Modelling the Pressure Strain Correlation in turbulent flows using Deep Neural Networks
压力应变相关性在雷诺应力输运模型中起着关键作用。压力应变相关性的精确建模导致湍流应力的正确预测，并随后导致工程感兴趣的其他条款。然而，经典的压力应变相关模型往往是不可靠的复杂湍流。基于机器学习的模型已经在湍流建模中显示出前景，但是它们的应用在很大程度上限于基于涡粘性的模型。在这篇文章中，我们概述了优先应用机器学习和湍流数据在雷诺应力建模水平上开发模型的基本原理。作为示例，我们开发了数据驱动模型的压力应变相关的湍流槽道流使用神经网络。神经网络的输入特征是使用基于物理的原理来选择的。用不同摩擦雷诺数下槽道湍流的高分辨率DNS数据对网络进行了训练。在其他摩擦雷诺数和湍流平面Couette流的未知流量统计模型的测试进行。基于本文中提出的结果，所提出的机器学习框架表现出相当大的希望，并可用于开发精确的雷诺应力模型进行流量预测。
2021-03-01 physics.flu-dyn
Nonlocal Form of the Rapid Pressure-Strain Correlation in Turbulent Flows
本文给出了湍流快速压力-应变关联中非局部效应的一个新的基本公式。由此产生的显式形式的快速压力-应变相关帐户的平均流速梯度的空间变化所产生的非局部效应，并通过泰勒展开的平均速度梯度出现在快速压力-应变相关的精确积分关系。在由此产生的系列扩展的积分解决高和低雷诺数形式的纵向关联函数$f(r)$，和由此产生的非局部快速压力-应变相关表示为一个无穷级数的平均应变率张量的拉普拉斯算子。新的配方是用来获得一个非局部传输方程的湍流各向异性，预计将提供更好的预测的各向异性在强烈的非均匀流动。
2009-06-15 physics.flu-dyn
Flow configuration and pressure effects on turbulent premixed hydrogen jet flames
Loughborough University（拉夫堡大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
研究通过直接数值模拟探讨了不同压力下槽形和圆形喷嘴湍流稀释预混氢气火焰的流动配置和压力影响，发现压力显著改变火焰传播特性。
2026-03-16 physics.flu-dyn
Pressure strain correlation modelling for turbulent flows
精确和鲁棒的压力应变相关模型是湍流模拟中雷诺应力模型成功的重要组成部分。然而，仅使用局部张量来复制压力的非局部作用对潜在的模型性能有很大的限制。在这篇论文中，我们概述了一种方法，该方法扩展了用于压力应变相关建模的张量基础，以提高模型的精度和鲁棒性。这组额外的张量进行了分析，并证明基于物理的参数和模拟数据的分析。利用这些张量模型的快速和缓慢的压力应变相关的发展。由此产生的完整的压力应变相关模型进行了测试，为各种各样的湍流，而建立的模型的预测进行对比。结果表明，新的模型提供了显着的提高预测精度。在第二阶段的工作中，对衰减网格产生的湍流和具有平均应变的网格湍流进行了一系列的实验。湍流统计的实验数据，包括雷诺应力各向异性的收集，分析，然后比较雷诺应力模型的预测，以评估其准确性，并被用来评估在雷诺应力模型中使用的耗散率模型和压力应变相关模型的系数的变化。
2019-03-13 physics.flu-dyn
Log-linear law of the mean streamwise velocity in turbulent boundary layers with moderate adverse pressure gradients
AML, Department of Engineering Mechanics, Tsinghua University（清华大学工程力学系）
本研究推导了适用于中等逆压梯湍流边界层的对数-线性定律，通过实验数据验证其有效性，并在极限情况下恢复经典对数定律。
2026-01-26 physics.flu-dyn
Turbulent boundary layer with strong favorable pressure gradient and curvature effects: Streamline coordinate and scaling analysis
本研究针对高斯鼓包上的湍流边界层开展DNS，分析分离前多类压力梯度与曲率效应，构建基于积分分析的雷诺应力标度律，其在相关区域的剖面塌缩效果优于传统标度律。
2023-06-09 physics.flu-dyn
Forcing large-scale coherent streaks in a zero pressure gradient turbulent boundary layer
在$\Redstar \approx 1000$中，利用圆柱形粗糙元阵列，在发展良好的湍流边界层中人为地产生大尺度相干条纹。粒子图像测速仪的速度场的措施揭示了再现性好，流向定向，稳定的相干条纹的存在。我们表明，这些相干条纹的振幅在空间中瞬时增长。最大振幅的位置与条纹的展向波长成比例，并且最放大的展向波长具有非常大的尺度$\lz \approx 6 \dblo$。这些结果与最近基于湍流平均流的最佳瞬态增长分析的预测吻合得很好。
