Role of Skin Friction Drag during Flow-Induced Reconfiguration of a Flexible Thin Plate
本文研究了低雷诺数下存在蒙皮摩擦阻力时柔性薄板的流动诱导重构减阻问题。该板经受均匀的自由流，并且在一端被栓系。我们扩展了现有的模型在文献中考虑皮肤摩擦阻力。相对于刚性直立板，板上的总阻力由于流动诱导的重构而减小，并且进一步重构由于蒙皮摩擦阻力的增加而增加总阻力。在给定雷诺数下，存在一个临界柯西数$Ca$，在该临界值处，板相对于刚性直立板的总阻力最小。在这种情况下，板的重构形状是唯一的，超过该形状，即使重构，板上的总阻力也会增加。直立刚性板的形状阻力系数与水平刚性板的表面阻力系数之比（$λ$）决定了临界柯西数（$Ca_{cr}$）。我们建议修改的阻力缩放与自由流速度（$F_{x}$ ${\propto}$ $U^{n}$）在皮肤摩擦阻力的存在。对于$0.01 \leq Re \leq 1$，$n = 4/5 + λ/5$对于1 $\leq$，$Ca$，$<$，$Ca_{cr}$，$n = 1 + λ/5$对于$Ca_{cr} \leq Ca \leq 300$，可以找到以下$n$的表达式，其中$Re$是雷诺数。简要讨论了表面摩擦阻力和浮力对减阻的综合作用。实验的可行性评估，以将本模型转化为物理系统。
2017-12-01 physics.flu-dyn
Scaling of mean skin friction in turbulent boundary layers, and fully-developed pipe and channel flows
最近，Difficult等人（2020）针对零压力梯度（ZPG）湍流边界层（TBL）中的表面摩擦提出了渐近$-1/2$幂律标度和半经验有限$Re$模型。在这项工作中，提出了一个新的推导表明，这些关系（i）基本上代表了一个动态一致的缩放表面摩擦标称二维ZPG TBL和充分发展的管道和通道，（ii）分别适用于这些流量。新的理论论点是基于动能从平均流到湍流大涡的转移，而不依赖于流动的几何形状或外边界条件，这两者都将一种流动类型与另一种区分开来。使用文献中的表面摩擦数据，证明了有限-$Re$模型描述了理论预测的单个流量数据，这些数据涵盖了迄今为止实验室/模拟雷诺数的全部范围。然而，它是观察到的模型的性能下降，而试图描述数据从所有流在一个通用的方式。不同类型的流动之间的外边界条件和大尺度结构的差异似乎是造成这种退化的原因。提出了一种基于Clauser形状因子的经验修正方法，将外边界条件的影响吸收到表面摩擦力的换算中。这种校正导致一个新的通用缩放和一个强大的，半经验的，通用的有限$Re$模型ZPG TBL，管道和渠道的表面摩擦。在新的缩放所有流量的数据显着崩溃强调了一个动态一致的方法来揭示壁湍流中的表面摩擦的普遍性的重要性。
2021-11-03 physics.flu-dyn
Integral relations for the skin-friction coefficients and other quantities of annular flows
School of Mechanical, Aerospace and Civil Engineering, The University of Sheffield（谢菲尔德大学机械、航空航天与民用工程学院）
该研究推导了环形流动中表面摩擦系数等相关积分恒等式，用于压力驱动和圆柱驱动情况，还能分析数据，在特定半径比极限下可简化为经典流恒等式。
2026-09-02 physics.flu-dyn
Skin friction prediction for attached flows based on two-dimensional inviscid solutions
School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学航空学院）；International Joint Institute of Intelligent Fluid Mechanics, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学智能流体力学国际联合研究院）；National Key Laboratory of Aircraft Configuration Design（飞机构型设计国家重点实验室）
研究基于欧拉方程表面解和翼型粘性流表面摩擦系数数据，用符号回归发现用于亚音速和超音速附着流表面摩擦预测的解析公式链，揭示不同马赫数下规律，具有统一结构，预测误差低且泛化能力好。
2026-07-09 physics.flu-dyn
Dimples for skin-friction drag reduction: status and perspectives
凹痕是压印在平坦表面上的小凹陷，已知当用作标准粗糙度时会影响传热以及非流线型体上的流动分离和气动阻力。最近，已经提出了凹坑作为一种粗糙度图案，其能够通过提供补偿凹坑引起的压力阻力的表面摩擦的减小来减小平板的湍流阻力，并且导致全局益处。凹坑是否真的能减小摩擦阻力，这个问题仍然没有解决。在本文中，我们提供了一个全面的审查，现有的信息，触及的许多参数的特点的问题。一些原因，有助于解释对比的文献信息进行了讨论。我们还提供了指导方针，为今后的研究，突出一个有意义的比较所需的关键方法步骤之间的平面和酒窝表面的减阻。
