Modelling suspended sediment in environmental turbulent fluids
模拟环境湍流流体中的沉积物输运是一项挑战。本文建立了一个在洪水和海啸等环境流体流动中悬浮泥沙横向输运的合理模型。该模型是系统地从三维湍流模型的基础上Smagorinski大涡封闭。中心流形理论将物理动力学嵌入到一类问题中，通过分析系统的线性动力学，指出了由宏观变量参数化的慢流形的存在性。计算机代数，然后构建慢流形流体深度，深度平均横向速度，和悬浮泥沙浓度。该模型考虑了泥沙侵蚀、平流、扩散以及泥沙与湍流的相互作用。定常流中流速和浓度的垂向分布与已有的实验数据相吻合。对大波浪作用下悬沙的数值模拟表明，所建立的模型预测了物理上合理的现象。
2014-07-07 math.DS physics.flu-dyn
Modelling of the subgrid scale wrinkling factor for large-eddy simulation of turbulent premixed combustion
本文提出了一个计算湍流预混燃烧大涡模拟中未解决的扰动因子的模型。它基本上依赖于一个幂律依赖的过滤器的尺寸和一个原始的表达式的积极波纹应变率的波纹因子。后者被写为一个产品的效率函数，占粘性效应和运动约束的彼得斯，最近的表达式的湍流应变强度。产生的分形维数和内部截止长度尺度的函数表达式，后者是（i）过滤器大小独立和（ii）在大和小Karlovitz数与Damköhler渐近行为一致。进一步提出了一种新的考虑有限雷诺数效应的湍流因子表达式。最后，该模型是成功地评估实验过滤数据库。
2014-12-28 physics.flu-dyn
Instantaneous turbulent kinetic energy modelling based on Lagrangian stochastic approach in CFD and application to wind energy
我们提出了一个原始的随机模型的瞬时湍流动能在一个给定的点的流的建设，我们验证了这个模型的估计方法与观测数据的例子。基于风能产业需要获取局部区域空气运动的相关统计信息，本文采用流体流动的拉格朗日描述，从物理学的$3$ D+时间方程出发，导出了给定位置瞬时湍流动能时间序列的$0$ D+时间随机模型。具体来说，基于拉格朗日随机描述的一个通用的流体粒子，我们推导出一个家庭的平均场动力学的湍流速度的平方范数为特征。通过近似平衡的动态特性的非线性项，我们恢复所谓的Cox-Ingersoll-Ross过程，这是以前在文献中提出的建模风速。然后，我们提出了一个校准程序的参数采用直接的方法和贝叶斯推断。特别是，我们显示的一致性的估计和验证模型，通过量化的不确定性，相对于在文献中给出的一些物理常数的湍流建模的值的范围。
2022-01-15 physics.data-an physics.flu-dyn
Modelling spatiotemporal turbulent dynamics with the convolutional autoencoder echo state network
University of Cambridge（剑桥大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；The Alan Turing Institute（艾伦·图灵研究所）
湍流的时空动力学是混沌的，难以预测。这使得精确和稳定的降阶模型的设计具有挑战性。本文的首要目标是提出一个非线性分解的湍流状态的降阶表示的动态。我们将湍流问题分为空间问题和时间问题。首先，我们计算潜在空间，它是湍流动力学所处的流形（即，它是湍流吸引子的数值近似）。潜在空间是通过一系列非线性滤波操作找到的，这些操作由卷积自动编码器（CAE）执行。CAE提供了空间上的分解。其次，我们预测的时间演化的湍流状态的潜空间，这是由回声状态网络（ESN）。ESN提供了时间上的分解。第三，通过组装CAE和ESN，我们得到一个自治的动力系统：卷积自动编码器回声状态网络（CAE-ESN）。这是湍流的降阶模型。我们在二维流动上测试了CAE-ESN。我们表明，经过训练，CAE-ESN（i）发现湍流的潜在空间表示，其自由度小于物理空间的自由度的1%;（ii）在准周期和湍流状态下都能准确地预测时间和统计上的流动;（iii）对不同的流动状态具有鲁棒性（雷诺数）;（iv）预测湍流所需的计算时间比求解控制方程少1%。这项工作开辟了新的可能性，非线性分解和降阶建模的湍流的数据。
2022-11-22 cs.LG nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulent scalar flux in inclined jets in crossflow: counter gradient transport and deep learning modelling
Stanford University（斯坦福大学）；Citrine Informatics（Citrine信息公司）
采用高分辨大涡模拟（LES）对横流中圆柱形倾斜射流在两种不同速度比（$r=1$和$r=2$）下的流动进行了研究。首先，湍流标量混合的调查揭示了以前观察到的，但无法解释的负湍流扩散率的现象。我们确定了两种不同类型的反梯度运输，普遍存在于不同的地区：第一，在整个迎风剪切层，是由交叉梯度运输;第二，靠近墙后注射，是由非本地效应。然后，我们提出了一种深度学习方法，通过调整先前开发的张量基神经网络来模拟雷诺应力，从而对湍流标量通量进行建模（Ling等人，2016 a）。这种方法使用具有嵌入式坐标系不变性的深度神经网络来预测张量湍流扩散率，该扩散率在用于训练的高保真数据中不可明确获得。在确保分析，矩阵扩散导致对流扩散方程的稳定解，我们采用这种方法在研究中的横流倾斜射流。结果表明，一个简单的模型相比，显着的改善，特别是在交叉梯度效应发挥重要作用的湍流混合。本文提出的模型不限于横流中的射流，它可以用于任何湍流中，其中考虑了标量的雷诺平均传输。
2020-09-28 cs.LG physics.flu-dyn
An investigation of subgrid mixing timescale modelling in LES of supersonic turbulent flames
针对超声速湍流燃烧中PaSR模型混合时间尺度估计不准的问题，提出基于梯度的估计方法，并在超声速混合层上验证其优于耗散率模型，能正确估计粗网格亚网格混合时间尺度。
