的限制大的纵横比。在这里，通过完全解决的直接数值模拟的纳维-斯托克斯方程在减少R，我们仔细检查过渡从时间到时空行为的系统中的中间尺寸。我们证明存在L_x~70- 80 h量级的流向交叉尺寸（其中2 h是驱动流动的板之间的间隙），超过该间隙，PCF中向/从湍流的转变无疑是一个时空过程，具有典型的场景“[湍流]->[筛状区]->[倾斜模式]->[层流区”，而低于该大小，则更像是一个时间过程，可以用具有"[混沌流]->[层流]“（通过混沌瞬变）场景的有限维动力系统来描述。在交叉区域，“[斜模式]”阶段被跳过，这使我们建议，在实验中观察到的模式的适当渲染需要一个忠实的帐户在尺度上的流向相关性至少该交叉大小的顺序。
2011-01-27 nlin.PS physics.flu-dyn
Linear Instability of Shock-Dominated Laminar Hypersonic Separated Flows
采用动力学直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法研究了双楔高超声速氮分子绕流中激波/边界层相互作用（SWBLI）系统的展向自激均匀扰动。流动的过渡努森数和单位雷诺数分别为3.4 x 10 $^{-3}$和5.2 x 10 $^4$ m $^{-1}$。由于上楔面产生的马赫数为7的分离（弓形）激波下游存在着强烈的热不平衡。线性不稳定性机制预计使预先计算的二维基流在展向扰动下可能不稳定。具体的目的是评估不稳定模式的增长率，波长，位置，和起源的展向周期性流动结构，以及在这种相互作用中存在的特征频率。
2021-01-11 physics.flu-dyn
Turbulent heat transfer in a channel flow at transitional Reynolds numbers
本文对极低雷诺数下的槽道湍流传热进行了直接数值模拟。研究了两种不同的热边界条件，并将温度视为被动标量。计算是用巨大的计算箱进行的（流向、壁面法线和展向方向分别高达327.7 x 2 x 128）。本文的重点是研究包括标量场在内的间歇湍流中的大尺度结构（喷烟），并给出了过渡雷诺数和临界雷诺数的数值，在此雷诺数以下，湍流分别变为间歇和层流。的统计数据，如表面摩擦和斯坦顿数，也进行了检查：他们建议，粉扑应该是有效的，在维持湍流和传热增强。
2014-06-04 physics.flu-dyn
Finite size analysis of a double crossover in transitional wall turbulence
本文对过渡平面Couette流中两个连续的过渡区进行了有限尺寸分析，这两个过渡区将层流湍流带引向均匀壁湍流。对流动进行了直接数值模拟和低阶模型模拟。湍流的动能$E$和序参数$M$，湍流的空间组织的调制的措施，采样和处理的视图分析结果从现象学的相变。第一个交叉涉及流中湍流的空间组织的损失。在带状相，序参量$M$随雷诺数$R$向小值方向连续减小，而其响应函数$χ_M$在交叉点处出现极大值。在均匀相位中，随着$R$的增加，序参数$M$及其方差$σ$随着平均场场定标$M,σ\propto 1/\sqrt{L_xL_z(R-R_c)}$而向零减小。动能$E$是$R$的仿射函数，除了在小范围内检测到急剧增加，这对应于第二次交叉。在此范围内，观察到均匀湍流相和层流湍流带相的空间和时间共存。这种急剧增加是伴随着动能的响应函数的最大值。有限尺寸分析表明，随着尺寸的增加，响应函数的最大值饱和，$E$的跳跃不陡峭。第一个交叉形式上等同于凝聚态中的一个临界现象。第二个交叉点与有限噪声模糊的一阶相变一致。对这一现象的解析分析假设了两相区域之间的非相互作用气体前沿，提供了与$E$一致的响应函数的标度。
2018-08-23 physics.flu-dyn
Completing Moody's friction diagram in the turbulent transitional regime
本文通过从湍流状态降速进入转捩区，研究穆迪图中层流与湍流之间摩擦系数的不确定性，发现不同驱动方式会显著影响转捩区的最终状态和路径。
2024-10-18 physics.flu-dyn
Towards a model of large scale dynamics in transitional wall-bounded flows
本文提出了一个简化的方程组来处理过渡壁面边界流层流-湍流模式中存在的大尺度流的反馈相互作用，其中小尺度雷诺应力由湍流的自维持过程本身产生，采用Waleffe方法的扩展来模拟（Phys. Fluids 9（1997）883-900），其详细表达作为正文的附件显示。
2015-04-02 nlin.PS physics.flu-dyn
