Comparison of Two Scale-Dependent Dynamic Subgrid-Scale Models for Simulations of Neutrally Buoyant Shear-Driven Atmospheric Boundary Layer Flows
基于Kolmogorov尺度假设，提出了一种新的尺度相关动态亚网格尺度（SGS）模型。该SGS模式被用于一个著名的案例研究剪切驱动的中性大气边界层流动的大涡模拟。结果进行了全面的比较，与一个替代的规模依赖的动态SGS模型的基础上流行的Smagorinsky封闭。我们的研究结果表明，在这个特定问题的背景下，尺度相关的动态建模方法是非常有用的，并再现了几个建立的结果（例如，表层相似理论）。从这两个SGS基础模型的结果通常是密切一致的，虽然我们发现一个一致的优势，Smagorinsky为基础的SGS模型预测的惯性范围缩放的光谱。
2006-08-15 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Self-Replicating Three-Dimensional Vortices in Neutrally-Stable Stratified Rotating Shear Flows
一个以前未知的不稳定性创建空间填充晶格的三维涡在线性稳定，旋转，分层剪切流。不稳定性从一个易激发的临界层开始。该层通过从背景剪切中汲取能量而增强，并卷起成涡流，从而激发新的临界层和涡流。涡流自相似地复制以产生湍流涡流的晶格。漩涡会一直持续下去。这种自我复制发生在分层的库埃特流和原行星盘的死区，在那里它可以去稳定开普勒流。
2013-06-17 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
An anisotropic particle in a simple shear flow: an instance of chaotic scattering
在斯托克斯极限下，一个中性浮力球周围的流线拓扑结构与两个球的轨迹线拓扑结构是相同的，两者都是在环境简单剪切流中。在这两种情况下，有前后对称的开放和封闭的轨迹空间划分的轴对称分界线表面。这种拓扑结构具有至关重要的影响标量运输从一个单一的领域，并为稀悬浮液的流变学领域。我们表明，在简单的剪切流中，中性浮力自由旋转的球体周围的流体路径线的拓扑结构是完全不同的，并将有一个至关重要的轴承从这些颗粒在剪切流中的运输。在某种程度上，在单球体问题中的流体轨迹线和双球体问题中的成对轨迹，预计将承担彼此的定性相似性，这里确定的非平凡的轨迹拓扑结构也将对各向异性颗粒的稀悬浮液的流变学具有显着的后果。
2020-05-21 physics.flu-dyn
Microstructure and rheology of finite inertia neutrally buoyant suspensions
采用基于离散Boltzmann流体模型和颗粒牛顿动力学的格子玻尔兹曼方法（LBM），研究了有限惯性条件下中性浮力硬球颗粒在牛顿流体中悬浮液的微观结构和流变特性。悬浮液进行简单剪切流和性能的雷诺数和体积分数，$ϕ$的函数进行了研究。惯性由颗粒尺度剪切流雷诺数$Re = \frac{ρ\dotγa^{2}}μ$表征，其中$a$是颗粒半径，$\dotγ$是剪切速率，$ρ$和$μ$分别是流体的密度和粘度。研究了惯性和体积分数对$0.005\leqslant Re \leqslant 5$和$0.1\leqslant ϕ\leqslant 0.35$的影响。利用对分布函数$g(\boldsymbol{r})$研究了流动诱导的微观结构。不同的应力机制，包括那些由于表面牵引力（应力波），加速度，和雷诺应力由于速度波动计算和它们的影响上的第一和第二法向应力差，颗粒压力和悬浮液的粘度进行了详细说明。给出了质点力和力矩的概率密度函数。
2014-03-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rotation of a spheroid in a simple shear at small Reynolds number
我们推导出一个有效的运动方程的定向动力学的中性浮力球体悬浮在一个简单的剪切流，适用于任意颗粒的纵横比和线性顺序的剪切雷诺数。我们展示了惯性效应如何解除简并的杰弗里轨道，并确定在无穷小的剪切雷诺数的日志滚动和翻滚轨道的稳定性。对于长球体，我们发现稳定的翻滚在剪切平面，日志滚动是不稳定的。相反，对于扁圆形颗粒，如果纵横比大于临界值，则原木滚动是稳定的，而翻滚是不稳定的。当纵横比小于此值时，翻滚变为稳定，并产生不稳定的极限环。
2015-04-09 physics.flu-dyn
Aerodynamic sound of turbulent time-developing shear layer as the outcome of the flow linear non-modal instability
本文的目的是证实非正规的剪切流线性算子及其后果-非模态动力学的扰动-在形成声波输出的时间发展的自由剪切/混合层的重要性。首先，空间傅立叶谐波的线性瞬态动力学被认为是在一个三维的同熵平行无界无粘恒定剪切流，可以模拟剪切层的中心/身体部分。非模态方法允许捕获声波产生的唯一线性机制-- \textit{the linear vortex-wave mode coupling induced by the shear flow non-normality}。我们描述的具体/关键功能的生成过程中，应该留下痕迹的进一步动态生成的波。然后，给出了中等对流马赫数（具体为$M_c=0.7$）下可压缩湍流时间发展混合层的直接数值模拟结果，以及具有固定流向和剪切方向长度（$L_x=100, L_y=200$）和不同流向展向展弦比（$L_x/L_z=0.5,1,2$）的模拟箱$(L_x,L_y,L_z)$。模拟识别的声波输出的起源：一个\emph{linear generation process of acoustic waves in the shear layer core region, induced by the flow non-normality}的主导地位，可观察到在近场的声波发射的流动。