2023-06-19 physics.flu-dyn
Data-driven reduced modelling of turbulent Rayleigh-Benard convection using DMD-enhanced Fluctuation-Dissipation Theorem
介绍了一种数据驱动的无模型框架，用于计算降阶模型（ROM），该模型能够准确预测对外部强迫或指定响应所需的强迫的时间平均响应，例如，在完全湍流中进行控制。该框架是基于使用波动耗散定理（FDT）的空间中的有限数量的模式从动态模式分解（DMD）。使用DMD模式作为基函数，而不是常用的适当的正交分解（POD）模式，解决了以前确定的问题，在应用FDT高维，非正常的湍流。采用DMD增强的FDT方法（FDT $_\mathrm{DMD}$），以水平平均温度为状态向量，计算了Rayleigh-Bénard对流系统的一维线性ROM，Rayleigh-Bénard对流系统的Rayleigh-Bénard数为$10^6$.计算的ROM在各种测试中表现良好，这种湍流，建议FDT $_\mathrm{DMD}$作为一个有前途的方法，开发ROM的高维，湍流系统。
2018-09-06 math.DS nlin.CD physics.ao-ph
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 relevance of lift force modelling in turbulent wall flows with small inertial particles
本研究通过直接数值模拟探讨湍流壁面流动中小惯性颗粒的升力建模问题，发现对于内尺度直径量级为1及更大的颗粒，升力在近壁区域显著影响颗粒动力学和动量输运，强调了采用真实升力模型对准确预测湍流调制的必要性。
2024-07-26 physics.flu-dyn
Stochastic modelling of a noise driven global instability in a turbulent swirling jet
本文提出了一种从极限环振荡的测量数据估计湍流中整体流体动力不稳定性的方法。为此目的，流动动力学分离的确定性的贡献代表的全球模式和随机的贡献代表的内在湍流强迫。随机模型的开发，占两者之间的相互作用，并允许确定从静态数据的流的动态特性。确定性的贡献是由一个振幅方程，它描述了振荡动力学的不稳定性，并在第二种方法中的平均场模型，它另外捕获的不稳定性和平均流校正之间的相互作用。随机贡献被认为是色噪声强迫，代表随机湍流扰动的谱特征。该方法适用于一个占主导地位的全球模式的湍流旋转射流。进行PIV测量以确保模式是最主要的相干结构，并且进一步的压力测量为模型校准提供长时间序列。超临界Hopf分岔确定从线性增长率的全球模式和测量和估计的统计数据之间的良好协议表明，该模型捕捉到相关的动态。这项工作表明，唯一的观察极限环振荡是不足以确定湍流的稳定性，因为随机扰动掩盖了实际的分歧点。然而，所提出的分离的动态模型中的确定性和随机性的贡献，允许识别的流动状态从静态测量。
2020-07-15 physics.flu-dyn
Prediction of turbulent energy based on low-rank resolvent modes and machine learning
本研究针对不可压缩槽道流动的湍动能预测问题，提出结合预解分析与机器学习的建模框架，以最优预解响应模式为基函数、神经网络确定权重，在摩擦雷诺数1000下的预测结果与直接数值模拟吻合良好，验证了框架的可行性与可靠性。
2024-03-08 physics.flu-dyn
A hybrid RANS/LES framework to investigate spatially developing turbulent boundary layers
一个混合RANS/LES框架开发的基础上，最近提出的改进的延迟分离涡模拟（IDDES）模型相结合的一种变体的回收和重新缩放方法产生的入流湍流。应用该框架研究了空间发展平板湍流边界层的动量厚度雷诺数（$R_θ = 31000$），并将结果与现有的实验数据进行了比较。在所有考虑的动量厚度雷诺数下，平均速度和表面摩擦力等全局量都得到了很好的一致性。雷诺应力分量的趋势是正确的。在高$R_{θ$ }时，剪应力分布在接近壁面的指示范围内显示出显著差异，以进一步改进此类方法中的近壁建模。
2014-08-04 physics.flu-dyn
Modelling friction and heat transfer in turbulent forced convection over porous lattices
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）
本研究通过直接数值模拟，提出用Forchheimer系数替代粗糙度高度，将粗糙壁理论扩展至多孔表面，推导出摩擦系数与斯坦顿数公式，验证多孔基底可有效增强湍流传热。
2026-09-22 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
Effects of thermochemical modelling on a hypersonic shock-wave/turbulent boundary-layer interaction
Sapienza University of Rome（罗马大学）；ONERA, The French Aerospace Lab（法国航空航天实验室）
通过直接数值模拟研究有限速率化学反应、热完全气体和量热完全气体三种热化学模型对高超声速激波/湍流边界层相互作用的影响，发现化学反应模型导致分离泡更小、壁面热流更低等系统性差异。
2026-06-29 physics.flu-dyn
Modelling Lagrangian velocity and acceleration in turbulent flows as infinitely differentiable stochastic processes
