Data-driven oscillator model for turbulent flows with multiple dominant frequencies
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
本文提出基于振荡器的数据驱动框架，用于建模多频湍流的动力学，通过训练自动编码器提取代表性振荡器，并利用神经网络预测湍流的多频振荡行为，验证了该模型对湍流腔体流动的长期预测能力。
2026-10-12 physics.flu-dyn
Oblique-shock/turbulent-boundary-layer interaction
本数值研究采用高分辨的大涡模拟来研究激波/粘性边界层干扰中观察到的低频非定常运动。关于模拟的数值方面和随后的数据分析的细节可以在作者的三篇论文中找到（Theo. Comput.流体动力学，23：79 - 107（2009）; Shock Waves，19（6）：469 - 478（2009）和J. of Fluid Mech.（2011））。流体动力学视频说明了马赫数2.3的超音速湍流边界层与8度楔角产生的斜激波之间相互作用的复杂性。视频的第一部分突出了由于上游边界层的湍流结构对激波脚的直接扰动而引起的沿反射激波的扰动传播。视频的第二部分描述了观察到的反射冲击的块状来回运动，重点是比视频第一部分中显示的时间长两个数量级的时间尺度。这给出了在低频处壁压谱中的宽带和能量显著峰值的视觉印象。背景蓝白色表示温度场（白色对应热），人们可以清楚地理解为什么这种低频冲击运动会导致疲劳寿命缩短，并对航空应用有害。
2010-10-11 physics.flu-dyn
Jupiter's unearthly jets: a new turbulent model exhibiting statistical steadiness without large-scale dissipation
关于木星的一个长期存在的谜团是它的天气层喷流的直线和稳定性，这与地球上强烈的喷流的特征不稳定和长波长的蜿蜒很不一样。这个问题分两步解决。第一个是认真对待经典的道林-英格索尔（DI）1-1/2层的情况下，其支持的观测证据，指向深，大规模的，带状对称的纬向急流在下面的干对流层。第二个是提高模型的现实主义随机强迫代表木星的湿对流的影响，尽可能在1-1/2层的动态。真正的湿对流应该是最强的地带，那里的界面深流是最高和最冷的，并应产生气旋以及反气旋与反气旋系统更强。新的模型强迫反映了这些见解。此外，它在大尺度上准摩擦地作用，产生统计稳定的湍流天气层状态，而不需要任何显式的大尺度耗散，并且由于深急流的影响，天气层急流近似为直的，尽管存在非单调的势-涡度梯度，但仍允许剪切稳定性当罗斯比变形长度尺度不太大时。中等强度的强迫产生混乱的涡旋动力学和现实的带区对比模型的对流活动，通过涡诱导的锐化和加强的天气层射流相对于深射流，倾斜它们之间的界面。弱的强迫作用，其中唯一的喷流锐化机制是涡旋的被动（开尔文）剪切（如在“CE 2”或“SSST”理论中），产生不切实际的带区对比。
2015-09-24 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Generalization Capability of Deep Learning for Predicting Drag Reduction in Pulsating Turbulent Pipe Flow with Arbitrary Acceleration and Deceleration
Tokyo University of Agriculture and Technology（东京农工大学）；Nagoya Institute of Technology（名古屋工业大学）
本研究利用CNN-LSTM模型递归预测局部时间演化，仅用正弦脉动流训练后成功预测36种任意非正弦加减速脉动流的减阻率（-1%至86%），表明局部时间预测而非全局波形学习是关键，且训练数据需充分覆盖局部流态空间。
2026-06-23 physics.flu-dyn
Data-driven Aeroelastic Analyses of Structures in Turbulent Wind Conditions using Enhanced Gaussian Processes with Aerodynamic Priors
针对数据驱动气动力模型难处理来流湍流、融合物理知识的问题，提出融入准稳态先验、以阵风与运动攻角为输入的混合高斯过程模型，经平板与桥断面气动数据验证，适用于抖振、颤振分析及细长结构监测。
2024-08-13 physics.flu-dyn
Identification of structures driving trailing-edge noise. Part I -- Experimental investigation
本研究通过展向模态分解与同步声压测量实验，识别出大展向波长的展向相干结构是宽频后缘噪声的主要驱动因素，为气动声学建模与噪声控制提供了实验依据。
2024-12-12 physics.flu-dyn
The influence of initial perturbation power spectra on the growth of a turbulent mixing layer induced by Richtmyer-Meshkov instability