2021-04-19 physics.flu-dyn
How interfacial tension enhances drag in turbulent Taylor-Couette flow with neutrally buoyant and equally viscous droplets
本文通过直接数值模拟研究Taylor-Couette湍流中中性浮力等黏液滴的阻力增强机制，揭示界面张力对液滴前端的作用阻碍连续相并促进低速条带形成，从而增加系统阻力。
2024-11-20 physics.flu-dyn
A wave interaction approach to studying non-modal homogeneous and stratified shear instabilities
Holmboe（1962）假设，在理想化（折线剖面）、均匀或密度分层的无粘剪切层中，两个或多个渐进线性界面波之间的共振相互作用产生指数增长的不稳定性。在本文中，我们推广了Holmboe的线性剪切不稳定性的机制图片（i）最初没有指定波的类型，（ii）通过提供非正常增长的选项。我们提出了一个纯粹的运动学模型，由两个线性的，多普勒频移，渐进的界面波在相反的方向移动，线性剪切不稳定性背后的机制。此外，我们已经找到了一个必要和充分（N&S）的条件存在的指数增长的不稳定性在理想化的剪切流。这两个界面波，从任意初始条件开始，最终锁相和共振（指数增长），提供了N&S条件得到满足。在达到稳定状态之前发生的不稳定机制是非模态的，有利于快速瞬态增长。我们的波相互作用模型的理论基础类似于两个耦合谐振子之间的同步。我们提出的模型是用来研究三个著名的类型的剪切不稳定性-瑞利/开尔文-亥姆霍兹，Holmboe和泰勒-考菲尔德。我们表明，N&S条件为每种不稳定类型提供了一系列不稳定波数，并且该范围与基于规范正模的线性稳定性理论的预测相匹配。
2014-06-30 physics.flu-dyn
Enduring two-dimensional perturbations with significant non-modal growth
本文证明二维非模态扰动在粘性分层平面剪切流中可被显著放大并长期存活，揭示了其涡旋结构及奥尔机制反复作用导致的非单调能量演化。
2024-04-30 physics.flu-dyn
Global modal/non-modal analysis of high-enthalpy Martian entry vehicles
Graduate Aerospace Laboratories, California Institute of Technology（加州理工学院高等航空实验室）；Department of Aeronautics and Astronautics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院航空航天系）
该研究通过全局模态和瞬态增长分析，发现高焓火星进入飞行器在层流-湍流转捩中，剪切-熵层的瞬态增长是关键的线性路径，且最优增益随雷诺数线性变化。
2026-09-25 physics.flu-dyn
Modal analysis of oblique shock-induced flow dynamics in a supersonic reacting shear layer
该研究利用DNS和sDMD对比有无斜激波撞击的惰性与氢-空气反应剪切层，揭示激波与热释放对不稳定性、模态能量及混合增强的耦合作用。
2025-05-12 physics.flu-dyn
Long-wave instability and growth rate of the inviscid shear flows
本文研究了剪切流的长波不稳定性。当扰动波数大于临界值时，流动总是中性稳定的。首先，我们得到了中性波数$k_1\leq (p^2-1)μ_1$的一个新的上界，其中$p>1$和$μ_1$是Poincaré问题的最小特征值。其次，我们找到了复相速度虚部的一个新的上界$c_i \leq k_1 ΔU/\sqrt{μ_1}$，其中$ΔU$是速度的方差。新的界限是有限的所有$k>0$类似霍华德的周期定理，而以前的Craik和Banerjee等人将是无穷大的$k\rightarrow 0$。第三，我们找到了一个新的增长率上界$ω_i \leq (p-1) \sqrt{μ_1} ΔU$。所有新的边界都比Høiland，Howard，Craik和Banerjee等人以前的边界严格得多.我们的结果也推广了Kraichnan的逆能量级联理论.由于剪切不稳定是由长波不稳定引起的，这意味着长波的截断可以改变剪切流的不稳定性。
2011-08-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Effects of equatorially-confined shear flow on MRG and Rossby waves
本文在旋转浅水方程框架下研究赤道约束纬向剪切流对MRG波和罗斯贝波的影响，发现β平面近似会显著改变波的频散、赤道约束和稳定性，而完整球坐标系下流动始终中性稳定，揭示了采用完整球面系统研究赤道剪切流的必要性。
2022-10-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Linear stability, transient energy growth and the role of viscosity stratification in compressible plane Couette flow