我们开发了一个随机模型的拉格朗日速度，因为它是在实验和数值充分发展的湍流中观察到的。我们将其定义为因果动力学的唯一统计平稳解，由随机微分方程给出。与先前提出的随机模型相比，所得到的过程在给定的有限雷诺数下是无穷可微的，并且其二阶统计特性收敛于无限雷诺数极限下的Ornstein-Uhlenbeck过程。在这个极限下，它还表现出间歇性的缩放特性，因为它们可以使用高阶统计量来量化。为了实现这一点，我们首先通过考虑无限层数来推广Sawford（1991）的双层嵌入随机过程。然后，我们研究，在理论上和数值上，收敛到一个光滑的（即无限可微）高斯过程。为了包括间歇性校正，我们遵循与Bacry等人（2001）的多重分形随机游走类似的考虑。我们得出一个确切的方式，这个过程中的统计特性，并将它们与那些从数值模拟的湍流中提取的拉格朗日轨迹估计。关于加速关联函数和高阶结构函数的多重分形形式主义的关键预测也来自。通过这些预测，我们理解了耗散范围内波动的现象学上的特殊行为，这些行为不是由我们的随机过程再现的。所提出的理论方法，关于无限可微性的建模开辟了路线，充分随机建模的速度，包括特殊的行动粘度非常精细的尺度。
2020-08-11 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Formation of spanwise vorticity in oblique turbulent bands of transitional plane Couette flow, part 2: modelling and stability analysis
本文模拟了转捩面库埃特流斜带和斜斑的紊流条纹中展向涡量的形成。设计了一个功能模型来模拟条纹中的相干流。模型的控制参数是从直接数值模拟（DNS）的统计数据中提取的。雷诺应力的建议，以研究这种额外的力维持基流的不稳定性的影响。局部（准平行）的时间稳定性分析，该模式进行调查的展向涡量的线性发展。结果表明，平均剖面，即使他们有一个拐点，是稳定的：剪切层内的速度条纹是负责涡度的形成。重点放在对流或绝对性质的不稳定性，这取决于在带中的位置。这表明，在完全湍流和层流之间的区域中发生了从对流到绝对不稳定的转变。最不稳定的模式的群速度比较好的展向涡度在DNS测量的平流速度。通过对一个典型带的全局（非平行）稳定性分析，完成了这项研究。最后，根据这些结果讨论了剪切流局部低雷诺数湍流维持的可能周期。
2015-11-18 nlin.PS physics.flu-dyn
Investigation of flow structures in a turbulent separating flow using hybrid RANS-LES model
混合雷诺平均N-S大涡模拟（RANS LES）方法由于其计算量小、精度高而成为高雷诺数下大规模分离流场模拟的主流方法。本研究的目的是检查性能的LES和混合RANS LES模式在一个给定的网格分辨率。为了更好地评估和对比模型性能，对平均流场和瞬时流场进行了研究。为了研究瞬时流动，本征正交分解已被使用。目前的分析表明，混合RANS LES是能够实现类似的精度预测的平均和瞬时流场在一个非常粗糙的网格相比，LES。主要集中在计算的实际应用中，大部分注意力都集中在一点流统计的预测上，很少考虑两点统计。在这里，两点统计已被认为是使用POD调查非定常湍流。
2021-02-18 physics.flu-dyn
Reduced-order modeling of a viscoelastic turbulent jet with hybrid machine learning models
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
本文提出混合降阶模型加速粘弹性湍流喷射模拟，结合模态分解与深度网络，通过 Proper Orthogonal Decomposition 获取数据紧凑表示，并训练神经网络预测低维空间的模态系数，验证了混合模型在捕捉长时行为方面的有效性。
2026-04-29 physics.flu-dyn
Inertia-driven and elastoinertial viscoelastic turbulent channel flow simulated with a hybrid pseudo-spectral/finite-difference numerical scheme
由于粘弹性本构方程的双曲线性质，粘弹性流动的数值模拟具有挑战性。尽管伪谱方法具有优越的精度和效率，但在双曲问题中需要引入人工扩散（AD）以实现数值稳定性，这改变了系统的物理性质。本研究提出了一种混合的数值方法，集成了迎风总变差递减（TVD）有限差分格式，这是已知的双曲问题的稳定性，聚合物应力对流项到一个整体的伪谱数值框架。数值稳定的解决方案，获得了Weissenberg数远远超过O（100），而不需要无论是全球或本地AD。并排与现有的伪谱代码的比较揭示了AD的影响，这是显着不同的流动制度。当使用AD时，在稳定伪谱方法所需的任何水平上，弹性惯性湍流（EIT）都被非物理地抑制。这归因于急剧压力冲击在其自我维持周期中的重要性。然而，在由经典惯性机制主导的湍流产生机制中，仍然存在可接受的AD范围，该范围可以安全地用于预测减阻湍流的统计、动力学和结构。详细的数值分辨率分析的新的混合方法，特别是捕捉EIT状态，也被提出。
2020-10-19 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
LES-FGM modelling of non-premixed auto-igniting turbulent hydrogen flames including preferential diffusion
本文首次研究基于均质反应器的表格化方法在自燃湍流氢气射流中的应用，提出结合贫燃侧0D反应器与富燃侧1D火焰面外推构建FGM流形，并与LES耦合，验证了其在点火延迟和稳态燃烧预测中的准确性。
2024-11-20 physics.flu-dyn
Scaling and modelling of turbulent flow over a sparse canopy
采用直接数值模拟方法研究了稀疏冠层内和冠层上方的湍流流动。冠内雷诺数与粘性应力的平衡与光滑壁面相似。由此，提出了基于它们的局部和的缩放。使用基于总应力的传统比例，通常报道与光滑壁相比，在座舱盖内的速度波动减小。然而，当使用建议的高度相关缩放时，波动更接近于光滑壁的波动。这表明，在很大程度上，冠层的影响可以归结为局部尺度的修正，而不是冠层要素与湍流的直接相互作用。在此基础上，提出了一种模型，该模型由单独作用于平均流的阻力组成，旨在产生正确的缩放而不直接修改波动。该模型被示出，以估计内的波动冠比传统的，气动阻力模型。然而，均质化方法不能再现冠层元素的局部效应。为了捕捉这些，提出了另一种模型，适用于平均只有阻力的冠层几何形状的截断表示。