2022-07-10 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
Origin of Enhanced Skin Friction at the Onset of Boundary-Layer Transition
边界层转捩伴随着表面摩擦的显著增加，其起源使用纳维-斯托克斯方程的随机拉格朗日公式进行了严格的解释。该公式允许在粘性不可压缩流体流动的单独实现中的涡动力学的精确分析。本文首次将涡量的拉格朗日重建公式推广到Neumann边界条件（Lighthill源）。因此，我们可以将壁涡量和壁应力表示为向后时间中随机柯西不变量的期望值，其中包括（a）壁涡通量（Lighthill源）和（b）由非线性平流、粘性扩散、涡拉伸和倾斜演化的内部涡量。我们认为在过渡区的应力最大值的起源，检查足够数量的事件，以代表增加的表面摩擦。随机柯西分析应用到每个事件，以跟踪壁涡的起源。我们发现Lighthill源、涡旋倾斜、扩散和外涡度平流的贡献很小。它们不如近壁展向涡量的展向伸展重要，而展向伸展是层流到湍流转捩期间表面摩擦增加的主要来源。我们的分析应有助于更普遍地了解阻力的产生和减少战略和流动分离方面的近壁涡动力学。
2022-02-28 physics.flu-dyn
Skin-Friction and Forced Convection from Rough and Smooth Plates
针对传统粗糙平板摩擦阻力类比理论在低速下失效的问题，提出基于自相似粗糙度的表面摩擦与强制对流公式，经多源实验数据验证，多数数据集上误差优于已有方法。
2024-08-19 physics.flu-dyn
Integral relations for the skin-friction coefficient of canonical flows
我们表明，当用于获得恒等式的积分的上限取为渐近大时，Escheragata等人（2002）的自由流边界层恒等式简化为与表面摩擦系数和动量厚度有关的von Karman动量积分方程。如果使用一个有限的上界，则恒等式的项虚假地依赖于上界本身。与槽道流和管流类似，在自由流边界层的情况下，雷诺应力对壁面剪应力的影响不能量化，因为雷诺应力从恒等式中消失了。通过对流向动量方程进行附加积分得到的无穷多个替代恒等式也都简化为冯·卡门方程。对于槽道流动，也发现了类似的恒等式，其中物理项对壁面剪应力的相对影响取决于连续积分的次数，这表明层流和湍流对表面摩擦系数的贡献仅在Anagagata等人（2002）发现的原始恒等式中有所区别。在大量积分的限制下，这些恒等式退化为表面摩擦系数的定义，并发现了一个新的双重积分恒等式。此外，根据Renard & Deck（2016）的研究，我们将表面摩擦系数分解为整体厚度随流向变化的总和。我们利用的能量厚度和惯性厚度，这是由一个厚度相关的平均流壁正常对流和厚度连接到流向的平均流速的流向不均匀性。流向动量方程的不同项对摩擦阻力的贡献就由这些积分厚度来量化。
2022-06-12 physics.flu-dyn
Turbulent skin-friction reduction by wavy surfaces
本文对具有波形壁的充分发展槽道湍流进行了直接数值模拟。波形壁，相对于平均流动方向倾斜，被引入作为一种手段，模拟空间斯托克斯层（SSL）引起的面内壁运动。波形壁上方的横向剪切应变被示出为类似于SSL的横向剪切应变，从而影响湍流，并导致湍流蒙皮-摩擦阻力的减小。压力和摩擦阻力水平被仔细量化为各种流动配置，表现出约0.5%的综合最大总阻力减少。摩擦阻力的减少表现为近似二次波斜率，然后线性较高的斜率，而压力阻力的罚款增加二次。与SSL情况不同，在波浪背风侧上方的壁的一部分上存在增加的湍流产生区域，从而引起耗散的局部增加。横向剪切应变层被证明是近似不依赖于波的几何形状时，在壁单位缩放。
2017-05-16 physics.flu-dyn
The near-wall cycle for skin-friction generation revealed through explainable deep learning
Instituto Universitario de Matemática Pura y Aplicada, Universitat Politècnica de València（纯数学与应用数学大学研究所，瓦伦西亚理工大学）；Department of Aerospace Engineering, University of Michigan（密歇根大学航空航天工程系）
该研究通过可解释深度学习训练神经网络预测湍流通道流的速度与切应力，结合SHAP揭示近壁成对结构的循环演化，重新定义了壁湍流近壁相干结构。
2026-08-21 physics.flu-dyn
Disambigutaion Decomposition of Mean Skin Friction and Heat Flux on Arbitrary-Curvature Surface
针对现有的摩擦热流分解方法难以应用于复杂曲面的问题，提出了一种物理解释清晰的摩擦热流联合分解方法，该方法基于FIK和RD分解方法，可应用于任意曲面。在此基础上，从能量转换的角度分析了弯曲压缩斜板的气动热力特性。结果表明，附着态相互作用区摩擦力的减小和分离泡内摩擦力的最小值都是由逆压梯度对功的能量注入引起的。摩擦力峰值主要由粘性耗散引起，其位置受机械能输运的影响。峰值热流主要由粘性耗散引起，分离态的焓输运对峰值热流产生的作用大于附着态。这些结果表明，减少粘性耗散是实现摩擦和热流控制的一个潜在途径。