本文研究了两种可压缩平面Couette流的线性稳定性和非模态瞬态能量增长：（a）常粘性的{ \it均匀剪切}流和（b）具有{ \it分层}粘性的{\it非均匀剪切}流。在一定的超音速马赫数（$M$）范围内，这两种平均流都是线性不稳定的。对于给定的$M$，均匀剪切流的临界雷诺数（$Re$）明显小于非均匀剪切流。扰动能量的分析表明，不稳定性主要是由能量从平均流到扰动的过度转移引起的。结果表明，从平均流的能量转移发生在靠近移动顶壁的“模式I”的不稳定性，而它发生在大部分的流动域的“模式II”。对于非模态分析，它表明，最大放大的扰动能量，$G_{\max}$，是显着更大的均匀剪切的情况下相比，其非均匀对应。对于$α=0$，线性稳定性算子可以划分为${\cal L}\sim \bar{\cal L} + Re^2{\cal L}_p$，和$Re$相关的算子${\cal L}_p$被证明有一个可忽略的小扰动能量的贡献，这是著名的二次标度律的有效性在均匀剪切流：$G(t/{\it Re}) \sim {\it Re}^2$。一个简化的无粘模型已被证明可以捕捉到全粘性问题的瞬态能量增长的所有显著特征。对于模态和非模态不稳定性，它表明，{ \it粘度分层}的基本平均流将导致延迟的可压缩Couette流的转变。
2008-04-01 physics.flu-dyn
Investigation of Mixing Characteristics in Strut Injectors using Modal Decomposition
数值研究了大尺度涡结构对剪切层混合和扩展的影响。本文研究了两种支板结构，即直支板和锥形支板，在两种对流马赫数（Mc = 1.4和0.37）和两种喷流高度（0.6和1 mm）下的流动特性。在马赫数为2的来流中，氢气射流通过二维狭缝喷入。模拟和实验数据之间的良好协议被见证，而瞬时数据揭示了各种大尺度结构的存在下，在流场。从瞬时场可以明显看出，两种几何形状具有不同的旋涡破裂位置。还注意到，涡破裂的早期开始表现为混合层厚度的增加，其效果反映在整体混合特性中。结果表明，剪切强度对近场混合起着重要的作用。较高的剪切强度促进了大涡的产生。分析表明，SS-0.6的情况下，提供了最高的混合效率由相对大尺度结构占主导地位。通过本征正交分解（POD）得到的本征模证实了主导结构的存在，并揭示了涡配对/合并和崩溃所涉及的一系列事件。动态模态分解（DMD）也加强了通过POD进行的观察。
2021-01-28 physics.flu-dyn
Wavefronts and modal structure of long surface and internal ring waves on a parallel shear current
本文研究了在平行剪切流上分层流体中传播的长表面波和内环波。给出了环波的远场模态方程和振幅方程。我们重新推导出他们从制定平面波切的环波，这开辟了一条道路，以获得重要的特征的环波（如组速度），并构建更一般的“混合解决方案”组成的一部分，环波和两个切平面波。模态方程构成了一个新的频谱问题，并分析了一些例子的表面环波在均匀流体和内部环波在分层流体。详细分析的情况下，一个两层的流体与线性剪切流，我们研究他们的波前和二维模态结构。比较了均匀流体和两层流体中表面波的模态函数，以及精确描述的界面波和刚性盖近似的界面波。我们还分析了一个家庭的幂律上层电流，它可以用来模拟风生电流，河流流入和交换流在海峡的表面波和界面波的波前。波前的变形的全球和本地措施的介绍和评价。
2021-05-03 nlin.PS physics.flu-dyn
Dynamics of Vesicles in shear and rotational flows: Modal Dynamics and Phase Diagram
尽管最近兴起的理论简化模型的囊泡形状动力学，与实验的比较还没有完成。我们回顾了最近提出的一些囊泡动力学模型的含义，特别是相平面的Tumbling-Trembling域区域，并表明它们都未能捕捉到实际囊泡的基本行为，超额面积，Δ，大于0.4。我们强调新的观察形状谐波和热波动的作用。
2011-02-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
The lift-up effect: the linear mechanism behind transition and turbulence in shear flows
横向扰动引起的流向速度扰动的形成和放大在剪切流中是普遍存在的。1975年Ellingsen和Palm明确指出的扰动增长机制是向湍流和自持湍流转变的关键过程。在这篇综述中，我们首先介绍了原始的推导和早期的研究，然后讨论了非模态增长的条纹，结果的提升过程中，在过渡和湍流剪切流。在第二部分中，对流体中的添加剂和第二相的提升过程的影响进行了讨论，并提出了新的结果，重点是颗粒负载的剪切流。对于所考虑的所有情况，我们认为提升过程是一个非常稳健的过程，总是作为亚临界转变的第一步。
2014-03-19 physics.flu-dyn
Interaction of Shock Train with Cavity Shear Layer in a Scramjet Isolator
采用分离涡模拟（DES）方法研究了超燃冲压发动机隔离段内自激激波训练流与空腔剪切层的相互作用。采用非定常统计和模态分析方法，分析了通过控制背压比改变激波训练位置和改变空腔前壁角对激波分离效果的影响。采用时空互相关系数分析方法研究了压力扰动的传播机理。在目前的数值研究中，考虑了一个带有空腔前壁的恒定隔离段，然后是一个在马赫数2.2下模拟的具有三种不同背压比的扩压器段。背压的变化提供了三种不同的条件。为了了解剪切层与激波训练相互作用的非定常动力学特性，获得了壁面压力和中心线压力分布的时空轨迹、时空互相关系数，并通过动态模态分解进行了模态分析。结果表明，低频冲击训练振荡占主导地位的空腔振荡。壁面和空腔底壁之间的时空互相关表明了源自由激波和空腔拐角处的回流区引起的分离边界层的局部扰动的传播。动态模态分解分析表明，剪切层的领先优势的空腔和下游传播的大涡从空腔。它还显示了激波训练和空腔回流区之间的拟序结构配对。
2022-12-04 physics.flu-dyn
The role of second viscosity in the velocity shear-induced heating mechanism
本文研究了第二粘性对非模态诱导加热机制的影响。为此目的，我们研究的一组方程的流体动力系统。特别是，我们考虑的纳维-斯托克斯方程，连续性方程和状态方程，线性化它们和分析的背景下，非模态不稳定性。与以前的研究不同，在纳维-斯托克斯方程中，我们包括压缩性的贡献，因此第二粘度。通过对几种典型情况的分析，表明在一定条件下，第二粘度可能显著地改变加热机理的效率。