2018-10-23 physics.flu-dyn
A Divide-and-Conquer Machine Learning Approach for Modelling Turbulent Flows
提出一种基于分治技术的区域化机器学习方法用于RANS湍流建模，通过划分流动域并训练局部模型，显著提升了雷诺应力各向异性等物理量的预测精度。
2024-08-24 physics.flu-dyn
Modelling of the turbulent burning velocity based on Lagrangian statistics of propagating surfaces
基于传播面的拉格朗日统计量，提出了均匀各向同性湍流（HIT）中湍流燃烧速度的预测模型$S_T$。具有恒定位移速度的传播表面最初布置在一个平面上，并且它们以非反应性HIT演化，表现得像平面预混火焰前缘的传播。$S_T$模型中的普适常数表征了湍流对预混火焰面积增长的增强作用，它们由传播表面的拉格朗日统计量确定。然后，火焰面积建模的面积的传播表面在截断时间。这个截断时间信号的传播表面的演化几何的统计稳定状态，它是由一个明确的表达式，使用非常弱和强湍流的限制条件建模。$S_T$模型中的另一个参数表征燃料化学对$S_T$的影响，并且它由来自弱湍流中的实验或直接数值模拟（DNS）的$S_T$的非常少的可用数据点预先确定。所提出的模型进行了验证，使用三个DNS系列的湍流预混火焰与各种燃料。$S_T$的模型预测在很宽的预混燃烧区域内与DNS基本一致，并且它捕捉了$S_T$在湍流强度方面的基本趋势，包括弱湍流的线性增长和强湍流的“弯曲效应”。
2019-11-01 physics.flu-dyn
Turbulence Modelling of Mixing Layers under Anisotropic Strain
University of Sydney（悉尼大学）；CSIRO Environment（澳大利亚联邦科学与工业研究组织环境部门）；Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）
研究探讨了各向异性应变对湍流混合层发展的影响，采用K-L湍流模型分析了不同闭合方法对湍流长度尺度压缩的影响，发现横向应变闭合方法能提升模型性能，而轴向应变闭合方法则有负面影响。
2025-02-19 physics.flu-dyn
Modelling stellar convective transport with plumes: I. Non-equilibrium turbulence effect in double-averaging formulation
对流中的羽流被认为与对流中的湍流输送有关。本文采用时空双平均方法研究对流湍流中的有效质量、动量和热量输运，将场量分解为时空平均场、色散或相干涨落和随机或非相干涨落三部分。在这个框架下，湍流关联的平均场方程被分为色散/相干和随机/非相干的关联部分。本文将羽流视为相干脉动，借助于非平衡效应，建立了对流湍流的输运模型，在湍流输运系数的模拟中考虑了湍流特性沿平均流的变化。在这项工作中，第一次，沿羽流运动的湍流特性的变化被纳入湍流输运系数的表达式。这个非平衡模型适用于恒星对流。表面冷却驱动的对流的一个显着特征是表层以下增强的和局部的湍流质量通量，这根本无法通过通常的涡流扩散率模型和混合长度理论（MLT）来重现，但可以很好地重现本模型。我们的研究结果表明，将羽流运动纳入湍流输送模型是一个重要的和非常相关的平均场论的扩展超出了启发式梯度输送模型与MLT。
2022-04-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Resolvent-based modelling of coherent wavepackets in a turbulent jet
从实验测量中提取了雷诺数为460000和马赫数为0.4的射流中的相干湍流波包结构，并将其建模为平均流周围的线性波动。线性模型是基于谐波最优强迫结构和它们相关的流量响应在个人Strouhal数，从分析的全球线性预解算子。这些强迫响应波包（“预解模式”）首先讨论有关的物理机制，提供能量增益的射流中的流动扰动。模态剪切不稳定性和非模态奥尔机制被确定为占主导地位的元素，干净的最佳和次优的强迫响应对之间的分离。谱协方差动力学框架内的理论发展，然后阐明了线性谐波强迫响应结构和随机湍流波动的交叉谱密度（CSD）之间的联系。在给定的Strouhal数的CSD的低秩模型制定从截断的线性预解模式集。相应的实验CSD矩阵构造从广泛的两点速度测量。他们的本征模（光谱适当的正交或SPOD模式）表示相干波包结构，这些相比，从线性模型得到的对应物。密切的协议被证明在范围内的“优选模式”Strouhal数，约为0.4的值，从实验中推导出的领先的相干波包结构之间，从线性分解为基础的模型。
2019-06-06 physics.flu-dyn
Challenges in Modelling and Simulation of Turbulent Flows with Spatially-Developing Coherent Structures
这项工作的目的是调查的尺度分辨模拟（SRS）的湍流尾流驱动的空间发展的相干结构所遇到的挑战。SRS的实际利益是明确旨在有效地计算这样的流量，解决只有最重要的功能的相干结构和建模的其余部分作为随机场。SRS方法的成功取决于三个重要因素：i）识别产生相干结构的关键流动机制的能力; ii）确定充分捕获相干结构的关键元素所需的最佳分辨率范围; iii）确保模拟部分几乎完全由完全发展的随机湍流组成。本研究考虑了圆柱绕流的典型情况，以解决这三个关键问题。首先用实验证据证明了涡脱落不稳定性和流动结构发展包括四个重要阶段。进行一系列分辨率逐渐增加的SRS计算。一个先验的基础上定位的相干结构发展的起源提出和检查。该判据基于相干结构是由Kelvin-Helmholtz（KH）不稳定性产生的这一事实。最重要的发现是，相干结构的关键方面可以解决，只有当有效的计算雷诺数超过临界值的KH不稳定性的层流。最后，一个定量的标准评估的性质的未解决的领域的基础上的应变率比的平均值和未解决的领域进行检查。这两个条件和基本原理提供了一个定量的基础，制定“良好的做法”的指导方针，SRS的复杂湍流尾迹流相干结构。
2017-12-13 physics.flu-dyn