本文研究了不同的宽带扰动对马赫数为1.84的激波穿过密度比为3：1的扰动分离气体界面所引起的Richtmyer-Meshkov湍流混合层演化的影响。在一系列精心设计的数值模拟网格分辨率高达$3.2\times10^9$细胞的界面扰动模式的带宽，以及它们的相对振幅，是不同的。三种不同的扰动被认为是由功率谱的形式$P(k)\propto k^m$，其中$m=-1$，$-2$和$-3$。混合层的生长强烈依赖于初始条件，与生长速率指数$θ$被发现是$0.5$，$0.63$和$0.75$的每个值的$m$在最高的网格分辨率。的分子混合分数$Θ$的渐近值也示出与$m$显着变化，在最新的时间考虑$Θ$是$0.56$，$0.39$和$0.20$分别。湍流动能（TKE）也分析了在时间和光谱域。TKE的时间衰减率被发现不匹配的预测值的$n=2-3θ$，这是由于随时间变化的{归一化耗散率$C_ε$ }。在谱空间中，数据在低波数下遵循$k^{(m+2)/2}$的理论标度，在高波数下分别趋向于横向和法向速度分量谱的$k^{-3/2}$和$k^{-5/3}$标度。这些结果是对以前关于宽带初始扰动引起的Richtmyer-Meshkov不稳定性的研究的一个重要扩展，并为今后的研究提供了有用的基准。
2020-03-18 cs.CE physics.flu-dyn
Modeling of Coupled Turbulent Channel Porous Media Flow through a Deep Autoencoder Echo State Network Framework
本文提出卷积深度自编码器回声状态网络（CDAE-ESN）模型，用于耦合湍流通道-多孔介质流动的动力学建模与低阶统计预测，并通过多孔隙率数据集微调验证了其有效性。
2023-12-01 physics.flu-dyn
Model-based scaling of the streamwise energy density in high-Reynolds number turbulent channels
我们研究了雷诺数标度和几何自相似性的一个基于增益的，低秩近似湍流槽道流，由McKeon和Sharma（2010年）的预解公式确定，以获得一个描述的流向湍流强度从直接考虑的纳维-斯托克斯方程。在此公式下，速度场被分解成传播波（具有单一流向和展向波长和波速），其壁法线形状由相应预解算子的主奇异函数确定。利用壁面有界湍流中平均速度的可接受标度，我们建立了预解算子允许三类波参数，这些波参数在低秩模型上引起雷诺数的普遍行为，并且与整个壁面湍流文献中提出的标度一致。此外，它表明，几何自相似的预解模式的必要条件是对数湍流平均速度的存在。我们确定的缩放，构成层次结构的自相似模式的参数化的临界壁法线位置的模式的速度等于当地的湍流平均速度。对于宽带强迫的秩-1模型，积分流向能量密度具有与主要近壁湍流运动一致的普遍形式。当强迫的形状进行优化，以执行匹配的结果，从直接数值模拟在低湍流雷诺数，进一步的相似性出现。使用相似律表示这些权重函数，可以预测高雷诺数（${Re}_τ\approx 10^3 - 10^{10}$）时流向能量强度的雷诺数和壁面法向变化。
2013-10-03 physics.flu-dyn
Causality in the shock wave/turbulent boundary layer interaction
本文研究了马赫数为2时激波/湍流边界层相互作用的低频非定常机制。研究是基于大涡模拟的数值数据库进行的，该数据库涵盖了约300个低频激波波动周期。在相互作用区的频谱的评估表明，宽带低频不稳定主要是二维的，可以通过展向平均隔离。经验推导的传递函数计算使用平均流场，并表明下游流区和激波波动之间的反馈机制的发生。传递函数也被用来作为一个估计工具，以准确地预测冲击运动;对于输入和输出信号之间的最大流向分离，预测和LES数据之间的相关性高于0.6。通过对谱本征正交分解（SPOD）模式的计算，证实了在主导谱模式中存在上游行波。最后，使用选定的流区下游的冲击获得的频谱模式，使相互作用区的能量的一个重要部分的重建。目前的结果进一步阐明了驱动激波运动的物理机制，指出了下游区域与近似激波位置处的特征非定常波动之间的因果关系。
2020-12-06 physics.flu-dyn
Distinct Lifetime Scaling Laws of Turbulent Puff in Duct Flow
通过直接数值模拟与理论分析，揭示方形管道流中湍流团寿命在临界雷诺数约1450处分岔，亚临界区遵循平方根标度律、超临界区呈超指数标度，并用噪声鞍结分岔方程解释衰减机制，证明其统计规律与管道流相似。
2025-07-02 physics.flu-dyn
A Discrete Adjoint Gas-Kinetic Scheme for Aerodynamic Shape Optimization in Turbulent Continuum Flows
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Shanghai Suochen Information Technology Co., Ltd（上海速策信息技术有限公司）
本文提出一种高效的离散伴随气动动力学方案用于连续流中的敏感性分析和气动形状优化，通过算法微分的反向模式验证，并在三个基准案例中展示了其鲁棒性和有效性。
