Feedback control of transitional shear flows: Sensor selection for performance recovery
传感器和致动器的选择和布置是确定可使用闭环控制实现的性能的基本因素。在控制过渡性流动的情况下，这一决定特别重要，但也很困难。线性化纳维-斯托克斯方程的高度非正态性使得流动对小扰动敏感，对闭环流动控制性能具有潜在的剧烈性能后果。全信息控制器，如线性二次型调节器（LQR），已经证明了一些成功的减少瞬态能量增长和抑制过渡，但是，基于传感器的输出反馈控制器具有可比的性能一直难以实现。在这项研究中，我们提出了两种方法，使传感器为基础的输出反馈控制器恢复全信息控制性能的传感器选择：一个基于稀疏控制器的合成方法，和一个基于平衡截断模型简化过程。这两种方法进行了研究内的线性和非线性模拟的亚临界通道流与吹吸驱动的墙壁。我们发现，这两种方法确定的传感器配置允许基于传感器的静态输出反馈LQR控制器恢复全信息LQR控制性能，无论是在减少瞬态能量增长和抑制过渡。此外，我们的研究结果表明，传感器的选择方法和由此产生的控制器表现出鲁棒性雷诺数的变化。
2020-09-08 physics.flu-dyn
Optimal transitional mechanisms of incompressible separated shear layers subject to external disturbances
本文结合线性预解分析和HBNS框架，研究了层流分离泡上不可压缩剪切层的最优转捩机制，揭示了外部扰动下T-S波向K-H及离心不稳定性的转变，并阐明了流向涡导致大尺度相干结构破裂的过程。
2025-07-06 physics.flu-dyn
Recurrence of Travelling Waves in Transitional Pipe Flow
最近的理论发现的家庭的行波解决方案在管流在雷诺数低于过渡范围自然提出的问题，其相关性的湍流过渡过程。在这里进行了一系列的数值实验，我们寻找这些行波在过渡流的空间签名。工作在一个周期性的管道的5D（直径）的长度，我们发现，行波低壁切应力（下分支解决方案）是在一个表面上分离的初始条件，顺利relaminarise和那些导致湍流的演变。在5D和10D长周期管道中发现了经常性行波访问的证据，但仅适用于具有低至中等壁面剪应力的行波，并且在湍流中不到10%的时间。考虑到这一点，似乎不太可能的平均湍流特性，如壁面剪应力可以预测为一个扩展的行波，其中他们的个人属性是适当的加权。相反，进一步的动力学结构，如周期轨道，需要被隔离，并包括在任何这样的扩展。
2006-11-01 physics.flu-dyn
Nonlinear Stability Analysis of Transitional Flows using Quadratic Constraints
转捩流动的动力学是由不可压纳维-斯托克斯方程中的非正规线性动力学和二次非线性之间的相互作用控制的。在这项工作中，我们提出了一个非线性稳定性分析的框架，利用非线性流相互作用的物理编码的非线性约束的事实。特别是，我们表明，非线性稳定性分析问题可以构成凸可行性和优化问题的基础上的李雅普诺夫矩阵不等式，和一组二次约束，代表非线性流物理。该框架可用于进行全局稳定性、局部稳定性和暂态能量增长分析。低维Waleffe-Kim-Hamilton模型的过渡和持续湍流的方法证明。我们的分析正确地确定了全局不稳定的临界雷诺数。对于局部稳定性分析，我们表明，该框架可以估计吸引区域的大小以及最大允许扰动的幅度，使所有轨迹收敛到平衡点。此外，我们表明，该框架可以预测的最大瞬态能量增长的界限。最后，我们表明，仔细分析用于执行二次约束的乘数可以用来提取主导的非线性流的相互作用，驱动的动态和相关的不稳定性。
2021-03-29 physics.flu-dyn
Probabilistic thresholds of turbulence decay in transitional shear flows
本研究通过大规模模拟管道流和降阶模型，发现湍流衰减的可预测性损失速率与不确定性及事件类型无关，并定义了区分不同可预测性的相空间阈值，为预测模型设定理论极限并揭示极端事件的因果性。
2025-07-09 physics.flu-dyn
Flow organization and heat transfer in turbulent wall sheared thermal convection
