Turbulent cascade and energy transfer rate in a solar coronal mass ejection
2012年7月6号风探测器探测到的日冕物质抛射（CME）之前、期间和之后的湍流特性进行了研究。研究了结构函数的幂律标度，提供了速度、磁场和密度涨落的功率谱密度和平坦度的信息。在前、尾太阳风以及CME鞘层和磁云中，证明了不可压缩各向同性磁流体动力学湍流的3阶矩标度律。这表明湍流在激波后可以充分发展，或者说鞘层和云区的湍流即使在与太阳风等离子体混合的过程中也能保持稳定。因此，在每个区域中评估湍流能量传递率12。CME鞘层显示出能量转移率的增加，正如13从较低水平的阿尔夫维尼克波动中预期的那样，并表明激波-风相互作用作为14湍流级联的额外能量来源。
2021-10-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Thermal boundary layer structure in low-Prandtl-number turbulent convection
本文通过在二维方箱中直接数值模拟瑞利数（$Ra$）到$10^9$的Rayleigh-Bénard对流，研究了Prandtl数（$Pr$）为0.021时热边界层的结构.在流动中的大规模流通分为三个不同的区域的水平板，我们观察到，当地的热BL厚度在羽流喷射区域大于那些在羽流的影响和剪切为主的地区。此外，局部BL宽度随着$Ra^{-β(x)}$减小，其中$β(x)$取决于板处的位置。我们发现，$β(x)$在冲击区和剪切区几乎相同，并且小于弹射区。因此，当地的BL宽度减少更快地在喷射区域比那些在剪切和冲击区域，我们估计，热BL结构将是均匀的整个水平板$Ra \geq 8 \times 10^{12}$在我们的低$Pr$对流。我们比较的热BL公司在不同的位置在板与普朗特-Blasius-Pohlhausen（PBP）的配置文件，并发现偏差无处不在的所有瑞利数。然而，如Zhou \& Xia（{ \it Phys. Rev. Lett.}，vol.104，2010，104301），与剪切和冲击区域中所有瑞利数的PBP分布很好地一致，而它们在喷射区域中仍然偏离。我们还发现，尽管随着$Ra$的增加波动越来越大，但低$Pr$对流中的热边界层是过渡性的，尚未完全湍流。
2021-01-08 physics.flu-dyn
The 3D structure of turbulent channels up to $\mathrm{Re}_τ=4000$
给出了从$\mathrm{Re}_τ=180$到$\mathrm{Re}_τ=4000$湍流通道的几个时间分辨流体动力学视频。这些视频显示了通道一半（仅显示了底壁）中扫描（蓝色）和喷射（红色）的时间演变。颜色从靠近墙的点的深色变为到达通道中心的点的亮色。随着雷诺数的增加，尺度分离变得更加明显，观察到的动力学的复杂性上升。
2012-10-12 physics.flu-dyn
Physics-based distinction of nonequilibrium effects in near-wall modeling of turbulent separation bubble with and without sweep
本研究通过RD分解分析有/无sweep的湍流边界层分离的非平衡效应，明确空间增长项对近壁建模的关键作用，并用壁模LES验证了PDE壁面模型的预测优势。
2024-03-08 physics.flu-dyn
On The Critical Reynolds Number For Transition From Laminar To Turbulent Flow
在这种可视化中，从层流到湍流的转变的特征在于壁面流体间歇地喷射到外部流中。粘性流层的归一化厚度达到渐近值，但物理厚度在过渡后呈指数下降。临界过渡管雷诺数可以简单地通过将其与粘性流层归一化厚度的渐近值相等来获得。关键词：转捩，临界稳定雷诺数，临界转捩雷诺数，非牛顿管流
2010-07-14 physics.flu-dyn
Numerical simulations of attachment-line boundary layer in hypersonic flow, Part II: the features of three-dimensional turbulent boundary layer