2018-03-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Non-modal stability analysis of stratified two-phase channel flows
研究了两种不互溶流体在水平和倾斜槽道流动中扰动的非模态瞬态增长。三维扰动检查，以找到最佳的扰动，在相对较短的时间内达到最大的扰动能量放大。扩展了能量规范的定义，以考虑重力势能以及动能和界面毛细能。与最快的指数增长相反，最大的非模态能量增长主要是通过三维展向扰动实现的，而最快的指数增长基本上是通过二维扰动实现的。显着的瞬态能量增长被发现发生在线性稳定的流配置，这类似于单相剪切流，可能会触发非线性不稳定机制内的一个阶段。结果表明，在线性稳定的情况下，瞬态能量的增长可以伴随着显着的界面变形。因此，不能排除由于非模态瞬态增长和分层平滑流保持稳定的运行条件范围减小而导致的流型转变。
2018-10-29 physics.flu-dyn
Leveling of MHD turbulence imbalance in shear flows
Abastumani Astrophysical Observatory（阿巴斯图马尼天体物理观测站）；Department of Physics, Faculty of Exact and Natural Sciences, Tbilisi State University（第比利斯国立大学精确与自然科学学院物理系）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；M. Nodia Institute of Geophysics（M.诺迪亚地球物理研究所）
本研究通过线性非模态动力学揭示了鞘流中MHD湍流不平衡的平衡机制，为理解太阳风中的湍流平衡提供了新视角。
2026-09-07 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
First-order buoyancy correction of modal instabilities in stratified boundary layers
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；University of Leicester（莱斯特大学）
该研究提出了一种框架，用于在层化边界层中考虑浮力对模态不稳定性的一阶修正，揭示了浮力在不同流体和条件下的稳定或不稳定作用。
2025-11-26 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Control-oriented model reduction for minimizing transient energy growth in shear flows
在许多剪切流中，扰动能量的瞬态放大的线性非模态机制已知会触发亚临界向湍流的转变。用于最小化该瞬态能量增长的闭环控制策略可以被公式化为基于线性矩阵不等式的凸优化问题。不幸的是，解决所需的线性矩阵不等式问题，可以在计算上禁止的情况下，高维流体流动。在这项工作中，我们研究了面向控制的降阶模型的效用，以方便设计的反馈流量控制策略，最大限度地减少瞬态能量的增长。输出投影到适当的正交分解模式被用来忠实地捕获系统的能量。随后，进行平衡截断以降低状态维数，同时保持系统的输入输出特性。模型的减少和控制方法进行了研究的背景下，线性化的通道流与吹吸驱动的墙壁。控制器合成的线性化通道流系统变得易于处理，通过使用所提出的面向控制的降阶模型。此外，所得到的控制器被发现，以减少最大的瞬态能量增长相比，更传统的线性二次最优控制策略。
2019-07-02 physics.flu-dyn
On Some Modal Implications of the Dynamic Mode Decomposition Through the Lens of a Subcritical Prism Wake
动态模式分解（DMD）是一种基于Koopman的算法，它直接将单个机制从直接测量的复合形态中分离出来。然而，许多人可能对DMD结构携带的信息感到困惑。本文研究了亚临界自由剪切流中DMD/Koopman模态的模态含义。选取并分析了其中最主要的十种模式的流体力学和唯象学。结果表明，降阶描述是形态准确和物理洞察力。模式1呈现平均场。模式2描述了斯特劳哈尔涡旋的卷起。模式3描绘了剪切层内部Kelvin-Helmholtz不稳定性导致的Bloor-Gerrard涡，其叠加到Strouhal涡上，以及并发流卷吸。模式4、5、7、8和9描绘谐波激励。模式6和10描述了低频脱落的湍流分离气泡（TSB）和湍流的产生，分别有助于在升力时间历程和剪切层的拍打运动的拍打现象。最后，这项工作证明了DMD在提供类似的流体问题的见解的能力。它也是一个很好的参考阵列的其他非线性系统。
2021-12-02 nlin.CD physics.flu-dyn
Pulsatility delays the transition to sustained turbulence in quasi-two-dimensional shear flows
本研究发现，在准二维剪切流中，引入振荡基流分量虽能增大二维初始扰动的瞬态增长，但主要由模态周期内增长构成，反而会延迟向持续湍流的转变，非振荡驱动力才是最有效策略。
2025-02-01 physics.flu-dyn
Effect of free surface on submerged stratified shear instabilities