2010-04-26 physics.flu-dyn
High-Reynolds-number turbulent boundary layers under adverse pressure gradients. Part 1. Decoupling local and upstream pressure gradient effects
The University of Melbourne（墨尔本大学）
研究通过高雷诺数边界层风洞实验，探讨逆压梯下对数速度剖面的通用性，分离雷诺数、局部压力梯度和历史压力梯度对湍流统计和能量谱的影响。
2026-03-25 physics.flu-dyn
Scaling of wall-pressure--velocity correlations in high Reynolds number turbulent pipe flow
本研究通过CICLoPE长管实验，揭示了高雷诺数下壁面压力与湍流速度脉动的雷诺数无关标度律，验证了壁压平方的调制效应，证明二次随机估计法可仅用壁压有效估计壁外速度，支撑高雷诺数壁湍流实时控制。
2025-01-14 physics.flu-dyn
Investigation of high-pressure turbulent jets using direct numerical simulation
基于射流直径（$D$）和射流出口速度（$U_{e}$），对雷诺数（$Re_{D}$）为$5000$的自由圆射流进行了直接数值模拟，研究了超临界压力下射流的湍流特性。射流由$\mathrm{N_{2}}$组成，在相同温度下将其注入$\mathrm{N_{2}}$中。为了理解湍流混合，在施密特数为1时，被动标量随流动被输送。两套流入条件，模型射流从一个光滑的收缩喷嘴（层流流入）或长管喷嘴（湍流流入）被认为是。通过一次改变一个参数，模拟检查喷流的热力学条件的敏感性（其特征在于在压缩因子（$Z$）和归一化的等温压缩性），流入条件，和环境压力（$p_{\infty}$）跨越完美的真实气体条件。流入影响流量统计在近场（包含潜在的核心关闭和过渡区），以及进一步下游（包含充分发展的流量与自相似统计）在大气和超临界$p_{\infty}$。流入的敏感性较大的过渡区，在那里的层流流入射流表现出占主导地位的相干结构，产生更高的平均应变率和更高的湍流动能比在顺向流入射流。在固定的超临界$p_{\infty}$下减小$Z$增强了压力和密度波动（分别由局部平均压力和密度归一化），但对速度波动的影响也取决于局部流动动力学。当$Z$减小时，层流入流射流过渡区的大平均应变率显著增强速度波动（由局部平均速度归一化）和标量混合，而湍流入流射流的影响最小。
2021-06-05 physics.flu-dyn
Mean velocity profiles and total shear stress profiles in adverse-pressure-gradient turbulent boundary layers considering history effect
本研究提出一种考虑历史效应的预测模型，通过引入由Clauser参数修正的摩擦速度尺度恢复流向自相似性，并开发估计-修正模型显式捕捉压力梯度流向导数，将总剪切应力分解为四部分，准确预测了逆压梯度湍流边界层的平均速度剖面和总剪切应力剖面。
2025-10-31 physics.flu-dyn
Modeling the "rapid" part of the velocity/pressure-gradient correlation in inhomogeneous turbulent flows
本文提出了一个新的雷诺平均纳维-斯托克斯方程中速度/压力梯度关联的“快速”部分的模型。结果表明，在非均匀不可压湍流中，雷诺应力线性模型应包括两个模型系数。在某些极端湍流状态下，分析了系数的函数形式。结果表明，该模型简化为均匀湍流中的标准线性压力-应变模型，且满足可实现性条件，只要系数是平均速度梯度和雷诺应力的函数。在非均匀湍流中，系数应取决于与非均匀效应直接相关的参数。用两种流动的直接数值模拟数据对模型进行了验证：平面尾迹和平面混合层。
2006-11-27 physics.flu-dyn
Coherent pressure structures in turbulent channel flow
本研究利用SPOD和响应分析识别并建模湍流通道中的相干压力结构，发现主导模态的低秩特性及与速度脉动相比更好的预测性能，并揭示了准流向涡与压力脉动的关联。
2024-05-11 physics.flu-dyn
Pressure, density, temperature and entropy fluctuations in compressible turbulent plane channel flow
利用可压缩湍流平面槽道流动的直接数值模拟（DNS）结果，研究了可压缩气动壁面湍流中热力学状态变量的涨落。基本的输运方程的热力学变量（密度，压力，温度和熵）的行为进行审查，并用于推导出精确的输运方程的方差和通量（运输的波动速度场）的热力学波动。本文讨论了可压缩平面槽道湍流的雷诺数和马赫数的标度关系。的热力学涨落的相关系数和高阶统计进行了检查。最后，详细的预算的运输方程的方差和通量的热力学变量从一个良好的解决DNS进行了分析。这些结果的影响，以了解在可压缩壁湍流的热力学相互作用和可能的改进统计建模进行评估。最后，所需的扩展现有的DNS数据，以充分体现这一规范的流进行了讨论。