On modelling transitional turbulent flows using under-resolved direct numerical simulations: The case of plane Couette flow
直接数值模拟已被证明对我们理解有壁流动向湍流的转变有不可估量的帮助。虽然通过局部点从层流到湍流的过渡动力学可以在有限范围的域中利用合理的计算资源进行研究，但在接近实验室条件下的湍流衰减研究需要考虑如此宽的域，以排除求助于完全解析的模拟。使用Gibson的C++代码GifelFlow，我们在定量水平上研究了控制降低数值分辨率对平面Couette流中湍流衰减的影响。我们表明，描述交叉流依赖的切比雪夫多项式的数量可以大大减少，同时保留所有的定性特征的解决方案。特别是，在过渡范围的上部实验观察到的倾斜湍流带制度是非常强大的。在雷诺数方面，可以看出，分辨率降低会产生上阈值Rt和下阈值Rg的规则向下移动，其中条带出现并分解。该研究说明了两个初步实验的结果。
2010-10-11 nlin.PS physics.flu-dyn
Image Convolution-Based Method and Statistical Modelling for Experimental Height Estimations of Laminar to Transition-to-Turbulent Regime Diffusion Flames
本文提出了一种实验方法来测量火焰的高度，使用卷积图像处理和统计分析。实验装置采用具有四个圆形布置的喷嘴的燃烧器。采用六种不同的体积燃料流量，并从三个不同的可视化平面，利用三个高清晰度相机阵列，热成像相机和图像处理算法捕获火焰图像。使用像素量化和通过参考长度的转换来间接测量火焰高度。虽然燃料流量是最重要的因素，可视化平面和图像源也被发现是特别相关的，因为某些火焰特征只能根据方法感知。将测量结果与不同的现有理论相关性进行比较，得出的总体调整范围为3.25至3.97厘米。本方法产生的总体统计公差为1.27厘米和0.599厘米的扩展不确定度。此外，热成像显示了2.54 cm的整体发光可观察火焰的一致差异。对于这种特殊的燃烧器配置，通过统计建模得到相关性，其解释了火焰高度波动，平均设置为97.23%。
2020-09-07 physics.flu-dyn
Quantum machine learning for efficient reduced order modelling of turbulent flows
Tongji University（同济大学）
本文提出量子机器学习与降阶建模结合的新框架，实现湍流预测的高效准确建模。
2025-11-23 physics.flu-dyn quant-ph
Hybrid time series from PIV for characterization of turbulent flow fields: ASTRA -- Approach using Spatially and Temporally Resolved Advection
粒子图像测速技术（PIV）在研究湍流结构中的应用越来越广泛。PIV可以直接提取和研究给定流场中的空间结构。提高PIV系统的时间分辨率可以更准确地捕捉流场演化。尽管PIV具有很好的空间分辨率，但当前的系统只能在很短的时间内匹配热线或激光多普勒风速计（LDA）测量的多个$kHz$采样率。在这项研究中，平流为基础的方法，它使用泰勒的假设“冻结湍流”的小尺度湍流模式。与基本的原始数据相比，所提取的时间序列的时间分辨率大幅增加。所提出的方法的质量显示为两点分析，这将是不可能的，目前已知的方法。为了证明这一点，不同的湍流情况下，后面的分形网格进行了研究。为了验证结果，使用了沿中心线不同位置的相应热线测量。
2021-12-09 physics.flu-dyn
Lagrangian filtered density function for LES-based stochastic modelling of turbulent dispersed flows
当直接数值模拟（DNS）的计算费用变得过于昂贵时，基于大涡模拟（LES）的欧拉-拉格朗日方法是研究湍流离散流动最有前途和可行的数值工具之一。然而，这种方法的适用性是有限的，如果子网格尺度（SGS）的流动粒子动力学的影响被忽略。在本文中，我们建议考虑到这些影响的拉格朗日随机SGS模型的粒子运动方程。该模型扩展到颗粒负载流的速度过滤密度函数方法最初开发的反应流。基本的过滤密度函数模拟通过拉格朗日蒙特卡罗程序，解决了一组随机微分方程（SDES）沿个别粒子的轨迹。由此产生的模型进行测试的参考情况下，湍流槽流，使用混合算法，其中的流体速度场是由大涡模拟提供的，然后用于提前的SDES的时间。模型的一致性进行评估，在零惯性粒子的限制，当“重复字段”可从欧拉LES和拉格朗日跟踪。惯性粒子的测试进行了检查的模型捕捉粒子的优先浓度和近壁偏析的能力。与DNS为基础的统计相比，我们的结果表明，提高了精度和显着减少的错误的情况下，没有SGS模型中使用的粒子运动方程。
2016-07-07 physics.flu-dyn
Physics informed data-driven near-wall modelling for lattice Boltzmann simulation of high Reynolds number turbulent flows
本文提出一种结合物理信息的神经网络数据驱动框架，用于高雷诺数湍流格子玻尔兹曼方法的近壁建模，大幅减少训练数据需求并准确预测大范围雷诺数下的壁面行为。
2024-02-12 physics.flu-dyn
Modelling and analysis of turbulent datasets using ARMA processes
我们介绍了一种新的方法来提取信息的湍流数据集应用ARMA统计分析。这种分析远远超出了平均流量和波动的分析，并将记录的时间序列的行为与能够描述数据集中相关结构的随机微分方程的离散版本联系起来。我们引入了一个新的不稳定性参数$Υ$，测量结果分析和Obukhov模型的湍流，最简单的随机模型再现理查森定律和Kolmogorov谱之间的差异。我们测试的方法在冯卡门旋流实验测量的数据集。我们发现，ARMA分析是很好的相关性与空间结构的流量，并可以区分两个不同的流量具有可比的平均速度，通过改变强迫。此外，我们发现，在剪切层涡存在的区域中，不稳定性参数是最高的，从而建立了不稳定性校正和相干结构之间的联系。我们发现，一些显着的特征的分析时，考虑全球而不是当地的可观的保留。最后，我们分析了流动配置与多稳定性的ARMA技术是有效的，在区分不同的稳定分支的系统。