在这里，我们考虑了区域的浅度以及空气-水自由表面对下面流体的分层剪切不稳定性的影响。首先，我们数值求解非Boussinesq泰勒-戈尔茨坦方程光滑的速度和密度分布的模型剪切层与自由表面。当流体的深度与剪切层厚度相比相对较浅时，存在于自由表面处的表面重力波更接近存在于剪切层中的波。这可能导致共振波相互作用，使流动不稳定到更多种类的模态不稳定性。为了更深入地了解不稳定机制，我们进行了分析研究与折线配置文件。此外，还开发了降阶折线轮廓，基于其构建色散图。通过这些图，我们已经证实了导致每种不稳定性的共振相互作用波。已经发现了两种新的不稳定性，其中之一，被称为表面重力-界面重力（SG-IG）模式，由于表面重力波和界面重力波之间的相互作用而产生，如果没有内部密度分层，则不存在。另一种模式--地面重力-低涡（SG-LV）模式是由于地面重力波与低涡波相互作用而产生的，它超过Kelvin-Helmholtz不稳定性成为最不稳定的模式。除了Holmboe不稳定性，观察到显着的差异，在所有其他不稳定性发生在浅域时，空气-水界面被替换为一个刚性盖。我们推断，刚性盖近似是有效的大垂直域。我们还表明，如果剪切是在自由表面缺席，我们的问题可以使用Boussinesq型近似建模。
2018-03-20 physics.flu-dyn
Vorticity wave interaction and exceptional points in shear flow instabilities
本研究建立了剪切流不稳定性中涡度波相互作用与$\mathcal{PT}$对称性破缺的联系，证明两耦合涡度波的最小系统是具有鞍结例外点的非厄米系统，揭示了频率失谐与耦合强度之比引发对称性破缺，并描述了例外点附近相位锁定与滑移动力学的转变。
2023-08-03 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations and modal analysis of subsonic flow over swept airfoil sections
应用直接数值模拟（DNS）和模态分析技术研究了雷诺数为50，000时NACA-0012翼型的绕流。对于两种扫掠配置，考虑三种不同的扫掠角，即0度、20度和40度。使用分离气泡模型，雷诺数和厚度效应与扫掠效应分离。过渡流结构被观察到随后掠角而变化，后掠角的情况下，显示出更多的展向相干的大结构。在20度后掠角时，这些结构垂直于自由流方向，而在40度时，它们平行于前缘。DNS数据的傅立叶分析和全局稳定性分析之间的良好协议表明，这些变化是由于出现在40度扫掠的情况下，一个不稳定的全局模式。整体模态具有耦合的声学和涡支持，这意味着后缘声产生和剪切层不稳定性之间的耦合。动态模式分析表明，在高扫频的情况下，不存在于未扫频的情况下，存在较低频率的非声学模式。
2019-01-15 physics.flu-dyn
Nonmodal analysis of helical and azimuthal magnetorotational instabilities
螺旋和方位角磁旋转不稳定性在旋转磁化流中具有相对陡峭的负剪切或非常陡峭的正剪切。相应的下限和上限刘极限的剪切，这决定了这些不稳定性的模式增长的阈值，连续连接时，一些轴向电流被允许通过旋转流体。我们调查的非模态动力学所产生的非正常的剪切流在当地的近似，概括的模态方法的结果。它表明，适度的瞬态/非模态放大的两种类型的磁旋转不稳定性发生在刘限制，根据模态分析系统是稳定的。我们表明，螺旋磁旋转不稳定性，这种磁流体动力学行为是密切相关的非模态增长的基本纯流体动力学问题。
2017-07-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Large-scale dynamo action due to $α$ fluctuations in a linear shear flow
我们提出了一个模型的大规模发电机行动的剪切流，具有随机，零均值波动的$α$参数。这是基于Kraichnan-Moffatt模型的最小扩展，以包括背景线性剪切和伽利略不变的$α$统计。利用一阶光滑近似，我们导出了一个大尺度磁场的线性积分-微分方程，该方程在剪切速率$S\,$和$α$ -关联时间$τ_α\,$中是无微扰的。白噪声的情况下，$τ_α= 0\,$，准确地解决了，它的结论是发电机作用的必要条件是相同的Kraichnan-Moffatt模型没有剪切;这是因为白噪声不允许记忆效应，而剪切需要时间来行动。为了探索记忆效应，我们减少了积分微分方程的偏微分方程，有效的缓慢变化的领域时，$τ_α$是小的，但非零。寻求指数模式的解决方案，我们解决了模式的色散关系，并获得一个明确的表达式的增长率作为一个函数的六个独立的参数的问题。非零的$τ_α$会产生新的物理尺度，发电机的作用与白噪声的情况完全不同;例如，即使是微弱的$α$波动也会产生发电机。我们认为，在任何波数，莫法特漂移和剪切总是有助于增加增长率。两个例子：（a）莫法特漂移发电机在没有剪切;（b）剪切发电机在没有莫法特漂移。
2014-09-23 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Lumley Decomposition of the Turbulent Round Jet Far-field. Part 2 -- Dynamics
在目前的工作中，湍流轴对称射流的远场区域的重建进行，以调查模态湍流动能生产的贡献。场统计数据的重建基于PIV采样场的半分析Lumley分解（LD），该分解使用Hodžić等人2019年沿流向坐标导出的拉伸振幅衰减傅立叶模式（SADFM）。它示出，广泛的模式获得大量的能量直接从平均流，因此并不完全依赖于Richardson的能量级联，即使在$κ$ -范围内的能谱表现出$-5/3$ -斜率。据观察，交叉谱中的$-7/3$ -范围是完全重建使用一个单一的模式在高平均剪切的区域，剪切应力几乎完全重建使用前两个模式。这些结果表明，大部分的能量产生有关的剪切应力是与第一LD模式。
2019-09-03 physics.flu-dyn
Shock and shear layer interaction in a confined supersonic cavity flow