2013-11-18 physics.flu-dyn
Artificial Neural Networks Modelling of Wall Pressure Spectra Beneath Turbulent Boundary Layers
我们分析和比较各种经验模型的湍流边界层下的壁面压力谱，并提出了一种替代的机器学习方法，使用人工神经网络（ANN）。人工神经网络的分析和训练是在不同作者的实验和高保真模拟数据上进行的，涵盖了广泛的流动条件。我们提出了一种方法来提取所有的湍流边界层参数所需的这些模型，也考虑到流动经历强烈的逆压梯度。此外，该数据库进行了探索，揭示了重要的依赖关系内的边界层参数，并提出了一套可能的功能，人工神经网络应该预测的壁面压力谱。结果表明，人工神经网络优于传统的模型，在不利的压力梯度，其预测能力概括更好的范围内的调查条件。分析完成了一个深合奏的方法来量化模型预测和集成梯度分析的模型对其输入的敏感性的不确定性。不确定性和敏感性允许确定新的训练数据将最有利于模型准确性的区域，从而开辟了走向自我校准建模方法的道路。
2022-01-10 physics.flu-dyn
On the wavenumber-frequency spectra of the wall pressure fluctuations in turbulent channel flow
本文采用直接数值模拟（DNS）方法，研究了通道内湍流脉动壁面压力的三维谱（包括流向波数、展向波数和频率），数值模拟的范围为$Re_τ \approx 1000$。为了从波数谱建立波数-频谱预测模型，研究了壁面压力脉动的时间去相关机理。发现壁面压力脉动波数-频谱中包含能量的部分可以很好地用流向速度脉动的类似随机扫描模型来预测。为了细化研究，我们进一步分解的总壁面压力波动的频谱的快速和缓慢的压力波动的自谱，以及它们之间的交叉谱。我们专注于评估应用在许多预测模型中的假设，即互谱的大小可以忽略不计。目前的DNS表明，忽略交叉谱导致的最大误差高达4.7dB的亚对流区的所有雷诺数下测试。分析表明，在低马赫数条件下，壁面压力脉动的亚对流分量对辐射声功率有重要贡献，在研究声学特性时，忽略互谱的假设应谨慎应用。
2022-01-12 physics.flu-dyn
Signature of Pressure Gradient History on Wall Shear Stress in Turbulent Boundary Layers
本文通过实验研究顺逆压力梯度序列对湍流边界层壁面切应力的历史效应，发现上游顺压力梯度对下游逆压力梯度区域具有持久影响，且该效应在低雷诺数下更显著。
2025-07-01 physics.flu-dyn
Numerical Investigation of Diffusion Flame in Transonic Flow with Large Pressure Gradient
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
研究脉动流中扩散火焰的湍流输运特性，探讨化学反应对湍流粘性的影响，验证了涡轮-燃烧概念的可行性。
2023-10-02 physics.flu-dyn
Large-Scale Turbulent Pressure Fluctuations Revealed by Ned Kahn's Artwork
结合实验室实验与对 Ned Kahn 动态外墙艺术的视频分析，研究了湍流边界层中摆链的动力学，发现其响应由共振或压力波动主导，并揭示了大规模板块摆动与压力波动平流速度间的共振机制。
2024-11-17 physics.flu-dyn
Pseudo-Gauss distribution: a reversible counterpart of the true turbulent velocity gradient distribution
根据不可压湍流充分发展时应变率张量统计特性的实验和数值数据，以及本文推导出的积分变换，我们发现不可压湍流的一些重要的统计特性，即运动学特性，是动态的（即纯粹发生在湍流中）。本文介绍了一种新的伪高斯分布，由于这些性质，我们发现这种分布与高斯分布的一个显著区别是湍流统计的一般特征。因此，新的分布被证明是一个可逆的对应真正的湍流速度梯度分布，而不是高斯之一。
2015-11-23 physics.flu-dyn
Study of the Turbulent/Non-turbulent Interface of Zero-Pressure-Gradient Turbulent Boundary Layer Using the Uniform Momentum Zone Concept
本文提出一种基于均匀动量区（UMZ）概念的无阈值方法，利用平面流向速度数据检测零压力梯度湍流边界层的湍流-非湍流界面（TNTI），揭示了界面的动力学特征及雷诺应力的非对称响应。
2025-05-29 physics.flu-dyn
Turbulent boundary layer response to uniform changes of the pressure force contribution
研究了湍流边界层在压力力均匀增减下的响应，揭示平均流动与湍流的不同延迟行为及历史效应，最终导致顺压梯度边界层呈现异常高的外区湍流水平。