我们进行直接数值模拟壁面剪切瑞利-贝纳德（RB）对流瑞利数$Ra=10^8$，普朗特数单位，壁面剪切雷诺数高达$Re_w=10000$。使用Monin-Obukhov长度$L_{MO}$，我们确定了三种不同的流动状态，浮力为主的制度（$L_{MO} \lesssim λ_θ$ ;与$λ_θ$的热边界层厚度），过渡制度（$0.5H \gtrsim L_{MO} \gtrsim λ_θ$ ;与$H$域的高度），和剪切为主的制度（$L_{MO} \gtrsim 0.5H$）。在浮力占主导地位的政权的流动动力学是类似的湍流热对流。过渡状态的特征在于随着剪切力的增加而逐渐伸长的辊。在剪切为主的制度的流动包括非常大规模的曲折卷，类似于传统的库埃特流中发现的。作为这些不同的流动状态的结果，对于固定的$Ra$并且随着剪切的增加，由于热辊的破碎，热传递首先降低，然后在剪切主导的状态开始时增加。对于$L_{MO} \gtrsim 0.5H$，努塞尔数$Nu$有效地缩放为$Nu \sim Ra^α$，其中$α\ll 1/3$，而我们发现$α\simeq 0.31$处于浮力主导的状态。在过渡区的有效标度指数是$α> 1/3$，但在这个区域的温度和速度的轮廓还不是对数，从而表明瞬态动力学，而不是热对流的最终制度。
2019-09-23 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
A structured input-output approach to characterizing optimal perturbations in wall-bounded shear flows
这项工作建立在最近的工作，利用结构奇异值的概念，捕捉非线性相互作用的壁有界剪切流的分析。在这种情况下，结构化的不确定性可以解释为最有可能被放大的流动结构（最佳扰动）。在这里，我们进一步分析这些扰动通过一个问题的重新表述，分解成三个组件与流向，壁面法线和展向速度相关性的不确定性。然后，我们证明了这些相关性的结构特征是一致的非线性最优扰动和次级稳定性分析与流向条纹的结果。这些结果表明，结构化的输入输出分析的潜力，以获得洞察到线性和非线性行为，可用于通知过渡壁有界剪切流的传感和控制策略。
2023-03-18 cs.SY eess.SY physics.flu-dyn
On the statistical properties of fluid flows with transitional power-law rheology in heterogeneous porous media
在这项工作中，我们研究非牛顿流体在非均质多孔介质中的流动。我们感兴趣的是呈现特定流变变化的流体：在一定剪切速率以下为牛顿流体，在一定剪切速率以上为幂律流体。由于多孔介质一般表现出强烈的空间非均匀性在大的地质尺度，我们研究这种不均匀性和流体的非线性流变学之间的相互作用。渗透率非均质与非线性流变之间的耦合对渗流有显著影响。我们特别关注速度场的统计特性（均值、方差、相关性等）。根据施加的平均压力梯度，三个宏观流态被确定。对于低或高的平均压力梯度，平均流率分别线性地或根据幂律增加。在后者的制度，我们观察到的速度场是更不均匀的剪切变稀流体比剪切增稠流体。这对应于剪切稀化流体的沟道效应。中间制度对应于一个渐进的和不均匀的局部流变变化。然后，根据压力梯度范围来表征该瞬态状态。并对流场进行了统计分析。流变阈值以上的区域的空间分布显示出有趣的统计特性。例如，它们表现出多尺度特征（分形），类似于其他临界系统（渗流，雪崩等）。更令人惊讶的是，即使一些统计特性是独立的参数，一个有趣的突然旋转的相关性被发现为一组特定的参数。这是通过使用问题的一些对称性来解释的。
2022-03-25 physics.flu-dyn
Coherent structures modeling in stenotic transitional flow via resolvent analysis
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
本研究利用求解分析对轴对称狭窄中的过渡流进行线性建模，识别了雷诺数4000下的流动放大机制，并重构了湍动能和湍流壁面剪切应力，揭示了线性机制在捕捉狭窄后复杂动力学中的有效性。
2026-06-16 physics.flu-dyn
Skin friction and heat transfer in hypersonic transitional and turbulent boundary layers
本文基于二重积分分析了高超声速转捩和湍流边界层中表面摩擦与传热的产生机制，揭示了转捩区过冲行为的原因及壁温、马赫数对湍流区各物理量贡献的影响。
2021-11-10 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
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
Formation of spanwise vorticity in oblique turbulent bands of transitional plane Couette flow, part 2: modelling and stability analysis
