A sufficient condition for free-stream preserving in the nonlinear conservative finite difference schemes on curvilinear grids
在可压缩流动的数值模拟中，基于非线性迎风格式的守恒型有限差分法（如WENO 5）在曲线网格上应用时，由于失去了几何守恒定律（GCL）恒等式，可能违反自由流守恒（FP）。虽然以前已经提出了一些关于FP的技术，但没有给出针对该问题的一般规则。本文以WENO 5为例，通过将非线性格式的迎风耗散重新排列为子模板重构的组合，证明了在相同的格式下，如果度量值相同，则迎风耗散在均匀流条件下减小，从而保持自由流条件。根据这一充分条件，构造了新的FP度量WENO5和WENO7。这样就可以保持WENO格式的原始形式。此外，这些格式的精度可以保持以及与一个简单的精度补偿，通过更换的中心部分通量的高阶之一。各种验证表明，目前的FP计划保留了很大的能力，以解决光滑区域准确和捕捉不连续鲁棒。
2021-01-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Three-dimensional, Rotational Flamelet Closure Model with Two-way Coupling
发展了一种新的火焰面模型，用于亚网格模拟，并与湍流燃烧的分解流场耦合。该模型在关键方面与当前模型不同。(i)非预混火焰、预混火焰或多分支火焰结构是确定的而不是规定的。(ii)剪切应变和涡量的影响被确定。(iii)应变率和涡度应用在亚网格水平直接确定的分辨率尺度应变率和涡度没有一个人为的进展变量。(iv)火焰面模型是三维的。(v)讨论了变密度的影响。得到了控制火焰面模型的多组分纳维-斯托克斯方程的解。通过坐标变换，通过一个常微分方程组找到了模型的类似解。涡在次网格逆流上产生离心力，从而改变分子输运速率和燃烧速率。旋转火焰面模型的样本计算没有耦合到解决流首先展示新功能的重要性。标度律的相关应变率和涡度在亚网格水平的数量在解析流水平耦合与大涡模拟或哈罗德平均流量。耦合到旋转火焰面模型，求解了简单湍流的时均行为。具体而言，一个二维的，多组分的，时间平均的平面剪切层与可变的密度和能量释放使用混合长度描述的涡粘性。确定了今后研究的需要。
2021-11-22 physics.flu-dyn
Asymptotic solution for high vorticity regions in incompressible 3D Euler equations
不可压缩三维欧拉方程在一般大尺度初始条件下，在非常薄的薄饼状区域中发展出高涡度。在这项工作中，我们提出了一个精确的解决方案的欧拉方程的渐近煎饼演变。这种解决方案结合了剪切流与非对称应变流对齐，其特征在于由一个单一的不对称参数和任意的横向涡廓线。该分析是基于与使用伪谱方法在高达972 x 2048 x 4096的各向异性网格中进行的数值模拟的详细比较。
2016-12-21 physics.flu-dyn
Inward Swirling Flamelet Model
建立了一种新的内旋流旋转火焰面模型，用于亚网格湍流燃烧数值模拟。与现有模型相比，该模型具有重要的新功能。(i)非预混火焰、预混火焰或多分支火焰结构是确定的而不是规定的。(ii)涡度和相关的离心加速度的影响被确定。(iii)亚网格应变率和涡度可以直接由解出的尺度应变率和涡度确定，而不需要人为的过程变量。(iv)火焰面模型是三维的。(v)讨论了变密度的影响。(vi)向内的漩涡是由涡量与两个压缩正应变分量相结合产生的;这一特征将该模型与逆流小火焰模型区分开来。得到了控制火焰面模型的多组分纳维-斯托克斯方程的解。通过坐标变换，通过一个常微分方程组找到了模型的类似解。涡流在次网格逆流上产生离心力，其改变分子传输速率、燃烧速率和可燃性极限。不耦合到解决流动的向内旋流旋转火焰面模型的示例计算，以证明新功能的重要性。预混，非预混，和多分支的火焰结构进行了检查。参数调查与正应变率，涡度，达姆科勒数，普朗特数。当离心效应与变密度场结合时，会产生有趣的结果。流动方向可以逆转;燃烧速率可以修改;可燃极限可以延长。
2022-03-11 physics.flu-dyn
Reformulated dissipation for the free-stream preserving of the conservative finite difference schemes on curvilinear grids