2024-07-24 physics.flu-dyn
History effects and near-equilibrium in turbulent boundary layers with pressure gradient
采用高分辨大涡模拟（LES）研究了逆压梯度下的湍流边界层，目的是评估流向压力发展的影响。用Clauser参数$β$识别近平衡边界层。通过规定自由流速度来施加压力梯度。为了满足近平衡条件，自由流速度必须遵循幂律分布。与Clauser压力梯度参数恒定的情况有关的湍流统计？的情况下，与非恒定的压力分布在匹配？和摩擦雷诺数Re_tau。人们注意到，非恒定的情况下出现的方法远远下游的某一状态的边界层，这是唯一的特点是β？Re_tau。本文将平板绕流的研究扩展到翼型绕流的研究。在匹配的Re_tau和？揭示了一些有趣的特征：在发展历史中，在具有强压力梯度的湍流边界层层中，外部区域中的能量携带结构被强烈增强，这可以通过平均速度中的显著尾流以及雷诺应力中的大的第二峰值来检测。此外，Kitsios等人（2015年）提出的标度律，提出边缘速度和位移厚度作为标度参数，在恒定压力梯度情况下进行了测试。发现平均速度和雷诺应力分布依赖于下游的发展，这表明它们的结论可能是过短的恒定压力梯度区域的结果。
2018-12-10 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
Turbulent activity in the near-wall region of adverse pressure gradient turbulent boundary layers
本文通过对比两个直接数值模拟数据库，研究了逆压梯度湍流边界层中外层湍流对内层结构和能量传递的影响，发现内层湍流能自我维持且能量传递机制不随速度亏损改变。
2024-02-15 physics.flu-dyn
Generative Reconstruction of Spatiotemporal Wall-Pressure in Turbulent Boundary Layers via Patchwise Latent Diffusion
Cornell University（康奈尔大学）；University of Notre Dame（圣母大学）
针对湍流边界层壁面压力时空场难以高效高分辨率获取的问题，提出结合分块条件神经场与潜在扩散的概率生成框架，可基于稀疏传感器数据合成带校准不确定性的压力场，且能零样本适配新传感器布局，验证效果良好。
2025-11-16 physics.flu-dyn
Turbulent thermal diffusion in a multi-fan turbulence generator with the imposed mean temperature gradient
实验研究了多风扇湍流发生器中湍流热扩散的影响。多风扇湍流发生器产生了几乎均匀、各向同性的小平均速度流。利用粒子图像测速和图像处理技术，我们表明，在一个湍流与强加的平均垂直温度梯度（稳定分层流）的颗粒积累的平均温度最低的区域。这些实验检测了相对高雷诺数下多风扇湍流发生器中湍流热扩散的影响。实验结果与前人对振荡格栅湍流热扩散的实验研究结果（Buchholz等2004; Eidelman等2004）一致。我们证明了湍流热扩散是一种普遍现象。它的发生与湍流产生的方法无关，并且在这些非常不同的湍流中颗粒空间分布的定性行为是相似的。湍流热扩散和湍流扩散引起的湍流通量之间的竞争决定了颗粒不均匀性的形成。
2006-02-24 physics.flu-dyn
Outer scaling of self-similar adverse-pressure-gradient turbulent boundary layers
在飞机机翼或燃气轮机叶片中，凸表面上的湍流边界层（TBL）流动的预测是一个具有挑战性的问题。在大范围的逆压梯度（APG）范围内，寻找一个通用的湍流统计标度律仍然没有得到解决。在这里，我们介绍了APG-TBL的特征长度和速度尺度，并对Kitsios { \it et al.}（{ \it J. Fluid Mech.}，第829卷，2018年，pp. 392- 419）。被称为“剪切厚度”的特征长度尺度，$δ^\ast$，被定义为对应于湍流剪切流中的主动剪切区域的端部的位置，其中由动能归一化的无量纲剪切速率和耗散速率近似恒定。接下来，我们展示了一个通用的缩放使用的混合速度，称为“摩擦压力速度”，$u^\ast$，这是基于总剪切应力。结果表明，在大范围的APG内，TBL中的速度脉动和雷诺应力与零压力梯度（ZPG）TBL中的速度脉动和雷诺应力一致。目前的缩放是用来缩放的动能平衡在TBL，并比较他们与其他剪切流。此外，小尺度的属性，即涡度，使用$δ^\ast$和$u^\ast$的缩放也得到假设在惯性范围内的局部平衡。目前的缩放壁有界剪切流，包括TBL在很宽的压力梯度范围内，意味着潜在的瞬时湍流结构具有共同的特点下，适当的缩放，是关键的湍流模型的发展和应用。
2019-12-11 physics.flu-dyn
Uncertainty analysis of URANS simulations coupled with an anisotropic pressure fluctuation model
TU Delft（代尔夫特理工大学）
