Reconstructing the time evolution of wall-bounded turbulent flows from non-time resolved PIV measurements
由于硬件条件的限制，粒子图像测速（PIV）系统在完全分辨湍流中固有的时空波动方面往往受到限制。在这项研究中，我们开发的快速畸变理论（RDT）和泰勒假设（TH）的基础上重建的湍流场的时间演化的中间期连续PIV快照之间使用非时间分辨系统。使用PIV快照作为初始条件，线性控制方程在时间上向前和向后演化。然后，通过对前向和后向估计进行加权和来重建中间时段中的流场。该时空加权函数被设计为考虑RDT和TH方程的平流性质。重建精度作为空间分辨率和重建时间范围的函数使用直接数值模拟数据的湍流通道流从约翰霍普金斯湍流数据库进行评估。该方法很好地重建了单点湍流统计，并在高于采集系统的时间奈奎斯特限制的频率下解决了速度谱。使用TH下的流场的基于特征的演变获得的重建被证明是更准确的RDT和TH的离散形式的数值积分获得的重建相比。测量噪声对重建误差的影响也进行了评估。
2020-04-14 physics.flu-dyn
Assessment and Application of Wavelet-based Optical Flow Velocimetry (wOFV) to Wall-Bounded Turbulent Flows
本研究评估基于小波的光流测速算法wOFV在壁面约束湍流中的性能，通过合成与实验数据验证其在近壁区速度场解析、壁面切应力估计等方面优于PIV及PIV+PTV，可提升边界附近湍流运动的解析效果。
2023-02-28 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
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
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
Distortion correction of two-component - two-dimensional PIV using a large imaging sensor with application to measurements of a turbulent boundary layer flow at $Re_τ = 2386$
在过去的十年中，电子技术的进步使得实验流体力学团体可以使用更大的成像传感器。这些进步使得使用粒子图像测速技术（PIV）测量2分量2维（2C-2D）速度场具有比以前更高的空间分辨率。然而，由于传感器的尺寸较大，因此需要考虑透镜畸变，因为它现在对测量质量具有更显著的影响，必须进行校正以确保精确的高保真2C-2D速度场测量。本文采用二阶有理函数（R2）和双三次多项式（P3）两种去翘曲模型，利用大型图像传感器对湍流边界层（TBL）进行了二维PIV测量。考虑并比较了两种方法：（i）在PIV互相关分析之前对图像进行去扭曲，以及（ii）使用原始记录的失真图像进行PIV互相关分析，然后使用为图像去扭曲而导出的映射函数来提供速度测量点的正确空间位置。结果表明，采用P3去畸变模型校正镜头畸变比采用R2去畸变模型校正效果更好。此外，P3去翘曲模型的两种方法产生的结果是统计上无法区分的。
2021-02-27 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
Limitations of estimating turbulent convection velocities from PIV
本文讨论了用粒子图像测速技术（PIV）测定湍流对流速度的方法。湍流对流速度是感兴趣的，因为它们可以用来映射到空间的时间信息。对流速度可以用几种不同的方法定义。一种方法是使用具有时间分离的两个信号的相位谱。获得每波数的对流速度涉及确定空间谱。PIV数据在空间分辨率和样品长度方面受到限制。研究了空间分辨率和频率分辨率截断的影响，以及空间滤波和测量噪声的影响。这些问题进行了研究，通过使用合成的数据集，通过创建速度-时间数据与强加的频谱。从验证的结果表明，当应用一个汉明窗口之前，确定的相位谱，有一个可用的波数范围内的对流速度可以确定。模拟的流动演变，进出测量平面的运动，和测量噪声表明，这些结果在对流速度的传播使用当前的方法。尽管存在这种扩散，但最可能的计算对流速度与施加的对流速度一致。用$Re_τ\approx 2700$对湍流边界层进行了相谱分析，结果表明，对流速度存在一定的范围，最可几对流速度等于当地的平均速度。