2023-03-15 physics.flu-dyn
On the enhancement of boundary layer skin friction by turbulence: an angular momentum approach
本文提出角动量积分（AMI）方程，将湍流对边界层表面摩擦的增强效应分解为力矩项，并应用于DNS数据，揭示负法向速度区域在限制峰值摩擦中的作用，为解释湍流和流动控制影响提供直观框架。
2025-10-09 physics.flu-dyn
Turbulent skin-friction drag reduction via spanwise forcing at high Reynolds number
本研究通过直接数值模拟高雷诺数下展向壁面振荡的减阻流动，证实了减阻量随雷诺数单调递减的预测模型，并解释了与边界层实验结果差异的可能原因。
2024-09-11 physics.flu-dyn
Bayesian optimization of a cost function in suboptimal control for reducing skin friction drag in wall turbulence
本文提出将次优控制理论与贝叶斯优化相结合，自动优化壁面量线性组合的权重系数以构造代价函数，在低雷诺数湍流通道流中实现约20%的减阻效果。
2025-07-07 physics.flu-dyn
Assessment of skin-friction-reduction techniques on a turbulent wing section
本项目的范围是量化均匀吹气和体积力阻尼对受到非均匀逆压梯度分布的紊流边界层的影响。为此，采用高分辨率的大涡模拟来描述NACA 4412翼型在中等雷诺数200，000下的绕流，基于自由速度和弦长。在本文中，我们专注于均匀吹气和会议演示将包括在同一地区应用的体积力阻尼的比较。的平均速度和选定的组件的内标度的配置文件进行检查，并与未控制的情况下进行比较。我们知道，均匀吹气和逆压梯度对边界层的影响有某些相似之处，我们的结果将表明，这些影响不是独立的。通过FIK分解分析了表面摩擦系数的行为，并讨论了这种控制策略对翼型气动效率的影响。
2018-12-10 physics.flu-dyn
Mapping-based exact-integral formulation of skin-friction transformations for zero-pressure-gradient compressible turbulent boundary layers
Zhejiang University（浙江大学）；Eastern Institute of Technology（东方理工大学）
该研究针对零压力梯度可压缩湍流边界层，提出基于映射的精确积分壁面摩擦变换，改进了经典范·德里斯特理论，基于VIPL的变换在宽马赫数和热输入范围内预测误差低至3.07%。
2026-09-03 physics.flu-dyn
A review of turbulent skin-friction drag reduction by near-wall transverse forcing
对减少运输中燃料消耗和二氧化碳排放的追求一直是一个强大的推动力，促使人们对各种方法进行科学研究，这些方法可能成为公路、铁路、空中和水上各种车辆运输减阻技术的基础。在民用航空中，巡航状态下的蒙皮摩擦阻力约占总阻力的50%，因此是优先研究的对象。在排除层流条件的情况下，表面摩擦力与最接近皮肤的流体层中的湍流物理学密切相关。因此，减阻的研究集中在抑制表面附近湍流活动的方法上。这样做的最有效的方法是使近壁层中的阻力产生流受到不稳定和/或空间变化的横流分量的影响，或者通过横向壁振荡的作用，通过将旋转盘嵌入表面，或者通过在横向方向上加速近壁流体的等离子体产生电极。在理想的条件下，可以实现50%数量级的减阻裕度。本文综述了湍流近壁层对非定常和波动横向运动的响应研究，包括实验、模拟、分析和建模。它涵盖的问题，如在各种驱动方案的减阻裕度，基本的物理现象，有助于解释的阻力减少的起源，雷诺数的阻力减少的依赖性，被动控制方法的启发，由主动控制，并展望未来可能的研究和实际实现。作者希望，这篇综述，迄今为止最广泛的同类这一主题，将被判断为一个有用的基础，为未来的研究目标，摩擦阻力减少
2021-12-01 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
Causal structures of turbulent skin-friction drag in wall-bounded turbulent flows
School of Aeronautics and Astronautics, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学航空宇航学院）
本研究利用Liang-Kleeman信息流方法揭示湍流中皮肤摩擦阻力的因果结构，发现其与纵向条纹和涡旋的动态过程相关，提供更明确的因果关系解释。
2026-02-03 physics.flu-dyn