Modulation of near-wall turbulence in the transitionally rough regime
在过渡粗糙区对粗糙壁湍流通道进行了直接数值模拟。粗糙度上覆湍流产生的效果进行了研究，使用修改后的三重分解的流量。这种分解将粗糙度引起的贡献与背景湍流分离，后者基本上没有任何纹理足迹。对于小的粗糙度，背景湍流没有显著改变，而只是位移更接近粗糙度峰，阻力的变化与此位移成正比。随着粗糙度尺寸的增加，背景湍流开始被修改，特别是通过增加短，宽波长的能量，这是一致的外观的剪切流不稳定的平均流。提出了一个层流模型来估计粗糙相干的贡献，以及在粗糙峰的位移高度和速度。基于在背景湍流中观察到的影响，粗糙度函数被分解成不同的项，以分析对阻力变化的不同贡献，为预测模型奠定基础。
2018-08-31 physics.flu-dyn
Relative periodic orbits in transitional pipe flow
动力系统描述的过渡过程中的剪切流没有线性不稳定性开始与精确的相干解的知识，其中行波（TW）和相对周期轨道（RPO）。我们描述了一种数值方法来找到这样的解决方案在管流和应用它在附近的一个霍普夫分叉从TW看起来是特别相关的过渡。RPO溶液的主要结构特征是存在弱调制条纹。这个RPO，就像它分叉的TW一样，位于层流-湍流边界上，将导致湍流的初始条件与立即重新分层的初始条件分开。
2008-07-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
DNS of laminar-turbulent boundary layer transition induced by solid obstacles
通过交错有限差分格式和有效的浸入边界方法得到的数值模拟结果，了解三维障碍物的形状对边界层从层流到湍流状态的过渡的影响。完全解析的直接数值模拟（DNS）强调，越靠近障碍物，对称性被破坏，过渡雷诺数越小。研究还发现，这种转捩与过去所用的临界粗糙度雷诺数无关。模拟突出了尾流和屈曲不稳定性之间的差异，证明了二维跳闸装置在促进过渡方面更有效。在高雷诺数的模拟表明，再现一个真实的实验与固体障碍物在入口处是一个有效的工具，以产生数值数据库，了解物理的边界层。质量的数值方法，以充分解决的小尺度，这是一个成分的DNS的速度谱的指数范围的比较，在柯尔莫哥洛夫单位，与各向同性湍流。这个好的比较加强了在最小尺度上局部各向同性的概念。
2015-03-30 physics.flu-dyn
Transitional channel flow: A minimal stochastic model
在与Pomeau的猜想有关的定向渗流（DP）的湍流的发生/衰减在壁有界的流动，我们提出了一个最小的随机模型，致力于解释的空间间歇性制度观察到的通道流之前，它返回到层流。数值模拟表明，一个政权与带倾斜漂移在两个流向对称的方向分叉成一个不对称的制度，最终衰减到层流。该模型表示在一个概率元胞自动机进化冯诺依曼邻域的概率推导出一个密切的检查模拟结果。它实现了带传播和两个主要的局部过程：纵向分裂涉及具有相同方向的带，横向分裂产生一个与其母亲方向相反的子带。观察到的最终衰减阶段显示一维DP属性在一个二维的几何形状被解释为导致在单一取向制度的横向扩展的无关性。该模型还再现了分叉恢复对称性的概率附加到横向分裂，这开辟了道路，该分叉的临界特性的研究，在类似于热力学相变的变化。
2020-12-17 nlin.PS physics.flu-dyn
Detecting Turbulent Patterns in Particulate Pipe Flow by Streak Angle Visualization
本文提出一种基于低成本激光与相机装置的条纹角可视化方法，用于在低颗粒浓度下检测颗粒管流中的层流、过渡流和湍流模式，并利用条纹角统计分布和Kullback-Leibler散度识别临界雷诺数，为实验室及工业多相流表征提供了新途径。
2025-01-03 physics.flu-dyn
The Numerical Simulation of a 3D Flow in the VKI-Genoa Turbine Cascade Taking into Account the Laminar-Turbulent Transition
本研究提出了一种数值模拟的三维粘性流在VKI热那亚叶栅，考虑到层流湍流过渡。数值模拟采用雷诺平均的纳维-斯托克斯方程和两方程k-ω SST湍流模型。代数生产项修正模型用于模拟层流-湍流转捩。计算了完全湍流和过渡流。给出了马赫数、湍流动能、熵函数和极限流线的等值线。通过对数值结果的分析，揭示了层流-湍流转变对二次流流型的影响。计算结果与已有的实验和数值计算结果的比较表明，该方法充分反映了涡轮叶栅中层流-湍流转捩的物理过程。