本研究结合全局敏感性分析、代理建模与贝叶斯推理，探究URANS模拟中湍流模型参数不确定性对压力速度脉动预测的影响，在两类湍流案例中验证了模型校准策略的潜力与局限性。
2026-08-04 physics.flu-dyn
Large eddy simulation of a low pressure turbine cascade with turbulent end wall boundary layers
我们给出了MTU T161低压涡轮在雷诺数为90，000和马赫数为0.6时隐式大涡模拟的第一批结果，两者均基于等熵出口条件，采用高阶间断Galerkin方法。其目的是验证的数值设置与现有的实验数据。我们讨论了在端壁边界层厚度和自由流湍流强度方面创建真实流入边界条件所采取的步骤。这是通过将雷诺应力和湍流长度尺度的输入分布定制到基于傅立叶级数的合成湍流发生器来实现的。叶片载荷和中跨处的总压损失都与测量结果非常吻合。在对由于进入的边界层和涡轮叶片的相互作用而出现的二次流结构进行简短讨论之后，我们表明，该模拟还能够在整个通道高度上再现叶片后面的损失分布。
2022-12-16 physics.flu-dyn
A family of adverse pressure gradient turbulent boundary layers with upstream favorable pressure gradients
采用可变凸曲率的天花板，对平板湍流边界层（TBL）进行了实验研究，实验中产生了22个有利-不利压力梯度（FAPG）。我们将FAPG定义为顺气流方向的压力梯度序列，其顺序为有利的，然后是不利的，类似于翼型吸力面上的压力梯度序列。利用粒子图像测速技术（PIV）在流向壁面法向平面内研究了该构型的逆压梯度区。在这项工作中，提出并讨论了流向平均应力和雷诺应力。尽管已知有利和不利的压力梯度会引起TBL的相反反应，但未发现有利压力梯度（FPG）之后的当前不利压力梯度（APG）会“逆转”FPG的影响。相反，观察到既不是ZPG也不是APG TBL的特征的复杂反应。雷诺应力呈双峰结构，外尺度应力沿流向在$y < ~ 0.2 δ$中增强，在$y > ~ 0.2δ$中减弱，其中$y$为壁面法向坐标，$δ$为局部边界层厚度。这些是新的内层的特征，以前在颠簸/丘陵流动中观察到，由于压力梯度符号从有利变为不利而形成。在压力梯度较强的情况下，统计数据中的非典型结构和趋势更为显著，其中较强的上游FPG似乎对下游APG产生了较强的影响。当前数据集（22例）提供了FAPG配置下ZPG TBL平衡破坏的清晰图像。所有案件的统计数据都包括在辅助文件部分。
2022-11-16 physics.flu-dyn
Effects of pressure gradient histories on skin friction and mean flow of high Reynolds number turbulent boundary layers over smooth and rough walls
本研究通过实验探究压力梯度历史对高低雷诺数光滑/粗糙壁面湍流边界层的影响，验证了压力梯度对尾迹与壁面摩擦的作用规律，提出了基于尾迹强度参数推算任意压力梯度历史下壁面摩擦的通用关联式。
2025-01-15 physics.flu-dyn
The Relationship Between Surface Pressure Spectra and Vorticity in a Turbulent Boundary Layer
本文回顾了湍流边界层下表面压力波数谱的模拟，并根据流动中的涡量重新考虑。本文利用Chase（1991）提出的基于涡量方程和Squires定理的解，证明了表面压力谱的完整解可以用非线性湍流-湍流相互作用项作为源来确定。然后，它表明，表面压力可以直接相关的流动中的涡度。对通道流配置的直接数值模拟的结果进行了检查。结果表明，与壁面剪应力相关的涡量在约7个壁面单元的距离上迅速衰减，因此外部涡量在大部分流动中占主导地位。计算了涡量关联函数，结果表明，垂直于壁面的涡量长度尺度仅为10个壁面单元，因此流动可以模拟为互不关联的涡面的叠加。最后，表面压力波数谱的模型是通过模拟涡度谱的基础上的均方根（rms）涡度在流中的分布，和一个积分长度尺度，约为10个壁单元。使用输入的数值模拟，一个很好的适合现有的经验模型的表面压力谱。
2022-08-10 physics.flu-dyn
Spatio-temporal intermittency of the turbulent energy cascade
在不可压缩和周期性统计稳定湍流中，湍流能量跨尺度和空间的交换的特征在于时间导数项、波动能量的空间湍流传输和压力-速度项在零附近的非常强烈和间歇性的时空波动。这些波动是相互关联的，并与强烈的间歇性波动的尺度间的能量转移率。这些相关性所造成的清扫效果，非线性和非局部性之间的联系，也涉及到两点波动压力力差和两点波动速度差的尺度间传输速率和压力-速度项之间的相关性的情况下的几何对齐。在统计平稳的均匀湍流中，所有这些过程都不存在于湍流级联的时空平均图像中。
2018-07-21 physics.flu-dyn
Structure of the velocity gradient tensor in turbulent shear flows