Reynolds-dependence of turbulent skin-friction drag reduction induced by spanwise forcing
本文研究了雷诺数$Re$值的增加如何影响展向强迫技术产生湍流表面摩擦阻力减小的能力。所考虑的作用力基于展向壁速度的流向行波（Quadrio { \em et al. J. Fluid Mech.}，第627卷，2009年，pp. 161- 178）。该研究建立在一个广泛的减阻数据库创建的直接数值模拟的湍流通道流的两个，5倍分离的$Re$值，即$Re_τ=200$和$Re_τ=1000$。该数据库首次系统地描述了强迫的幅度，其庞大的规模使人们能够全面了解行波的减阻特性，并能够详细描述当$Re$增加时发生的变化。描述了使用基于非受控流或减阻流的摩擦速度的粘性缩放的效果。与其他基于壁的减阻技术（例如肋）类似，行波的性能可以通过平均流向速度剖面的对数部分的垂直位移来很好地描述。除了当$Re$非常低时，该偏移在$Re$的情况下保持恒定，与摩擦系数的百分比降低不一致，已知摩擦系数呈现温和的对数下降。我们的新数据与现有文献一致，但这些文献大多基于低$Re$信息，因此预测使用$Re$的最大减阻会迅速下降。目前的研究支持一个更乐观的情况下，飞机在飞行雷诺数的阻力减少近30%仍然是可能的，由于行波。
2016-07-13 physics.flu-dyn
Generalized Newton-Busemann Law For Two-Dimensional Steady Hypersonic-limit Euler Flows Passing Ramps With Skin-Frictions
本文研究了带表面摩擦的二维定常高超声速极限 Euler 流过斜坡问题，通过构造包含 Dirac 测度的 Radon 测度解来表示无限薄激波层，从而推广了高超声速空气动力学中的 Newton-Busemann 定律以计算斜坡上的阻力和升力分布。
2023-09-14 math-ph math.AP math.MP
Opposition flow control for reducing skin-friction drag of a turbulent boundary layer
该研究在高雷诺数湍流边界层中用热膜传感与单路法向吹气实现大尺度反向控制，并通过 PIV/PTV 和 FIK 分解验证其可削弱大尺度运动、降低壁面摩擦。
2023-09-25 physics.flu-dyn
Reduction of turbulent skin-friction drag by passively rotating discs
通过数值模拟研究被动旋转圆盘对湍流槽道流的影响，发现半圆盘旋转可显著降低湍流活动并实现5.6%的最大壁面减阻，且与实验数据定性一致。
2021-06-24 physics.flu-dyn
Global effect of local skin friction drag reduction in spatially developing turbulent boundary layer
对两种局部减阻控制方案在空间发展湍流边界层（TBL）中的应用进行了数值研究。一个控制器被设计成阻尼近壁湍流，另一个控制器在壁法线方向上引起恒定的质量通量。两种控制方案在控制区域内产生相似的局部减阻率。然而，控制下游的流动发展显着不同：持久的阻力减少被发现的均匀吹气的情况下，而阻力增加被发现的湍流阻尼的情况下。为了解释这种差异，建议制定一个全球减阻率。它表示由流体施加在有限长度板上的流向力的减小。此外，它表明，TBL的远下游发展后的控制区域可以描述由一个单一的量，即流向移动的不受控制的边界层，即一个改变的虚拟原点。基于这一结果，一个简单的模型，允许相关的局部减阻率的全球之一，而不需要进行昂贵的模拟或测量远下游的控制区域。
2016-07-08 physics.flu-dyn
Friction dynamics of elasto-inertial turbulence in Taylor-Couette flow of viscoelastic fluids
在Taylor-Couette几何中研究了弹性惯性湍流的动力学特性。EIT是在不可忽略的惯性和粘弹性的基础上发展的混沌流动状态。直接流动可视化和扭矩测量的组合允许验证与纯惯性不稳定性（和惯性湍流）相比EIT的早期发生。本文首次讨论了具有惯性和弹性的伪Nusselt数的标度。摩擦系数，时间频谱和空间功率密度谱的变化突出了EIT在过渡到其完全发展的混沌状态之前经历了中间行为，该混沌状态需要高惯性和弹性。在此过渡期间，二次流对整体摩擦动力学的贡献是有限的。这对于在低阻力和低但有限的雷诺数下实现有效混合的目标是非常有意义的。
2023-01-05 physics.flu-dyn
Turbulence Intensity Scaling: A Fugue
我们研究流向湍流强度的定义使用光滑和粗糙壁管流测量在普林斯顿Superpipe。湍流强度与体积（和摩擦）雷诺数的比例为定义提供。湍流强度与光滑和粗糙壁管流的摩擦系数成比例。湍流强度定义提供最好的描述的测量被确定。概述了一种基于体雷诺数（和粗糙壁管流的砂粒粗糙度）计算湍流强度的方法。
2019-09-10 physics.flu-dyn
Power laws in wall and wake layers of a turbulent boundary layer