2026-04-16 physics.flu-dyn
Flow-Induced Vibration of Flexible Hydrofoil Within Cavitating Turbulent Flow
本研究采用LES、均相混合空化模型与结构模态叠加法，探究悬臂柔性水翼在三维流场中的流致振动与空化动力学，揭示了空化与结构振动共同主导螺旋桨鸣音噪声的机制。
2024-06-03 physics.flu-dyn
Impact of cyclostationarity on fan broadband noise prediction
现代超高涵道比（UHBR）发动机的主要噪声源之一是转子尾流与风扇级中定子叶片前缘的相互作用。虽然这种噪声产生机制的音调分量现在已经相当好地理解了，但宽带分量还没有。这就要求进一步理解风扇级中宽带噪声的产生。本文介绍了循环平稳随机混合（CSH）方法，该方法可用于深入研究循环平稳尾迹特性对风扇级宽带噪声的影响。随机粒子网格（RPM）方法被用来合成一个湍流场的定子域使用的URANS模拟的特点是时间周期性的湍流和平均流。通过对静叶栅的二维CAA计算预测了动静叶干涉噪声。循环平稳性的影响被分解成各种影响分别调查。这导致发现，周期性的湍流动能（TKE）和周期性的流动对辐射声功率只有微不足道的影响。然而，周期积分长度尺度（TLS）的影响是巨大的。的TLS的静态表示的限制证明了CSH方法不可或缺的背景和唤醒TKE是可比的水平时。CSH方法与2015年AIAA风扇宽带噪声预测研讨会获得的测量结果也显示出良好的一致性。
2017-06-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Optimized Flow Control based on Automatic Differentiation in Compressible Turbulent Channel Flows
本研究提出基于自动微分的可微边界条件框架，用于可压缩湍流通道流的高效流动控制优化，发现以湍动能为目标的反向控制能实现更稳定的减阻效果。
2024-10-30 physics.flu-dyn
Combined effects of amplitude, frequency and bandwidth on wavepackets in laminar turbulent transition
本文研究了Blasius边界层层流湍流转捩中的波包。虽然初始振幅和频率在过渡过程中具有公认的作用，但目前关于振幅、频率和带宽对波包传播的综合影响的研究被认为是新的。由于系统的复杂性，这些多个参数的联合变化可能会产生任何单个参数变化所看不到的影响。利用直接数值模拟（DNS）在一个完整的阶乘（完全交叉）设计，调查个人和联合的影响，在模拟参数的变化，特别侧重于三个不同的波包过渡{ \textemdash }的反向Craik三元组形成序列，并发N型和K型过渡和突变的主频率。从我们的析因研究中，我们可以总结出波包的主要跃迁趋势如下：1。宽带波包主要通过N-路由传输到湍流。即使频率宽度减小，这种趋势仍然很强。2.窄带波列主要表现为K型跃迁。出射波列的前宽带部分可能经历N型跃迁，但该波前不应被认为是真正窄带宽波包的一部分。3. K型转变是最有可能与高能量/振幅和/或与中性稳定性曲线的下分支处的峰值频率启动的波包。
2019-11-05 physics.flu-dyn
A reduced order Kalman Filter model for sequential Data Assimilation of turbulent flows
本文提出了一种基于卡尔曼滤波的序贯估计器。该估计器集成在隔离求解器的结构中，用于不可压缩流的分析。该技术提供了一种增强的流态，将现有的观测结果整合到计算流体力学模型中，自然地保持了速度场的零发散条件。由于与一个完整的卡尔曼滤波器应用程序相关的成本过高，两个模型简化策略已被提出和评估。这些策略大大降低了模型的计算成本的增加，这可以量化为相对于经典数值模拟的$10\% - 15\%$的增加。此外，还对数值模型协方差$Q$的行为进行了扩展分析。结果表明，优化值与离散化过程的截断误差密切相关。该估计已被应用到分析的测试案例，表现出越来越多的复杂性，包括湍流配置。结果表明，增强流成功地提高了研究的物理量的预测，即使在物理域的有限区域内提供观测。此外，目前的工作表明，这些数据同化技术，这是在CFD的发展处于萌芽阶段，可以进一步使用增强预测作为一个强大的工具，优化的自由参数的数值模拟。
2017-02-21 physics.flu-dyn
Spectral analysis of attached and separated turbulent flows over a Gaussian-shaped bump
Imperial College London（帝国理工学院）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
研究高斯突起上附着与分离湍流的宽频湍流动力学，通过实验与线性模型结合，揭示低频相干结构的起源，发现分离流中低频动力学更强，与三维零频模态不稳定性有关。
2026-03-06 physics.flu-dyn
Data-Driven Insights into Jet Turbulence: Explainable AI Approaches