本研究数值模拟高超声速钝体附着线三维湍流边界层，发现展向均匀性成立，壁面律适用，温度-速度关系受压力梯度影响，并揭示剪切应力与平均流剪切的非线性/线性分区关系。
2024-07-22 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
Hypersonic attachment-line instabilities with large sweep Mach numbers
本研究的目的是揭示高超声速大后掠角马赫数的附着线不稳定性。本文研究了引起大后掠角马赫数的大后掠角冷圆柱绕流。采用高阶激波拟合方法求解全纳维-斯托克斯方程，得到了高精度的底部流场。利用局部和整体稳定性理论，发现沿前缘层流-湍流转捩的附着线模态占主导地位，这与实验观测结果Gaillard 1999吻合得很好。这种模态的行为解释了为什么当后掠马赫数大于5时转捩发生得更早。而且，如果用边界层假设计算底流，则不存在这种附着线模式，这表明边界层外无粘流的影响不能象通常那样忽略。它清楚地表明，全球模式显示的附着线模式的功能，如在扫Hiemenz流，和横流的模式沿表面进一步下游。与不可压缩流相反，该模式被证明是无粘的性质。此外，前缘曲率对大展向波数的附着线模态有失稳作用，但对小展向波数的附着线模态有稳定作用。
2020-06-10 physics.flu-dyn
Quantification of the strength of inertial waves in a rotating turbulent flow
通过研究周期性盒子中三维数值模拟中各个傅立叶模式的波数、频率能量谱和时间关联函数，定量分析了旋转湍流中波的强度及其对能量级联的影响。从频谱中，我们发现，一个显着的部分的能量集中在波频率$ω\approx 0$的模式，即使当外部强迫注入没有能量直接进入这些模式。然而，对于惯性波的周期$τ_ω$快于翻转时间$τ_\textrm{NL}$的模式，剩余能量的显著部分集中在满足波的色散关系的模式中。没有证据表明，在模式与$τ_ω= τ_\textrm{NL}$的能量积累被观察到，不像什么临界平衡参数预测。从时间关联函数，我们发现，模式与$τ_ω< τ_\textrm{sw}$（与$τ_\textrm{sw}$的扫描时间）的主要去相关时间是波周期，这些模式也表现出较慢的调制的时间尺度$τ_\textrm{NL}$波湍流理论中假设的。其余的模式与扫描时间去相关，包括具有$ω\approx 0$的非常活跃的模式。
2014-02-28 physics.flu-dyn
Turbulent heat transfer enhancement by compliant walls
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
研究柔性壁面在黏弹性壁面通道流中湍流热传递的影响，通过直接数值模拟分析壁面弹性与热扩散率变化对动量与热传递的增强作用，揭示扫动与喷射事件的物理机制。
2026-04-01 physics.flu-dyn
Re-orienting the Turbulent flow over an Inclined Cylinder of Finite Aspect ratio
实验研究了后掠圆柱体周围的湍流流动，使用一个或两个小的扫掠射流，这些射流与表面相切并与圆柱体的轴线正交，从而产生克服对称平面的自然回复力的偏航力矩。从积分力平衡数据可以看出，用这种方式可以产生大的偏航力矩系数，其结果可以用于加油杆的定向和姿态控制，从而避免了目前在空军加油机上使用的H形操纵面。利用表面油流显示技术和二维粒子图像测速技术对圆柱体背风面射流与流动的相互作用进行了研究。的相互作用及其结果的敏感性的变化的方位角位置的致动器进行了研究。
2023-01-29 physics.flu-dyn
Causal features in turbulent channel flow
本研究通过集合干预实验分析壁面约束湍流局部流动的因果相关性，明确不同区域的关键标度变量，揭示因果相关结构与经典扫掠、喷发事件的关联及条带运动特征。
2024-05-24 physics.flu-dyn