本文发展了一种新的曲线网格上的高阶迎风守恒型有限差分格式的自由流保持方法。这种FP方法通过从原始迎风保守FD格式的局部模板中的每个单元中心值中减去参考单元面流状态来简化，这有效地导致了重新表述的耗散。该方法不需要修改迎风格式的原始形式，便于实现。此外，所提出的方法消除了传统的FP保守FD计划，需要一个一致的离散化的网格度量和通量的约束。这样，对于网格质量较差的工程问题，可以采用低阶格式进行数值模拟，而高阶格式则可以用来逼近流态，提高计算精度。在通过两个简单的算例证明了严格的FP性质和精度量级后，我们考虑了各种验证算例，包括绕圆柱的超声速流，绕三段翼型的亚音速流，绕ONERA M6机翼的跨音速流等，以表明该方法适用于包含复杂几何形状的广泛的流体动力学问题。此外，这些测试案例还表明，离散的度量顺序没有显着的影响，数值结果，如果网格分辨率不够大。
2021-01-13 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Filtered actuator disks: Theory and application to wind turbine models in large eddy simulation
在大型风电场的大涡模拟（LES）中，致动器盘模型（ADM）仍然是一种流行的风力机表示方法。计算限制通常限制每个致动器盘的转子上的网格点的数量，并且需要空间滤波以将施加的力分布平滑地分布在离散网格点上。在典型的网格分辨率下，模拟无法捕捉到盘后脱落的所有涡量，从而高估了10%以上的功率。为了纠正这些建模误差，我们提出了一个涡流圆柱模型来量化脱落涡度时，过滤力分布施加在致动器盘。然后，该模型用于推导数值模拟的校正因子，该数值模拟将各种滤波器宽度和网格分辨率下的模拟功率曲线折叠到使用轴向动量理论获得的曲线上。因此，建议的修正有助于准确的功率测量LES不诉诸高度精细的数值网格。
2019-01-29 physics.flu-dyn
Development of high vorticity structures and geometrical properties of the vortex line representation
不可压缩的三维欧拉方程发展出非常薄的煎饼状的涡量增加区域。这些区域随着涡度最大值和薄煎饼厚度之间的标度$ω_{max}\sim\ell^{-2/3}$而演变，正如在最近的数值试验中所观察到的那样[D.S. Agafontsev等人，Phys.Fluids 27，085102（2015）]。我们研究了煎饼的发展过程中的涡线表示（VLR），这是一个部分集成的欧拉方程的柯西不变量的守恒和描述连续分布的涡线的可压缩动力学。我们提出，第一次，数值模拟的VLR方程的高精度，我们执行的自适应各向异性网格的$1536^3$节点。通过这些模拟，我们发现涡度增长与涡线的可压缩性有关，并发现了观测到的尺度$ω_{max}\sim\ell^{-2/3}$的几何性质。
2018-07-26 physics.flu-dyn
A coarse-grid projection method for accelerating incompressible flow computations
提出了一种用于加速不可压缩流计算的粗网格投影（CGP）方法，该方法适用于以泊松方程为不可压缩约束的方法。CGP方法是一种模块化方法，通过简单的插值促进数据传输，并在流量求解器中使用泊松和对流扩散方程的黑盒求解器。在粗化网格上求解泊松方程后，采用插值方法获得精细数据，以便在全网格上进行时间步进。一个特定的版本的方法是适用于这里的涡流函数，原始变量，涡速度配方不可压缩的纳维-斯托克斯方程。我们计算几个基准流问题的二维笛卡尔和非笛卡尔网格，以及三维流动问题。该方法被发现，以加速这些计算，同时保持接近的精度水平的精细分辨率的字段，这是显着优于单独使用粗网格进行类似的计算获得的精度。一个线性加速率，我们认为由于使用的线性成本椭圆泊松求解器的所有情况下，计算时间的减少因子在2和42之间。当使用次优泊松求解器时，计算节省更大。我们还发现，计算节省增加非笛卡尔网格上的畸变比，使CGP方法加速广义曲线不可压缩流求解器的有用工具。
2012-12-05 physics.flu-dyn
Exploring the turbulent velocity gradients at different scales from the perspective of the strain-rate eigenframe
在应变率本征框架中表达过滤速度梯度张量（FVGT）的演化方程提供了一种有见地的方式来解开和理解各种过程，如应变自放大，涡拉伸和倾斜，并考虑它们在不同尺度下的流动特性。利用强迫纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟（DNS）数据，通过统计分析，研究了FVGT本征框架方程中局部项和非局部项在不同尺度下的相对重要性。驱动涡度倾斜的本征架旋转率的分析表明，各向异性压力Hessian起着关键作用，亚网格应力在耗散范围外做出重要贡献，而涡度引起的局部旋转做出的贡献要小得多。结果还表明，涡度倾斜项即使在较大尺度上也具有很强的间歇性。我们推导出一个推广的Lumley三角形，使我们能够表明，压力Hessian有一个偏好的两个组件的轴对称配置在小尺度，过渡到一个更各向同性的状态在较大的尺度。考虑了子网格应力与特征框架方程中其他项之间的相关性，突出了子网格与非线性放大项之间的耦合，子网格项在正则化系统中起着重要作用。这些结果提供了有用的指导方针，改进拉格朗日模型的FVGT，因为目前的模型未能捕捉到一些微妙的功能，我们的结果中观察到的。