本文用Izakson-Millikan-Kolmogorov假设得到了湍流边界层两层理论重叠区的幂律。开函数方程的解不是唯一的。在大雷诺数下，速度和表面摩擦力的幂律与对数律是等价的。
2020-06-09 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
Reinforcement Learning of Control Strategies for Reducing Skin Friction Drag in a Fully Developed Channel Flow
本文采用深度强化学习，依据壁面附近流向与法向速度脉动学习槽道湍流吹吸控制策略，实现37%减阻，显著优于传统反向控制的23%。
2022-06-30 physics.flu-dyn
Variable enstrophy flux and energy spectrum in two-dimensional turbulence with Ekman friction
实验和数值模拟表明，在前向叶栅流场中，存在Ekman摩擦的二维湍流能谱与Kraichnan的$k^{-3}$功率谱预测值存在偏差。在这封信中，我们解释这一观察使用的分析模型的基础上产生的埃克曼摩擦变量拟能通量。我们推导出一个表达式的拟能通量表现出对数依赖的惯性范围内的埃克曼摩擦为主的流量。使用这种涡度拟能通量得到的能谱显示出大雷诺数和小埃克曼摩擦的幂律标度，但具有指数行为的大埃克曼摩擦和相对较小的雷诺数。
2012-03-23 nlin.CD physics.flu-dyn
Integral analysis based diagnostics of turbulence model errors in skin friction
Penn State University（宾夕法尼亚州立大学）
本文提出基于角动量积分的湍流模型误差诊断方法，通过分析不同流动条件下的误差来源，为模型改进提供指导。
2026-03-11 physics.flu-dyn
Quasi-steady description of modulation effects in wall turbulence
研究了大尺度结构对近壁湍流调制现象的理论描述。所给出的描述是简单的，因为大尺度结构的影响仅限于近壁湍流对缓慢的大尺度表面摩擦波动的准定常响应。表达这种机制的最自然和紧凑的形式是由通常的总表面摩擦力和速度的与雷诺数无关的表示给出的，以壁变量为尺度，其中平均量被大尺度低通滤波波动分量所取代。该理论被重写的factuations通过一个通用的平均速度和随机均方波动的小尺度的速度配置文件，然后线性化，假设大规模的波动是小的平均组件相比。这使我们能够表达的叠加和调制系数的经验预测模型的表面摩擦和流向脉动速度分别由Marusic等人。涡轮确认，2011）和Mathis等人（J. Fluid Mech.2011，第681卷，第121页）。537-566）。它被发现，理论量与实验确定的系数吻合得很好。
2012-03-16 physics.flu-dyn
Turbulent drag reduction over curved walls
本文研究了弯曲壁面上湍流的表面摩擦减阻效应，以期了解摩擦减阻与总气动阻力变化之间的关系。直接数值模拟（DNS）进行了不可压缩的湍流在一个通道，其中一个壁有一个小的凸起，两个凸起的几何形状被认为是，产生轻度分离和附着流。摩擦阻力的减小是通过施加展向速度的流向行波（StTW）来实现的。由StTW产生的局部摩擦减少被发现沿着弯曲壁变化，导致全局摩擦减少，对于所研究的情况，比在平面壁情况下获得的摩擦减少大10%。此外，修改后的表面摩擦引起不可忽略的压力阻力的变化，这是有利的StTW的影响，并在全球范围内减少高达10%。净功率节省，占创建StTW所需的功率，是积极的，并且对于所研究的情况下，是一个比平面的情况下的净节省一半。该研究表明，减少复杂形状物体表面的摩擦会产生进一步的影响，对其进行简单的评估可能会导致低估总的减阻效果。
2020-04-25 physics.flu-dyn
Reynolds number required to accurately discriminate between proposed trends of skin friction and normal stress in wall turbulence
本文研究了壁面湍流中区分摩擦切应力与法向应力趋势所需的雷诺数，指出需在$Re_τ$ > O($10^6$)下精确测量以区分流向湍流强度峰值趋势，并发现三项分析与附着涡模型预测相悖。
2024-09-23 physics.flu-dyn
A numerical study of two-phase miscible flow through porous media with a Lagrangian model
多孔介质中混相驱替的多相流动机理在石油工程、低雷诺数悬浮流、含尘气体动力学和流化床等领域都有着重要的应用。为了模拟这种流动，体积平均空间运营商被认为是将压力阻力和表面摩擦所经历的多孔介质。在这项工作中，一个基于流线的拉格朗日方法扩展为一个有效的数值方法来处理分散和扩散的溶剂饱和度在混相流。研究了总压阻对溶剂扩散和分散的影响。数值结果表明，从渐近分析得到的结果非常吻合。目前的数值模拟表明，由于表面摩擦和压力阻力的非线性效应不能准确地捕捉达西的方法，如果表面摩擦的贡献占主导地位的压力阻力。此外，质量守恒定律，这是提高采收率的一个重要特征，其结果有助于指导与理论的良好一致性。这项调查研究如何流动制度可能是最佳的提高石油采收率的方法。