湍流小尺度特性的普遍性意味着在很大的雷诺数极限下速度梯度张量的各向同性特性。使用直接的数值模拟，我们确定的张量形成的n = 2和3的速度梯度在一个单一的点在湍流均匀剪切流，并在日志层的湍流通道流，我们的特征在于这些张量从相应的各向同性预测的偏离。具体来说，我们分离的张量，不变的反射下的所有轴，从奇数的，这完全消失在没有剪切的偶分量。结果表明，三阶速度梯度关联函数的奇次分量，尤其是沿流向速度分量法线方向导数的三阶矩，对各向同性的偏离最大。在所考虑的雷诺数（R_lambda ~ 140）下，我们观察到这些二阶和三阶关联函数在湍流槽道流中明显大于在均匀剪切流中。总的来说，我们的工作表明，平均剪切导致相对简单的结构的速度梯度张量。在非常大的雷诺数极限下各向同性如何恢复还有待了解。
2017-07-01 physics.flu-dyn
Turbulent hydrogen premixed flames at high pressure and high temperature
School of Engineering, Institute for Multiscale Thermofluids, The University of Edinburgh（爱丁堡大学工程学院，多尺度热流体研究所）
研究高压高温条件下湍流氢预混火焰的火焰-湍流相互作用，揭示了高压力和温度对火焰结构及湍流-火焰耦合的影响，并验证了切向应变率的通用科赫洛夫斯卡利ng
2026-01-22 physics.flu-dyn
Distribution of velocity gradients and rate of caustic formation in turbulent aerosols at finite Kubo numbers
在一维湍流气溶胶（悬浮在随机流中的惯性粒子）模型中，我们计算了在有限但很小的久保数Ku下粒子速度梯度的分布和焦散形成率，对于任意的斯托克斯数St。我们的结果与前面在小Ku和大St的极限下得到的结果一致，使得Ku^2 St保持不变。我们展示了有限时间相关性和非遍历效应如何影响有限但很小的久保数下的惯性粒子动力学。
2012-04-29 physics.flu-dyn
Revisiting the quest for a universal log-law and the role of pressure gradient in "canonical" wall-bounded turbulent flows
随着新的和更可靠的实验数据的出现，由零压力梯度湍流边界层（缩写为ZPG TBL）、湍流管流和槽道/管道流组成的所谓“规范”壁界湍流的三位一体一直受到人们的密切关注。然而，关于平均速度剖面的对数部分，特别是卡门常数$κ$，对于这三种典型流动是相同的还是依赖于流动的争论仍在进行中。在本文中，扩展了Monkewitz和Nagib（第24届ICTAM会议，Montreal，2016），在对数律和中心线/自由流速度表达式中相等的$κ$的渐近匹配要求被重申，并被证明排除了三种正则流中的单一普适对数律，或至少使其非常不可能。目前对ZPG TBL、普林斯顿“超级管道”以及通道和管道中的高质量平均速度剖面的重新分析，导致对管道和通道中两个对数区域的（几乎）所有看似矛盾的数据解释的连贯描述：具有与ZPG TBL，特别是$κ_{\mathrm{wall}} \cong 0.384$中相同参数的通用内部近壁对数区域，但仅从$150$周围延伸到$10^3$壁单元周围，并且随着压力梯度的增加而收缩，随后是具有与相应自由流或中心线速度的对数斜率匹配的流动比$κ$的外部对数区域。在通道和管道的外部对数区域的对数律参数示出单调依赖于压力梯度。
2017-02-16 physics.flu-dyn
Coupled dynamics of wall pressure and transpiration, with implications for the modeling of tailored surfaces and turbulent drag reduction
通过低雷诺数湍流通道的直接数值模拟，揭示壁面吹吸在条带和滚涡两类尺度上与壁面压力的相位关系可分别实现近壁循环衰减、增强或展向滚涡激发，为肋条、多孔及可渗透壁等定制表面的减阻建模提供基本构建模块。
2024-11-21 physics.flu-dyn
Quantifying non-equilibrium pressure-gradient turbulent boundary layers through a symmetry-based framework
提出基于Lie群膨胀对称性破缺的统一框架，揭示非平衡压力梯度湍流边界层的总剪切应力多层结构与解耦机制，并在多类气动系统中验证。
2025-08-29 physics.flu-dyn
A symmetry-based theory for the mean velocity profiles of turbulent boundary layers subjected to pressure gradient and historical turbulence effects
提出一种对称性理论，通过修正总应力亏损律并扩展结构系综动力学中的应力长度多层幂律，解析预测含压力梯度与历史湍流效应的完整平均速度剖面。
2023-11-03 physics.flu-dyn
Reynolds-number evolution of wall-pressure statistics beneath canonical turbulent boundary layers