本研究应用SHAP、Gradient-SHAP和Grad-CAM等可解释AI方法分析轴对称湍射流流场，发现预测最相关的流场结构具有中等涡度与高湍流耗散值，为理解湍流动力学提供了创新方法。
2025-03-03 physics.flu-dyn
Large-eddy simulation of hydrodynamic noise from turbulent flows past an axisymmetric hull using high-order schemes
本研究建立基于高阶格式的壁面模型大涡模拟结合FW-H声学比拟方法，经圆柱绕流验证后用于DARPA SUBOFF模型湍流与水动力噪声分析，得到壁压谱与远场声指向性规律，结果优于现有同类模拟。
2024-07-15 physics.flu-dyn
A Database for Reduced-Complexity Modeling of Fluid Flows
我们提出了一个公开访问的数据库，旨在帮助概念，培训，演示，评估和比较的复杂性降低模型流体力学。高质量流量数据的可用性对于数据驱动和基于物理的方法的模型开发的所有这些方面都是必不可少的。该数据库包含六个不同数据集的时间分辨数据：紊流射流的大涡模拟，零压力梯度紊流边界层的直接数值模拟，同一边界层在几个雷诺数下的粒子图像测速测量，层流静止和俯仰平板翼型的直接数值模拟，遇到阵风的翼型的粒子图像测速和力测量，以及翼型上分离的湍流的大涡模拟。这六种情况跨越几个关键的流动类别：层流和湍流，统计上的平稳和瞬态，音调和宽带频谱内容，规范和面向应用，壁边界和自由剪切流，模拟和实验测量。对于每个数据集，我们描述了流程设置和计算/实验方法，对数据库中可用的数据进行编目，并提供了如何将这些数据用于降低复杂性建模的示例。所有数据都可以使用浏览器界面或Globus下载。我们的愿景是，该数据库提供的通用测试平台将有助于流体力学社区澄清新的和现有的方法的不同能力。
2022-06-23 physics.flu-dyn
Coherent Structure Transport in Turbulent Axisymmetric Pipe Expansions
Faculty of Mechanical Engineering, Technion - Israel Institute of Technology（以色列理工学院机械工程学院）
研究轴对称管道扩张中湍流分离流的相干结构传输，通过PIV技术比较突变与渐变扩张，发现几何结构影响相干组织和持续性而非特征尺度或传输速度。
2026-03-19 physics.flu-dyn
Optimal Eddy Viscosity in Closure Models for 2D Turbulent Flows
我们考虑的问题的涡粘性封闭模型的湍流的性能的基本限制，重点对2D {大涡模拟}的Leith模型。取决于涡度梯度的大小的最佳涡流粘度取决于最小假设，通过求解PDE约束的优化问题来确定，所述PDE约束的优化问题被定义为使得相应的最佳大涡模拟最佳地匹配过滤的直接数值模拟。首先，我们认为逐点匹配的物理空间和主要发现是，与一个固定的截止波数$k_c$，性能的大涡模拟系统地提高了正则化的优化问题的解决方案减少，这是实现与最佳涡流粘度表现出越来越不规则的行为与快速振荡。由于最佳的涡流粘度不收敛到一个明确定义的限制为正则化消失，我们得出结论，在这种情况下，找到一个最佳的涡流粘度的问题实际上没有一个解决方案，因此不适定。我们认为，这一观察是一致的物理直觉有关关闭问题。我们考虑的第二个问题涉及匹配的时间平均涡度谱小波数。它被证明是更好的表现，并产生物理上合理的最佳涡流粘度。我们的结论是，虽然更好的表现，因此实际上更有用的涡粘度可以得到更强的正则化或匹配量定义在统计意义上，相应的大涡模拟将不会达到其理论性能极限。
2022-03-27 physics.flu-dyn
Synthetic Seismograms from Particle Bed Interactions and Turbulent River Flow: Modeling and Comparison with Observations
University of Florence（佛罗伦萨大学）
本文提出基于物理的数值模型，研究水流中沉积物流动产生的地震辐射，通过颗粒轨迹模拟和湍流效应，对比观测数据揭示沉积物输运机制的频谱特征。
2026-04-20 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Modeling the influence of interactions on different variables in a turbulent thermoacoustic system
Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯理工学院）；Potsdam Institute for Climate Impact Research（波茨坦气候影响研究所）；University of Potsdam（波茨坦大学）
本文提出了一种降阶模型，通过非线性振荡器模拟湍流热声系统中局部相互作用对全局秩序的影响，再现了声压波动的多标度特性及热量释放率的动力学行为。
2025-11-19 physics.flu-dyn
Modeling of Hydroacoustic Noise from Marine Propellers with Tip Vortex Cavitation