2013-11-25 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
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
Time-resolving PIV measurements and modal analysis of turbulent flow in a bench-scale hydrodynamic separator
本研究利用时间分辨PIV与模态分解技术分析了水力分离器内的湍流，量化了测量参数对统计收敛性的影响，基于POD和SPOD构建了降阶模型，并建立了开源湍流数据库以指导系统设计与CFD开发。
2024-07-22 physics.flu-dyn
Dissecting coherent motions in extreme wall shear stress events within adverse pressure gradient turbulent boundary layers
Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学）
本文利用NACA0012翼型的大涡模拟，研究逆压梯度湍流边界层中极端壁面剪应力事件，揭示APG通过改变扫掠与喷射运动的平衡和空间组织来调控回流及极端正事件的结构与动力学。
2025-11-06 physics.flu-dyn
On the wake region of high-Reynolds-number turbulent boundary layers subject to adverse pressure gradients
The University of Melbourne（墨尔本大学）；University of Zagreb（萨格勒布大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）
研究高雷诺数湍流边界层在中等逆压梯作用下涡旋区域的结构特征，通过多点测量分析湍流运动的能量分布和相干性，揭示逆压梯对涡旋区域能量变化的影响。
2026-05-21 physics.flu-dyn
Component-wise outer similarity of turbulent boundary layers with strong adverse-pressure gradient
Beihang University (Beijing University of Aeronautics and Astronautics)（北京航空航天大学）
本研究针对宽范围APG与雷诺数，通过归一化各量至共同位置y_s，证实强逆压梯度下湍流边界层存在分量级外层相似性，为APG湍流模型评估提供参考。
2026-10-15 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
Effect of free-stream turbulence on a moderate adverse pressure gradient turbulent boundary layer developing over an airfoil
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Center for Turbulence Research, Stanford University（斯坦福大学湍流研究中心）
研究自由流湍流对翼型上中等逆压梯度湍流边界层发展的影响，通过风洞实验，改变攻角调整压力梯度，用热线风速仪测量边界层特性，发现FST是控制参数，其影响随压力梯度放大，对相关流动研究有重要意义。
2026-07-24 physics.flu-dyn
Structure of an axisymmetric turbulent boundary layer under adverse pressure gradient: a large-eddy simulation study
本文通过大涡模拟研究强逆压梯度下轴对称湍流边界层结构，揭示了速度剖面、自相似性、能谱双峰及湍流结构演化特征，并扩展了实验认知。
2025-01-02 physics.comp-ph 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
Ultimate Turbulent Taylor-Couette Flow