2014-09-16 physics.data-an physics.flu-dyn
Persistence and bimodality of large-scale turbulent structures across a Rayleigh-Taylor layer: Impact on transport and physical modelling through two-field-conditional correlations
本文针对瑞利-泰勒不稳定性湍流混合层的双模态涨落，提出双结构指示函数与滤波场阈值重构方法，并通过直接数值模拟获得结构条件平均统计量，为双结构RANS模型提供首个参考数据。
2024-11-25 physics.flu-dyn
Energy transfer in turbulent channel flows and implications for resolvent modelling
我们分析了两种类型的平面Poiffille流的尺度间能量传递：Park和Graham（2015）的P4 U精确相干态和最小通道中的湍流。对于这两种流动，占主导地位的能量产生模式是流向恒定的条纹，展向间距约为100个壁单元。由于这些尺度的粘性耗散不足以平衡生产，非线性项将多余的能量重新分配到其他尺度。展向常数尺度（即展向波数为零的Tollmien-Schlichting样模式），特别是占非线性项的净能量增益的显着数量。我们比较的能量平衡预测预解式分析，我们表明，它不模拟能量转移。然而，我们发现，从流向恒定条纹的能量转移可以合理地预测Cess涡动粘度分布。因此，涡动粘性是一个有效的模型，在预解式分析的非线性项，并解释了最有力的流向恒定条纹的良好预测。它还提高了预解模式的结构，其流向长度大于其展向宽度的基础上，抵消非正常的预解算子。涡粘性不尊重非线性能量传递的保守性质，其在所有尺度上必须总和为零。因此，对于从非线性项接收能量的标度，它是不太有效的。
2020-04-28 physics.flu-dyn
On the dependence of third- and fourth-order moments on stability in the turbulent boundary layer
在这篇简短的综述中，我们认为大气边界层中湍流的三阶矩和四阶矩之间的关系取决于稳定性。这可以解释数据集之间的一些差异，并为建模改进提供了关键点。
2005-01-31 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Joint PDF modelling of turbulent flow and dispersion in an urban street canyon
采用新发展的粒子蒙特卡罗方法计算了城市街道峡谷中被动标量的湍流速度和浓度的联合概率密度函数。与矩闭包相比，PDF方法提供了包含所有高阶矩和相关性的基础场的完整的一点一次PDF。小规模混合的标量从一个集中的源释放在街道一级的模拟通过交换与条件均值（IECM）模型的相互作用，与微观混合时间尺度设计的几何复杂的设置。边界层沿无滑壁（建筑物侧面和顶部）是完全解决使用椭圆松弛技术，它捕获的高各向异性和不均匀性的雷諾应力张量在这些地区。本文还探讨了一种基于壁面函数的计算量较小的技术来表示边界层及其对解的影响。计算的统计数据与实验数据和大涡模拟进行了比较。目前的工作可以被认为是第一个例子的计算的完整的联合PDF的速度和运输被动标量在城市环境中。该方法被证明是成功的，在复杂的城市场景中的湍流和污染物浓度场提供高层次的统计信息。
2010-03-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Hybrid Reduced-Order Models for Turbulent Flows Using Recurrent Neural Architectures
本文提出将POD-Galerkin降阶模型与LSTM循环神经网络结合的物理引导机器学习混合模型，用于雷诺数1000圆柱绕流湍流预测，并证明其优于传统ROM和LES启发ROM。
2025-03-07 physics.flu-dyn
Hybrid POD-FFT analysis of nonlinear evolving coherent structures of DNS wavepacket in laminar-turbulent transition
本文研究了Blasius边界层中层流湍流转捩波包的直接数值模拟（DNS）数据。这个波包分解成一组“模式”（跨越近似解空间的基础）可以通过多种方式实现。两个众所周知的工具是快速傅立叶变换（FFT）和适当的正交分解（POD）。为了协同这两种方法的优势，混合POD-FFT是开创性的，使用FFT作为解释POD模式的工具。POD-FFT自动识别流中的著名基波、次谐波和Klebanoff模式，即使它对底层物理是盲目的。此外，POD-FFT进一步将波包的次谐波内容分成三个相当不同的部分：类似于Lambda涡旋的正失谐模式、Craik型调谐模式和Herbert型正负失谐模式对，按能量降序排列。这种区别是不太广泛的认可，但它提供了一个可能的解释轻微的正失谐的次谐波模式经常在以前的实验和模拟中观察到。
2017-10-02 physics.flu-dyn
Hybrid High-Order formulations with turbulence modelling capabilities for incompressible flow problems
本研究提出不可压缩Navier–Stokes方程的混合高阶（HHO）公式，采用混合空间离散与ESDIRK时间离散，具备压力鲁棒性等多项优良特性，经测试验证后完成了雷诺数1600的Taylor–Green Vortex流动模拟，适用于湍流高保真计算。
2025-07-31 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
VIVALDy: A Hybrid Generative Reduced-Order Model for Turbulent Flows, Applied to Vortex-Induced Vibrations