2020-05-08 physics.flu-dyn
A mass, energy, enstrophy and vorticity conserving (MEEVC) mimetic spectral element discretization for the 2D incompressible Navier-Stokes equations
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文提出了一种二维不可压缩纳维-斯托克斯方程的仿真实谱元离散化方法，该方法在耗散趋于零时能精确保持质量、动能、涡旋能和总涡度，通过速度-涡度旋转变换、满足速度场无散性的函数空间序列以及守恒时间积分器实现。
2016-04-01 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Hilbert Statistics of Vorticity Scaling in Two-Dimensional Turbulence
本文分析了二维湍流涡度场$ω(x,y)$的逆能量级联和正涡度拟能级联的标度特性。这是通过应用一个基于希尔伯特的技术，即希尔伯特-黄变换，从$8192^2$网格点直接数值模拟的二维湍流与强迫尺度$k_f=100$和埃克曼摩擦获得的涡量场。用强迫尺度$k_f$将观测到的涡度$ω$和瞬时波数$k(x)$的$C_i(x)$模态的联合概率密度函数$p(C,k)$分解为两部分，分别对应于逆能量级联和正向涡度拟能级联。发现在给定的波数$k$下，所有的条件pdf $p(C\vert k)$都有指数尾.在逆能量级联中，$p(C\vert k)$的形状确实彼此坍缩，表明是非间歇性级联。测量的标度指数$ζ_ω^I(q)$与统计阶数$q$是线性的，即，$ζ_ω^I(q)=-q/3$，证实了非间歇性级联过程。在前向涡度拟能级联中，$p(C\vert k)$的核心部分随波数$k$的变化而变化，表现为间歇性的前向级联。测量的标度指数$ζ_ω^F(q)$与$q$是非线性的，并且可以通过对数泊松拟合来很好地描述：$ζ_ω^F(q)=\frac{1}{3}q+0.45\left(1-0.43^{q}\right)$。然而，提取的涡度标度指数$ζ_ω(q)$的逆能量级联和前向涡度拟能级联是不一致的Kraichnan \rq{}的理论预测。需要新的理论来解释所观察到的标度行为的涡度场的二维湍流。
2014-01-16 physics.flu-dyn
Sub-grid modelling for two-dimensional turbulence using neural networks
在这项调查中，数据驱动的湍流封闭框架的介绍和部署的亚网格模型的Kraichnan湍流。所提出的方法的新颖性在于这样一个事实，即从高保真数值数据的快照被用来通知人工神经网络预测的湍流源项通过本地化的网格分辨信息。特别是，我们提出的方法成功地建立了一个输入之间的映射，由stennial的涡度和流函数以及从两个著名的涡粘性内核的信息。通过这一点，我们预测亚网格涡度强迫在时间和空间上的动态方式。我们的研究在本质上既是先验的，也是后验的。在前者中，我们提出了一个广泛的超参数优化分析，除了通过基于概率密度函数的子网格预测验证学习量化。在后者中，我们分析了我们的框架的性能，在一个经典的衰减的二维湍流测试情况下，在时间和空间离散化相关的错误的存在下，流的演变。角平均动能谱形式的统计评估表明，所提出的方法的亚网格数量推断的承诺。此外，它也被观察到，一些措施的后验误差必须考虑在最佳模型选择更高的精度。因此，本文中的结果代表了从数据生成无启发式湍流闭包的框架形式化方面的一个有前途的发展。
2018-08-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Analysis and reduction of spurious noise generated at grid refinement interfaces with the lattice Boltzmann method