利用高速粒子图像测速技术（PIV）对雷诺数Re_i = 2*10^6的强湍流Taylor-Couette流内圆柱的流动结构进行了实验研究。湍流泰勒涡流的风雷诺数Re_w与Re_w ~ Ta^（1/2）成比例关系，与预测的最终湍流区完全一致，其中边界层是湍流的。无量纲角速度通量的有效标度为Nu_ω ~ Ta ^0.38，这也与极限状态下的湍流相对应。从高速PIV测量中提取的局部角速度通量测量结果证实了Nu_ω的标度性：尽管通量显示出巨大的波动，但其空间和时间平均值与全局扭矩测量结果很好地吻合。
2011-10-31 physics.flu-dyn
History effects for cambered and symmetric wing profiles
采用谱元程序Nek 5000对逆压梯度作用下的复杂湍流边界层特性进行了高分辨率的大涡模拟。对两个机翼剖面进行了分析：0度迎角下的NACA 0012，它沿翼弦有一个温和的逆压梯度（APG）; 5度迎角下的NACA 4412，在吸力面有一个强的逆压梯度，两个剖面的Rec = 400，000。湍流统计数据表明，NACA 0012的轻度APG湍流边界层（TBL）在外部区域呈现出轻微的速度波动偏差，而NACA 4412的强APG TBL相对于零压力梯度（ZPG）TBL在整个壁面法线方向上显示出明显更大的波动。这些差异在边界层的外部区域更为显著。谱分析表明，APG对边界层的最大尺度有显著影响。我们的研究结果表明，APG增加的湍流动能（TKE）的TBL，更显着的外层，并建议一个不同的机制比一个相关的高Re在ZPGs。
2018-12-10 physics.flu-dyn
Reynolds-number effects on the outer region of adverse-pressure-gradient turbulent boundary layers
本研究针对中等逆压梯度湍流边界层外层，通过多源数据分析发现小尺度能量随摩擦雷诺数升高而降低，揭示其与湍动能小尺度生成项相关，强调需在宽雷诺数范围测试标度与校正方案。
2024-06-25 physics.flu-dyn
Streamwise energy-transfer mechanisms in zero- and adverse-pressure-gradient turbulent boundary layers
本研究利用跨越一个$Re_τ$数量级的零压至逆压梯度湍流边界层数据，分析了流向$\overline{u^2}$能量传递机制，发现内外层峰值与产生及分量间传递的局部最大值相关，并基于雷诺剪应力$\rm Q_2$/$\rm Q_4$事件主导的壁面传递将其划分为四个区域。
2024-08-24 physics.flu-dyn
Wind farm global blockage as an adverse pressure gradient problem: turbulence amplification and spectral modification in the induction region of a model wind farm
Imperial College London（帝国理工学院）
本研究通过实验将风电场感应区视为逆压梯度湍流边界层问题，发现风电场引起的大尺度湍流增强主要源于逆压梯度，且与转子尺度相当的湍流能量对涡轮疲劳载荷有重要影响。
2026-09-23 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
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
Global vs local energy dissipation: the energy cycle of the turbulent von Kármán flow
本文研究了湍流vonKármán流中的整体能量传递和局部能量传递之间的关系。我们的目标是了解如何和在这样的流中的能量被耗散，并在一个实验装置中重建能量循环，在该装置中可以测量局部和全局量。我们使用PIV测量，我们模型的雷诺应力张量考虑到亚网格尺度。该过程涉及使用角动量平衡校准的自由参数。然后，我们估计当地和全球的平均注入和耗散功率的几种类型的叶轮，各种雷诺数和各种流动拓扑结构。然后将这些PIV估计值与由叶轮处的扭矩测量值提供的直接注入功率估计值进行比较。PIV估计值和直接测量值之间的一致性取决于流动拓扑结构。在对称的情况下，我们能够捕获高达90%的实际全球能量耗散率。然而，我们的结果变得越来越不准确的剪切层负责大部分的耗散接近叶轮之一，并不能解决我们的PIV设置。最后，我们表明，PIV估计和直接测量之间的一个非常好的协议是使用一种新的方法，Duchon和罗伯特的工作的基础上，推广卡门-豪沃思方程的非各向同性，非均匀流。只要最小分辨尺度在惯性范围内，这种方法就能提供无参数的能量耗散率估计。这些结果被用来证明一个定义良好的固定能量循环内的流中，大部分的能量被注入顶部和底部叶轮，并在剪切层内消散。的平均流的几何形状和雷诺数对这个能量循环的影响进行了研究，在很宽的参数范围内。