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；University of Melbourne（墨尔本大学）；University of Zagreb（萨格勒布大学）
本研究探究零压力梯度湍流边界层下方壁面压力统计的雷诺数演化，揭示其与大尺度运动的关联，明确内尺度与中/大尺度的不同雷诺数特性及对应的相干结构。
2026-09-03 physics.flu-dyn
Velocity gradient partitioning in turbulent flows
California Institute of Technology（加州理工学院）
研究通过分解速度梯度张量，揭示湍流中不同湍流结构的贡献，为湍流建模提供新的视角。
2024-12-04 physics.flu-dyn
Optimal control of diffuser shapes for confined turbulent shear flows
湍流剪切流的发展模型，在一个封闭的通道中的非均匀的平行流创建的，是用来识别的扩散器的形状，最大限度地提高压力恢复时，流入是不均匀的。宽扩压器角度会加剧不均匀流动，导致压力恢复差。另一方面，浅扩压器角度产生具有大壁阻力的较长区域，这也不利于压力恢复。因此，最佳的扩散器形状在两种效果之间取得平衡。我们使用一个简单的模型，它描述了一个近似的流量分布和压力的扩散器的演变。模型方程形成了最优控制问题的动力学，其中控制是扩压器通道形状。数值优化方法是用来解决的最优控制问题，我们用分析结果来解释在某些限制情况下的数值。将优化结果与计算流体动力学的计算结果进行比较。
2018-04-06 physics.flu-dyn
Convection Velocity in Turbulent Boundary Layers under Adverse Pressure Gradient
本文研究了大雷诺数范围内逆压梯度（APG）湍流边界层（TBL）中湍流结构的对流速度（$U_C$），计算了不同雷诺数$Re_τ= 1400 - 4000$的对流速度。这项研究是基于使用（Drozdz A.，Elsner W.，热与流体流动国际杂志。63（2017）67\-74），并通过两点相关法进行验证。结果表明，在APG流的重叠区域，对流速度剖面（当按粘性单位缩放时）重新组合了ZPG流的通用对数定律特性，直到所考虑的雷诺数范围内的Clauser-Rota压力梯度参数$β\lesssim 19$，这意味着在TBL的内部区域，APG中的摩擦速度不与$U$（如ZPG中）成比例，而是与$U_C$成比例。提出了对流速度增加对平均流影响的物理机制。$U_C$和$U$之间的差异随着APG的增加而增加，这导致了更强的扫掠，增强了向壁面的动量传递，并补偿了壁面附近较低涡度产生的较弱平均剪切剖面。这种效应是由于大尺度运动增强了小尺度的幅度调制。随着涡流密度的增加，该过程变得更加明显，因此随着Re的增加。所提出的模型解决了一些文献中发现的逆压梯度流，迄今为止没有一个有根据的解释。
2022-11-22 physics.flu-dyn
Energy transfer mechanisms in adverse pressure gradient turbulent boundary layers
本文研究了具有小速度缺陷和大速度缺陷的逆压梯度湍流边界层中的能量传递机制和在这些机制中起作用的结构。我们研究了APG TBL中能量、生产和压力应变的壁面正态分布和谱分布，并将这些分布与规范流中的分布进行了比较。结果发现，生产和压力-应变的光谱分布没有深刻的影响，由速度缺陷的增加，虽然能谱急剧变化的大缺陷APG TBL的内层。在后者中，内层条纹的特征在能谱中不存在。然而，生产和压力-应变谱表明，近壁循环或另一种能量传递机制与类似的光谱特征仍然存在于大缺陷TBL。在外层，随着速度亏损的增加，能量结构、生产结构和压力-应变结构出现从附壁结构到分离结构的变化。尽管如此，在所有这些流中，2D光谱分布具有相似的峰的形状和波长纵横比。这些观察结果表明，外层能量传递机制可能是相同的壁有界的流动，无论动态相关的结构附着或分离的墙壁。因此，结论是，负责湍流的产生和组件间的能量传递的机制可能仍然是相同的，在所有这些流动的每一层内。由于局部平均切变的变化，在同一层内，这些机制的强度随速度亏损而变化。
2021-12-06 physics.flu-dyn
A FFT-based finite-difference solver for massively-parallel direct numerical simulations of turbulent flows
本文提出了一种用于不可压湍流直接数值模拟的高效并行求解器。该方法使用二阶，有限体积的压力校正计划，其中的压力泊松方程求解的方法的特征函数展开。这种方法允许非常有效的基于FFT的求解器在问题的不同组合的均匀压力边界条件。我们的算法探讨了所有组合的压力边界条件有效的这样一个求解器，在一个单一的，一般的框架。该方法是在一个2D的类锯齿形区域分解，这使得高效的并行模拟。针对不同的规范流的实施进行了验证，并检查其计算性能。优秀的强大的缩放性能高达$10^4$核心证明了一个域与$10^9$空间自由度，对应于一个非常小的挂钟时间/时间步长。由此产生的工具，CaNS，已免费提供和开源。
2019-09-12 physics.flu-dyn