2016-12-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Model for transitional turbulence in a planar shear flow
Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；University of Warwick（华威大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本文提出一个简化模型，用于描述平面剪切流中过渡湍流的现象，通过推导纳维-斯托克斯方程并分析湍流起始的模式和机制。
2026-02-23 physics.flu-dyn
Turbulent puffs in transitional pulsatile pipe flow at moderate pulsation amplitudes
本文研究了中等脉动幅度下过渡态脉动管流中的湍流结构，发现puffs和slugs利用层流剖面的线性不稳定性存活，并扩展低阶模型成功重现了这些动力学。
2025-06-02 physics.flu-dyn
Scale invariance at the onset of turbulence in Couette flow
层流-湍流不稳定性是管道、槽道、边界层和库埃特流等多种流体流动的过渡区的固有特性。在后一种情况下，湍流点可以生长并形成连续的条纹，但在条纹法线方向上，它们仍然被层流散布。我们进行了直接的数值模拟，在一个狭长的域，并观察到个别的湍流条纹是瞬态的。与最近在管流中的观察结果一致，我们发现，一旦空间扩散超过固有的衰减过程，湍流就会在一个明显的临界点持续下去。通过求解接近临界的渐近尺寸分布，我们可以首次证明湍流开始时的尺度不变性。
2013-04-19 physics.flu-dyn
Laminar and Turbulent Flow in Wavy Pipes under Strong Wall Modulations
Spanish National Research Council（西班牙国家研究委员会）
研究蜿管中层流、过渡流和湍流流动，通过直接数值模拟分析强正弦壁波动对摩擦因子和平均速度统计的影响，揭示了壁振幅对层流摩擦和临界雷诺数的显著影响，指出传统模型不足，需引入有效水力半径概念。
2026-07-08 physics.flu-dyn
Transition to turbulence in wall-bounded flows: Where do we stand?
在这篇文章中，我们回顾了在有壁流动中向湍流转变的特殊性，并介绍了在理解这个问题方面的最新成就。在有限的雷诺数范围内（过渡范围），层流-湍流共存的过渡是突然的。首先在唯象水平上回顾了Poiffille管流和平面Couette流的典型情况，以及其他一些流动构型。理论方法，然后审查特别强调特殊的非平凡的解决方案的存在性的纳维-斯托克斯方程在有限距离的层流。动力系统理论最适合分析它们的作用，特别是在低过渡区湍流的瞬态特性方面。然后讨论了处理过渡的突出时空特征所需的扩展。湍流的增长/衰减方面的统计物理学的多体系统和相关性的定向渗流作为一个随机过程能够占它接下来仔细检查。最后，我们主张诉诸精心设计的模型，能够为我们提供一个概念上连贯的画面，整个过渡范围，并提出了一些开放的问题。
2016-04-04 nlin.PS physics.flu-dyn
DNS of transitional and turbulent flows in rectangular ducts
本文采用直接数值模拟的方法，对具有不同长宽比的封闭矩形通道内的流动进行了数值模拟。纳维-斯托克斯方程采用二阶有限差分格式离散，在两个方向上采用非均匀网格。管道横截面积以及流速保持恒定，这允许调查雷诺数中的适当长度尺度，以便在层流和完全湍流状态下进行良好缩放。我们发现，雷诺数的基础上的短边的一半长度导致一个临界雷诺数是独立的纵横比（AR），与AR>1的管道。壁面法向速度分布的平均值和均方根值与摩擦速度的局部值成比例。在高摩擦雷诺数下，雷诺数依赖性与湍流平面通道中的雷诺数依赖性相似，因此矩形管道中的流动允许通过减少模拟次数来研究雷诺数依赖性。在低Re下，由于不同尺寸的流动结构的相互作用，统计分布不同于二维通道中的统计分布。速度矢量和雷诺应力张量沿应变率张量的本征矢量的投影产生减小的雷诺应力各向异性和简单的湍流动能预算。
2019-07-18 physics.flu-dyn
Heteroclinic connections in plane Couette flow