2015-07-10 physics.flu-dyn
Reactive control of the dynamics of a fully turbulent wake using real-time PIV
在这项研究中，我们专注于控制的三维湍流尾流下游的方背艾哈迈德体（$Re_H=3.9\times10^5$）的动力学。通过模型尾部压力重心和尾流回流重心的轨迹，描述了这种尾流的特殊动力学特性。特别是它示出，这些动态允许定义三种不同的状态：两个所谓的反射性的破环（RSB）模式和瞬态对称（TS）模式。最近的研究表明，压力重心的时间涨落可以被描述为一个具有明确吸引子的弱混沌系统。我们表明，双峰尾流的动态，然后可以被迫进入一个稳定的非对称或对称状态，在开环控制，使用切向连续或脉冲吹在三个不同的区域沿模型的后部的上边缘。最后，一个简单的闭环反对控制，基于实时识别的尾流重心在PIV领域，是用来迫使尾流的混沌动力学到一个有规律的振荡运动在一个良好的控制频率。根据驱动参数，尾流动力学也可以从双峰切换到新的多峰行为。我们发现，这种新的模式也表现出一个独特的动力学与上下而不是左右混沌振荡。有趣的是，当射流是脉冲的而不是连续的时，闭环实验的再循环面积（再循环气泡的尺寸）减小得多。对于脉冲射流，当选择适当的频率时，减少也增加。
2019-07-14 physics.flu-dyn
A universal integral scaling of the mean velocity profiles in turbulent wall-bounded flows
针对壁湍流平均速度剖面在不同 Reynolds 数下的统一描述问题，本文提出以积分速度作为通用模板的标度方法，可涵盖不可压缩、逆压梯度及可压缩流动。
2024-12-03 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
Upstream history quantification and scale-decomposed energy analysis for weak-to-strong adverse-pressure-gradient turbulent boundary layers
本文利用四个高保真数据库和累积压力梯度参数，量化上游历史与局部失平衡对弱至强逆压梯度湍流边界层大小尺度能量的不同影响。
2025-08-15 physics.flu-dyn
Effects of Reynolds number and spatial resolution on the pressure source terms in turbulent boundary layers
本文利用 DNS 数据库研究零压力梯度湍流边界层中压力源项随摩擦雷诺数的变化规律，并评估平面 PIV 和立体 PIV 空间分辨率不足对源项估计造成的显著衰减影响。
2024-12-27 physics.flu-dyn
Instability Mechanisms and Intermittency Distribution in Adverse Pressure Gradient Attached and Separated Boundary Layers
本文对逆压梯度影响下的一个附着和两个分离边界层流动（包括小分离和大分离）进行了直接数值模拟。已经提供了三种情况下的过渡前边界层的统一图像，该图像揭示了"混合模式"不稳定性，包括来自不稳定波和流向条纹的贡献。对转捩速度信号的时频分析表明，随着雷诺数的减小，转捩速度信号的时频特征从"斑点"性质不断演变（表现出明显的湍流斑点），以实现"非斑点"行为（涉及湍流波动在时间上的更"均匀"分布）对于大分离情况，涵盖了整个过渡情景。过渡区内的不透明度因子的变化被认为是比较以及与Narasimha普遍不透明度分布。我们发现，虽然大分离的速度的时间变化是非斑点（或更“均匀”），展向变化的速度是斑点，表现出明确的集群高波数波动分离准层流区域。因此，所有病例均在过渡区表现出斑点，但表现形式不同。利用涡壁相互作用和展向涡结构不稳定性的思想，我们给出了附着和分离情况下转捩情景的物理动画。我们发现，集中击穿表现出的所有三种情况下，过渡开始和现场击穿过程是广泛一致的普遍的不稳定性分布的基本假设。
2021-06-18 physics.flu-dyn
Characterization of the reactive flow field dynamics in a gas turbine injector using high frequency PIV