Three-dimensional generative adversarial networks for turbulent flow estimation from wall measurements
本文提出用单个三维GAN直接从壁面测量重建近壁湍流三维场，在误差相当的同时降低训练成本，并揭示结构壁面足迹对重建精度的影响。
2024-09-10 physics.flu-dyn
The spatio-temporal spectrum of turbulent flows
在湍流研究中，识别和提取无组织流动中的涡结构和波是一个主要的挑战。本文研究了不同回复力作用下湍流的时空行为。我们展示了如何计算和分析的时空谱数据来自数值模拟和实验室实验。四种情况下被认为是：均匀和各向同性湍流，旋转湍流，分层湍流，水波湍流。对于均匀和各向同性湍流，频谱允许识别大尺度流的扫掠。对于旋转和分层湍流，频谱允许识别波，精确量化波和湍流涡流中的能量，并识别关键层中的多普勒频移和波吸收等物理机制。最后，在水波湍流的频谱显示从重力毛细波的束缚波的强迫的振幅增加的过渡。
2015-11-06 physics.flu-dyn
Formation of spanwise vorticy in oblique turbulent bands of transitional plane Couette flow, part 1: Numerical experiments
本文用直接数值模拟（DNS）方法研究了平面Couette流（PCF）斜层流-湍流带速度条纹中展向涡量的形成。展向涡量是由速度条纹的流向壁面正剪切层的卷起型发展产生的。它是由沿带状的大尺度气流平流输送的。我们提出了一个展向涡度的标准，检测这些事件，以进行系统的测量。除了流向和展向相关长度的辊，他们的平流速度进行了测量，并显示匹配的大规模流动沿带附近的湍流区。最后，我们讨论了涡量从层流区附近的带中射出与层流区大小之间的可能关系。
2014-12-08 physics.flu-dyn
A Theoretical Closure for Turbulent Flows Near Walls
本文提出了一种新的湍流剪切闭合原理。将湍流场分为外区和内区。内部区域由对数律区域和壁层组成。壁层被认为是众所周知的涌入，扫描，自1967年以来观察到的突发序列。它被模拟为一个瞬态层流子边界层，它服从的斯托克斯解的冲击启动平板。壁层也可以通过向对数律添加阻尼函数来用稳态解建模。封闭是通过在壁层的边缘处匹配非稳态和稳态解来实现的。这个过程的效果反馈信息的瞬态相干结构回到时间平均的解决方案，并确定理论上的对数律的壁的数值系数。该方法给出了一种新的技术，用于编写准确的壁函数，适用于所有雷诺数，在计算机流体动力学（CFD）程序。关键词：雷诺方程，建模，封闭技术，壁层，对数律，计算流体动力学。
2010-01-14 physics.flu-dyn
Scale-resolving simulations and data-driven modal analysis of turbulent transonic buffet cells on infinite swept wings
Japan Aerospace Exploration Agency（日本宇宙航空研究开发机构）
研究通过跨尺度模拟和数据驱动模态分析，探讨了无限展弯翼上跨音速脉动细胞的二维和三维特性，揭示了展弯对分离模式频率和能量的影响，以及平均分离对三维脉动动态的重要性。
2026-04-08 physics.flu-dyn
Chaotic self-sustaining structure embeded in turbulent-laminar interface
研究了二维槽道流中湍流与层流的界面结构。这种空间局域结构不仅维持着自身的稳定，而且还主动地将层流状态转化为湍流状态。换句话说，这种相干结构具有通过其内部动态产生不均匀性的功能。这个功能相干结构的动力学是孤立的使用过滤模拟，其动力学的物理视角总结在一个现象学模型称为“喷射-射流”循环，其中包括多尺度相互作用过程。
2015-03-16 nlin.CD physics.flu-dyn
A Four Component Decomposition of the Instantaneous Velocity in Turbulent Flow