本研究通过大涡模拟与空化模型及声类比，研究船用螺旋桨梢涡空化湍流，发现空化增强水下辐射噪声，尤其下游方向声压级增加达20分贝。
2024-05-24 physics.flu-dyn
A Random Batch Method for Efficient Ensemble Forecasts of Multiscale Turbulent Systems
针对湍流模式的一般框架，提出了一种新的有效的集合预报策略，着重于大尺度和小尺度变量之间的非线性相互作用。采用多尺度湍流系统特有的宽谱涨落态的随机批分解方法，有效地避免了高维方程组大规模系综模拟的高计算量。每个集合样本的时间更新，然后只受到一个批次中的小规模波动模式的一小部分，而真正的模型动态与多尺度耦合的尊重，在每个时间更新步骤的批次的频繁随机rescue。我们研究所提出的方法的理论和数值特性。首先，在随机批模型近似的统计误差的收敛严格独立的样本容量和系统的全尺寸。然后，预测技能的计算算法进行了测试，表现出许多关键的统计现象，直接链接到现实的湍流系统的湍流的两个代表性模型。随机批处理方法在捕获一系列重要的统计特征方面表现出强大的性能，包括高度非高斯的厚尾概率分布和间歇性突发的不稳定性，同时需要比直接系综方法低得多的计算成本。有效的随机批处理方法也促进了科学和工程中各种复杂湍流系统的不确定性量化和数据同化的新策略的发展。
2022-10-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Entropy production and Lyapunov instability at the onset of turbulent convection
计算机模拟的可压缩流体，对流热在两个维度，表明，在瑞利数的范围内，两个明显不同的，但稳定的，随时间变化的流动形态是可能的。简单的流动具有两个特征频率：对流辊的旋转频率和辊的垂直振荡频率。观测量，如热通量，有一个简单的周期性（谐波）时间依赖性。更复杂的气流至少有一个额外的特征频率--冷的、向下的和暖的、向上流动的羽流的水平频率。后一种流的观测值具有宽带频率分布。在相同的瑞利数下，两种流动形态具有不同的熵产生率和不同的李雅普诺夫指数。简单的“谐波”流传输更多的热量（以更大的速率产生熵），而更复杂的“混沌”流具有更大的最大李雅普诺夫指数（对应于更大的相空间信息损失率）。这两个速率的线性组合是不变的两个流形态在整个范围内的瑞利数的流量共存，这表明两个速率之间的关系的对流湍流的发病附近。
2000-06-05 nlin.CD physics.flu-dyn
Uncovering Turbulent Dynamics in Stenotic Flows from 4D-flow MRI Measurements via Resolvent Analysis and Data Assimilation
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）
本研究结合体外4D-flow MRI测量、数据同化和线性建模，通过物理信息神经网络校正测量伪影并提取平均流场，进而利用全局线性稳定性分析和响应分析识别狭窄流动中的线性放大机制和相干结构。
2026-06-02 physics.flu-dyn
Hilbert Proper Orthogonal Decomposition: a tool for educing advective wavepackets from flow field data
Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
本文提出希尔伯特正交分解（HPOD）用于从流场数据中提取行进波包，通过数学表示为调制行进波的方法，验证了两种版本在不同数据集上的有效性。
2025-07-03 physics.flu-dyn
The high-Re far wake of a slender body and the effects of density stratification
采用混合模拟方法研究了细长体高雷诺数尾迹的湍流边界层特性。尾流发生器是一个6：1的长球体，基于直径$D$的雷诺数为$Re = 10^5$。本文首次研究了细长体尾流远场的非层化尾流向完全自相似状态的过渡。与钝体尾流不同，在近尾流中，流动不受旋涡脱落的支配。相反，回流区非常小，近尾流是准平行的，其特征在于存在宽带湍流。模拟表明，这些特殊性显着改变了尾流的衰减速率，并挑战了普遍性的概念-远离身体的所有湍流尾流以相同的速率衰减的想法。还研究了弗劳德数$Fr=U_\infty/ND=2$和$10$下尾流分层的影响。结果表明，浮力效应的发生取决于尾流发生器，并且远尾流保留了初始条件的信息。
2022-11-06 physics.flu-dyn
Divergence of critical fluctuations on approaching catastrophic phase inversion in turbulent emulsions
本研究通过实验与数值模拟探究湍流乳液灾难性相转变机制，发现接近临界体积分数时全局扭矩涨落呈幂律发散，且与非均匀液滴结构相关，为该过程的定量描述提供依据。
2023-10-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Transition to turbulence in quasi-two-dimensional MHD flow driven by lateral walls