本文详细分析了一个实验性旋流稳定燃烧器的空气动力学特性，该燃烧器是燃气轮机燃烧室的代表。该分析是在反应情况下使用高频PIV（HFPIV）测量进行的。虽然这种信息通常是在一个相当低的速度，时间分辨PIV测量是必要的，以更好地了解高度湍流旋流，这是不稳定的性质。由于最近的技术改进，一个工作在12 kHz的PIV系统已经开发出来，研究这个实验燃烧室流场。首先获得燃烧器的统计量并进行分析，检查测量质量，然后对速度场进行时间分析，表明炉膛内周期性地出现大的相干结构。这些结构的频率是非常接近的四分之一波模式的燃烧室，给出了一个可能的解释燃烧不稳定性耦合。
2008-07-11 physics.flu-dyn
Vector-based loss functions for turbulent flow field inpainting
University of Oxford（牛津大学）；University of Calgary（卡尔加里大学）
本研究提出基于向量相似性度量的损失函数，结合U-Net模型用于湍流流场修复，显著提升多尺度流动模式预测精度，混合损失函数兼顾多尺度与像素精度。
2025-09-06 cs.LG physics.flu-dyn
Experimental studies of liquid-liquid dispersion in a turbulent shear flow
本文研究了在两个反向旋转的同轴圆柱体之间产生的湍流泰勒-库埃特流中的液-液分散。在纯水和反向旋转中，雷诺数可达1.4 × 10^5。我们首先描述的单相流，在过渡到湍流的阈值，缩放的扭矩和测量的平均流量和雷诺应力的立体PIV。然后，我们研究了两相流中耗散的增加，发现单位质量的扭矩可以是单相流扭矩的两倍。长期行为也有报道。
2008-06-19 physics.flu-dyn
Turbulent flow over a house in a simulated hurricane boundary layer
每年飓风和其他极端风暴在全世界造成数十亿美元的损失。对于住宅建筑，这样的故障通常与屋顶，看到最大的气动载荷。然而，确定北美房屋不同部分的空气动力学载荷是复杂的，因为缺乏明确的载荷路径和木框架屋顶的非线性载荷分配。这种流体-结构相互作用的问题需要进行风洞试验和全尺寸结构试验。在模拟大气边界层（ABL）中对房屋进行了一系列风洞试验，并将所得的风致压力施加到全尺寸结构上。ABL的模拟流动在开放的国家地形的速度和湍流强度的轮廓，以及光谱，匹配与可用的全尺寸测量这种类型的地形。第一组测量是在整个房子上同时进行600次表面压力测量。表面压力场的一个关键特征是顶板上出现大的、高度非高斯的峰值隆起（吸力）。为了更好地了解是哪些流动特征导致了这种情况，在风洞模型上进行了PIV实验。这些实验用时间分辨PIV（500 Hz的采样率）进行30秒的持续时间。从PIV数据生成的流体动力学视频（低分辨率和高分辨率）中可以清楚地看到，在屋顶的迎风边缘产生了强环流。这些涡流最终沿着屋顶脱落并对流。正是这种集中环流的存在导致了所观察到的峰值负荷。
2009-10-16 physics.flu-dyn
Influence of global rotation and Reynolds number on the large-scale features of a turbulent Taylor-Couette flow
对同轴独立旋转圆柱间的湍流流动进行了实验研究。我们确定了在不同的角速度比（旋转数）的雷诺数与扭矩的比例，以及在高雷诺数下改变旋转数时壁面剪应力的行为。我们比较的曲线与PIV分析的平均流量，并显示出独特的作用，完美的反向旋转的出现有组织的大尺度结构的平均部分，这非常湍流，出现在一个平稳和连续的方式：过渡类似于超临界分岔的二次平均流量。
2010-01-25 physics.class-ph physics.flu-dyn
Turbulent boundary layers over streamwise-preferential porous materials