On the wavenumber-frequency spectra of wall pressure fluctuations in turbulent channel flows
采用直接数值模拟方法，对槽道湍流的快、慢和总壁面压力脉动的波数-频谱特性进行了研究，数值模拟精度达到$\Rey_τ\approx 1000$。对于总壁压波动的波数-频率谱，在亚对流区的轮廓线的谷状行为被发现，这可能与Kraichnan-Phillips定理。对于壁面压力谱的分解，在以往的研究中，通常假设壁面压力波动的快速和缓慢分量之间的交叉谱密度（CSD）可以忽略。然而，没有实验或数值证据可以证实或反驳这一假设。在本文中，我们使用DNS数据来定量评估这一假设。着重讨论了忽略壁面压力脉动的快慢分量之间的CSD所引起的分贝标度误差。据发现，这种假设是近似准确的一维和二维谱，但在三维波数频谱的误差造成很大的幅度。在亚对流区域观察到5dB的误差，并且对于宽范围的雷诺数（$180\le\Rey_τ\le 1000$）观察到如此大的误差。分析表明，忽略CSD的假设在亚对流区的尺度上需要谨慎地应用。
2021-01-14 physics.flu-dyn
Symmetries and similarities of the zero-pressure-gradient turbulent boundary
研究了零压力梯度湍流边界层（ZPGTBL）的对称性和相似性，导出了完整的相似变量集，导出了相似方程，并得到了平均速度剖面的高阶近似解。以前的分析没有得到所有相似性变量。我们进行对称性分析的ZPGTBL使用Lie膨胀组的方程，并获得当地的，领先的顺序对称的方程。根据边界层参数得到了一整套相似变量。摩擦速度被证明是外层速度尺度。解析地得到了边界层厚度和摩擦速度的下游演化。相关的相似性变量被写为渐近展开式。通过渐进匹配展开式，获得了重叠层中三阶的近似相似解。这些结果是从第一原理得到的，没有任何主要的假设和湍流模型。讨论了ZPGTBL与槽道湍流在相似方程、规范函数和近似解等方面的异同。特别是，ZPGTBL和通道流的前导阶展开是相同的，支持近壁层的普遍性的概念。此外，对数摩擦定律ZPGTBL是准确的所有订单，而它是在槽道流动中的领先的订单准确。研究结果将有助于进一步理解ZPGTBL和近壁层在附壁湍流中的普遍性问题。
2023-01-27 physics.flu-dyn
Effect of Microscale Turbulent Structures Dynamics on Forced Convection in Turbulent Porous Media Flow
Department of Mechanical and Aerospace Engineering, North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程系）
该研究采用大涡模拟（LES）探究雷诺数300下多孔介质流动，明确微涡对对流换热的影响，发现其与涡脱压力不稳定性相关，还分析了二次流动不稳定性的作用，为优化多孔介质几何提供依据。
2026-08-21 physics.flu-dyn
Spatial Features of Reynolds-Stress Carrying Structures in Turbulent Boundary Layers with Pressure Gradient
本文基于四个DNS数据库比较非平衡压力梯度边界层与均匀剪切湍流中的下扫、上抛结构，揭示1–10个Corrsin尺度内形状一致性及局部平均剪切的主导作用。
2025-05-15 physics.flu-dyn
Experimental Evidence of Near-Wall Reverse Flow Events in a Zero Pressure Gradient Turbulent Boundary Layer
本研究报告的实验观察到的近壁回流事件在一个充分发展的平板边界层在零压力梯度与雷诺数之间的$Re_τ= 1000$和$Re_τ= 2700$。反向流动事件被捕获使用高放大率粒子图像测速序列与记录长度从50，000到126，000个样品。时间分辨粒子图像序列允许在几个时间步长内跟踪奇异反向流动事件，而几乎统计独立的样本的长记录以更高的空间分辨率提供各种单个快照。发生概率在0.01%至0.1%的范围内，与直接数值模拟（DNS）的预测相匹配。逆流气泡的自相似尺寸在长度上为约30-50个壁单位，在高度上为5个壁单位，这也与Lenaers等人提供的DNS数据（ETC 13，Journal of Physics：Conference Series 318（2011）022013）很好地一致。
2015-07-02 physics.flu-dyn
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
Geometry of stratified turbulent mixing: local alignment of the density gradient with rotation, shear and viscous dissipation
本文提出基于速度梯度张量构造两个正交基的几何分析方法，研究分层湍流中密度梯度与旋转、剪切及黏性耗散的局部对齐，并利用分层倾斜管道实验揭示高剪切区密度梯度优先沿最小耗散方向且垂直于rotex-剪切平面的规律。
2023-09-19 physics.flu-dyn
