On The Critical Reynolds Number For Transition From Laminar To Turbulent Flow
在这种可视化中，从层流到湍流的转变的特征在于壁面流体间歇地喷射到外部流中。粘性流层的归一化厚度达到渐近值，但物理厚度在过渡后呈指数下降。临界过渡管雷诺数可以简单地通过将其与粘性流层归一化厚度的渐近值相等来获得。关键词：转捩，临界稳定雷诺数，临界转捩雷诺数，非牛顿管流
2010-07-14 physics.flu-dyn
Effect of three-orifice baffles orientation on the flow and thermal-hydraulic performance: experimental analysis for net and oscillatory flows
实验研究了三孔挡板朝向对净流与振荡流热工水力性能的影响，发现相对朝向在低Reynolds数下可显著增强传热，但在高Reynolds数下因摩擦损失不推荐，且该构型有助于实现平推流。
2024-12-20 physics.flu-dyn
Turbulence intensity and the friction factor for smooth- and rough-wall pipe flow
湍流强度分布进行了比较光滑和粗糙壁管流测量在普林斯顿超级管。从水力光滑流到完全粗糙流的过渡中的剖面发展显示了从管壁向管轴的传播序列。湍流强度与雷诺数的比例关系表明，光滑壁和粗糙壁的水平偏离随着雷诺数的增加。我们量化湍流强度和摩擦系数之间的对应关系。
2017-04-24 physics.flu-dyn
Numerical Modeling of Flow and Air Entrainment in Hydraulic Jumps for a Wide Range of Froude Numbers
National University of La Plata（拉普拉塔国立大学）；Stanford University（斯坦福大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）
本文提出基于URANS框架的三相混合模型，用于模拟十二个弗鲁德数从1.98到8.48的水跃流体和空气混入，验证了该模型在计算效率与精度上的平衡。
2026-05-07 physics.flu-dyn
Large Eddy Simulation of a Premixed Bunsen flame using a modified Thickened-Flame model at two Reynolds number
基于大涡模拟方法的改进的增厚火焰（TF）模型用于研究预混燃烧，并且通过与先导预混化学计量甲烷-空气火焰数据（Chen等人，1996），雷诺数Re = 24，000（火焰F3）和Re= 52，000（火焰F1）。加厚火焰法的基本思想是，火焰前缘被人为地加厚以在计算LES网格上求解，同时保持层流火焰速度（）恒定。通过增强分子扩散和减小Arkenius定律的指前因子来实现火焰前缘的人为增厚。由于火焰前缘被人为加厚，加厚火焰对湍流的响应受到影响，并通过在控制方程中引入效率函数（E）来处理。修正TF模型中的效率函数（E）是根据火焰-涡流相互作用的直接数值模拟（DNS）数据集提出的（Colin等人，2000年）。将预测的模拟结果与实验数据和使用基于RANS的概率分布函数（PDF）建模方法（Lindstedt，R. P.和Vaos，E. M.，2006，Transported PDF modeling of high-Reynolds-number premixed turbulent flames，Combustion and Flame，145，495）和基于RANS的G方程方法（Herrmann，M.，2006年）。结果表明，与修改后的TF模型的结果一般是在良好的协议与数据，与TF的预测一贯可比的PDF模型的预测和优于与G-方程的方法的结果。
2021-01-21 physics.flu-dyn
Tesla's fluidic diode and the electronic-hydraulic analogy
对于学生和研究人员来说，类比推理在物理学中是强大的，一个恰当的例子是电子学和水力学作为电流和流体流动的类比研究。大约100年前，尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）提出了一种流量控制装置，其操作类似于电子二极管，允许流体在一个方向上轻松通过，但在相反方向上提供高阻力。在这里，我们使用特斯拉二极管的实验测试来说明电子液压类比的原理。我们设计并构建了一个压差室（类似于电池），用于测量流速（电流），从而测量给定管道或通道（电路元件）的电阻。我们的研究结果证明了特斯拉装置的有效性，其各向异性阻力来自于其与高惯性流相互作用的非对称内部几何形状，如由雷诺数（这里，Re ~ 1 e3）量化的。通过新的射流二极管的设计和测试，我们探讨了在流体力学的模拟和形状优化的挑战的局限性。我们还提供可纳入流体动力学课程，实验室模块和进一步研究项目的课程计划的材料。
2021-03-27 physics.ed-ph physics.flu-dyn
Circular hydraulic jumps: where does surface tension matter?