最近的数值模拟表明，流向优先各向异性多孔材料有可能减少表面摩擦湍流通过一个类似的机制，沟槽。本文报道了粒子图像测速（PIV）测量的湍流边界层在$Re_τ\approx 360$在3D打印的多孔基板表现出这样的流向优先渗透性。多孔材料具有归一化的流向渗透率$\sqrt{K_{xx}^+}\approx 3.0$以及壁法向和展向渗透率$\sqrt{K_{yy}^+} = \sqrt{K_{zz}^+} \approx 1.1$。这种材料被嵌入水槽设施中平板边界层下游一半的切口中。沿多孔基底在几个位置进行的测量提供了对边界层发展的深入了解。对于充分发展的条件下，平均配置文件显示存在的对数区域的多孔材料与那些发现在光滑的墙壁上的常数相似。一种技术，估计在单像素分辨率的颗粒图像的平均配置文件表明在多孔基板的界面滑移速度的$U_s^+ \approx \sqrt{K_{xx}^+}$的存在。摩擦速度估计从外层拟合的平均配置文件表明，在多孔基板上的阻力边际增加。PIV测量结果表明，在近壁区域的流向速度波动的强度下降，并在壁面法线速度波动的强度增加。这些观察结果与模拟结果一致，模拟结果表明，含$\sqrt{K_{yy}^+} > 0.4$的材料容易出现类似于Kelvin-Helmholtz涡的展向滚柱，从而降低减阻性能。速度谱表明，这种结构出现在实验中。
2020-05-30 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
Unified scaling laws for turbulent boundary layers across flow regimes
California Institute of Technology（加州理工学院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文通过信息论不可约误差定理，发现湍流边界层中均壁 shear stress 和均速度剖面的统一标度律，无需假设函数形式，仅用两个和三个无量纲变量描述，验证了局部量组合可隐含编码上游历史。
2026-04-10 physics.flu-dyn
Extensive characterization of a high Reynolds number decelerating boundary layer using advanced optical metrology
本文介绍了在EUHIT项目框架内进行的一项实验，该实验旨在表征逆压梯度边界层流中的大尺度结构。使用多达16台sCMOS摄像机进行大尺度湍流边界层PIV测量，具有大视场和适当的空间分辨率。为了获得结构的展向/壁面法向特征，在特定的流向位置进行了展向/壁面法向平面的立体PIV测量。为了补充这些大视场测量，进行了长距离微型PIV、时间分辨近壁速度剖面和基于膜的测量，以确定沿模型的一些特定位置处的壁面剪切应力及其波动。
2017-02-09 physics.flu-dyn
Logarithmic boundary layers in highly turbulent Taylor-Couette flow
我们提供了直接测量的边界层特性在高度湍流泰勒-库埃特流高达$\text{Ta}=6.2 \times 10^{12}$使用高分辨率粒子图像测速仪（PIV）。我们发现，在内部和外部圆柱的平均方位角速度分布可以拟合的von卡门对数定律$u^+ = \frac 1κ\ln y^+ +B$。冯卡门常数$κ$被发现依赖于驱动强度$\text{Ta}$和大$\text{Ta}$渐近方法$κ\approx 0.40$。局部方位角速度的方差分布在$y^+ \approx 12$附近具有一个通用峰值，并且当用驱动速度（而不是摩擦速度）重新缩放时会崩溃，显示出$y^+$的对数依赖性，这也适用于通道和管道流[1，2]。
2013-02-25 physics.flu-dyn
Turbulent Boundary Layer in a 3-Element High-LiftWing: Coherent Structures Identification
该研究通过壁面分辨大涡模拟分析了30P30N翼型在特定雷诺数和攻角下的湍流边界层，识别出零压力梯度特征，并利用本征正交分解揭示了能量分布与相干结构。
2024-11-08 physics.flu-dyn
Extreme vorticity events in turbulent Rayleigh-Bénard convection from stereoscopic measurements and reservoir computing
利用体视粒子图像速度场（PIV）技术对空气中瑞利-贝纳德对流湍流体区的离面涡量分量$ω_z$的高幅值事件进行了分析。瑞利数${\rm Ra}$从$1.7 \times 10^4$到$5.1 \times 10^5$不等。实验研究与$ω_z$和个体速度导数$\partial u_i/\partial x_j$的长期时间序列的综合统计分析有关。一个统计收敛导数矩的顺序为6证明。在相同的参数范围内，我们的结果与已有的高分辨率直接数值模拟结果吻合得很好，包括出现在相应概率密度函数远指数尾的极端涡度事件。实验证实了对流中速度导数统计量从高斯分布到非高斯分布的转变。实验数据被用来训练水库计算模型，递归神经网络的一个实现，再现高度间歇性的实验时间序列的涡度，从而重建极端的平面外涡度事件。在使用高分辨率PIV数据训练模型之后，机器学习模型在重建阶段使用稀疏种子、连续可用且不可见的测量数据运行。重建质量的部分观测的稀疏性的依赖性也被记录。我们的后者的结果铺平了道路，机器学习-辅助实验分析的小尺度湍流的时间序列缺失的速度导数可以提供生成算法。