提出了局部瞬时速度的四分量分解。它比经典的雷诺二分量分解更容易显示出纳维-斯托克斯方程中与湍流的不同事件和流体结构相关的项。特别是新的组成突出了两种类型的雷诺应力的存在：快速和缓慢。快速雷诺应力可以联系到一个流动过程，描述了在爆裂过程中的壁面流体喷射。它还提供了一种简单的方法来建模墙层。这四个分量是长时间平均值、基于长时间平均值与通过相干结构而产生的平滑相速度之间的差的慢波动分量、本质上是周期性的快波动分量以及由快波动与流体粘性效应之间的相互作用产生的流动分量。关键词：速度分量，爆发，流动，平滑相速度，快，慢雷诺应力，壁层
2009-12-29 physics.flu-dyn
Intense structures of different momentum fluxes in turbulent channels
通过比较强切向雷诺应力的结构与[J. Jimenez，J. Fluid Mech. 809，585（2016）]中提出的替代通量的结构，研究了动量通量的不同定义对壁边界湍流对数区域相干结构特性的影响。尽管这两个通量定义的统计特性相当不同，但发现它们的强度结构显示出许多相似之处，例如“附壁”物体的优势和几何自相似性。新结构比经典结构更宽，但不高，并且在同一个物体中包括高动量和低动量区域。它的结论是，它们代表了相同的现象，作为一个扫描，喷射，和辊的经典群体，这表明这些群体应被视为基本的相干结构的动量通量。目前的研究结果表明，这些复合动量结构的性质是强大的通量的定义。
2018-06-22 physics.flu-dyn
Uncovering dynamically critical regions in near-wall turbulence using 3D Convolutional Neural Networks
本文提出3D CNN与多层GradCAM框架，从槽道湍流DNS数据中自主识别与喷射事件形成演化相关的三维关键结构，并发现其对应低耗散且正TKE生成占优的区域。
2023-09-01 physics.flu-dyn
Multi-scale interactions in turbulent mixed convection drive efficient transport of Lagrangian particles
本文通过湍流通道流的欧拉-拉格朗日耦合直接数值模拟，揭示湍流混合对流中近壁喷射/低速条带与内部相干超结构的多尺度耦合显著增强强沉降粒子的垂直输运，并使通道中平面浓度提高约一个数量级。
2024-08-21 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Particle Resuspension in Turbulent Boundary Layers and the Influence of Non-Gaussian Removal Forces
所描述的工作是关于当暴露于湍流时，附着在表面上的微米级颗粒再悬浮的方式。一个改进的版本的摇滚乐模型（Reeks和霍尔，2001年）的开发，该模型采用了随机的方法来再悬浮，涉及摇摆和滚动的颗粒表面粗糙所产生的波动阻力的时刻作用在颗粒靠近表面。本文利用直接数值模拟（DNS）获得的近壁面流体速度和加速度值对模型进行了改进。通过对剪切流中靠近壁面的球体上的阻力进行分析和数值计算（O 'Neill（1968）以及Lee和Balachandar（2010）），这些值可用于获得作用在附着于表面的颗粒上的脉动阻力及其时间导数的力矩的联合分布。在这样做的影响高度非高斯力（相关的扫描和喷射事件在湍流边界层）对短期和长期的再悬浮率检查为一个稀疏的单层覆盖的颗粒，随着依赖的再悬浮的时间尺度上的颗粒运动附着到表面上，去除力和粘附力的分布的均方根/平均值的比率。模型预测的馏分再悬浮与实验结果进行了比较。
2013-01-13 physics.flu-dyn
Subgrid-scale energy transfer and associated coherent structures in turbulent flow over a forest-like canopy