PPRIME Institute, CNRS, Université de Poitiers, ISAE-ENSMA（PPRIME研究所，法国国家科学研究中心，普瓦捷大学，ISAE-ENSMA）；University of Michigan（密歇根大学）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）
本文提出VIVALDy模型，结合β-VAE-GAN和Transformer，用于降阶建模湍流流动，应用于涡激振动能量收集系统。
2026-04-10 physics.flu-dyn
Modelling the response of a turbulent jet flame to acoustic forcing in a linearized framework using an active flame approach
本研究进行了线性分析的湍流反应甲烷-空气射流火焰，预测的反应流上游声激励的响应的目标。考虑热释放波动是一个重要的组成部分时，调查热声不稳定性和火焰噪声的线性化框架。与以前的研究不同，这项工作开发并应用了一种主动火焰方法，这意味着考虑了由声学波动引起的火焰的热释放振荡。为了在线性框架中产生主动火焰方法，需要将燃烧模型线性化。结果表明，线性化的大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）燃烧模型会导致封闭问题，使他们的应用在线性化的框架麻烦。然而，雷诺平均Navier Stokes（RANS）燃烧模型，证明绕过这个问题，这使得他们适合用于此目的的候选人。RANS燃烧模型围绕湍流射流火焰的时间平均流进行线性化，该时间平均流由LES获得。一个先验分析表明，线性化的RANS涡破裂（EBU）模型是最适合所有研究的燃烧模型的调查设置和再现高精度的波动反应速率中获得的LES。此外，包括用于反应速率的线性化EBU模型的流的线性化控制方程针对传入的声学扰动被求解。响应模式表明，反应速率振荡是由Kelvin-Helmholtz涡环扰动射流火焰引起的。计算结果与大涡模拟结果在反应速率和速度脉动的模态振型方面吻合较好。
2022-12-01 physics.flu-dyn
Modelling of Interfacial Flows Based on An Explicit Volume Diffusion Concept
提出了一种新的流体体积模型（VoF），即显式体积扩散（EVD）模型，用于模拟包括湍流和初级喷雾雾化在内的界面流动。EVD模型是通过在物理定义的长度尺度上对VoF方程进行体积平均而得出的。这引入了未闭合的子体积通量、子体积应力和体积平均表面张力力。由于湍流运动和其他界面动力学，通常可以发生在层流和湍流中，从而产生子体积波动。这两种类型的波动都被体积平均过程衰减。子体积通量由梯度扩散模型封闭，并且涉及与物理长度尺度相关的显式体积扩散系数。子体积应力封闭引入了一个明确的体积粘度增加的湍流粘度在湍流。体积平均表面张力力闭合是基于褶皱子体积界面的分形性质。这些封闭通过一系列的二维层流和三维湍流界面剪切流的解析流模拟的先验分析进行评估。随后，充分EVD模拟验证这些剪切流和实验室气流喷射。数值收敛表明，保持物理长度尺度不变，同时减少数值网格的大小，使数值扩散减少，并成为压倒显式体积扩散。还进行了灵敏度分析的物理长度尺度的变化，这是比较的边界层厚度的轻流体侧的接口。
2021-04-19 physics.flu-dyn
A Statistical Analysis Towards Modelling the Fluctuating Torque on Particles in Particle-laden Turbulent Shear Flow
颗粒相在湍流中的动力学特性受流体相的脉动速度场和涡量场的影响很大。目前的工作主要集中在探索的可能性，应用Langevin型的随机扭矩模型来预测颗粒相的旋转动力学。为了实现这一目标，直接数值模拟（DNS）进行了颗粒负载的湍流剪切流与雷诺数，$Re_δ=750$在亚Kolmogorov尺寸的惯性颗粒（斯托克斯数>>1）的存在。颗粒间和壁-颗粒相互作用也被认为是弹性的。从粒子的旋转运动方程出发，我们得到了这样的表达式，其中粒子的波动角加速度波动$α'_i$表示为粒子的波动旋转速度$ω'_i$和流体角速度$Ω'_i$的线性组合与粒子旋转弛豫时间$τ_r$的比值。使用p.d.f图和基于Jensen-Shannon散度的方法进行分析，以评估颗粒净旋转加速度分布$f(α'_i)$的相似性，其中（i）由在颗粒-拉格朗日坐标系$f(Ω'_i/τ_r)_{pl}$中计算的波动流体角速度引起的颗粒加速度分量的分布，（ii）波动颗粒角速度$f(ω'_i/τ_r)_{pl}$，以及（iii）流体角速度$(Ω'_i/τ_r)_{e}$，在流体欧拉网格中计算。分析得出的结论是，可以使用预先估计的强度用高斯白噪声对$f(α'_i)$进行建模，该强度可以根据$(Ω'_i/τ_r)_{e}$的时间相关性来计算。
2021-06-05 physics.data-an physics.flu-dyn
A non-hybrid method for the PDF equations of turbulent flows on unstructured grids
在湍流的概率密度函数（PDF）方法中，多个流动变量的联合PDF是通过数值积分拉格朗日粒子的随机微分方程组来计算的。提出了一套并行算法，以提供一个有效的解决方案的PDF传输方程，建模的联合PDF的湍流速度，频率和浓度的被动标量在几何复杂的配置。采用非结构化欧拉网格来提取欧拉统计，以求解在域的固定位置处表示的量（例如，平均压力）并跟踪粒子。关于网格的所有三个方面都使用了有限元法（FEM），该有限元法采用最简单的线性FEM形状函数。为了模拟标量的小尺度混合，采用了条件平均交换模型。提出了一种计算速度条件标量均值的自适应算法，该算法在样本空间上均匀化统计误差，而不假设底层速度PDF的形状。与求解PDF方程的其他混合粒子-单元方法相比，该方法具有一致性，不需要一致性条件。通过计算两种不同的湍流（充分发展的湍流槽道流和街道峡谷（或空腔）流）中集中源释放的被动标量的色散，对该算法进行了测试。详细介绍了估计条件和无条件统计，粒子跟踪和粒子数控制的数学细节。基于缓存的共享内存机器的性能和并行性的相关方面进行了讨论。
2010-06-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Are Lagrangian stochastic models at odds with statistical theories of relative dispersion?