2022-03-14 physics.flu-dyn
Deposition of particle pollution in turbulent forced-air cooling
旋转风扇是热产生设备和建筑物的普遍强制冷却方法。随着大气污染物浓度的增加，由于对流扩散，微米级和纳米级颗粒在表面上的积累导致了不利的机械、化学和电气效应，这增加了冷却需求并降低了电子设备的可靠性。在这里，我们发现的机制，导致增强沉积颗粒物质（PM $_{10}$和PM $_{2.5}$）的表面上，由于湍流轴向风扇流在雷诺数，$Re \sim 10^5$。从外地长期颗粒沉积的定性观察相结合的\textit{in situ}粒子图像测速电信基站，揭示了冲击速度和角度的主导作用。采用象限分析法研究了$10 < y^+ < 50$的近壁动量输运，揭示了湍流事件通过湍流扩散和涡流碰撞促进颗粒沉积的贡献。通过分解这些事件，细颗粒从整体流到表面的局部传输行为已被分类。从沉积到清洁表面的过渡是伴随着剪切速度，湍流应力，和颗粒扫掠运动的降低，在壁法线方向上具有较低的通量。最后，使用这些见解，粗颗粒的选择性过滤被发现，以促进增强细颗粒物质的沉积的条件。
2020-05-15 physics.flu-dyn
Large scale flows in transitional plane Couette flow: a key ingredient of the spot growth mechanism
利用粒子图像测速技术（PIV）在一个新的实验平面Couette流中，研究了湍流斑侵入原层流的动力学行为。我们的实验证据第一次在这种几何形状的大规模流动的存在。层流和湍流区域共存时，这些流动就出现了。谱分析被用来研究这些大尺度以及与湍流相关的小尺度的动力学演化。我们表明，大规模的流量增长之前，湍流斑点的发展，我们指出他们发挥的关键作用的增长机制，也可能在出现有组织的模式。
2015-02-03 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
Reynolds-number effects in turbulent boundary layers around wing sections
在5 °迎角下，对NACA 4412机翼剖面周围的紊流边界层进行了四次分辨率良好的LES，Rec范围为100，000到1，000，000。通过与雷诺数近似匹配的ZPG TBL中的湍流统计比较，我们发现在较低的雷诺数下，逆压梯度（APG）的影响更强烈。这表明，在低Re的TBL的外部区域变得更加充满活力，通过壁正常对流与APG。这也反映在以下事实中：在较低雷诺数下，吸力侧的内标度壁面法向速度较大。特别是Rec = 200，000和400，000的机翼情况，其壁面法向速度分别比Rec = 1，000，000的情况大40%和20%。因此，与APG相关的外部区域激励机制与高Re TBL中存在的机制是互补的。
2018-12-10 physics.flu-dyn
Attached Decelerating Turbulent Boundary Layers over Riblets
本研究通过直接数值模拟发现，在逆压梯度下，沟槽能比零压梯度时更有效地降低湍流边界层阻力，甚至产生负阻力，其机制是增强的开尔文-亥姆霍兹滚转涡旋，并指出需修改现有预测指标。
2025-05-22 physics.flu-dyn
A simple trick to improve the accuracy of PIV/PTV data
粒子图像测速（PIV）通过在询问窗口内的粒子图像的相关性来估计速度，从而导致速度场的空间调制。虽然在原则上粒子跟踪测速（PTV）估计本地的非调制粒子位移，利用从PTV的散射数据，有必要将这些数据插值结构化网格，这意味着空间调制效应，偏置的速度场。由于有限的空间分辨率，该系统误差不可避免地取决于询问窗口尺寸和粒子间间距。必须观察到，所有这些操作（互相关、直接内插或窗口平均）在均值和波动部分上都引起调制。我们介绍了一个简单的技巧，以减少这个系统误差源的PIV/PTV测量利用系综统计。利用粒子跟踪测速技术（EPTV），可以通过合并不同的瞬时实现来获得高分辨率的平均流。用EPTV可以估计平均流量，用PIV/PTV可以测量脉动部分。然后将高分辨率的平均值叠加到瞬时波动部分，以获得具有较低系统误差的速度场。该方法的验证对数据集的复杂程度逐渐增加：两个虚拟实验的基础上的直接数值模拟（DNS）的流体弹球和通道流的尾流和湍流边界层的实验数据。对所有病例进行了PTV和PIV分析。