最近，一个不寻常的标度法已被观察到在圆形水跃，并已被归因于一个假定的失踪项在当地的能量平衡的流量[ \cite{bhagat_2018} ]。在本文中，我们表明，虽然实验观察是有价值的和有趣的，这种解释大概是不好的。当转置到由两个撞击液体射流形成的轴向薄片的情况时，所假设的原理实际上导致与这种流动的现有知识相矛盾的速度分布。我们在这里展示了如何通过保持与表面张力热力学的一致性来纠正这种方法：对于Savart-Taylor表，当进行充分纠正时，我们恢复了众所周知的$1/r$液体厚度，其速度恒定且均匀，由伯努利原理决定。在圆形水跃的情况下，我们在这里提出了一个简单的方法的基础上沃森描述的流动在中心区域[ \cite{Watson_JFM} ]]，结合适当的边界条件上形成的圆形前。根据具体的条件，我们依次发现新的标度由\cite{bhagat_2018}和更传统的标度律发现很久以前由\cite{Bohr_1993}。我们在这里澄清几种情况下，其中一个应该持有，而不是其他，希望协调Bhagat等。观察与目前的圆形水跃模型的知识。然而，一个可能的临界弗劳德数强加在跳跃出口和指定对数校正缩放的问题仍然是一个开放的和未解决的问题。
2021-12-17 physics.flu-dyn
An investigation on thermo-hydraulic performance of a flat-plate channel with pyramidal protrusions
在这项研究中，一个平板通道配置与金字塔突起的数值分析第一次。本文采用有限体积法对单相流体层流流动和传热特性进行了稳态数值模拟。纯水被选为冷却剂和它的热物理性质建模使用一组温度依赖函数。不同配置的通道，包括一个平原通道和一个通道与自然启发的突出表面，在这里进行了研究，雷诺数范围从135到1430。详细研究了凸起形状、大小和排列方式对平板通道水热性能的影响。在模拟期间，通道的上表面和下表面的温度保持恒定。据观察，相对于普通通道，利用这些配置可以将传热量提高至277.9%，并将压力损失放大至179.4%。结果发现，与普通通道相比，在这里研究的条件下，具有金字塔形突起的通道的总效率提高了12.0-169.4%。此外，通道的热力学性能的熵产生方面进行了研究，它被发现，装备的通道与金字塔突起导致系统中的不可逆性较低。
2018-07-10 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of low Reynolds number oscillating boundary layers on adiabatic slopes
本文研究了倾斜边界上Boussinesq分层边界层在平行于倾斜边界的振荡物体强迫作用下的不稳定性和转捩机制。这种情况是典型的边界层所产生的低波数内潮上下晃动绝热深海斜坡在没有平均流量，高波数内潮，和共振潮汐测深相互作用。我们检查内的一个区域的无量纲参数空间的典型的中低纬度海洋$M_2$潮汐水力光滑的深海斜坡直接数值模拟。我们发现，在低雷诺数的过渡到湍流路径产生的剪切和重力不稳定性，我们发现，边界层稳定增加外边界层分层在下坡振荡阶段。然而，如果旋转是显着的（低斜率伯格数），我们发现，边界层湍流是持续整个振荡周期，类似于斯托克斯-埃克曼层湍流。我们的研究结果表明，振荡的边界层光滑的深海斜坡上创建的低波数$M_2$潮汐不会造成显着的不可逆的湍流浮力通量（混合）和平底耗散率模型来自潮汐振幅是准确的数量级。
2021-10-05 physics.flu-dyn
Blade-shaped (PKN) Hydraulic Fracture Driven By A Turbulent Fluid In An Impermeable Rock
在石油和天然气工业中，高流速水驱动水力压裂比以往任何时候都更常见。虽然裂缝很小，但水的高注入速率和低粘度导致裂缝中的高雷诺数和潜在湍流。在这里，我们提出了一个半解析解的叶片形（PKN）几何水力压裂驱动的湍流流体在零流体泄漏到地层的限制。我们使用Gaukler-Manning-Strickler参数化来模拟PKN裂缝中的湍流，该参数化将水的流速与沿着裂缝的压力梯度联系起来。在这个关系中的关键参数是达西-韦斯巴赫摩擦系数的粗糙度的裂纹壁。耦合这种湍流参数化与质量守恒允许我们写一个非线性偏微分方程的裂纹宽度作为空间和时间的函数。通过相似性分析，我们得到了一个半解析解使用正交多项式级数。将裂缝尖端附近的渐近行为嵌入到多项式级数中，我们发现非常快速的收敛：用级数的两个项得到适当精确的解。这种封闭形式的解决方案有利于层流和湍流水力压裂的结果和参数之间的清晰比较。特别是，它解决了一个众所周知的问题，即校准模型的数据难以同时匹配的水力压裂长度和井筒压力。
2016-09-05 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Turbulent flame speed and reaction layer thickening in premixed jet flames at constant Karlovitz and increasing Reynolds numbers
采用直接数值模拟（DNS）方法，研究了当Karlovitz数和Kolmogorov尺度保持不变时，湍流积分尺度$l$的系统性增加对甲烷/空气贫燃火焰湍流速度的增强和反应层结构的影响。四个湍流狭缝射流火焰模拟在增加雷诺数和高达$Re \approx 22000$，定义的基础上的体积速度，狭缝宽度，和反应物的属性。湍流火焰速度$S_T$在选定的流向位置进行局部评估，并观察到随着雷诺数的增加，每个火焰的流向方向和整个火焰的流向方向都增加，与湍流积分尺度的相应增加一致。特别地，湍流火焰速度$S_T$随着$l$的积分标度指数地增加到大约6个层流火焰厚度，而对于较大的$l$值，标度变成幂律。这些趋势不能完全归因于火焰表面的增加，因为湍流火焰速度失去其比例的火焰面积的整体规模的增加，特别是，它被发现，湍流火焰速度面积的比例达到幂律缩放$l^{0.2}$。这是由反应层的整体加宽引起的，以增加积分尺度，这与反应速率的相应降低无关，导致整体燃烧速率的净增强。这一观察结果是重要的，因为它表明，湍流的最大尺度的尺寸的连续增加可能是火焰内层逐渐强烈变化的原因，即使最小尺度，即，Karlovitz数保持不变。
2020-08-16 physics.flu-dyn
Experimental investigation of turbulent flow in a two-pass channel with different U-turn
本文采用TR-PIV方法对U形通道内流场特性进行了研究。基于方形截面通道水力直径的雷诺数为8888、13333和17777。考虑平均流量、雷诺应力和POD的影响，研究了三种不同转弯断面的流动特性。通过分析，得出了一系列重要结论。对于主流，转弯段的结构对流场特性有明显的影响。由于雷诺数的增加使得流入冲击更强，角区的旋涡的大小和数量显著减少。从不同转弯段明显不同的雷诺应力分布可以看出，主流与涡混合引起的脉动明显强于边界处。转弯段流动复杂，低阶模态湍流动能比例分布相对平缓，内外圆通道转弯段存在明显的波浪结构，与POD得到的速度场相吻合。