此手稿已被接受发表在Physical Review Fluids上，见https://journals.aps.org/prfluids/accepted/d5074S28J6b11905012b7cb06505e8f2149dd5f20。这项工作调查的机制，在一个三维的域中，在平面外的方向上的流量的变化是远远弱于任何平面内的变化的基础上过渡到湍流。这是实现使用准二维磁流体动力学流动的管道与移动的侧壁和正交磁场的模型。在这种环境下，传统的亚临界湍流路线，这是高度三维的，是被禁止的。为了阐明准二维湍流转变中涉及的其余机制，在基流中的磁场强度和反对称度是变化的，后者通过横向管道壁的相对运动。在基流中引入任何数量的反对称都会使临界雷诺数无限大，因为TS不稳定性呈现相反的旋转符号，并相消干涉。然而，增加的磁场强度限制了不稳定性之间的相互作用，允许有限的临界雷诺数。瞬态增长仅轻微地取决于基流，摩擦参数$H \gtrsim 30$的差异可以忽略不计。直接数值模拟，开始与随机噪声，表明，对于$H \leq 1$，超临界指数增长导致饱和，但不是湍流。对于较高的$3 \leq H \leq 10$，发生湍流转变，并保持在$H=10$。对于$H \geq 30$，湍流转变仍然发生，但是是短暂的，因为湍流状态迅速崩溃。此外，对于$H \geq 3$，确定了一个惯性子范围，与扰动能量表现出$-5/3$幂律…
2020-12-23 physics.flu-dyn
A variational approach to probing extreme events in turbulent dynamical systems
极端事件普遍存在于各种动力系统中，包括湍流、非线性波、大规模网络和生物系统。在这里，我们提出了一个变分的框架探测条件，触发间歇性的极端事件在高维非线性动力系统。我们寻求触发器作为适当约束的优化问题的概率可行的解决方案，其中要最大化的功能是一个系统观察表现出间歇性的极端突发。施加约束以确保最优解的物理容许性，即，它们在动力系统的自然流动下发生的显著概率。我们将该方法应用到一个身体强迫不可压缩的纳维-斯托克斯方程，称为Kolmogorov流。我们发现，间歇性爆发的能量耗散是独立的外部强迫，而是由自发转移的能量从大尺度的平均流通过非线性三元相互作用。相应的变分问题的全球最大化确定负责的三重奏，从而提供了极端耗散事件发生的前兆。具体来说，监测这三位一体的能量转移，使我们能够开发一个数据驱动的短期预测间歇爆发的能量耗散。我们通过直接的数值模拟来评估这个预测器的性能。
2017-08-14 math.DS nlin.CD physics.flu-dyn
Unsteadiness in turbulent separated flow over a three-dimensional Gaussian bump
University of Washington（华盛顿大学）；University of Calgary（卡尔加里大学）；McMaster University（麦克马斯特大学）
研究三维高斯突起上湍流分离流的不稳定性，发现四种频率跨度大的现象，揭示几何尺度与低频动力学的关联。
2026-03-05 physics.flu-dyn
The chaotic dynamics of large-scale structures in a turbulent wake
在风洞中通过高频壁面压力探头和二维水平速度场对方背Ahmed体下游三维双峰湍流尾迹的动力学特性进行了实验研究。模式后部的气压分布重心与回流强度重心高度相关。两者都描述了最具能量的大尺度结构动力学，证实了大尺度再循环气泡与其壁面压力足迹之间的关系。在压力场上，其重心轨迹具有随机性，但其低频动力学表现出与弱奇异混沌吸引子系统相同的特征，具有两个明确的吸引子。然后分析与大尺度结构相关的低频动力学。首先对最大李雅普诺夫指数进行了估计，得到了奇异吸引子和弱混沌系统的低正值特征。然后，分析时间序列的自相关函数，计算大于2的关联维数。信号最终被转换和分析为电报信号，表明其动态对应于准随机电报信号。这是第一次证明，低频动力学的湍流三维尾流不是一个纯粹的随机过程，而是一个弱混沌过程，表现出奇异吸引子。从流动控制的角度来看，它也开辟了更简单的闭环流动控制策略，旨在稳定的尾流和尾流重心的动态控制的路径。
2017-02-14 nlin.CD physics.flu-dyn
Numerical simulation of Delft-jet-in-hot-coflow (DJHC) flames using the Eddy Dissipation Concept model for turbulence-chemistry interaction
在本文中，我们报告的数值研究结果的湍流天然气燃烧射流在一个同向流的稀薄燃烧产物的Delft-Jet-in-Hot-Plutlow（DJHC）燃烧器，模拟温和（中度和强烈的低氧稀释）燃烧行为。重点是评估的涡耗散概念（EDC）模型的性能，结合两方程湍流模型和化学动力学计划约20种（Correa机制和DRM 19机制）通过比较预测与实验测量。我们研究了两种不同的火焰条件对应于两个不同的氧水平（7.6%和10.9%的质量）在热的同向流，并为两个射流雷诺数（Re=4100和Re=8800）。不同湍流模型预测的平均速度和湍流动能与实测数据吻合较好，模型预测值之间没有明显差异。Realizable k-e模型在雾沫夹带的预测中表现出较好的性能。EDC燃烧模型预测过早点火导致径向平均温度分布在太低的轴向距离处的峰值。然而，该模型正确地预测了实验观察到的上升高度随射流雷诺数的下降趋势。详细分析了EDC模型的平均反应速率，并确定了低湍流雷诺数效应是模型预测与实验之间偏差的可能原因。采用修正的EDC模型常数可以避免过早着火的预测。结果是弱敏感的层流粘性和层流扩散通量的子模型。