本文主要研究在格子玻尔兹曼方法中使用非均匀网格所引起的非物理效应。特别是，涡结构的对流穿过网格细化接口很可能产生杂散噪声，可能会影响整个计算域。这个问题在航空声学模拟的情况下变得至关重要，其中精确的压力估计是至关重要的。这篇文章的目的是确定在接口处发生的问题，并提出可能的解决方案，产生显着的改善气动声学模拟。更具体地说，这项研究突出了非物理模式的虚假涡和声学的产生的关键参与。由于在流体核心中进行的线性稳定性分析以及专门开发的非流体动力学传感器，这些模式的识别成为可能，以便在模拟过程中系统地强调它们。寻求纯声波和剪切流的调查允许隔离每个模式的贡献。一个重要的结果是，寄生波的产生本质上是由于网格分辨率的变化（即混叠）独立于网格过渡算法的细节。最后，提出的解决方案，以尽量减少寄生波的振幅包括选择一个适当的碰撞模型，在流体的核心，以取消非流体动力学模式的贡献，而不管网格耦合算法。对流涡和圆柱体周围的湍流上的结果进行了验证，其中杂散噪声和涡量都得到了极大的减少。
2020-04-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Improving the accuracy of discretisations of the vector transport equation on the lowest-order quadrilateral Raviart-Thomas finite elements
在流体的有限元模型中，通常使用Raviart-Thomas元素来离散诸如速度或动量变量的矢量值场。然而，当使用最低阶四边形Raviart-Thomas单元时，矢量输运方程的标准有限元离散化通常具有低阶空间精度。本文介绍了两个计划，提高了二维曲流形上的传输这样的向量值字段的精度。第一种方案是在高阶函数空间中重建输运场，然后求解输运方程。第二个方案适用于混合有限元制定的矢量传输方程，同时解决了传输场及其涡。一种方法来稳定这种混合矢量涡制剂，采用流线迎风彼得罗夫-伽辽金（SUPG）方法。这些计划，然后证明，随着其精度特性，通过一些数值试验。两个新的测试用例被用来评估弯曲流形上的向量值场的输运，孤立地求解向量输运方程。通过两个标准的浅水旋转模型试验，证明了该方法的改进。
2022-07-07 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A sharp immersed method for 2D flow-body interactions using the vorticity-velocity Navier-Stokes equations
本文提出一种基于浸没界面法的尖锐界面方法，用于二维涡量-速度Navier-Stokes方程中的流-体双向耦合，通过移动边界处理和控制体积动量平衡实现二阶精度，并显著提升效率。
2023-09-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Unsteady Three-dimensional Rotational Flamelet
本研究开发了一种新型非稳态三维旋转小火焰模型，扩展了准稳态模型，考虑了涡量、变密度等效应，明确了边界条件约束与模型局限性，为湍流燃烧亚网格建模提供了新方法。
2024-01-31 physics.flu-dyn
Planar potential flow on Cartesian grids
势流有许多应用，包括空气动力学中的非定常流模型。为了使这些模型有效地工作，最好避免Biot-Savart相互作用。本文介绍了一种基于网格的二维势流处理方法及其在模拟非定常空气动力流的涡模型中的应用。对于由涡元素组成的流动，处理遵循涡在细胞的方法，并解决了笛卡尔网格上的流函数涡泊松方程后，从涡转移到网格上的循环。对于源和汇，可以使用标量势遵循类似的方法。由涡、汇和源引起的组合速度场可以通过亥姆霍兹分解得到。在这项工作中，我们使用了几个关键工具，以确保该方法适用于任意几何形状，有和没有尖锐的边缘。首先，浸没边界投影法被用来考虑在流动中的物体和由此产生的身体强迫拉格朗日乘子被识别为绑定涡面强度。其次，通过将涡面强度分解为奇异的光滑部分来处理锐边。为了强制执行库塔条件，可以约束光滑部分以消除锐边引入的奇异性。这些约束和泊松方程制定为一个鞍点系统，并使用舒尔补充方法解决。利用格点格林函数有效地求解了具有无界边界条件的离散泊松方程。该方法及其准确性证明了几个问题。
2022-01-18 physics.flu-dyn
Evaluation of explicit and implicit LES closures for Burgers turbulence