当Re~325时，平面Couette流动转变为湍流，尽管具有线性剖面的层流解对于所有Re（雷诺数）都是线性稳定的。理解这种亚临界转变的一个出发点是在纳维-斯托克斯方程的状态空间中存在不变集，例如上下分支平衡和周期解以及相对周期解，它们与层流解截然不同。本文报道了这类对象之间的几种异宿连接，并简要介绍了一种定位异宿连接的数值方法。计算这样的连接是必不可少的理解全球动态的空间局部结构发生在过渡平面库埃特流。我们表明，条纹和流向卷的性质可以改变显着沿异宿连接。
2008-08-13 physics.flu-dyn
Pattern fluctuations in transitional plane Couette flow
在足够宽的系统中，平面Couette流，即在两个沿相反方向平移的平行板之间建立的流动，在给定的雷诺数R范围内交替显示湍流和层流倾斜带。我们表明，在周期域，包含几个波段，对于给定的R值和大小，该图案的方向和波长可以随时间波动。定义了一个程序来检测面向好的事件，并确定其生命周期的统计数据。后者是按照指数递减规律分布的。这个统计解释的朗之万方程的确定性部分是一个标准的朗道模型为两个相互作用的复杂的振幅，而噪声产生的湍流背景所描述的激活过程。
2011-01-13 nlin.PS physics.flu-dyn
Extreme events in transitional turbulence
已知剪切流中的过渡局部湍流要么衰减到吸收层流状态，要么通过分裂增殖。从一个状态到另一个状态的平均通过时间超指数地依赖于雷诺数，并导致交叉雷诺数，高于该交叉雷诺数，增殖比衰减更可能。在本文中，我们应用一种罕见的事件算法，自适应多级分裂（AMS），确定性纳维-斯托克斯方程研究过渡路径和估计大通道时间比直接模拟更有效。我们建立了一个极端值分布的连接，并表明，状态之间的过渡是由一个政权，是自相似的雷诺数介导的。通过时间的超指数变化与极值分布的参数的对数依赖性有关。最后，从大偏差理论的瞬子的动机，我们表明，衰变或分裂事件接近一个最可能的途径。
2022-05-10 nlin.CD physics.flu-dyn
Instability of the roll/streak structure induced by free-stream turbulence in pre-transitional Couette flow
虽然在转捩前的壁面剪切流中，滚纹结构是普遍存在的，但如果将层流理想化，这种结构是线性稳定的。由于缺乏不稳定性，卷/条纹结构的大的瞬态增长被用来解释它的出现是由于在自由流湍流（FST）中偶然发生的扰动被配置为最佳地激发它。另一种解释是，FST与滚动/条纹结构相互作用，使其不稳定。统计状态动力学（SSD）提供了研究这种类型的不稳定性的分析方法，这种不稳定性是由湍流的相干和非相干分量之间的相互作用引起的。随机结构稳定性理论（S3 T）以二阶闭包的形式实现SSD，用于分析湍流相干流向不变分量与非相干FST分量相互作用产生的SSD模式。最不稳定的S3 T模式是不稳定的一个参数控制FST强度的临界值和有限振幅的辊/条纹结构产生从这个不稳定性通过在这个参数的分叉。虽然这种分歧只有在SSD的解析表达式，它是密切反映在两个动态相似的准线性系统，被称为限制非线性（RNL）系统，并在DNS。S3 T还预测了在湍流激发参数的较高值处的第二分叉。这第二个分叉导致过渡到湍流。从一个有限的振幅辊/条纹平衡的分叉提供了一个直接的路线，通过S3 T辊/条纹不稳定性的湍流状态。
2017-03-10 physics.flu-dyn
On the generation of drift flows in wall-bounded flows transiting to turbulence
尽管最近的进展，层流-湍流共存过渡平面壁边界剪切流仍然没有得到很好的理解。与湍流斑块内的混沌流动在局部（最小流动单元）尺度上持续的过程相比，通常沿共存范围观察到的控制层流-湍流界面的湍流度的机制仍然是神秘的。Waleffe方法[Phys.Fluids9（1997）883- 900]的一个扩展被用来表明，在局部尺度上，打破问题展向对称性的漂移流仅仅是通过稍微失谐涉及自我维持过程的模态而产生的。这为理论化层流湍流模式的形成开辟了前景。
2017-12-14 nlin.PS physics.flu-dyn
Optimizing the control of transition to turbulence using a Bayesian method