2019-10-14 physics.flu-dyn
Laminar, turbulent and inertial shear-thickening regimes in channel flow of neutrally buoyant particle suspensions
这封信的目的是描述有限惯性下粘性流体中有限尺寸刚性颗粒悬浮液的流动状态。我们探讨了系统的行为作为粒子的体积分数和雷诺数（流量和颗粒的惯性粘性力的比率）的函数。与层流和湍流状态之间存在明显区别的单相流不同，在存在颗粒相的情况下可以识别三种不同的状态，它们之间具有平滑的过渡。在低体积分数下，当雷诺数增加时，流动变得湍流，从由粘性力主导的层流状态过渡到以湍流涡流增强动量传输为特征的湍流状态。在更大的体积分数，我们确定了一个新的制度，其特征在于更大的增加壁摩擦。壁面摩擦力随雷诺数（惯性效应）而增加，而湍流输运的影响很弱，如在强烈的惯性剪切增稠状态。这种状态可能会阻止过渡到一个充分的湍流状态在任意高速度的流动。
2014-11-14 physics.flu-dyn
Study of the wall pressure variations on the stall inception of a thick cambered profile at high Reynolds number
针对高雷诺数厚弯度翼型失速过程缺乏一致描述的问题，通过壁面压力实验发现失速前存在时空双稳态间歇性分离，可用低阶POD模态建模，为风力涡轮机翼型的监测与控制提供支撑。
2024-01-30 physics.flu-dyn
Deformation of an elastic body in low Reynolds number transport: Relevance to biofilm deformation and streamer formation
在本文中，我们得到的分析结果内的剪切应力分布的弹性体放置在低雷诺数运输。问题定义受到最近一项实验研究的启发（Valiei等人，Lab Chip，2012，12，5133-5137），其报道了在圆柱形刚性微柱上形成的细菌生物膜的流动触发变形为称为流光的长丝状结构。在我们的分析中，我们考虑一个有限厚度的弹性体（形成一个边缘）放置在一个刚性圆柱体上，即，我们在实验中模拟生物膜结构。我们考虑Oseen流动解来描述低雷诺数下圆柱形弹性结构的输运。弹性结构内部的应力和应变分布被发现是位置，泊松比，初始厚度的弹性边缘和流动驱动的剪切应力的弹性体的剪切模量的比率的函数。更重要的是，这些分析，这可以被视为第一个正式的分析，以了解与生物膜流光形成相关的流体-结构-相互作用的问题之一，帮助我们解释几个定性方面与流光形成在不同的实验报告。
2015-01-11 physics.flu-dyn
A hybrid RANS/LES framework to investigate spatially developing turbulent boundary layers
一个混合RANS/LES框架开发的基础上，最近提出的改进的延迟分离涡模拟（IDDES）模型相结合的一种变体的回收和重新缩放方法产生的入流湍流。应用该框架研究了空间发展平板湍流边界层的动量厚度雷诺数（$R_θ = 31000$），并将结果与现有的实验数据进行了比较。在所有考虑的动量厚度雷诺数下，平均速度和表面摩擦力等全局量都得到了很好的一致性。雷诺应力分量的趋势是正确的。在高$R_{θ$ }时，剪应力分布在接近壁面的指示范围内显示出显著差异，以进一步改进此类方法中的近壁建模。
2014-08-04 physics.flu-dyn
The critical Reynolds number of a laminar mixing layer
迄今为止，人们普遍认为混合层在所有雷诺数下都是不稳定的。然而，这是站不住脚的能量考虑，这要求必须存在一个非零雷诺数，低于该雷诺数的扰动不能从平均流中提取能量。本文表明，平面混合层的相似解的线性稳定性分析，包括流动非平行性的影响，使用最小合成理论和伴随的性质，根据Govindarajan和Narasimha（2005），解决了这个问题，产生非零临界雷诺数的任何速度比的同向流。以涡量厚度和速度差为尺度，当速度比从零变到1时，所得到的临界雷诺数在59 ~ 55的狭窄范围内变化。
2006-04-03 physics.flu-dyn
Effects of Trailing Edge Thickness on NACA 4412 Airfoil Performance at Low Reynolds Numbers: A CFD Analysis
本研究使用CFD和Spalart Almaras模型在雷诺数300k下分析后缘厚度对NACA 4412翼型的影响，发现0.8%厚度能获得最佳升阻比，而0.2%厚度会降低性能。
2024-09-20 physics.app-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Reynolds-number dependence of streamwise velocity variance in wall-bounded turbulent flows
本文提出壁面湍流流向速度方差模型，假设附着涡诱导内部湍流边界层，得到对数方差剖面，并揭示峰值及长度比在渐近大雷诺数下无界、近壁归一化方差保持有限的规律。
2024-05-06 physics.flu-dyn
Tracking stall cell dynamics at high Reynolds numbers
CSTB（法国建筑科学研究院）；Laboratoire EM2C, CNRS, Centralesupélec, Université Paris-Saclay（EM2C实验室，法国国家科学研究中心，中央理工-巴黎电信学院，巴黎萨克雷大学）；Nantes University, Centrale Nantes, LHEEA UMR 6598（南特大学，南特中央理工学院，LHEEA联合研究实验室）
本研究通过压力测量揭示高雷诺数下滞止细胞的动力学特征，发现其相干运动可通过局部测量追踪全局动态。
2026-02-03 physics.flu-dyn
Influence of the approach boundary layer on the flow over an axisymmetric hill at a moderate Reynolds number
本文用大涡模拟方法模拟了中等雷诺数下三维山丘的绕流。模拟的主要目的是研究各种流入条件（边界层厚度和层流与湍流边界层）对山丘后方气流的影响。在所有模拟中，山后气流的主要特征相似，但观察到各种差异。下壁附近表面上流线（摩擦线）的拓扑结构与规定的入流条件无关，由四个鞍点和四个节点（其中两个是焦点）组成。在所有的模拟中，都可以观察到各种各样的旋涡结构，从山脚下形成的马蹄形旋涡到山脚下形成的训练大发夹形旋涡。在模拟中，在厚层流边界层的情况下，还观察到次级涡结构（即发夹涡）在山丘两侧形成，叠加在马蹄涡的腿上。在山丘下游足够远的地方，在对称平面处，发现平均速度和速度波动的均方根变得与流入条件准无关，而朝向两侧，山丘的影响减小，速度剖面恢复到流入时的主要值。