本文模拟了转捩面库埃特流斜带和斜斑的紊流条纹中展向涡量的形成。设计了一个功能模型来模拟条纹中的相干流。模型的控制参数是从直接数值模拟（DNS）的统计数据中提取的。雷诺应力的建议，以研究这种额外的力维持基流的不稳定性的影响。局部（准平行）的时间稳定性分析，该模式进行调查的展向涡量的线性发展。结果表明，平均剖面，即使他们有一个拐点，是稳定的：剪切层内的速度条纹是负责涡度的形成。重点放在对流或绝对性质的不稳定性，这取决于在带中的位置。这表明，在完全湍流和层流之间的区域中发生了从对流到绝对不稳定的转变。最不稳定的模式的群速度比较好的展向涡度在DNS测量的平流速度。通过对一个典型带的全局（非平行）稳定性分析，完成了这项研究。最后，根据这些结果讨论了剪切流局部低雷诺数湍流维持的可能周期。
2015-11-18 nlin.PS physics.flu-dyn
Simplifying the complexity of pipe flow
过渡管流被模拟为一维可激发和可压缩介质。模型中提出了两个变量，湍流强度和平均剪切，演变根据过渡湍流的既定属性。一个连续的模型捕捉的本质，从兴奋性的变化，双稳态的喷气段塞过渡。一个离散的模型，另外将湍流局部作为一个混乱的排斥，再现几乎所有的大规模的过渡管流的功能。特别是，它捕获亚稳态局部泡芙，泡芙分裂，段塞，通过时空不连续性（定向渗透）持续湍流的连续过渡，以及随后的湍流分数增加到均匀，无特征的湍流。
2011-05-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Formation of spanwise vorticy in oblique turbulent bands of transitional plane Couette flow, part 1: Numerical experiments
本文用直接数值模拟（DNS）方法研究了平面Couette流（PCF）斜层流-湍流带速度条纹中展向涡量的形成。展向涡量是由速度条纹的流向壁面正剪切层的卷起型发展产生的。它是由沿带状的大尺度气流平流输送的。我们提出了一个展向涡度的标准，检测这些事件，以进行系统的测量。除了流向和展向相关长度的辊，他们的平流速度进行了测量，并显示匹配的大规模流动沿带附近的湍流区。最后，我们讨论了涡量从层流区附近的带中射出与层流区大小之间的可能关系。
2014-12-08 physics.flu-dyn
Solitary wave structure of transitional flow in the wake of a sphere
Faculty of Mechanical Engineering, Zhejiang Sci-Tech University（浙江理工大学机械工程学院）；School of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Water Resources and Electric Power（浙江水利水电学院机械工程学院）；School of Mechanical Engineering, Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学机械工程学院）
研究过渡流中孤立波结构的形成与演化，通过数值模拟发现其在湍流过渡早期以波包形式出现，并在雷诺数增加时达到最大振幅，与边界层湍流现象有相似之处。
2026-04-08 astro-ph.GA math.AP nlin.CD
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
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
Ecological collapse and the emergence of traveling waves at the onset of shear turbulence
向湍流的过渡表现出显着的时空行为，继续挑战详细的理解。在管道中的湍流开始附近，瞬态湍流区域直接衰减，或者在较高的雷诺数下通过分裂衰减，其特征时间尺度表现出对雷诺数的超指数依赖性。在这里，我们报告过渡管流的数值模拟，显示带状流出现在大尺度上，激活各向异性湍流波动，反过来，带状流抑制小尺度湍流导致随机捕食者-猎物动态。我们表明，这种“生态”模型的过渡湍流再现超指数的寿命统计和管流实验的现象。我们的工作表明，湍流边缘的流体在数学上类似于灭绝边缘的生态系统，并提供了一个完整的联系之间的流体动力学方程和定向渗流普适类。
2015-05-31 cond-mat.stat-mech nlin.CD 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
Intermittent Vortex Merging and Extreme Drag in Transitional Airfoil Flow
Oklahoma State University（俄克拉荷马州立大学）
该研究通过NACA0012翼型的二维数值模拟，揭示转捩翼型流动中极端阻力源于成簇涡释放与合并，提出通过secondary涡量动力学控制涡释放时机可缓解极端气动载荷。
2026-08-14 physics.flu-dyn