通过计算混沌边缘的性质，研究了平面层流Couette流在同相展向壁面振荡作用下的非线性鲁棒性，吸引力盆地的边界。三个措施被用来量化所选择的控制策略层流到湍流的过渡：边缘状态的动能（混沌边缘的局部吸引子），最小种子的形式（最少的能量扰动的混沌边缘），和层流概率（概率，从层流给定的动能的随机扰动将层流）。一种新的贝叶斯方法，使精确计算的分层概率在以前的方法的成本的一小部分。虽然边缘状态和最小种子提供了有用的信息过渡到湍流的动态，没有措施是特别有用的判断的控制策略的有效性，因为它们不是代表的全局几何形状的边缘。相反，分层概率提供关于边缘的全局信息，并且可以用于通过计算分层得分（预期分层概率）和受控流的相关联的预期耗散率来评估控制有效性。这两个量允许确定受期望约束的最优控制参数值。本文讨论的结果有望应用于广泛的过渡流和控制策略，旨在抑制或触发过渡到湍流。
2021-08-17 nlin.CD physics.flu-dyn
An input-output inspired method for permissible perturbation amplitude of transitional wall-bounded shear flows
壁面剪切流中控制向湍流转变的参数的精确设置仍然是一个悬而未决的问题;已经获得了许多理论界限，但这些界限与实验/模拟结果之间尚未达成共识。在这项工作中，我们专注于一种方法来提供一个可证明的雷诺数依赖于扰动的幅度上的限制，流可以维持，同时保持层流状态。我们的分析依赖于输入-输出方法，该方法将动态划分为线性和非线性动态的反馈互连（即，将非线性表示为静态反馈的Luré系统）。然后，我们构造二次约束的非线性项，这是限制系统物理的能量守恒（无损），并有界的输入-输出能量。计算区域的吸引力的层流状态（一组安全的扰动）和允许的扰动幅度，然后重新制定为线性矩阵不等式（LMI），这提供了一个更有效的解决方案比流行的非线性方法的基础上平方和规划。所提出的框架也可以用于能量法计算和线性稳定性分析。我们将我们的方法应用于低维非线性剪切流模型的雷诺数范围。从我们的解析推导的界限的结果是一致的，通过详尽的模拟确定的界限。然而，它们具有以低得多的计算成本实现的额外好处，并且提供了可证明的保证，即允许一定程度的扰动。
2020-11-17 cs.SY eess.SY physics.flu-dyn
Model form uncertainty quantification of Reynolds-averaged Navier-Stokes modeling of flows over a SD7003 airfoil
众所周知，Boussinesq湍流粘性假设在涉及复杂流动特征时，例如层流-湍流转变时，可能产生不准确的预测。研究的重点是探索基于物理的不确定性量化（UQ）方法的能力，以量化Selig-Donovan（SD）7003翼型层流-湍流过渡流的雷诺平均Naiver-Stokes（RANS）模拟的模型形式的不确定性。这种方法扰动的建模雷诺应力张量的动量方程，扰动注入到振幅，特征值和特征向量的各向异性雷诺应力张量进行了本征分解。在这项研究中，我们的分析集中在振幅扰动。我们观察到一个单调的行为的大小预测的不确定性界限的不同数量的利益。高阶回归的基础上的湍流动能差异被用来开发一种新的开关标记函数Mk引入扰动在不同区域的域基于先验知识的模型的局限性的非均匀的方式。重要的是，Mk和特征值扰动的复合效应显示出协同行为，例如，显著增加的不确定性界限，以解释RANS预测中的差异; Mk函数有效地避免了对各向异性雷诺应力张量幅度的过度扰动。在这种情况下，基于回归的各向异性雷诺应力张量的振幅扰动作出了新的贡献，RANS UQ方法在翼型过渡流的模拟，这显示出非常令人鼓舞的结果。
2022-07-28 physics.flu-dyn
Minimum-dissipation model and symmetry-preserving discretization for scalar transport in a turbulent flow
本研究将最小耗散模型扩展至标量输运，结合保对称离散化，在OpenFOAM差分加热腔中验证，显著提升高度拉伸网格上流动与传热预测。
2025-02-28 physics.flu-dyn
Analysis and modeling of localized invariant solutions in pipe flow
被层流包围的湍流斑是过渡剪切流的一个标志，但其运动学性质对空间结构的依赖性知之甚少。在这里，我们研究这种依赖性在管流雷诺数在1500和5000之间。我们计算空间局部化的相对周期轨道长管，并表明其上游和下游的前线指数衰减的层流配置文件。这允许通过采用线性化的纳维-斯托克斯方程来模拟波前，并且所得到的模型产生作为雷诺数、方位波数和传播速度的函数的周期性轨道的空间衰减率和波前速度分布。此外，当应用到一个本地化的湍流喷烟，该模型被证明是准确地近似的空间衰减率的上游和下游的尾巴。我们的研究深入了解了局部湍流的运动学和空间结构之间的关系，并更广泛地了解了局部化物理学。
2017-03-25 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