2017-08-23 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of supersonic boundary layers over a microramp: effect of the Reynolds number
本文通过最高 Reτ=2000 的 DNS 研究微型斜坡超声速湍流边界层，揭示尾流与激波结构及显著 Reynolds 数效应。
2023-05-17 physics.flu-dyn
Hydraulic Transport Across Hydrophilic and Hydrophobic Nanopores: Flow Experiments with Water and n-Hexane
我们实验探索压力驱动的流动的水和正己烷通过纳米多孔二氧化硅（Vycor玻璃单片与7或10 nm的孔径，分别）作为温度和表面功能化（本地和硅烷化的玻璃表面）的函数。通过在基于电容器的膜渗透性装置中的上游侧经由惰性气体（氩气和氦气，加压至70巴）施加流体静压来测量液压流率。对于天然的亲水性二氧化硅壁，所测得的水力渗透率可以通过体积流动性来定量地解释，只要我们假设粘性边界层，即分子尺寸的负速度滑移长度。这个边界层的厚度进行了讨论与以前的毛细驱动的流动实验（自发吸胀），并在孔壁的速度滑移溶解气体。穿过硅烷化的疏水纳米孔的水流被阻挡直到至少70巴的流体静压。粘性边界层的不存在定量地解释了与亲水性纳米孔相比，疏水性纳米孔中的正己烷渗透性增强。
2015-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
An adverse-pressure-gradient turbulent boundary layer with nearly-constant $\boldsymbol{β\simeq 1.4}$ up to $\boldsymbol{Re_θ \simeq 8,700}$
本文提出了一种新的高分辨率的不可压近平衡逆压梯度湍流边界层大涡模拟方法。在这个模拟中，我们已经建立了一个近平衡APG在很宽的雷诺数范围内。在该所谓的感兴趣区域（ROI）中，Clauser-Rotta压力梯度参数$β$呈现出大约1.4的近似恒定值，并且基于动量厚度的雷诺数达到$Re_θ=8700$。据作者所知，这是迄今为止在近似恒定的中等APG下，近平衡APG TBL达到的最高$Re_θ$。我们评估的自相似性的外部区域使用两个缩放，即Zagarola-Smits和另一种基于边缘速度和位移厚度。我们的研究结果表明，外层的相似性实现，和粘性缩放崩溃的近壁区的平均流与经典理论。频谱分析表明，APG取代了一些小规模的能量从近壁到外部区域，观察到的所有组件的的雷诺应力张量，这在较高的雷诺数变得更加明显的效果。一般来说，APG的影响在较低的雷诺数下更明显。例如，在较高的$Re$下，惯性动能（TKE）产生的外峰不太突出。虽然在零压力梯度（ZPG）TBL中，水垢分离随着$Re$而增加，但APG会加剧这种效应。尽管在较高的雷诺数下，外部TKE产生减少，但大尺度湍流的机制仍然存在。
2022-03-04 physics.flu-dyn
Skin Friction in Simple Wall - Bounded Shear Flows in Large Reynolds Number Limit
提出了一种分析管道/通道中充分发展的湍流和零压力梯度边界层的全局方法。提出了一种新的边界层厚度的动态定义$δ(x)$，其中$x$是到平板原点的距离。从Navier-Stokes方程出发，在极限$Re_{x}\to \infty$下，导出了表面摩擦力的Coles-Fernholtz经验关系式$λ=\frac{2τ_{w}}{ρU_{0}^{2}}\propto 1/\ln^{2}δ(x)$和$δ(x)\propto x/\ln^{2}(\frac{x}{x_{0}})$。这里$τ_{w}$和$U_{0}$分别是壁面剪切应力和自由流速度。该理论被制定为一个小的无量纲参数$\frac{dδ(x)}{dx}\to 0$在极限$x\to \infty$的幂的扩展。
2010-02-09 physics.flu-dyn
Non-Newtonian fluid flow through three-dimensional disordered porous media
本文通过动量输运和连续性方程的直接数值模拟，研究了各种非牛顿流体在三维无序多孔介质中的流动。值得注意的是，我们的研究结果幂律（PL）流体表明，流量，当量化的适当修改的渗透率指数和雷诺数，可以成功地描述了一个单一的（通用）曲线在很宽的范围内的雷诺条件和幂律指数。我们还研究了宾汉流体的Herschel-Bulkley模型描述的流动行为。在这种情况下，我们的模拟表明，（{ \it i}）的孔隙空间的无序几何形状，（{ \it ii}）的流体流变性能，和（{ \it iii}）的惯性效应对流动的相互作用是负责在中间雷诺条件下的系统的宏观水力传导的大幅增强。这种“增强传输”的反常条件代表了多孔材料中流动的一个新特征。
2009-11-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulent/non-turbulent interface in high Reynolds number pressure gradient boundary layers
本研究通过高分辨率PIV实验，在逆压梯度湍流边界层中检测TNTI，发现其壁法向范围比零压梯度更宽，并探讨了对条件平均统计的影响。
2024-12-14 physics.flu-dyn
Floquet stability of oscillating boundary layers on adiabatic slopes
在一个静止的、稳定分层的Boussinesq流中，存在一个无滑移的、不可渗透的、绝热的、倾斜的边界，在扩散的边界层中产生斜压涡度。这种条件是典型的振荡边界层绝热深海斜坡，倾斜湖泊水深，倾斜海岸水深的情况下，高波数内波，平均流，远场湍流在较大的规模，和共振潮汐测深相互作用。我们调查的线性稳定性的振荡流的无量纲参数空间内典型的$M_2$潮汐和水力光滑，中纬度深海斜坡通过Floquet线性稳定性分析。流动动力学取决于三个无量纲变量：斯托克斯第二问题的雷诺数（Re），普朗特数，和频率比，占浮力回复力和潮汐力的共振条件（C，临界）。Floquet分析结果表明，振荡层流边界层绝热深海斜坡越来越不稳定的雷诺数，临界参数，和/或展向扰动波数的增加。我们还指出，二维Floquet线性不稳定必然产生三维斜压涡度，这表明引力不稳定的演化可能是非线性的$t\rightarrow\infty$ .