Transitional boundary layers in low-Prandtl-number convection
本文从转捩和湍流粘性边界层的角度重新讨论了单位长宽比封闭圆柱形单元中湍流Rayleigh-Benard流动的速度场和温度场的边界层结构。当Rayleigh数足够大时，底板和顶板的动力学可分为下降羽流的冲击区、上升羽流的喷射区和远离侧壁的内部区。后者是由大尺度环流（LSC）卷的剪切占主导地位，它充满了整个细胞，并不断改变其方向。工作流体是液体汞或镓，对于Ra=3e+5和4 e +8之间的瑞利数，普朗特数Pr=0.021。所产生的湍流动量传递对应于宏观流雷诺数，其值在1800和46000之间。它示出的粘性边界层的最大瑞利数是高度过渡和服从的属性，是直接可比的过渡通道流在摩擦雷诺数Re_tau略低于100。随着瑞利数的增加，壁面应力分量的波动强烈增强，这也强调了粘性边界层的过渡特征。我们的分析数据的外推表明，在速度边界层的摩擦雷诺数Re_tau可以达到200的值为Ra超过1 e +11。因此，液态金属流中的粘性边界层将在比气体和气体混合物中的湍流对流低得多的瑞利数下变成湍流。
2016-12-09 physics.flu-dyn
Nonlinear dynamics of vortex pairing in transitional jets
本研究通过稳定性分析与高保真模拟，揭示过渡射流中涡配对机制，证实基频通过反向级联为亚谐波供能，并阐明基频应定义为空间放大最显著频率而非能量峰值。
2024-07-31 nlin.AO nlin.PS physics.data-an
Modeling and Simulation of Transitional Rayleigh-Taylor Flow with Partially-Averaged Navier-Stokes Equations
采用部分平均Navier-Stokes（PANS）方程预测了Atwood数为0.5、最大雷诺数为$500$时的变密度Rayleigh-Taylor（RT）流动。这是材料混合的典型问题，其特征在于层流、过渡流和湍流、不稳定性和相干结构、密度波动以及由剪切和浮力机制产生的湍流动能。这些功能提出了许多挑战，建模和仿真，使RT流的理想开发验证空间最近提出的PANS BHR-LEVM封闭。数值模拟进行了不同层次的物理分辨率和测试三种方法来设置参数$f_ϕ$定义的范围内的物理分辨尺度。计算表明PANS模型预测RT流的时空发展的效率（精度与成本）。在这些过渡流中，在没有平均纳维-斯托克斯方程限制的情况下，以显著较低的物理分辨率获得了与大涡模拟和直接数值模拟相当的结果。这些数据还说明了适当选择湍流闭合度$f_ϕ$的物理分辨率和每个依赖量$ϕ$的分辨分数的重要性。这两个方面决定了模型解决不适合通过闭包建模的流动现象的能力，以及计算的保真度。
2021-10-19 physics.comp-ph 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
Efficacy of the FDA nozzle benchmark and the lattice Boltzmann method for the analysis of biomedical flows in transitional regime
尽管处于中等雷诺数，但通过医疗器械以及解剖血管中的流动可能表现出过渡甚至湍流特性。为了验证用于生物医学流动计算的数值方法和代码，美国食品和药物管理局（FDA）建立了一个实验基准，该基准是代表喷嘴的逐渐收缩和突然膨胀的管道。公开发布了雷诺数从500到6500的各种实验结果。以前和最近对FDA喷嘴中的流动进行的计算研究发现，各种CFD方法存在局限性，有些甚至质疑基准本身的适当性。该通信报告了基于格子玻尔兹曼方法（LBM）的直接数值模拟（DNS）方法的结果，该方法适用于雷诺数为2000和3500的过渡情况下的FDA喷嘴基准。我们的目标是评估如果一个简单的现成的LBM将预测实验结果，而不使用复杂的模型或合成湍流的流入。执行具有各种空间和时间分辨率的LBM计算-在4400万到28亿个晶格单元的末端-分别在台式机的32个CPU核心到现代超级计算机的超过30万个核心上进行，以探索和表征微小的流动细节并量化柯尔莫哥洛夫尺度。LBM模拟在雷诺数2000时过渡到湍流，与FDA的实验相似，并且对于两个雷诺数，发现射流破裂位置、平均速度、剪切应力和压力的一致性可接受。
2020-05-14 cs.DC nlin.CG physics.bio-ph
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
Experimental properties of continuously-forced, shear-driven, stratified turbulence. Part 1. Mean flows, self-organisation, turbulent fractions