本文用分离涡模拟方法研究了超声速空腔流动中不同强度的激波对自由剪切层的冲击。使用非定常统计，$x-t$图，频谱分析和模态分解的不同情况下，得到的时空变化进行了分析。在自由飞行马赫数为$M_\infty = 1.71$时，长深比为$[L/D]=2$的空泡被认为是在受限通道中。冲击波强度是通过改变顶壁上的斜坡角（$θ$）来控制的。冲击波的静压比（$p_2/p_1$）用于量化冲击波强度。通过改变压比，研究了五种不同的冲击波强度：$1.0,1.2,1.5,1.7$和$2.0$。当压力比从1.0增加到2.0时，由于冲击载荷，空腔壁经受25%的最大压力。在[ $p_2/p_1]=1.5$]处，基本流体模式或对应于$n=1$模式的Rossiter频率消失，而对应于更高模式（$n=2$和$4$）的频率共振。来自腔内纵向反射的波前与来自激波剪切层相互作用的横向扰动的相互作用被确定为驱动强共振行为。由于在$[p_2/p_1]=2.0$的受限通道内的马赫反射，激波空腔共振消失。在此基础上，提出了在封闭超音速附壁射流构型中利用激波约束空腔流作为被动流动控制或射流装置的设想。
2021-04-16 physics.flu-dyn
Modal Analysis of Buffet Effects Induced by Ultrahigh Bypass Ratio Nacelle Installation
DLR, German Aerospace Center（德国航空航天中心）；Technical University of Dresden（德累斯顿工业大学）
采用尺度解析延迟脱体涡模拟和动态压力敏感漆测量，对超高涵道比翼下短舱安装引起的抖振动力学进行模态分析，提取了主导相干结构，揭示了激波振荡与分离流区域展向振荡等模态特征。
2026-05-29 physics.flu-dyn
Transient and asymptotic Taylor--Aris dispersion of Brownian rods in arbitrary regular-polygonal ducts
University of Exeter（埃克塞特大学）
研究布朗棒在任意正多边形管道中的Taylor-Aris弥散，通过Jeffery-Brownian闭合和细胞问题分析剪切对齐与横向混合的耦合效应，揭示了平均速度的非单调偏移和Taylor系数的增强。
2026-05-21 physics.flu-dyn
POD-mode-augmented wall model and its applications to flows at non-equilibrium conditions
本文提出一种POD模态增强壁面模型，通过在壁面律基础上增加基于本征正交分解的模态并在两个离壁位置与LES匹配，成功捕捉了现有壁面模型无法捕捉的非平衡流动中壁面剪应力的快速变化。
2023-10-17 physics.flu-dyn
Frequency Transient of Three-Dimensional Perturbations in Shear Flows. Similarity Properties and Wave Packets Linear Formation
本文研究壁面流动三维扰动的非模态线性分析。在第一部分中，研究了Orr-Sommerfeld和Squire IVP的正交函数展开形式的解。Galerkin方法成功地实现了数值计算有界流动的近似解。该函数显示，以确保五阶精度。后续分析的重点是扰动频率和相速度的瞬态行为。结果证实了最近的观察跳跃的壁正常速度信号的频率的时间演变，被认为是早期瞬态的结束。在此跳跃之后，平面Couette流的波频率在渐近值附近经历了一个周期性的调制。一个新的结果是存在的第二个频率跳跃的壁法向涡。这一事实，以及信号渐近频率的不同值的可能性，表明中间瞬态的存在。此外，频率跳跃和建立一个自相似条件的速度和涡量分布的时间之间的连接被发现和调查的平面Couette流和平面Poiquillille流。最后，通过有限波数范围内的波叠加，重建了平面Couette流动和Blasius边界层流动的波包。线性斑的演化与湍流斑的早期阶段有许多共同特征，特别是条纹状结构和斑的形状。
2013-06-27 physics.flu-dyn
Modal analysis of bluff body wakes
本文对雷诺数为$U_\infty D/ν= 50,000$的非分层和分层圆盘尾迹进行了谱本征正交分解（SPOD）分析，其中$U_\infty$为自由速度，$D$为圆盘直径。在$Re= 50,000$中，分析了三种基于直径的弗劳德数，$\Fro = U_\infty/ND = \infty$，$2$和$10$。我们发现，在非分层的配置，两种模式：（i）涡脱落（VS）模式（$m=1, \Str = 0.135$）和（ii）的双螺旋（DH）模式（$m=2, \Str \rightarrow 0$）是最主要的功能。在远下游距离，DH模式是占主导地位的，而在近和中间位置，VS模式占主导地位的能量。重建TKE和雷诺剪应力也探讨了在近，远尾流位置。在分层情况下（$\Fro = 2$和$10$），涡脱落模式（在$\Str \approx 0.13-0.14$）主导尾流。在中期至后期流向位置（$x/D$），我们建立通过压力波通量重建的VS模式是负责内部重力波（IGW）的产生。$\Fro =2$还对$Re =5000$和$Re = 50,000$之间的SPOD分解分析进行了比较。初步结果表明，低$Re$尾流也是由VS模式占主导地位，但表现出更多的相干性，即更高的贡献领先SPOD模式，比高$Re$尾流。
2022-11-06 physics.flu-dyn
Coupled Modal-Nonmodal Interactions Due to Periodic, Infinite Train of Convecting Vortices (TCV)
CSIR-NAL（印度国家航空实验室）；High Performance Computing Laboratory, Aerospace Engineering Dept., IIT Kanpur（坎普尔印度理工学院航空航天工程系高性能计算实验室）；CERFACS（法国欧洲研究与培训高级流体力学中心）；Department of Mechanical Engineering, IIT (ISM) Dhanbad（丹巴德印度理工学院（科学与矿业学院）机械工程系）；High Performance Computing Laboratory, IIT Kanpur（坎普尔印度理工学院高性能计算实验室）；Non-equilibrium Flow Simulation Laboratory, IIT Kanpur（坎普尔印度理工学院非平衡流动模拟实验室）