2021-10-05 physics.flu-dyn
Suspensions of finite-size neutrally-buoyant spheres in turbulent duct flow
本文研究了中性浮力球形颗粒稠密悬浮液的湍流方管流动。直接数值模拟（DNS）的体积分数范围内进行$ϕ=0-0.2$，使用浸没边界法（IBM）占分散相。根据水力直径，考虑雷诺数为$5600$。我们报告特定于这种几何形状的流动特征和颗粒统计，并将结果与二维通道流的情况进行比较。特别是，我们观察到，对于$ϕ=0.05$和$0.1$，颗粒优先积聚在角平分线上，靠近管道角，同样也观察到相同的管道-颗粒尺寸比的层流方形管道流。在最高体积分数下，颗粒优先聚集在核心区域中。对于通道流动，在没有横向限制的情况下，发现粒子在通道中均匀分布。我们还观察到，横流二次流的强度增加（相对于空载的情况下）的体积分数高达$ϕ=0.1$，作为沿角平分线的颗粒的高浓度的结果。对于$ϕ=0.2$，湍流活动大大降低，二次流强度降低到空载情况下的强度以下。在稀释条件下，摩擦雷诺数随着$ϕ$的增加而增加，正如在槽道流动中所观察到的那样。然而，对于$ϕ=0.2$，平均摩擦雷诺数降低到低于$ϕ=0.1$的值。
2017-11-13 physics.flu-dyn
Turbulence and secondary motions in square duct flow
我们通过直接数值模拟在足够宽的雷诺数范围内研究方形截面压力驱动管道中的湍流，以达到充分发展湍流的流动条件。数值模拟在极长的积分时间内进行，以获得足够的收敛的流量统计，特别是高保真度表示所出现的二次运动。后者的强度被发现是在1-2%的体积速度的顺序，并不受雷诺数的变化。流向涡度方程中的平均对流项很小，这表明二次流具有简单的特征，在渐近高Re状态下，拉普拉斯算子的本征函数可以很好地近似二次流。尽管他们的影响，重新分配沿管道周边的壁面剪应力，我们发现，二次运动没有大的影响，平均速度场，其特征在于具有良好的精度，从并发的四个独立的平壁的影响，每个控制四分之一的流域。因此，我们发现，参数化的基础上的水力直径的概念，及其修改，是成功的预测管道摩擦系数。
2017-07-12 physics.flu-dyn
High-Reynolds-number turbulent boundary layers under adverse pressure gradients. Part 2. A composite mean velocity profile
The University of Melbourne（墨尔本大学）
本文提出一种适用于逆压梯边界层的复合平均速度剖面，通过引入新参数和修正函数，改进了传统模型，为评估和优化逆压梯边界层提供了实用工具。
2026-03-25 physics.flu-dyn
Bubble coalescence dynamics in a high-Reynolds number decaying turbulent flow
本研究实验揭示高雷诺数衰减湍流中气泡聚并主导的演化规律，提出纯聚并区d_{32}和d_{99.8}的L^0.5标度理论，并发现空隙率剖面因升力反转呈核心峰值高斯分布。
2025-09-07 physics.flu-dyn
Conditional stability of particle alignment in finite-Reynolds-number channel flow
已知，如果在颗粒尺度上流动惯性有限，则通道流中的小颗粒大小的中性浮力颗粒积聚在通道横截面中的特定平衡位置或点处。在不同管道几何形状中的实验表明，当到达平衡位置时，颗粒也倾向于在流向方向上规则地排列。本文采用力耦合方法，数值研究了方形通道中惯性诱导的粒子排列。该方法首先被证明是适合捕捉准稳态升力，导致颗粒跨流线迁移通道流。然后，通过计算作为流动惯性和颗粒尺寸与通道水力直径之间的比率的函数的颗粒相对轨迹，研究了在流动方向上的颗粒排列。在平衡状态下，自由旋转的颗粒周围的流动流线被检查，揭示了对齐的颗粒之间的稳定的小尺度涡。计算了平衡时排列颗粒之间的流向颗粒间间距，并与方形通道流中的可用实验数据进行了比较（Gao { \it et al.} Microfluidics and Nanofluidics { \bf 21}，154（2017））。我们的数值模拟强调的新的结果是，颗粒间的间距是无条件稳定的，只有有限数量的对齐的颗粒在一个单一的训练，阈值数量依赖于约束（颗粒-通道尺寸比）和雷诺数。例如，当颗粒雷诺数为$\approx1$且颗粒与通道高度尺寸比为$\approx0.1$时，每个训练的稳定排列颗粒的最大数量等于3。这与（Gao { \it et al.}）的实验中实现的统计一致。Microfluidics and Nanofluidics { \bf 21}，154（2017））。
2018-10-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Optimal airfoils in the intermediate Reynolds number range
Center for Materials Technologies, Skolkovo Institute of Science and Technology（莫斯科斯科尔科沃科学技术大学材料技术中心）
本文研究了在1到3000之间的中间雷诺数范围内，寻找最大化空气动力学性能的机翼形状问题，采用混合方法结合随机搜索和直接参数扫描，利用基于共形映射和二阶有限差分离散化的稳态层流纳维-斯托克斯求解器进行求解，发现零厚度弯型机翼在整个雷诺数范围内都是全局最优的。
2026-07-08 physics.flu-dyn
Transition to turbulence in randomly packed porous media; scale estimation of vortical structures