我们研究了分层倾斜管道（SID）中的交换流的实验性质，这些交换流同时是湍流的，由平均垂直密度梯度强烈分层的，由平均垂直剪切驱动的，并且连续地由重力强迫。我们专注于核心剪切层远离管道壁，这些流量是优秀的实验可实现的近似规范双曲正切分层剪切层，其迫使允许平均和湍流特性达到准稳态。我们分析了国家的最先进的数据集的时间分辨密度和速度在三维子体积的管道在16个实验，涵盖了一系列的流态（霍姆波，间歇性湍流，全湍流）。在第1部分中，我们首先揭示了多维参数空间（雷诺数，体理查森数，速度密度层厚度比）中的允许区域，以及它们与实验可控参数的联系。哈罗德平均余额，然后揭示了微妙的动量强迫和耗散机制，在每一层中，扩大或锐化的密度接口，以及这些流量的流向非周期性的重要性。平均流量表明自相似的速度和密度分布的趋势，增加湍流，梯度理查森数统计支持以前的内部混合理论的平衡理查森数，边际稳定性和自组织临界。湍流体积分数拟能和翻转阈值的基础上量化不同制度之间的湍流的性质，同时突出了在时空间歇性流动中获得代表性统计数据的挑战。这些见解可能会刺激和协助发展的数值模拟与更高程度的实验现实主义。
2021-03-16 physics.flu-dyn
Periodic magnetorotational dynamo action as a prototype of nonlinear magnetic field generation in shear flows
以开普勒剪切流中的磁旋转发电机为原型，研究了倾向于磁流体动力学不稳定性的剪切流中发电机作用的性质。利用直接数值模拟和牛顿方法，我们计算了一个精确的时间周期磁旋转发电机的三维耗散不可压缩磁流体动力学方程的旋转和剪切。我们讨论的物理机制背后的周期，并表明，它是从一个大规模的轴对称环形磁场和非轴对称扰动放大的磁旋转不稳定性之间的线性和非线性相互作用的组合。我们证明，这种大规模的发电机机制是整体内在的非线性和不可还原的标准平均场发电机形式主义。因此，我们的研究结果提供了明确的证据，一个通用的非线性产生机制的时间相关的相干大尺度磁场剪切流，并呼吁新的理论发电机模型。这些发现为理解亚临界磁旋湍流的相变和统计性质提供了重要线索。
2011-09-08 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Aging and memory of transitional turbulence
研究发现槽道流中临界区附近的孤立湍流条带具有老化与记忆效应，不满足DP活性位点的无记忆假设，揭示几何差异可根本改变转捩机制。
2025-09-27 physics.flu-dyn
Effects of rough walls on sheared annular centrifugal Rayleigh-Bénard convection
本研究通过二维直接数值模拟，探讨了环形离心瑞利-贝纳德对流系统中粗糙壁面与壁面剪切力的耦合效应，发现不同流动区域（浮力主导、过渡、剪切主导）对传热有不同影响，且剪切主导区域传热对$\varOmega$不敏感。
2025-01-25 physics.flu-dyn
Impact of transverse strain on linear, transitional and self-similar turbulent mixing layers
University of Sydney（悉尼大学）；CSIRO Environment（澳大利亚联邦科学与工业研究组织环境部门）；AWE（英国原子能管理局）；Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）
研究探讨了横向应变对混合层发展的影响，通过平面几何应用横向应变率，推导了平面几何中线性阶段的模型，并通过模拟验证了横向压缩下不稳定性增长的放大。
2025-02-19 physics.flu-dyn
Demonstration of an integral method for estimating wall shear stress in complex high-speed flows
本文提出一种基于Favre平均流向动量方程沿壁面法向一次积分的通用积分方法，用于估算复杂高速流动中的壁面剪应力，在粗糙表面、曲面和压力梯度条件下误差不超过5%，且在近壁数据缺失超40%时仍有效。
2025-08-20 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
Heteroclinic path to spatially localized chaos in pipe flow
在过渡雷诺数的剪切流中，局部湍流斑块（称为喷流）与层流共存。最近，阿维拉等人，物理修订版110，224502（2013）发现了管流的两个空间局部化的相对周期解，其在低速时出现在鞍结分叉中。结合切片方法连续对称性约减与庞加莱截面的第一次在剪切流设置，我们计算和可视化的不稳定流形的下分支的解决方案，并表明它包含一个异宿连接到上分支的解决方案。令人惊讶的是，这种连接甚至在分叉点以上仍然存在，并且似乎介导了喷烟的产生，从而提供了对这种现象的动态理解。