2017-05-02 physics.flu-dyn
Statistically Steady Turbulence in Soap Films: Direct Numerical Simulations with Ekman Friction
我们提出了一个详细的直接数值模拟（DNS），旨在研究壁和Ekman摩擦对强迫肥皂膜湍流的综合影响。我们集中在前向级联制度，并展示如何提取各向同性部分的速度和涡度结构函数，从而多尺度指数的比率。我们发现，速度结构函数显示简单的标度，而他们的涡度对应物显示多标度和Weiss参数$Λ$的概率分布函数，区分区域的中心和鞍，是在定量与实验一致。
2008-11-09 nlin.CD physics.flu-dyn
Reconnection dynamics and mutual friction in quantum turbulence
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）
本研究聚焦有限温度$^4$He量子湍流的相互摩擦力，借助涡旋丝模型生成三类稳态涡旋缠结分析局部特性的影响，证实涡旋重联是高相互摩擦区域的主导产生机制。
2014-11-04 cond-mat.other physics.flu-dyn
Mutual Friction in Dissipative Gross-Pitaevskii Thermal Counterflow Turbulence
University of Tsukuba（筑波大学）；National Institute for Fusion Science（国立研究開発法人核融合科学研究所）；Nagoya University（名古屋大学）
通过数值模拟耗散Gross-Pitaevskii方程研究热逆流湍流，发现相互摩擦加速度与超流和正常流体平均相对速度呈立方标度关系，且系数与唯象阻尼参数相关。
2026-05-25 cond-mat.other physics.flu-dyn
Spectrum correction in Ekman-Navier-Stokes turbulence
本文通过高分辨率 GPU 数值模拟研究二维 Ekman-Navier-Stokes 湍流中线性摩擦对能谱斜率的修正，发现谱修正指数遵循以拟涡能注入率重新标度摩擦系数的普适线性规律。
2025-04-10 physics.flu-dyn
Friction Scaling Laws for Transport in Bacterial Turbulence
了解摩擦阻力在扩散输运中的作用是主动湍流领域的一个重要问题。使用一个连续体模型，适用于细菌悬浮液，我们调查的作用，埃克曼摩擦运输的被动（拉格朗日）示踪剂，去与当地的流动。我们发现，从弹道扩散制度的交叉发生在一个时间尺度$τ_c$，达到最小值在零摩擦，这意味着注入和耗散的能量延迟松弛示踪剂。我们通过提出$τ_c \sim 2 \ell^*/u_{\text{rms}}$来解释这一点，其中$\ell^*$是从能谱峰提取的主导长度尺度，而$u_{\text{rms}}$是将动能设置为稳态的速度尺度，两个尺度都随着摩擦单调减小。最后，我们预测的$\ell^*$，$u_{\text{rms}}$和扩散系数$\mathcal{D} \sim \ell^* u_{\text{rms}} / 2$，这是有效的在很宽的范围内的流体摩擦的强大的标度律。我们的研究结果可能是相关的传输现象，在一个通用的活性流体。
2019-05-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stationary two-dimensional turbulence statistics using a Markovian forcing scheme
在这项研究中，我们调查的统计数据的二维定常湍流使用马尔可夫强迫方案，相关的强迫过程中，在当前的时间步到前一个时间步，根据一个定义的记忆系数。除了马尔可夫强迫机制外，该模型还包括小尺度的超粘性耗散机制和大尺度的Ekman摩擦型线性阻尼机制。我们研究了各种耗散和强迫参数对波空间和物理空间中湍流统计的影响。我们的分析包括有效的强迫尺度的影响，强迫的带宽，记忆相关系数，和强迫振幅，以及大尺度摩擦和小尺度耗散系数。计算了结构函数和能谱的标度指数，并讨论了与马尔可夫强迫有关的参数的作用。我们发现，标度指数是近似不变的，并显示出一个普遍的行为的各种形式的强迫计划使用。然而，我们发现，最终状态强烈依赖于所考虑的大尺度摩擦机制。当大尺度摩擦机制包含在高摩擦系数模型中时，我们证明了该行为不再具有普适性。我们的分析还表明，二阶涡度结构函数有一个渐近标度指数较大的耗散。此外，我们证实，涡的行为作为一个被动标量时，耗散机制变得不那么有效。最后，虽然湍流不被认为有一个分离的时间尺度的动力学的速度场，我们证实，分离的时间尺度存在于动力学的能量谱。
2012-12-05 physics.flu-dyn
Concave-wall turbulent boundary layers without and with free-stream turbulence