多孔介质中涡旋流动结构的孔尺度观测是许多自然和工业系统中的重大挑战。涡结构动力学被认为是基于孔隙雷诺数$Re_p$的多孔介质中过渡区域的驱动机制。为了检验这一论断，折射率匹配的随机填充的多孔介质被设计成使用二维时间分辨粒子图像测速（PIV）来测量从非定常层流到湍流过渡的旋涡流结构的尺度。$Re_p$的平面PIV数据从100到948用于使用两种不同的标度（i）$Re_p$宏观（全局）和（ii）$Re_{\langle p\rangle}$微观（局部）在尺寸、强度和数密度方面量化标度。采用涡流强度、涡核和增强涡流强度的涡流识别方法对涡流尺度的直接测量进行了量化。将这些尺度与湍流积分尺度进行了比较。在中等非定常层流雷诺数（$Re_p <300$）下观察到剪切主导的涡结构，而在弱湍流雷诺数（$Re_p>500$）下观察到旋涡主导的流动结构。从宏观的角度来看，增加Rep导致：（i）涡结构的尺寸逐渐减小，达到全球水力直径的20 $\%$，（ii）涡强度的增长，以及（iii）涡的平均数密度的增加。从孔尺度（本地）的角度来看，增加$Re_{\langle p\rangle}$导致的涡旋结构的大小单调下降，（ii）上升的强度的旋涡，和（iii）不变性的涡旋结构的数密度。这些研究结果表明，孔隙与宏观尺度的耦合存在的尺度上的旋涡流结构的过渡制度。
2020-12-30 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of a self-similar adverse pressure gradient turbulent boundary layer at the verge of separation
本文给出了分离边缘自相似逆压梯度湍流边界层（TBL）直接数值模拟（DNS）的统计特性。APG TBL具有从$Re_{δ_2}=570$到$13800$的基于动量厚度的雷诺数范围，具有从$Re_{δ_2} = 10000$到$12300$的自相似区域。在该区域内，平均无量纲压力梯度参数$β=39$，其中对于单位密度$β=δ_1 P_e^\prime / τ_w$，$δ_1$为位移厚度，$τ_w$为壁面处的平均剪切应力，以及$P_e^\prime$为远场压力梯度。将该流动与之前的零压力梯度（ZPG）和类似雷诺数的温和APG TBL（$β=1$）结果进行比较。所有流量都是通过平面上TBL的DNS产生的，远场边界条件适合于应用所需的压力梯度。自相似性的条件，以及适当的长度和速度尺度。的平均值和雷诺应力分布崩溃时，无量纲的基础上，这些长度和速度尺度。随着压力梯度的增加，流动的性质不太像ZPG TBL，而更类似于自由剪切层。
2017-08-10 physics.flu-dyn
Bounds on the attractor dimension for magnetohydrodynamic channel flow with parallel magnetic field at low magnetic Reynolds number
我们调查两个平行的，完全绝缘的墙壁之间的低磁-朗伯-数流方面，在存在一个强加的磁场平行于边界墙。我们找到了一个功能的基础来描述流，以及适应的问题，找到吸引子的尺寸，这也是在随后的直接数值模拟这些流量。对于给定的雷诺数和哈特曼数，我们得到一个上限的吸引子的尺寸通过已知的非线性惯性项和这个功能的基础上的流动的界限。出现三种不同的流态：准各向同性三维流、非各向同性三维（3D）流和2D流。我们发现这些制度之间的过渡曲线的哈特曼数Ha和吸引子维数$d_\text{att}$参数化的空间。我们发现如何吸引子尺寸尺度作为雷诺数和哈特曼数（Re和Ha）在每个政权的函数。我们还调查了边界层沿边界壁的厚度，并发现，在所有的制度，这规模为1/Re，独立的Ha值，不像哈特曼边界层时发现的字段是正常的通道。这两种情况下的最小耗散模式的结构确实是完全不同的，但远离墙壁的湍流的性质（最小尺度和自由度的数量）被发现是非常相似的。
2015-05-13 physics.flu-dyn
Spatio-temporal dynamics of dilute red blood cell suspensions in a microchannel flow at low Reynolds number
微流体技术通常用于红细胞（RBC）悬浮液的操作和流动介导的生物力学分析。为了提高微流控装置的性能，了解其中处理的悬浮液的动力学是至关重要的。我们报告的红细胞悬浮液在低雷诺数下流过一个典型的微通道的时空动力学的新方面。通过实验与稀释的红细胞悬浮液，我们发现一个偏离中心的两个峰值（OCTP）的细胞分布相反，通常报告的低惯性流的集中分布。这让人想起了由惯性效应引起的众所周知的“管状箍缩效应”。然而，在我们的实验中，考虑到惯性可以忽略不计的条件，需要对这种OCTP曲线进行另一种解释。我们使用浸没边界格子玻尔兹曼方法（IB-LBM）在真实尺寸的微流体尺寸中对RBC流动进行了并行模拟，证实了实验结果，并阐明了违反直觉的RBC模式的潜在机制。通过分析红细胞迁移和无细胞层（CFL）的发展在一个高纵横比的通道，我们表明，这样的分布是共同决定的空间衰减的流体动力升力和全球缺乏细胞分散在稀悬浮液。我们发现CFL的发展长度大于46和28水力直径的实验和模拟，分别超过典型的长度的微流体设计。我们的工作突出了稀释悬浮液中瞬时细胞分布的关键作用，如果不考虑这可能会对实验结果的可靠性产生负面影响。
2020-05-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Toward Direct Numerical Simulation of Turbulent and Transitional Flow in Hexagonal Subchannels for Helium Conditions
本文针对氦气条件下六边形子通道中的低雷诺数流动，采用DNS方法（Nek5000）进行高保真模拟，构建了P/D=1.5的几何模型，研究了Re=2500至10000的四种工况，为GFR热工水力提供基准数据。
2023-08-29 physics.flu-dyn
From three-dimensional to quasi-two-dimensional: Transient growth in magnetohydrodynamic duct flows