在这项工作中，我们进行了隐式和显式大涡模拟封闭模型求解Burgers湍流问题的后验误差分析。我们的闭合建模工作包括配备各种低通滤波器的功能和结构模型。我们引入离散二项式平滑滤波器和增强版的Van Cittert算法，以加速近似反卷积过程的收敛，包括正则化和松弛滤波方法。我们的隐式建模工作包括各种高阶格式，包括紧凑和非紧凑的五阶迎风格式，以及加权基本无振荡（WENO）和紧凑的重建WENO（CRWENO）计划，所得到的计划被证明有效地收敛到直接数值模拟（DNS），以提高分辨率。与DNS和欠解析DNS计算相比，我们的数值评估说明了这些方法捕获网格截止尺度附近的能量含量的能力。
2016-04-28 physics.flu-dyn
Connecting implicit and explicit large eddy simulations of two-dimensional turbulence through machine learning
在这篇文章中，我们利用机器学习来动态地确定计算网格上的一个点是否需要隐式数值耗散来进行大涡模拟（LES）。决策制定过程是通过对直接数值模拟（DNS）数据导出的量进行\emph{a priori}训练来学习的。特别是，我们计算通过粗粒化的DNS量获得的涡流粘度，并利用它们的分布进行分类，需要耗散的领域。如果我们的学习确定封闭是必要的，则利用迎风方案来计算非线性雅可比矩阵。相反，如果它是确定的封闭是不必要的，一个对称的和二阶精度的能量和涡度拟能保持Arakawa计划，而不是利用。这将导致一个封闭的框架，排除了任何模型形式的小规模贡献的湍流的规格，但部署了一个适当的数值耗散显式封闭驱动的假设。这种方法部署的Kraichnan湍流测试情况下，并通过各种统计量，如角平均动能谱和涡度结构函数进行评估。因此，我们的框架建立了一个直接的联系之间的使用显式LES思想封闭和基于数值模式的湍流建模，从而提高统计保真度的\emph{a posteriori}模拟。
2019-01-27 physics.flu-dyn
LES of a classical hydraulic jump: Influence of modelling parameters on the predictive accuracy
本文报道了对进口弗劳德数为2的典型水跃的大涡模拟结果。使用通用有限体积的代码OpenFOAM进行计算，主要目标是评估建模参数对预测精度的影响，以及建立相关的最佳实践指南。一个密集的计算网格上进行的基准模拟，并与现有的参考资料的良好协议被发现。其余的模拟涵盖不同的选择的建模参数：几何与代数接口捕获，三个网格分辨率水平，对流通量插值方案的四种选择。几何界面捕捉可以提高准确性，但会降低数值稳定性并增加模拟时间。有趣的是，数值耗散系统地提高了结果，无论是在精度和稳定性。三个网格的密度是基准模拟中使用的网格的两倍粗，被认为足以忠实地再现所有考虑的感兴趣的量。因此，建议使用该网格、几何界面捕获和二阶逆风格式来计算对流通量。
2020-07-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Small scale structures in three-dimensional magnetohydrodynamic turbulence
我们使用网格高达1536^3点的直接数值模拟，研究了在确定性和随机初始条件下，三维衰减MHD流中小尺度发展的速率。平行的流面和涡面在相同的空间位置形成，并在初始指数阶段后进一步不稳定和折叠或卷起。在高雷诺数下，发现电流和涡度最大值的自相似演化，其中它们作为时间的三次方增长;然后流量达到独立于雷诺数的有限耗散率。
2006-07-28 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Time dependent simulation of the Driven Lid Cavity at High Reynolds Number
本文给出了高雷诺数Re下驱动空腔内二维非定常不可压流动的数值解。在高Re时，存在争议。一些研究预测流动是稳定的，另一些研究发现了时间依赖的非稳定流动，无论是周期的还是非周期的。在这项研究中，驱动盖腔成功地解决了使用一个非常精细的网格，Re高达$30 000$。在$1024\times1024$网格中，采用SSPRK（5，4）格式离散纳维-斯托克斯方程的涡量流方程。使用这种非常精细的网格，得到的结果收敛到一个稳定的解决方案。详细的结果之间的$5 000$和$30 000$ Re。驱动盖腔问题是用NVIDIA GPU使用CUDA编程环境以双精度解决的。
2009-11-20 physics.flu-dyn
Sub-grid-scale model for studying Hall effects on macroscopic aspects of magnetohydrodynamic turbulence