2021-01-21 physics.flu-dyn
Can planetesimals form by collisional fusion?
作为研究原行星体在湍流拱星盘中生长的试验平台，我们采用直接数值模拟的方法研究了巨砾周围的粒子播种气体流动，并采用Peskin（2002）开创的浸没边界方法，在巨砾表面施加无滑移和非穿透边界条件，对流动进行了精确的描述。尘埃颗粒在湍流盘流的作用下与漂砾发生碰撞，计算了碰撞速度法向分量的概率密度函数。通过这种碰撞速度的统计检查，我们测试了最近开发的碰撞融合的概念，它提供了一个物理基础的范围内的碰撞速度表现出完美的坚持。一个巨砾可以足够快地成长，在圆盘演化的时间尺度上进入开普勒轨道。
2013-06-16 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Lazy Diffusion: Mitigating spectral collapse in generative diffusion-based stable autoregressive emulation of turbulent flows
本文提出懒扩散方法，通过引入幂律噪声计划和分数几何，缓解生成扩散模型在湍流模拟中的频谱崩溃问题，实现更稳定的自回归预测和物理真实的惯性范围缩放。
2025-12-10 cs.AI math.DS nlin.CD
Leveraging Scale Separation and Stochastic Closure for Data-Driven Prediction of Chaotic Dynamics
Sorbonne Université（索邦大学）；Institut Jean le Rond d’Alembert（让·勒朗·达朗贝尔研究所）；ISIR（智能机器人研究所）；SCAI（认知科学与人工智能中心）；Institut Universitaire de France（法国高等研究院）；M2N, Conservatoire National des Arts et Métiers（巴黎国立工艺学院）
本文提出一种纯随机方法，通过分离大尺度相干结构的演化和高保真统计数据的闭合，提升对湍流动力学的预测能力，实验表明其在捕捉一阶和二阶统计量方面优于现有基线模型。
2025-10-29 physics.flu-dyn
Fractional Brownian motion, the Matern process, and stochastic modeling of turbulent dispersion
在频域中表现出幂律斜率的随机过程通常可以用分数布朗运动（fBM）很好地建模。特别是，在高频率的光谱斜率与小尺度粗糙度或分形维数的程度。然而，现实世界中的许多信号都具有高频斜率，如fBm，但在零频率附近会出现平稳状态。这个低频平台，它示出，意味着该过程的时间积分表现出扩散行为，从其初始位置以恒定的速率分散。这样的过程不能很好地用fBm来模拟，fBm在零频率处具有对应于无界色散率的奇异性。一个更合适的随机模型是一个鲜为人知的随机过程，称为马特恩过程，这是在这里显示的分数布朗运动的阻尼版本。本文首先对分数布朗运动进行了全面的介绍，然后研究了Matern过程的细节及其与fBm的关系。本文给出了一个模拟Matern过程的O（NlogN）运算的算法。与fBM不同，发现Matern过程提供了一个很好的匹配，从粒子轨迹的应用程序中的二维流体湍流的建模速度。
2017-09-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn stat.ME
Frequency spreading of internal wave energy by balanced flows in two dimensions
Courant Institute of Mathematical Sciences, New York University（纽约大学柯朗数学科学研究所）
研究二维平衡流中内波能量频谱扩散机制，发现真实湍流流场中频谱扩散弱于合成流场，推导出频谱扩散时间尺度，揭示大气和海洋中宽带频谱的其他成因。
2026-04-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn
An Implicit Adaptive Fourier Neural Operator for Long-term Predictions of Three-dimensional Turbulence
本文提出隐式自适应傅里叶神经算子（IAFNO）用于三维湍流长期预测，通过引入隐式迭代并结合3D分块与自注意力机制，相比IUFNO在精度、稳定性与训练效率上显著提升，且参数与内存占用大幅降低。
2025-08-13 physics.flu-dyn