2017-03-30 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Stability analysis of transitional flows based on disturbance magnitude
Technion（以色列理工学院）
本文提出了一种基于扰动幅度的稳定性准则，用于分析不可压缩剪切流的过渡过程，结合输入-输出分析和小增益定理，验证了不同非线性模型下的稳定性阈值与实验和模拟结果的一致性。
2026-02-15 physics.flu-dyn
Laminar-Turbulent Patterns in Shear Flows : Evasion of Tipping, Saddle-Loop Bifurcation and Log scaling of the Turbulent Fraction
本文用一维反应-平流-扩散模型解释剪切流层流-湍流模式，通过 Busse 气球、鞍环分岔和孤立脉冲阐明波长对数发散规律。
2024-07-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Emergence of stochastic dynamics in plane Couette flow
空间局域态在剪切流中向湍流的转变中起着重要作用（Kawahara，Uhlmann & van Veen，Annu. 44，203（2012））。尽管事实上，他们中的一些是层流和湍流之间的分界线上的吸引子，很少有人知道他们的动态。在这里，我们调查的时间动态的平面Couette流的背景下，这种稳定的空间本地化的解决方案。这些解存在于参数空间中的振荡分支上。我们认为这些分支的鞍节点作为初始条件的模拟运行偏移雷诺数。我们观察到一个relaminarization政权主要特点是确定性动力学和识别在这个政权的存在参数区间的结果是随机的和长寿命的混沌瞬态观察。这些结果是在低于过渡阈值的情况下获得的，揭示了过渡平面Couette流中随机性的出现，并可能会告知一系列剪切流配置。
2016-04-15 physics.flu-dyn
Near-wall turbulence alteration with the Transpiration-Resistance Model
本文研究了穿透阻力模型（TRM）边界条件改变近壁湍流的作用，通过滑移和穿透长度定义穿透因子，发现其与粗糙度函数呈线性关系，可有效表征过渡粗糙状态下的粗糙表面。
2021-10-23 physics.flu-dyn
Spatio temporal linear stability of viscoelastic free shear flows: dilute regime
本文研究了在中低雷诺数和Weissenberg数范围内，反对称自由剪切粘弹性流动的时间和时空稳定性。将所得的四阶Orr-Sommerfeld方程简化为一组六个辅助方程，从重标远场条件出发，即~例如，通过复合矩阵方法。数值结果表明，随着Weissenberg数的增加，（a）最大增长率的峰值（即，最大增长率的峰值）逐渐减小;例如，增长率虚部的最大值）减小;（b）整个不稳定谱范围向长波方向移动（即~例如，整个时间不稳定区域逐渐集中在零波数附近），（c）涡度结构轮廓线被扩张，（d）残余雷诺应力减小。所有这些观察表明，粘弹性减少的时间不稳定性，但并没有完全suppressit. Briggs的解析延拓的想法部署到分类区域的时间稳定性，绝对和对流不稳定性以及倏逝（假）模式，在有限范围内的雷诺数，Weissenberg数和粘性系数。主要结果是，与牛顿流体不同，稀聚合物液体的自由剪切流动对于所有雷诺数都是（绝对/对流）不稳定的，或者在非常低的雷诺数下发生向不稳定的过渡，这一发现归因于粘弹性使自由表面流动不稳定的事实。虽然这种过渡途径连接的时间稳定状态的弹性惯性不稳定状态已经确定了一些体外实验，但到目前为止，还没有量化理论上通过线性稳定性分析。
2019-06-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Separated flows over swept wings across transitional Reynolds numbers
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本研究通过参数化数值模拟，探究后掠角与雷诺数对有限翼前缘分离和翼尖涡的影响，发现高雷诺数下增大后掠角可增强升力，并揭示流向涡量变化等关键机制。
2026-10-01 physics.flu-dyn
Turbulent kinetic energy transport in oscillatory pipe flow