对凹壁上无自由流湍流和有自由流湍流的湍流边界层进行了直接数值模拟。曲率开始附近的逆压力梯度导致表面摩擦力的急剧减小和间歇性分离。自由流湍流的存在降低了回流的可能性，加速了下游零压力梯度区边界层的恢复，并导致表面摩擦力持续和明显的增加。强迫也促进了曲壁边界层对数层相干Görtler结构的放大。从统计学上看，展向和壁面法向雷诺应力随着Görtler结构的扩展而增强，并且它们的峰值之间的径向距离在下游增加。雷诺剪应力系数在对数层中也增加，而在平板边界层中则减小。此外，强迫流中更连贯和更有活力的滚动运动促进了自由流和边界层流体的混合，其中前者更经常出现在缓冲层的深处。
2021-01-08 physics.flu-dyn
Wall modeled large-eddy simulations of flow over the Sandia Axisymmetric Transonic Bump
该研究对桑迪亚轴对称跨音速凸包流动进行壁面模化大涡模拟，验证了模拟与实验的一致性，并强调了入流湍流边界层的重要性及平衡壁面模型在顺压区的分辨率限制，提出压力梯度修正以改善分离泡内摩擦系数预测。
2023-05-09 physics.flu-dyn
Turbulence modulation in dense liquid-solid channel flow
本文通过Euler-Lagrange模拟揭示稠密液固通道流中颗粒调制湍流的双重机制，量化表观黏度与颗粒反馈力对速度、摩擦系数及应力平衡的影响。
2024-06-11 physics.flu-dyn
Turbulence appearance and non-appearance in thin fluid layers
流体层中的流动在工业、物理学和天体物理学中是普遍存在的。薄层中的大尺度流动可以被认为是二维的（2d），增加了底部摩擦。在这里，我们发现，这种流动的性质极大地依赖于它们的驱动方式。我们认为，壁驱动（库埃特）流不能维持湍流，但小的粘度和摩擦。直接数值模拟（DNS）的雷诺数$Re=10^6$证实，所有的扰动死在一个平面库埃特流。相反，对于足够小的粘度和摩擦，我们表明，有限的扰动破坏的压力驱动的层流（Poietille）流。相反，出现的是一种行波，其形式为在壁涡之间滑动的射流。对于$10^4<Re<5\cdot10^4$，平均流具有非常简单的结构：射流是具有抛物线速度剖面的正弦曲线，涡量在涡内是恒定的，而波动很小。在较高的$Re$出现强烈的波动，但平均行波生存。考虑到在这样的流动中的动量通量障碍，我们推导出一个新的摩擦因子的$Re$依赖的标度律，并通过DNS确认。
2018-02-21 physics.flu-dyn
Resolvent-based design and experimental testing of porous materials for passive turbulence control
一个扩展版本的解决方案制定用于评估使用各向异性多孔材料作为被动流量控制装置的湍流通道流。这些多孔基板的效果被引入到通过广义版本的达西定律的控制方程。模型预测表明，具有高流向渗透率和低壁面法向渗透率（$ϕ_{xy} = k_{xx}/k_{yy}\gg1$）的材料可以抑制类似于高能近壁循环的预解模式。基于这些预测，两个各向异性多孔基板与$ϕ_{xy} > 1$和$ϕ_{xy} < 1$的设计和制造的实验在台式水槽实验。采用粒子图像测速技术（PIV）测量湍流的平均统计特性，并通过快照本征正交分解（POD）提取相干结构。基于雷诺剪切应力分布的摩擦速度估计值并未显示出在相同的整体雷诺数下，相对于光滑壁面流，使用$ϕ_{xy}>1$的流向优先基底上可辨别的摩擦减少（或增加）的证据。在具有$ϕ_{xy} < 1$的基底上观察到摩擦的显著增加。这种摩擦力的增加与类似开尔文-亥姆霍兹涡的展向滚柱的出现有关。通过POD分析提取的相干结构与模型预测定性一致。
2020-09-25 physics.flu-dyn
Characterizing the turbulent drag properties of rough surfaces with a Taylor--Couette setup
壁面粗糙度在有壁面限制的湍流中引起额外阻力。由于缺乏对蒙皮-摩擦阻力的精确和直接测量，将任何给定的粗糙几何形状映射到其流体动力学行为受到阻碍。Taylor-Couette（TC）系统提供了一个机会，因为它是一个封闭的系统，并允许直接和可靠地测量皮肤摩擦。然而，壁曲率潜在地使壁摩擦和壁粗糙度特性之间的连接复杂化。在这里，我们调查的影响，流体动力学充分粗糙表面上的高度湍流，内圆筒旋转，TC流。我们发现，流体动力学完全粗糙表面对TC湍流的影响，其中粗糙高度k比Obukhov曲率长度Lc小三个数量级（其表征曲率对湍流的影响，参见Berghout等人arXiv：2003.03294，2020）类似于完全粗糙表面对平板湍流边界层（BL）的影响。因此，表征粗糙表面的阻力特性的等效砂粒高度ks的值类似于在平板BL中的可比较砂纸表面所发现的值。接下来，我们得到的扭矩（皮肤摩擦阻力）的雷诺数的依赖性，为给定的壁面粗糙度，其特征在于ks，并发现与实验结果在5%以内的协议。我们的研究结果表明，在TC设施的全球扭矩测量是非常适合可靠地推断壁阻力性能的任何粗糙表面。
2020-09-14 physics.flu-dyn