A term-by-term variational multiscale method with dynamic subscales for incompressible turbulent aerodynamics
Computational Heat and Fluid Flow Lab, Universidad de Santiago de Chile（圣地亚哥智利大学计算热与流体流动实验室）；Department of Mechanical Engineering, University of Santiago de Chile（圣地亚哥智利大学机械工程系）；Chair for Computational Analysis of Technical Systems, RWTH Aachen University（亚琛工业大学技术系统计算分析教席）；Chair of Methods for Model-based Development in Computational Engineering, RWTH（亚琛工业大学计算工程基于模型开发方法教席）；Center for Simulation and Data Science (JARA-CSD), RWTH Aachen University（亚琛工业大学仿真与数据科学中心（JARA-CSD））
本文提出了一种动态子尺度的变分多尺度方法，用于模拟不可压缩湍流气动学，通过统一的离散化方案实现稳健的流体模拟。
2026-02-05 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Causal analysis of inner and outer motions in near-wall turbulence
Lanzhou University（兰州大学）；Zhejiang Laboratory（浙江实验室）；Wuhan University（武汉大学）；King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学）
本研究通过传递熵、信息流和SURD三种因果推断方法，分析近壁湍流内外运动，发现二者自维持且独立，存在双向影响，压力起桥梁作用。
2026-10-14 nlin.CD physics.data-an physics.flu-dyn
Adaptive spectral proper orthogonal decomposition of tonal flows
本研究提出一种带正弦窗多锥估计的自适应SPOD算法，可适配宽频-tonal混合湍流的频谱特征，结合事后加窗与时域无损压缩降低计算与内存成本，在腔流等数据上验证其性能优于Slepian窗多锥SPOD。
2024-06-21 nlin.CD physics.flu-dyn
Boundary Layer Transition as Succession of Temporal and Spatial Symmetry Breaking
University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
研究揭示了边界层过渡中时间与空间对称破缺的有序流体结构特性，指出其由周期性谐波响应形成，并通过对称分解谱和时空正交模态解析了从确定性到宽带动态的演变过程。
2025-10-30 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Free surfaces in turbulence - A unified framework from water surfaces to elastic solids
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST)（冲绳科学技术大学院大学）；University of Genova（热那亚大学）；National Institute for Nuclear Physics (INFN), Section of Genova（意大利国家核物理研究所热那亚分部）
提出一个理论框架描述可变形表面对湍流压力波动的响应，并通过数值模拟验证，发现线性理论预测与仿真及海洋观测数据高度一致，表明波湍流可能被湍流诱导波所掩盖。
2026-09-30 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Reduction in turbulence-induced non-linear dynamic vibration using tuned liquid damper (TLD)
本研究在FV-FD框架内开发非线性湍流-结构-阻尼器耦合模型，利用OpenFOAM和MATLAB代码结合TLD，有效减少了低雷诺数和高雷诺数湍流下的结构振动。
2023-10-19 physics.app-ph physics.flu-dyn
Dual scale Residual-Network for turbulent flow sub grid scale resolving: A prior analysis
本研究提出含双尺度残差块的两类残差网络模型，用于大涡模拟亚格子尺度求解，在湍流测试中精度优于传统Smagorinsky模型及单尺度残差块模型，但会增加网络规模与计算耗时。
2024-09-11 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