本文提出了一个新的亚网格尺度模型，用于研究霍尔项对磁流体动力学湍流宏观方面的影响。虽然霍尔项使数值模拟非常昂贵的激发高波数系数，使磁流体动力学方程僵硬，磁流体动力学湍流的宏观方面与霍尔项一起研究是有意义的，因为这一项往往不仅影响子离子尺度，但也宏观尺度。为了克服这一困难，发展了一种新的亚离子尺度亚网格尺度霍尔磁流体动力学湍流大涡模拟模型。利用新模型进行的大涡模拟成功地再现了涡量和电流密度的能量和概率密度函数等统计性质，保持了Hall磁流体动力学湍流的一些固有性质。我们的新的亚网格尺度模型，使数值模拟均匀和各向同性霍尔磁流体动力学湍流与一个小的计算成本，提高了基本分辨率的LES进行与早期的模型，并保留离子-电子分离效应的霍尔项在网格尺度。
2020-12-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A hybrid Lagrangian -- Eulerian flow solver applied to elastically mounted cylinders in tandem arrangement
以串列圆柱流固耦合为验证基础，建立了多域拉格朗日-欧拉混合流场求解器。在这种混合组合中，在每个实体周围定义有限宽度的单独网格，在该网格上使用有限体积近似求解欧拉流动方程。为了互连由网格定义的域，在拉格朗日坐标中描述整个流动，并且通过完全耦合模式中的粒子近似与欧拉网格内的解求解相应的方程。在圆柱体弹性支承的情况下，流动求解器也与结构动力方程强（隐式）耦合。在目前的工作中，欧拉部分解决了可压缩流方程的密度-速度-压力配方，并使用预处理在低Ma，而拉格朗日部分是基于密度-膨胀-涡度-压力配方。首先在$Re=100$上对孤立刚性圆柱体的混合求解器进行验证。然后考虑在$Re=200$处单个弹性安装的气缸的情况，接着考虑刚性或弹性安装的串联布置的两个气缸的情况。与光谱和浸入边界法产生的结果吻合良好，表明混合预测的能力。同时，通过允许网格重叠，证明了该方法在处理复杂的多体流固耦合问题时的灵活性。
2022-07-07 physics.flu-dyn
A Coherent vorticity preserving eddy viscosity correction for Large-Eddy Simulation
本文介绍了一种新的大涡模拟（LES）方法，其中亚网格尺度（SGS）耗散与局部谱展宽的程度成比例地应用，从而在以大尺度和/或层流涡旋运动为主的区域中减轻或停用。建议的相干涡度保持（CvP）LES方法是基于测试过滤的比率的评价解决（或网格过滤）的拟能$σ$。接近1的$σ$值表明子试验过滤器湍流活动较低，证明SGS耗散的局部失活。对于$σ< 1$，SGS耗散的强度逐渐增加，这对应于小尺度光谱增宽。然后，在以$σ\le σ_{eq}$为特征的发展湍流中，SGS耗散被完全激活，其中值$σ_{eq}$是假设柯尔莫哥洛夫谱而导出的。所提出的方法可以适用于任何涡粘性模型，算法简单，计算成本低。Taylor-Green涡破裂的LES表明，CvP方法提高了传统的非动态耗散SGS模型的性能，捕获了过渡期间总湍流动能耗散的峰值。通过采用Germano的动态过程获得了类似的精度，尽管计算开销是其两倍多。一对不稳定的周期性螺旋涡的CvP-LES示出准确地预测实验观察到的增长率，使用粗分辨率。的能力的CvP方法动态排序的连贯性，大规模的运动，从较小的，宽带尺度在过渡期间通过流动可视化证明。可压缩通道的LES进行，并显示出良好的匹配与参考DNS。
2017-12-01 cs.CE physics.flu-dyn
Fluid Simulation on Vortex Particle Flow Maps
提出涡旋粒子流图（VPFM）方法，通过混合表示演化涡量并重建速度，集成流图框架、Hessian演化与边界处理，使流图长度提升3-12倍，有效模拟复杂涡动力学与湍流。
2025-05-28 cs.GR physics.flu-dyn
A High-Order Variational Multiscale Approach to Turbulence for Compact Nodal Schemes
本文提出了一个公式，扩展变分多尺度模拟可压缩大涡模拟的一个庞大的家庭紧凑的节点数值方法表示的高阶通量重建计划。所提出的配方的理论方面是通过严格的数学推导，清楚地揭示了基本的假设和近似值，并提供了足够的细节，准确再现的方法。最后的形式进行评估的泰勒-格林涡基准与雷诺数为5000和过滤直接数值模拟数据进行比较。这些数值实验表现出的重要作用，充分的去混叠，适当的量从Roe的数值通量和大/小尺度分区的迎风，在实现更好的协议与参考数据，特别是在粗网格，相比基线隐式大涡模拟。
2020-01-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Non-modal analysis of spectral element methods: Towards accurate and robust large-eddy simulations