本文研究了由周期性无限 vortex 列引起的强来流激发，揭示了模态与非模态成分的耦合相互作用，解释了剪切层上涡扰动导致的严重遭遇机制。
2026-01-01 math-ph math.MP physics.comp-ph
Non-constrictive bead immobilization leading to decreased and uniform shear stress in microfluidic bead-based ELISA
微流体生物传感器已被用于使用多种配置感测广泛的抗原。基于微珠的微流体传感器由于分析物选择的即插即用性质和球形传感器支架的有利几何形状而成为流行的模式。虽然珠对流体流动的收缩仍然是一种流行的方法来固定传感器，但它导致传感器珠周围的不良流体状态和剪切条件，这可能影响传感器性能。我们提出了一种替代方法的传感器珠固定使用聚碳酸酯膜。该系统导致围绕传感器珠的径向流量的变化降低几个数量级。我们的非收缩固定化珠所经历的剪切应力低三个数量级。我们证明了定量检测EpCAM蛋白的能力，EpCAM蛋白是癌症干细胞的标志物，并且在远红光和绿光波长下操作，没有自发荧光。
2014-12-03 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.QM
Long ring waves in a stratified fluid over a shear flow
由卫星观测记录的海浪通常具有曲线形的锋面，并在不同的海流上传播。在本文中，我们研究了分层流体中存在与深度相关的水平剪切流时的长线性和弱非线性环形波。它表明，尽管冲突的几何形状的波和剪切流，存在一个线性模态分解（不同于已知的分解在笛卡尔几何），它可以用来描述扭曲的波前的表面和内部波，并系统地推导出2+1维圆柱Korteweg-de Vries型方程的振幅。一般的理论适用于两层流体中的波的情况下，分段恒定电流，强调剪切流的影响的波前的几何形状。波前的畸变由非线性一阶微分方程的奇异解（一般解的包络）描述，构成在此曲线几何中的色散关系的概括。在同一剪切流中传播的表面波和界面波的波前形状存在着显著的差异。
2015-10-30 nlin.PS physics.ao-ph physics.flu-dyn
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
Linear Stability Analysis of convective flows in Rotating Baroclinic Annulus with Localized Peripheral Heating: A Floquet-BiGlobal Approach
Amrita Vishwa Vidyapeetham（阿姆里塔维迪亚佩塔姆大学）
本文采用Floquet-Bloch理论与BiGlobal特征值方法，分析了局部加热下旋转流体环的非轴对称基态线性稳定性，揭示了交叉模态斜压能量释放和剪切产生的不稳定机制。
2026-06-07 physics.flu-dyn
Viscous Instabilities in Transversely Strained Channel Flows
本文研究了叠加展向压力梯度的三维边界层的线性稳定性，通过引入坐标变换推导出稳定性指标的闭合形式，发现临界Reynolds数随横向流动强度单调递减，并揭示了最大瞬态增长随展向压差二次增加且由lift-up效应驱动。
2024-06-27 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Transient growth mechanisms of low Reynolds number flow over a low-pressure turbine blade
本文对T-106/300低压涡轮风扇叶片周期性排列的三维扰动流场进行了直接瞬态增长分析。该方法是基于一个奇异值分解的流量演化算子，线性化的稳定或周期性的基流。这种分析产生了最优的增长模式。以前的工作的全局模式的稳定性分析，这种流动的几何形状表明，流动是渐近稳定的，表明非模态的过渡解释可能是更合适的。目前的工作扩展了以前的调查到周围的稳定的基流的瞬态增长，更高的雷诺数和周期性的基流。据发现，显着的瞬态增长的最佳模式表明一个合理的路线过渡相比，这种配置的模式增长。的空间范围和本地化的最佳模式进行检查和可能的物理触发机制进行了讨论。据发现，对于较长的时间和较长的展向波长，在剪切层中的分离激发尾流模式。对于较短的时间和展向波长，较小的增长与近尾流的激发观察。
2013-02-12 physics.flu-dyn
Stochastic modelling of the instantaneous velocity profile in rough-wall turbulent boundary layers
本文基于粗糙壁湍流边界层中均匀动量区的统计特性，提出完全随机与数据驱动混合随机模型，生成能够重现对数平均速度剖面和主要雷诺应力的瞬时速度剖面集合。
2024-01-12 physics.flu-dyn
Unsteadiness in hypersonic leading-edge separation