2023-02-11 physics.flu-dyn
Dynamics of a buoyant plume in a linearly stratified environment using simultaneous PIV-PLIF measurements
大气和海洋中分层层的存在导致浮力垂直运动，通常称为羽流。为了模拟烟羽的演化和增长，在局部尺度上研究烟羽的混合动力学是很重要的。这种表征需要同时测量混合流体的速度和密度。在这里，我们提出的浮力羽流在线性分层介质中传播的结果，密度差为0.5%，从而产生浮力频率N=0.15 s^{-1}。为了了解羽流行为，测量了沿不同下游位置的中心线和轴向速度、湍流动能、雷诺应力和浮力通量等统计数据。中心线速度随高度的增加而减小。雷诺应力和浮力通量剖面表明存在不稳定层和该层内的混合。
2016-10-24 physics.flu-dyn
PIV mapping of pressure and velocity fields in the plane magnetohydrodynamic Couette flow
本文首次对横向磁场作用下的平面Couette流中的二维时变速度场和压力场进行了同步映射。虽然电磁力在液态金属等高导电性流体中最强，但其不透明度排除了光学测量方法。我们使用一种透明的电解质（硫酸）来规避这个困难，它的较弱的导电性被较高的磁场所抵消。我们描述了一个实验装置基于这个想法，在库埃特流夹带的磁带浸泡在硫酸和定位冲洗到大超导磁体的孔，使大部分的流量是由一个足够均匀的横向磁场弥漫。速度和压力场是通过一个定制的PIV系统，能够记录流体的加速度以及速度。然后将这两个场馈送到有限差分求解器中，该有限差分求解器从磁流体动力学控制方程中提取压力场。该方法首次将压力PIV技术应用于MHD流场。由于它，我们获得了第一个实验的速度和压力分布在MHD Couette流和层流和湍流状态之间的过渡制度是由近壁，孤立的，各向异性扰动为主。
2020-11-18 physics.flu-dyn
An experimental investigation of the heat and flow features in street canyons: Impacts of the approaching turbulent boundary layer flow
本研究采用PIV-LIF技术在大型水洞中实验探究了三种不同湍流边界层流动对街道峡谷流动与热特征的影响，发现其对通风率（最大差异80%）和排热能力（约45%）及峡谷开口处脉动特征有显著影响。
2023-10-20 physics.flu-dyn
Characterisation of a self-similar turbulent boundary layer near separation measured using high-spatial-resolution two-component - two-dimensional particle image velocimetry
本文报道了一个实验设计，建立了一个实验性的自相似逆压梯度（APG）湍流边界层（TBL）在分离边缘的流动，以便通过象限分析分解和Renard & Deck（RD）平均表面摩擦力分解来描述其统计结构和雷诺应力对壁面剪应力的贡献。本研究利用高空间分辨率（HSR）二分量二维（2C-2D）粒子图像测速技术（PIV）对自相似APG-TBL流动进行了测量。在分离边缘处的自相似APG-TBL（称为“强APG-TBL”）的测量结果与在零和温和APG下的TBL的类似HSR 2C-2D PIV测量结果进行了比较，以验证APG对TBL的影响。在强APG-TBL中，一阶和二阶统计量的外标度轮廓以及缺陷速度在3.3δ的测量流向域上表现出自相似性。速度脉动的象限分解表明，在APG下的雷诺剪应力分布的外峰的形成是由于高动量流体的扫掠运动的外部区域的边界层的能量。平均表面摩擦力的RD分解表明，表面摩擦力有更大的贡献，从喷射比扫描。这是由于在湍流产生轮廓中出现了外峰，同时相应地减少了内峰。的偏斜度和平坦度的配置文件显示，零偏斜度和最小平坦度的位置的流向和壁法向速度波动崩溃的最大雷诺流向应力在TBL的位置，无论施加在TBL上的压力梯度。
2023-02-17 physics.flu-dyn