本研究旨在阐明线性瞬态增长机制，在一个均匀的管道与方形截面适用于流动的导电流体的外部磁场的影响下。一个特别的重点是在高磁场是否存在纯粹的二维机制的问题，以及这些是否可以描述一个计算成本低廉的准二维模型。研究了$5000$和$15\,000$两种雷诺数以及广泛的哈特曼数范围$0 \leq Ha \leq 800$。三个广泛的制度，其中最佳模式的拓扑结构和非模态增长机制是不同的。这些制度对应于低，中，高磁场强度被认为是由独立的参数，哈特曼数，雷诺数的基础上的哈特曼层厚度$R_H$，和雷诺数建立在Shercliff层厚度$R_S$，分别。在$Ha \approx 2$和不低于$R_H \approx 33.\dot{3}$的条件下分别发生状态之间的转换。值得注意的是，对于高哈特曼数制度，准二维磁流体动力学模型被证明是一个很好的预测，不仅是瞬态增长幅度，但也是基本的增长机制的线性扰动。这为在比目前可实现的高得多的哈特曼数下精确分析准二维湍流过渡铺平了道路。
2018-11-10 physics.flu-dyn
Leray-alpha model and transition to turbulence in rough-wall boundary layers
在本研究中，我们使用一个五阶常微分方程，一个概括的Blasius方程来自Leray-alpha模型，研究过渡到湍流粗糙壁边界层流动。这个方程，结合一个较弱的制定冯卡门对数法修改，包括表面粗糙度的影响，提供了一个家庭的湍流速度分布与两个自由参数：动量厚度为基础的雷诺数和粗糙度函数。结果得到了表面摩擦系数的关联式，并根据粗糙度函数预测了过渡雷诺数和最大表面摩擦系数。
2007-07-03 physics.flu-dyn
Effect of surfactant on elongated bubbles in capillary tubes at high Reynolds number
采用混合前沿跟踪/水平集方法，通过大量的三维数值模拟，研究了表面活性剂对细长气泡在圆形毛细管中传播的尾部和膜动力学的影响.重点是粘惯性制度，这发生在雷诺数的流量是远远大于单位。在这些条件下，“干净”气泡在尾部\cite{Magnini_prf_2017}附近呈现出界面波动，其幅度随雷诺数增加。我们进行了系统的分析，广泛的表面活性剂的性质，包括弹性，散装表面活性剂的浓度，溶解度和扩散性，在惯性效应的存在下的气泡和流动动力学的影响。结果表明，表面活性剂的引入是有效的抑制尾部波动，因为它们往往积累在气泡尾部附近。在这里，产生了大的马兰戈尼应力，这导致了气泡的局部“硬化”。这种效果变得更明显的较大的表面活性剂的弹性和吸附深度。在表面活性剂溶解度降低时，在气泡后部形成较厚的刚性膜区域，在此建立库埃特膜流，而波动仍然出现在下游“清洁”膜区域的后缘。在这种情况下，气泡长度成为一个有影响力的参数，短气泡变得完全刚性。
2020-05-24 physics.flu-dyn
Asymptotic Nusselt numbers for internal flow in the Cassie state
我们认为层流，充分发展，Poiffille流动的液体在卡西态通过非绝热，平行板微通道对称纹理与等通量脊。通过使用匹配的渐近展开，我们解析地开发（表观流体动力学）滑移长度和各种定义的努塞尔数的表达式。我们的小参数（$ε$）是脊的间距除以微通道的高度。当脊的方向平行于流动，我们量化的努塞尔数表达式在文献中的错误，并提供了一个新的封闭形式的结果。后者精确到$O\left(ε^2\right)$，对任何固体（脊）分数都有效，而目前文献中的那些精确到$O\left(ε^1\right)$，当固体分数接近零时，在重要极限处失效。当脊的方向横向于（周期性充分发展的）流动时，忽略滑移长度中惯性效应的相关误差为$O\left(ε^3\mathrm{Re}\right)$，其中$\mathrm{Re}$是基于其水力直径的通道尺度雷诺数。相应的努塞尔数表达式是新的，其精度被证明是依赖于雷诺数，Peclet数和普朗特数除了$ε$。操纵的解决方案遇到的内部温度的问题在附近的脊表明，热扩散阻力的经典结果更好地表示在polylogarithm函数。
2022-11-24 physics.flu-dyn
Hairpins et al. in Turbulent Boundary Layers
本文介绍了一套新的湍流边界层大规模直接数值模拟（DNS）的三维可视化方法。根据动量损失厚度$θ$和自由流速度$U_\infty$，雷诺数范围为$Re_θ=180$至4300。本流体动力学视频的重点是分析边界层中的相干涡结构：它清楚地表明，初始阶段由相干的所谓发夹涡主导，发夹涡是较低雷诺数下层流-湍流过渡的特征。在更高的$Re$（比如说$Re_θ>2000$）下，这些结构不再被认为是主要的;在近壁区以及边界层的外层中，相干性明显丧失。然而，请注意，流向速度中的大尺度条纹，其峰值能量大约在边界层厚度的一半处，是可以清楚地观察到的。除了使用经典的三维等值面进行可视化外，视频还使用红蓝立体图像进行立体渲染。
2011-10-18 physics.flu-dyn
Synthetic turbulence generator for the wall-modeled LES lattice Boltzmann method
本文提出一种用于高摩擦雷诺数下多弛豫时间格子玻尔兹曼方法框架的合成湍流生成器，结合Reichardt壁面定律进行近壁面建模，其壁面模化大涡模拟结果与DNS吻合良好，适用于混合RANS/LES-LBM应用。
2023-04-09 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
Transitions between smooth and rough surfaces in turbulent channel flows for d- and k-type rough elements