The Twente turbulent Taylor-Couette (T3C) facility: Strongly turbulent (multiphase) flow between two independently rotating cylinders
本文构造了一个新的湍流Taylor-Couette系统，它由两个独立旋转的圆柱体组成。圆柱体之间的间隙高度为0.927 m，内半径为0.200 m，外半径可变（从0.279 m到0.220 m）。内圆柱体和外圆柱体的最大角旋转速率分别为20 Hz和10 Hz，以水为工作流体时，雷诺数高达3.4 x 10^6。利用该泰勒-库埃特系统，参数空间（Re_i，Re_o，η）扩展到（2.0 x 10^6，{ \pm }1.4 x 10^6，0.716-0.909）。该系统配备了气泡喷射器，温度控制，皮肤摩擦阻力传感器，和几个本地传感器研究湍流单相和两相流。内圆筒测力传感器通过扭矩测量检测皮肤摩擦阻力。透明的丙烯酸外筒允许液体流动和分散相（气泡、颗粒、纤维等）的动力学。在间隙内部，使用专门的局部传感器和非侵入式光学成像技术进行研究。该系统允许在高雷诺数制度的泰勒-库埃特流的研究，和背后的皮肤摩擦阻力改变由于气泡注射，聚合物注射，和表面疏水性和粗糙度的机制。
2011-02-23 physics.flu-dyn
Scale-invariance and characteristic length scale for the large-scale vortices in geostrophic convective turbulence with friction
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Fudan University（复旦大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
通过直接数值模拟研究线性摩擦对旋转瑞利-贝纳德对流中大尺度涡旋尺寸的影响，发现涡旋半径遵循R_LSV~α^{-1/2}，并揭示其源于正压模态的k^{-3}能谱及非局域逆能量传递机制。
2026-06-01 physics.flu-dyn
Decomposition of the mean friction drag on a NACA4412 airfoil under uniform blowing/suction
阻力控制策略在典型的壁面边界湍流（如周期性通道和零压力梯度或逆压力梯度边界层）上的应用提出了如何对不同的参考情况一致地描述控制效果的问题。我们采用RD身份（Renard & Deck，J. Fluid Mech.，790，2016，pp. 339-367）来分解平均摩擦阻力，并研究在弦雷诺数Re_c= 200，000和400，000时对NACA 4412翼型施加均匀吹气和吸气的控制效果。通过使用吹/吸的阻力减少/增加与湍流统计（包括粘性耗散，粘性动能生产，和空间增长的流量）跨越边界层，受到不利或有利的压力梯度的连接，进行检查。我们发现，与摩擦阻力产生相关的统计峰值在整个边界层的内部或外部单元中表现出良好的缩放。它们也与雷诺数、控制方案和吹/吸强度无关。采用自适应尺度分解方法，即经验模态分解（EMD），将小尺度和大尺度结构分离，分析湍流运动对摩擦阻力产生的尺度贡献。结果表明，在机翼吸力侧吹气能够增强大尺度运动的贡献，抑制小尺度运动的贡献;而吸力侧则相反。与跨尺度相互作用相关的贡献在不同的控制策略下几乎保持不变。
2021-06-07 physics.flu-dyn
Scaling of the energy spectra of wall-bounded turbulence
通过使用在中等摩擦雷诺数（Retau <= 1900）和非常大的数值箱中直接模拟湍流通道的新结果，我们检查了对壁界湍流重叠和外部区域相似性假设的修正。
2013-09-10 physics.flu-dyn
DNS of turbulent channel flow at very low Reynolds numbers
采用比现有直接数值模拟（DNS）更大的计算箱尺寸，对非常低雷诺数的充分发展的湍流槽道流动进行了直接数值模拟（DNS）。摩擦雷诺数降低到60，其中摩擦雷诺数基于摩擦速度和通道半宽。当雷诺数减小到60时，计算框尺寸变小，流动变为层流。利用一个大的盒子，我们发现一个局部湍流被观察到以周期性的斜带的形式维持。这种局部无序流动类似于过渡管流中的平衡湍流喷流。提供了各种湍流统计数据，如湍流强度、涡度波动和雷诺应力。特别是，它们的近壁渐近行为和湍流动能预算项进行了讨论，关于雷诺数的依赖性和计算盒大小的影响。还介绍和讨论了与湍流结构有关的其他详细特征。
2014-09-16 physics.flu-dyn
Collapse of turbulence in optimised curved pipe flow
Institute of Fluid Mechanics (LSTM), Friedrich–Alexander–Universität (FAU) Erlangen–Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学流体力学研究所）
通过增加流体轴向曲率和改变横截面形状，主动降低湍流摩擦，实验显示在Re_D=10000和20000时，湍流被抑制，压力损失减少53%和36%。
2026-04-25 physics.flu-dyn