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA)（巴西航空技术研究所）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出了一种非模态分析技术，用于表征谱元方法在线性对流扩散系统中的扩散特性。该分析旨在回答：(i) 为什么谱元方法在非分辨率非线性问题的计算中会出现稳定性问题？(ii) 为什么在没有子格尺度模型的情况下，谱元方法仍能成功预测非分辨率湍流？这些答案为构建更稳健和准确的复杂非分辨率流体方案提供了关键指导。
2018-04-25 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A new transient higher order compact scheme for computation of flow and heat transfer in nonuniform polar grids
本文提出一种适用于非均匀极坐标网格的瞬态高阶紧致离散格式，将其推广至N-S与Boussinesq方程控制的流动问题，并通过多个流动与传热基准验证了其高精度。
2024-09-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Intermittency in Two-Dimensional Turbulence with Drag
本文研究了具有线性阻力的二维强迫湍流中的涡度拟能级联。在线性阻力的存在下，能量波数谱下降的幂律比在没有阻力的情况下更快，涡度场变得间歇性的，所示的异常标度的涡度结构功能。使用以前的理论，我们比较数值模拟结果与预测的能量波数谱的幂律指数和涡度结构函数$ζ_{2q}$的标度指数的有限时间李雅普诺夫指数的分布。通过数值实验和理论分析，研究了粘性涡度拟能耗散的Rényi维数谱$D_q$和奇异性谱$f(α)$的多重分形结构。我们推导出$D_q$和$ζ_{2q}$之间的关系，并讨论其相关性的一个版本的细化相似性假设。此外，我们获得和比较理论和数值推导的结果依赖于分离$r$的概率分布的$δ_{\V{r}}ω$，涡度之间的差异在两个点分开的距离$r$。我们的数值模拟是在$4096 \times 4096$网格上进行的。
2005-03-22 cond-mat.other cond-mat.soft nlin.CD
On the All-Speed Roe-type Scheme for Large Eddy Simulation of Homogeneous Decaying Turbulence
作为激波捕获格式的代表，Roe格式在LES中失败了，因为由于数值耗散较大，无法再现重要的湍流特征，例如著名的k-5/3谱律。本文将Roe格式分为五个部分：、和，分别表示基本迎风耗散、压差驱动和速度差驱动的界面通量和压力修正。然后，利用均匀衰减湍流模型研究了各部分对大涡模拟的影响。结果表明，部件、、和对大涡模拟的影响不大。这一点特别重要，因为它是计算稳定性所必需的。大的数值耗散是由于和，并且它们中的每一个都具有比SGS耗散大得多的耗散。基于这些认识，本文提出了一种改进的全速LES-Roe格式，该格式在通常采用的重构方法下，即使在较粗的网格分辨率下也能给出足够好的LES结果。
2015-09-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An Immersed Boundary Fourier Pseudo-spectral Method for Simulation of Confined Two-dimensional Incompressible Flows
本文将浸入边界技术应用于二维不可压纳维-斯托克斯方程涡量-速度方程的Fourier拟谱解。浸没边界条件是通过对流和扩散项的直接修改来实现的，因此，与许多其他类似的方法相比，本公式中没有明确的外部强迫函数。所需的浸入边界条件近似在一些规则的网格点，使用不同的顺序（二阶）多项式外推。在每个时间步开始时，螺线管速度（也满足所需的浸没边界条件），获得并送入一个传统的伪谱求解器，连同修改后的涡。由于采用了零平均拟谱解，因此，该方法适用于平均速度和涡量均为零，而不存在平均涡量动力学的受限流动。与经典的傅里叶伪谱方法相比，该方法需要进行更多的${\cal O}(4(1+\log N)N)$操作来设置边界条件。因此，该方法的计算成本总体上由${(N \log N)}$缩放。时间积分采用经典的显式四阶Runge-Kutta方法，并在每一子步开始时设置边界条件，以提高时间精度。将该方法应用于不同阶数的固定边界和移动边界问题，考察了该方法的精度和性能，并与经典的Fourier伪谱解进行了比较.