层流和湍流振荡管流在生物医学科学和工程的许多领域中都存在。肺气流和血管血流通常是层流，因为作用在生理系统上的剪切力应该很小。然而，摩擦损失和剪切应力随着向湍流的过渡而显著变化。这在例如人工呼吸或狭窄的情况下起重要作用。另一方面，在活塞式发动机和往复式热/化学过程装置中，湍流或过渡振荡流影响混合特性，以及质量和热传递。与统计上广泛研究的定常壁面剪切流相反，在非定常外力驱动下的管流中，紊流的发生、放大和衰减的研究工作却很少。实验[1，3，6]表明，转捩到湍流只取决于一个参数，即Re_δ \sim Re/Wo，其临界值约为550，至少对于Womersley数Wo > 7。我们进行直接数值模拟（DNS）的振荡管流在几种组合的Re和WO，以延长这个临界值的有效性，以更高的WO。为了更好地理解湍流衰减和放大过程中的物理机制，我们进一步分析了湍流动能分布及其预算项。
2020-01-30 physics.flu-dyn physics.med-ph
Critical parameters for non-Newtonian shear-thickening power-law fluids flow across a channel confined circular cylinder
本文用数值方法研究了剪切增稠幂律流体不可压缩绕流通道内圆柱的临界参数。用有限体积法求解了幂律流体（n=1 - 1.8）和两种堵塞比（b = 2和4）的控制方程。通道限制圆柱体的过渡见解，特别是指示从蠕动到分离流的过渡的关键参数（即，稳态对称尾流形成的开始），以及从稳态对称尾流到非稳态非对称尾流形成（即，涡形成的开始）进行了研究，并提出了临界雷诺数（Re^c和Re_c）。还探讨了无侧限流和有侧限流对这些临界参数的相对影响。一般来说，随着幂律指数（n）和壁面约束值的增加，流动分离和尾流不对称的发生都延迟。然而，对于有限b的受限流，临界Re对n的依赖性与无约束流完全相反，即，临界Re随n的增大而减小。幂律指数对旋涡起始的影响远大于对尾迹起始的影响。例如，当n从1变化到1.8时，b=（2，4，\infty）的Re^c从（12.5，7.25，6.25）变为（30.5，9.25，0.75），Re_c的相应变化从（84.5，70.25，46.5）变为（449.5，179.5，33.5）。斯托克斯悖论（Stokes paradox），无蠕流（即使Re ~ 0）与幂律流体的无侧限流明显相关，但与有侧限流无关。最后，为便于工程分析，给出了临界Re随无量纲参数（n和b）变化的预测关联式。
2021-07-06 physics.flu-dyn
Optimal non-linear mechanisms for laminar-turbulent transition of a shock-induced separated shear layer
Imperial College London（帝国理工学院）；ONERA, Université Paris-Saclay（法国航空研究院，巴黎萨克雷大学）
本文研究了激波边界层相互作用中层流-湍流转变的最优非线性机制，通过非线性输入输出优化框架揭示了分离流动中湍流发展的四阶段路径。
2026-05-10 physics.flu-dyn
Spatial and temporal scales of force and torque acting on wall-mounted spherical particles in open channel flow
来自在2900的整体雷诺数下几何粗糙壁上的明渠流的直接数值模拟的数据，由Chan-Braun等人[“Force and torque acting on particles in a transitionally rough open-channel flow”，J. Fluid Mech.684，441- 474（2011），10.1017/jfm.2011.311]中所述的方法，进一步分析了作用在壁装球体上的力和扭矩的时间和长度尺度。对于正方形布置的两种尺寸的球体（直径为11和49个壁单元，分别产生水力平滑和过渡粗糙流），研究了阻力、升力和展向扭矩的空间结构。给出了时间上的自相关和谱，以及时空相关和对流速度，并进行了讨论。发现展向质点扭矩的统计特性与光滑壁面处剪应力的统计特性相似。粒子阻力和升力被证明不同于展向粒子扭矩，表现出相当小的时间和长度尺度;阻力和升力的对流速度略大于展向扭矩。此外，流场和颗粒相关的量之间的相关性。流向速度和阻力/展向扭矩之间的相关性的空间结构的特征细长的形状，让人想起缓冲层条纹。压力场和颗粒阻力之间的相关性表现出两个相反的符号凸起的上游和下游侧的颗粒。
2013-06-04 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
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
Machine-learning wall-model large-eddy simulation accounting for isotropic roughness under local equilibrium
本文提出融合粗糙几何与近壁流特征的神经网络壁面模型，结合信息论、主动学习和高斯过程置信度，在槽道及涡轮叶片WMLES中准确预测粗糙壁摩擦。