本文介绍了封闭管道湍流中光滑壁面到粗糙壁面再到光滑壁面过渡的实验研究。这些过渡导致流速剖面上的偏移，与光滑壁面上的流动相比，流速剖面上的偏移改变了其参数。在矩形截面的封闭管道中施加不同的水流速，其中由d型和k型空腔组成的粗糙元件被定位成覆盖测试段的底壁的一部分。基于通道半高的雷诺数适中，在7800和9600之间变化，粗糙元件上游的状态是水力平滑的。这种特殊情况的实验数据仍然很少，所涉及的物理学有待理解。流场测量低频PIV（粒子图像测速仪）和流动可视化，后者使用连续0.1 W激光，高速摄像机，和作者写的脚本。根据PIV测量的瞬时流场，计算了流场的平均速度、脉动、剪切应力和湍流产生。结果表明，雷诺应力和湍流产生的振荡的存在下，这是较高的k型粗糙度，并没有在以前的实验工作。从高速影片中，计算的角速度和频率的漩涡在空腔中，并从空腔的流体喷射到上层的流动的发生进行了观察。提出了内腔涡的角速度与雷诺应力和湍流产生的振荡之间的关系。
2018-04-06 physics.flu-dyn
Unsteady separation and oscillations in a compressible wake of a cylinder
本文重新分析高超声速圆柱近尾流振荡实验，指出其受临界雷诺数控制，并提出基于总尾流动量厚度的St_θ作为跨球体、锥体和圆柱的通用相似参数。
2024-08-06 physics.flu-dyn
Linear stability analysis and direct numerical simulation of two layer channel flow
本文研究了雷诺数为100 ~ 1000时，在线性和非线性状态下，平面通道中双流体流动的稳定性。这两种流体具有相同的密度但不同的粘度。当可混溶时，流体通过小但有限厚度的混合层彼此分离，穿过该混合层，粘度从一种流体的粘度变化到另一种流体的粘度。当不混溶时，界面是尖锐的。我们的研究涵盖了施密特数，粘度比和混合层的位置和厚度的范围。一个区域的不稳定性不同的Tollmien-Schlichting模式得到在中等雷诺数。我们发现，重叠层的粘性分层的关键层的主导扰动提供了一种机制，这种不稳定性。在非常低的扩散系数值，混相流的行为完全一样的不混相的稳定性特征。高水平的可渗透性使流动更加稳定。然而，在中间水平的扩散率，在线性和非线性的制度，混相流可以是更不稳定的比相应的不混相流没有表面张力。
2016-09-03 physics.flu-dyn
Nonmodal stability analysis of the plane Poiseuille flow in a multilayer porous-fluid channel
本文利用模态分析、能量方法和非模态分析研究了多层各向异性多孔流体通道中平面Poiseuille流的稳定性，发现各向异性参数能稳定流动而深度比和平均渗透率导致失稳，并揭示了亚临界Reynolds数下显著的瞬态增长现象。
2024-09-22 physics.flu-dyn
Non-Newtonian turbulent jets at low-Reynolds number
本研究通过直接数值模拟探究低雷诺数下三类非牛顿流体平面射流的流动特性，揭示了剪切稀化、黏弹性及其组合对流态转捩的影响，发现其整体统计量仍遵循与牛顿流体射流一致的幂律标度。
2023-06-08 physics.flu-dyn
Non-modal transient growth of disturbances in pulsatile and oscillatory pipe flow
以稳定、脉动或振荡速率驱动的通过管道的层流经历亚临界转变为湍流。我们进行了广泛的线性非模态的稳定性分析，这些流量和表明，足够高的脉动振幅的经典升力机制的流向涡优于螺旋扰动表现出奥尔式的机制。在振荡流中，能量放大仅取决于基于斯托克斯层厚度的雷诺数，并且对于足够高的振荡频率和雷诺数，轴对称扰动占主导地位。在高频极限下，这些轴对称扰动与Biau（2016）最近确定的平板振荡流的轴对称扰动完全相似。在脉动和振荡管流的所有制度中，最佳螺旋和轴对称扰动在减速阶段被触发，并在通常小于一个周期内达到峰值。它们的最大能量增益与振荡流分量的雷诺数成指数关系。我们的数值计算揭示了一个合理的机制，在脉动和振荡管流实验观察到的湍流。
2021-01-14 physics.flu-dyn
Numerical study of flow patterns and heat transfer in mini twisted oval tubes
对恒温壁面加热的微小扭曲椭圆管内的流动和传热进行了数值研究。不同配置的管模拟使用水作为工作流体与温度相关的热物理性质在雷诺数范围在500和1100之间。在用已发表的相关性和可用的实验结果验证了数值方法之后，TOT的性能与光滑圆管进行了比较。通过研究TOTs的热工水力性能，对TOTs的整体性能进行了评价，并根据场协同原理和熵产对结果进行了分析。TOT的增强的传热性能是以较高的压降为代价观察到的。此外，由管壁扭曲产生的二次流的结论是发挥关键作用的对流换热的增强，从而，更好的传热性能。同时发现，提高速度和温度梯度之间的协同作用和降低不可逆性导致TOT的传热增强。
2018-11-06 physics.flu-dyn
Reduced models of unidirectional flows in compliant rectangular ducts at finite Reynolds number
软液压，解决了内部流动和顺应性管道之间的相互作用，是微流体的核心问题。本文分析了牛顿流体在具有软顶壁的矩形管道中的稳态流动。由此产生的流体-结构相互作用（FSI）制定为消失和有限的流动惯性。在小展弦比的首阶，润滑近似意味着压力仅沿流向变化。同时，柔性壁的细长性使流固界面表现为Winkler地基，位移完全由局部压力决定。耦合流动和变形，并在横截面上平均，导致一维简化模型。在流动惯性消失的情况下，严格定义了有效变形通道高度，以消除变形的展向依赖性。它表明，以前使用的平均高度的概念是一个可以接受的近似。从一维模型，摩擦因子和相应的Poiffille数导出。与刚性管道情况不同，柔性管道的Poiffille数不是常数，而是沿流向变化。合规性可以将Poietville数增加多达四倍。通过假定流向速度的抛物线垂向变化，得到了有限流动惯性模型。为了满足沿河道边缘的位移约束，在流向方向引入弱张力来正则化Winkler地基模型。正则化模型的匹配渐近解的推导。
2021-10-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