2011-10-27 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Numerically Modelling Stochastic Lie Transport in Fluid Dynamics
本文对理想流体中的随机输运问题进行了数值研究。根据Holm（Proc Roy Soc，2015）和Cotter等人（2017）的说法，变换理论和多时间均匀化的原理分别意味着一种物理上有意义的数据驱动方法，用于将流体传输速度分解为漂移和随机部分，用于某类流体流动。在目前的文件中，我们开发了新的方法来实现这种速度分解，然后数值积分所产生的随机偏微分方程使用有限元离散不可压缩的二维欧拉流体流动。在这种情况下，这里测试的新方法被认为是适合于粗粒化。具体而言，我们对Cotter等人（2017）的速度分解进行了不确定性量化测试，通过比较所得随机偏微分方程解的粗网格实现与确定性流体偏微分方程的“真解”的集合，在精细网格上计算。时间离散用于逼近随机偏微分方程的解决方案是一致的。我们包括全面的数值试验，确认在不可压缩的二维欧拉流体流动的情况下的流函数，速度和涡度场的非高斯性。
2018-09-26 physics.flu-dyn
Curvilinear Moving Overset Method for High-order Non-dissipative Schemes
Auburn University（奥本大学）
提出一种无耗散、高阶精度的曲线移动重叠网格方法，通过特征分解仅施加传入特征变量，单层边界点实现高阶精度和长时间稳定，适用于含运动部件的复杂几何非定常可压缩流动模拟。
2026-06-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Simulation of stopping vortices in the flow past a mounted wedge
本文通过高精度紧致差分格式数值模拟壁面楔形体绕流，研究停止涡的形成机制，发现其强度取决于减速快慢，并给出基于冲量的清晰涡形成判据。
2024-05-03 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Large-eddy simulation of hypersonic flows. Selective procedure to activate the sub-grid model only where small scale turbulence is present
将一种新的高超声速小尺度湍流脉动区域定位方法应用于初始马赫数为5的可压缩湍流射流的大涡模拟。所使用的定位方法称为选择性LES，基于标量探测函数$f$的利用，该函数代表用涡度拟能归一化的涡度方程的拉伸-倾斜项的大小（Tordella等人，2007）。对于一个充分发展的湍流场的波动，统计分析表明，概率$f$大于2几乎是零，并且，对于任何给定的阈值，它是更大的，如果流动是欠分辨率。通过计算在模拟的每个瞬时实现中的$f$的空间场，可以定位归一化涡旋拉伸-倾斜的幅度非常高的区域。亚网格模型，然后引入到控制方程中，在这样的区域。选择性LES模拟的结果进行了比较与标准LES，其中的亚网格项被用于在整个域中，并与具有相同的分辨率的标准欧拉模拟。通过假设同一射流的较高分辨率欧拉模拟作为参考场进行比较。结果表明，选择性LES修改的流动的动态特性在较小程度上相对于经典LES。特别是，涡度拟能、平均速度和密度分布以及能量和密度谱的预测得到了实质性的改进。
2013-06-24 physics.flu-dyn physics.space-ph
Characteristic methods and Roe's method for the incompressible two-fluid model for stratified pipe flow
本文探讨了在分层两相管流模拟中使用特征线方法来获得非耗散流预测。本文提出了一种Roe格式和几种基于特征线原理的双流体模型求解方法。主要的焦点是通过直接模拟来寻找捕捉波浪动力学和流态转变的数值有效方法。特征线方法提供了无数值耗散地模拟双曲方程组的可能性。然而，这些方法确实缺乏某些基本的守恒性质。与信息在空间和时间上的分散和聚集有关的挑战，特别是围绕冲击，也是一些方法变体的一个问题。提出了与有限体积法的杂交，克服了这些缺点。所有的方法进行了比较，评估预测的线性波的增长和模拟的非线性，不连续的滚波的发病。提出以下意见：1.特征线方法在预测线性流体动力学不稳定性的发生方面是优秀的，即使是用少量的计算节点。2.有限体积法和特征杂交法中的耗散误差与柯朗数密切相关。Roe格式和特征混合函数在柯朗数接近1时给出很小的耗散误差。这就变成了数值稳定性的问题。3.自适应动态网格单元，随着特征信息的漂移而移动，通过允许更长的时间步长，大大提高了仿真效率。动态网格单元也有助于减少特征方法中的插值需求。这些方法很容易超越更基本的迎风和Lax-Friedrich格式。
2018-11-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An explicit meshless point collocation solver for incompressible Navier-Stokes equations
本文提出了一种强形式的无网格点配置显式求解器，用于求解二维瞬态不可压缩粘性N-S方程。我们数值求解控制流方程的流函数涡量公式。我们使用一个统一的笛卡尔嵌入网格来表示流域。我们使用无网格点配置（MPC）方法计算空间导数。我们验证了常用的基准问题，包括盖驱动的空腔流，流动后向台阶和圆柱后的旋涡脱落的数值方案的准确性。我们已经研究了所提出的方案的适用性，通过考虑流的情况下，复杂的几何形状，如在管道中的流动与圆柱形的障碍物，在一个分叉的几何形状的流动，和流动过去的复杂形状的障碍物。我们的方法提供了高精度和优良的计算效率所证明的验证例子，同时保持稳定的时间步长相比，在无条件稳定的隐式方法。
2019-06-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