在新近建造的高超声速路德维希风洞（HLT）中，在自由飞行设计马赫数为$M_\infty=6.0$的条件下，对高超声速前缘分离进行了研究，以了解激波相关的非定常性随自由飞行雷诺数（$1.66 \times 10^5 \leq Re_D \leq 5.85 \times 10^5$）的变化。基体直径为$D=35$ mm的轴对称平面圆柱体装配有不同细度（$d/D=0.1,0.2,0.26,0.34$，$L/D=1.4$）和细长（$L/D=0.7,1,1.4,1.9$，$d/D=0.2$）比的突起，以引起宽范围的前缘分离强度。定性和定量的评估是使用纹影成像，平面激光瑞利散射，和非稳态压力测量。当$Re_D$变化时，观察到一种称为脉动的来回激波运动和一种拍动激波剪切层振荡。较短的突出长度（$L/D=0.7$）产生的压力载荷比突出长度较长的情况高四个数量级。存在一个临界分离长度（$L/D \geq 1.4$），超过这个长度，分离的剪切层将变成湍流，并随着$Re_D$的增加在回流区引入波动。分离的湍流剪切层的效果被阻尼的顺序提供的再附着角是浅的，通过增加的长细比（$d/D=0.4$）。还存在一个临界几何参数（$L/D=1, d/D=0.2$），对于该参数，非定常模式基于上游波动在连续运行之间切换。根据Rayleigh散射图像的模态分析，驱动拍打的前四种主导模式被确定为平移拍打、蜿蜒拍打、大规模脱…
2022-08-11 physics.flu-dyn
Disentangling discrete and continuous spectra of tidally forced internal waves in shear flow
Research Institute for Applied Mechanics, Kyushu University（九州大学应用力学研究所）；CNRS, ENS de Lyon, Laboratoire de Physique（法国国家科学研究中心、里昂高等师范学校、物理实验室）
本文研究了剪切流中潮汐强迫内波的能量转换机制，通过分析发现离散谱和连续谱在能量转换中的不同作用，提出了新的能量转换率公式。
2026-03-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent transition in a truncated one-dimensional model for shear flow
我们提出了一个简化的模型过渡到湍流的剪切流，是足够简单的承认一个彻底的数值调查，同时允许时空动态，大大比那些允许在以前的模式截断更复杂。我们的模型允许比较的动态从初始扰动，局部化在展向方向与正弦扰动所产生的。对于展向局部化的初始条件的亚临界过渡到一个“湍流”状态（一）发生更突然，层流和“湍流”之间的边界似乎是少得多的“结构化”和（二）结果在时空混乱的制度内，时空复杂的瞬变的寿命更长，甚至更敏感的初始条件。展向局部化初始扰动激发混沌瞬态所需的最小初始能量$E_0$与雷诺数$E_0 \sim Re^p$和$p \approx -4.3$具有幂律标度。指数$p$仅弱依赖于局部扰动的宽度，并且低于通常在以前的低维模型中观察到的，其中通常为$p \approx -2$。结果表明，在一定雷诺数下，混沌瞬态的寿命分布符合指数分布。
2011-07-04 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Stochastic Structural Stability Theory applied to roll/streak formation in boundary layer shear flow
随机结构稳定性理论（SSST）提供了一个自治的，确定性的，非线性动力系统的发展的统计平均状态的湍流系统。在这项工作中，SSST适用于理解的自由流湍流（FST），并与旁路过渡在边界层的辊/条纹结构的形成的问题。横流/展向平面中的滚转结构和相关的流向条纹被证明是FST和平均流之间相互作用的线性不稳定性。在这种相互作用中，由FST产生的非相干雷诺应力通过扰动流向条纹来组织，以相干地迫使扰动滚转引起流向条纹扰动的放大，并通过这种反馈导致滚转/条纹/湍流复合体的不稳定性。支持滚转/条纹/湍流复合不稳定性的主要湍流扰动结构是斜波形式的非正常最佳扰动。在STM激发参数的分叉处出现了导致滚动/条纹结构的合作线性不稳定性。这种结构不稳定性最终在有限振幅下非线性地平衡，尽管由此产生的统计平衡流向条纹是弯曲的，但相关的流动是稳定的。通过这种机制形成和平衡的辊/条纹结构可以追溯到非正常的基础之间的相互作用的扰动和模态稳定系统中的平均流量。
2010-11-05 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Interaction of Tollmien-Schlichting Waves in the Air with the Sea Surface
为了研究风对孤子产生的非线性影响，对水面上充分发展的气流进行了线性稳定性研究。对基流作了线性稳定性分析，确定了孤子开始生长的条件。然后，根据[10]，研究了流动的非线性稳定性，并导出了扰动振幅的五次非线性薛定谔方程。从确定气水界面稳定性的特征值问题出发，计算了非线性薛定谔方程的系数。通过渐近稳定性分析和数值稳定性分析，确定了海-气界面中性稳定的流动条件。本文考虑了四种不同的气流廓线，即平面Couette流（pCf）、平面Poiffille流（pPf）、层流和湍流边界层（L，TBL）廓线。对于上述每种情况，假定水中的剪切流对应物为pPf。结果表明，上述振幅方程对pCf、pPf和LBL剖面产生了“蛇”孤子[9]，具有惊人的相似性。另一方面，对于TBL，我们观察到非常剧烈的表面运动。对于pCf和LBL的情况下，观察到显着的相似性，在海上进行的观察。我们的结论是，在海面上的气流的非线性的影响是远远大于在水中的非线性相互作用，因此，它是不可能解耦的运动在空气中和水的有限振幅的风浪相互作用，特别是在风产生的孤子在浅水区的情况下。
2017-04-26 nlin.PS physics.flu-dyn
A Fourier/Modal-Spectral-Element Method for the Simulation of High-Reynolds Number Incompressible Stratified Flows in Domains with a Single Non-Periodic Direction
提出一种水平 Fourier 伪谱、垂直模态谱元离散的高阶不可压缩 Navier-Stokes 求解器，以高效稳健模拟高雷诺数分层湍流并通过多类基准验证。
2025-09-25 cs.NA math.NA physics.comp-ph
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