2024-06-01 physics.flu-dyn
Self-similar invariant solution in the near-wall region of a turbulent boundary layer at asymptotically high Reynolds numbers
在足够高的雷诺数下，壁面附近的剪切流湍流具有普遍的性质。当长度和速度由湍流的适当特征尺度重新标度，从而在\emph{inner units}中测量时，流的统计特性变得与雷诺数无关。我们证明了平行边界层的完全非线性三维纳维-斯托克斯方程的附壁非混沌精确不变解的存在性，该解捕获了近壁湍流结构的特征自相似标度。行波解的分支可以继续到$Re=1,000,000$。理论和数值相结合的证据表明，解决方案是渐近自相似和精确的尺度内单位雷诺数趋于无穷大。证明存在的不变的解决方案，捕获自相似的缩放特性的湍流在近壁区域是一个步骤，扩展的动力系统方法湍流从过渡制度充分发展的边界层。
2019-12-10 physics.flu-dyn
Pathways to Elastic Turbulence in Giant Micelles Through Curvature Ratios in Taylor-Couette Flow
该研究使用基准剪切带胶束体系，首次量化了流线曲率对流动不稳定性的影响，识别了通向弹性湍流的两种转变路径，构建了基于曲率比和 Weissenberg 数的通用状态图，并确定了弹性湍流发生的标度规律。
2025-09-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Highly-symmetric travelling waves in pipe flow
最近在管流中有限振幅行波的理论发现重新点燃了人们对Osborne Reynolds在125年前研究的过渡现象的兴趣。尽管所有这些都是不稳定的，但这些波为流动动力学提供了新的见解。在这里，我们描述了两个新的高度对称的行波类（具有旋转，移位和反射和镜像对称性），并报告了一个新的家庭的镜像对称波，这是第一次发现在管流不具有移位和反射对称性。与Faisst & Eckhardt 2003和Wedin & Kerswell 2004发现的非镜像对称波相比，高度对称波出现在较低的雷诺数下，并且具有更高的壁面剪应力。第一个M类由Pringle & Kerswell（2007）中发现的镜像对称波的各种离散旋转对称类似物组成，并且具有跨越管道半径的快速和缓慢条纹的独特双层结构。第二个N-类有更熟悉的分离的快速条纹的外部和缓慢的条纹的内部，并期待的先驱类的非镜像对称波已经知道。
2008-04-30 physics.flu-dyn
Surfing the edge: using feedback control to find nonlinear solutions
许多过渡壁面剪切流的特征是状态空间中层流和湍流状态共存。在过去的十年中，探测两个吸引子之间的边缘边界导致了不可压缩纳维-斯托克斯方程新的（不稳定）解的数值发现。然而，用于实现这一点的迭代二分法对于大型系统来说成本过高。在这里，我们提出了一个简单的闭环控制策略，以稳定边缘状态，从而加快了几个数量级的数值识别。该方法被示出为几种配置的圆柱管流。行波解被识别为边缘状态，并且可以在仅一个短的数值运行中被快速地隔离。一个新的分支的解决方案也被确定。当边缘状态是周期轨道或混沌状态时，闭环控制不能精确地收敛到不受控系统的解，但在单次运行中仍然使动力学非常接近原始边缘流形。我们讨论了这种新方法的速度和简单性所提供的机会，以探测状态空间和参数空间的结构。
2017-08-03 physics.flu-dyn
Input-output framework for actuated boundary layers
这项工作扩展了输入-输出方法的壁面有界剪切流的研究，操纵使用致动器常见的实验流动控制研究。特别是，我们适应这个强大的分析框架，以调查指定的几何驱动模式（例如，不同的等离子体致动器），其可以在不同的时间输入信号的范围内应用。例如，通常研究的稳态（时间平均）流量响应对应于我们的建模框架中的阶跃响应的叠加。该方法利用传递函数表示的线性来构造致动流场，作为对包括致动模型的不同强度的点源的流响应的加权叠加。我们首先验证所提出的方法，通过比较的时间平均行为的过渡边界层使用介质阻挡放电等离子体致动器在收缩放电模式下工作的数值和实验研究。所示的方法来重现流向的速度场和涡结构的下游观察到的等离子体激励器配置。然后，我们证明，该方法提供了更好的协议与稳态响应的边界层受到驱动从阵列的对称等离子体致动器排列在展向和蛇形几何形状。这些结果表明，这种扩展的效用，广泛使用的输入-输出框架，在分析某些驱动方式的影响，已显示出的承诺，在流操纵策略减阻。这种分析方法的一个重要优点是与其在广泛的参数研究中的使用相关的低计算成本，而使用实验或高保真模拟将是成本高昂的。
2021-05-03 physics.flu-dyn