在一篇关于湍流相对弥散的统计建模的文章中，Franzese & Cassiani（2007，第402页）对拉格朗日随机模型进行了评论，并报告了对湍流弥散的统计和随机建模之间一致性的一些担忧。在这篇简短的文章中，对这两种方法进行了比较。就模型对湍流常数的依赖性而言，这两种理论方法是完全一致的，排除了一切可能的顾虑。
2013-07-06 physics.flu-dyn
A hybrid finite-difference/boundary element procedure for the simulation of turbulent MHD duct flow at finite magnetic Reynolds numbers
提出了一种保守的有限差分-边界元耦合计算方法，用于模拟有限磁雷诺数下直矩形管道中的湍流磁流体动力学流动。流动被假定为在流向方向上是周期性的，并且由平均压力梯度驱动。管道壁被视为电绝缘。分别由Navier-Stokes方程和磁感应方程描述的速度和磁场的共同演化，以及导电域和非导电外部之间的磁场的耦合，使用磁场公式来求解。目的是模拟局部磁场与湍流管道流相互作用。在低磁雷诺数的极限情况下，通过与使用与外部无耦合的准静态方法获得的结果进行比较，对数值方案的实施进行了详细的验证。与非局部磁边界条件的严格程序与简化的伪真空边界条件进行了比较，并量化的差异。我们首次对中等磁场雷诺数和低流动雷诺数下的哈特曼管道湍流进行了直接数值模拟，结果表明，即使在流动与磁场之间的低相互作用水平下，管道湍流也存在显著差异
2015-10-05 physics.flu-dyn
PDF modeling of near-wall turbulent flows: A New model, Weak second-order scheme and a numerical study in a Hybrid configuration
在这项工作中，我们讨论了一些有关的随机建模的一相和两相湍流。在随机建模的框架下，也称为PDF方法，我们提出了一个新的朗之万模型，包括所有的粘性效应，因此是一致的粘性纳维-斯托克斯方程。在第二部分的工作中，我们展示了如何开发一个二阶无条件稳定的数值计划的随机方程。数值格式的准确性和一致性的分析证明。在本文的最后一部分，我们用所提出的粘性方法研究了槽道中的流体流动。选择了一种特殊的方法：用欧拉方法求解流动，然后用提出的拉格朗日模型求解流动，该拉格朗日模型使用一些欧拉量。在这种方式中，注意力集中在混合欧拉/拉格朗日方法的一致性问题。结果表明，耦合确实是重要的，耦合的拉格朗日模型的欧拉之一，这是不一致的相同的湍流物理会导致很大的误差。这部分工作补充了最近的一篇文章[Chibbaro和Minier提交的多相流国际杂志（arXiv：0912.2045）]
2010-09-12 physics.flu-dyn
A Hybrid POD-Autoencoder Framework for Reduced Order Modeling of Turbulent Flow via Strategic Field Decomposition
University of Macau（澳门大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；Sun Yat-Sen University（中山大学）；Tsinghua University（清华大学）；Zhuhai UM Science and Technology Research Institute（珠海UM科学技术研究院）
提出一种混合POD-自编码器降阶建模框架，通过按时间特征分解流场并分别预测，在雷诺数110的湍流槽道流中实现更准确稳健的长期统计预测。
2026-09-09 physics.flu-dyn
Acceleration statistics of material particles in turbulent flow
能够准确地模拟和预测由湍流输送的分散夹杂物的动力学，仍然是一个具有重要科学、环境和经济问题的挑战。一个关键和难点是正确地描述粒子在很宽的尺寸和密度范围内的动力学。我们的测量结果表明，分散在湍流中的颗粒的加速度统计确实表现出特定的尺寸和密度的影响，但它们保留了一个非常强大的湍流签名与对数正态波动，无论颗粒的尺寸和密度。这在离散夹杂物的湍流运输的建模方面具有重要的后果。
2008-05-07 physics.flu-dyn
Machine-learning-based simulation of turbulent flows over periodic hills using a hybrid U-Net and Fourier neural operator framework
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Harbin Engineering University Qingdao Innovation and Development Base（哈尔滨工程大学青岛创新发展基地）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Nanchang Hangkong University（南昌航空大学）
本文提出一种基于机器学习的LES框架，利用混合U-Net和傅里叶神经算子（HUFNO）框架快速模拟周期性山丘上的湍流流动，相比传统模型在预测湍流统计、能量谱和分离结构方面更高效且准确。
2026-03-16 physics.flu-dyn
Koopman-Based Surrogate Modelling of Turbulent Rayleigh-Bénard Convection
Technische Fakultät Bielefeld University（比勒费尔德大学工程学院）
本文将LRAN用于不同湍流强度的RBC流动降阶代理建模，并与KDMD比较，发现LRAN在强湍流下预测更准确，为基于模型的流动控制提供可能。
2024-05-10 cs.LG physics.flu-dyn