大涡模拟允许通过森林或植被样冠层纳入重要的驱动物理湍流。本文研究了涡旋拉伸和相干结构对亚网格尺度湍流动能的影响。我们提出了三个模拟（SGS-D/S/W）的冠层相互作用的影响。SGS-d假设SGS生产与SGS耗散的局部动态平衡。SGS-s平均拉格朗日轨迹上相干结构的SGS贡献。SGS-w假设TKE从大尺度到小尺度的平均叶栅发生在涡拉伸过程中。我们比较的后果，考虑森林的相同形态浸没固体或浸没树冠。我们的研究结果表明，流动和湍流的特性有明显的差异，而这两种情况下表现出冠层混合层。计算结果还表明，考虑涡拉伸后的TKE比经典的Deardorff TKE模型多解了约$18$ %。这些观测结果表明，森林冠层的空气动力学响应与森林覆盖的形态有关。讨论了森林中空间间歇相干结构的扫掠和喷射事件及其在动量、能量和标量传输中的作用。
2020-10-04 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
Direct numerical simulations of supersonic three-dimensional turbulent boundary layers
STM Journals, Cambridge University Press（剑桥大学出版社）；Center for Turbulence Research, Stanford University（斯坦福大学湍流研究中心）
研究通过直接数值模拟分析超音速三维湍流边界层的热传输和速度变换，揭示了非平衡条件下速度自相似性和雷诺类比的适用性。
2025-04-16 physics.flu-dyn
A Zonal Similarity Analysis of Velocity Profiles in Wall-Bounded Turbulent Shear Flows
有人认为，有三个不同的区域中的壁界湍流场占主导地位的三个完全不同的机制：-一个外部区域的速度分布是由压力分布确定-一个高度活跃的壁层占主导地位的序列的涌入，扫描和喷射，和-一个中间区域以及由独立的密立根和普朗特提出的传统的对数定律描述。对数律和壁层有时被称为内部区域。在这些条件下，一套唯一的标准化参数不可能适用于所有三个区域。内部区域可以更成功地表示通过归一化的距离和速度与这些尺度的值在壁层的边缘，因为它们是共享的壁层和对数律区域。这种相似性分析的应用已经成功地瓦解了广泛的内部区域的数据，覆盖范围的雷诺数从3000到1,000,000在各种几何形状，包括圆柱形管道，外部边界层平板，回流区后面的突然通道扩张，收敛矩形通道和振荡管流成一个独特的曲线。标准化也崩溃减阻流涉及到标准牛顿曲线上的肋，幂律流体和粘弹性流体。
2010-01-11 physics.flu-dyn
When is settling important for particle concentrations in wall-bounded turbulent flows?
我们探讨了重力沉降对壁面湍流中惯性颗粒浓度的作用。虽然可以认为，可以忽略沉降时，沉降参数$Sv\equiv v_s/u_τ$是小的（$v_s$ -斯托克斯沉降速度，$u_τ$ -流体摩擦速度），我们表明，即使在这种制度的沉降可能会作出领先的顺序贡献的浓度分布。这是因为沉降的重要性不是由$v_s$与$u_τ$或任何其他流体速度尺度相比的大小决定的，而是由$v_s$相对于控制垂直颗粒速度和浓度分布的其他机制的大小决定的。我们解释这一点的上下文中的粒子的平均动量方程，并表明，在一般情况下，总是存在一个区域的边界层中的沉降不能被忽略，无论多么小的$Sv$（只要它是有限的）。直接数值模拟证实了这一论点，并表明，近壁浓度是高度依赖于$Sv$，即使当$Sv\ll 1$，并可以减少一个数量级时，$Sv$从$O(10^{-4})$和$O(10^{-2})$增加。结果还表明，当$Sv=0$随着$Sv$的增加而发生深刻变化时，惯性粒子对边界层中喷射事件的优先采样，并由于优先扫掠机制的开始而被扫掠事件的优先采样所取代。
2021-09-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Optimal Turbulent Transport in Microswimmer Suspensions
微型游泳器悬浮液自组织成复杂的时空流动模式，包括涡格和中尺度湍流。在这里，我们探讨被动示踪剂的运动的后果，基于连续模型的microswimmer速度场。我们观察到两个定性不同的制度区分通过无量纲久保数$K$。在平流强度正好高于湍流过渡时，流场发展非常缓慢（$K \gg 1$），空间涡旋结构导致主要的捕获效应。相反，在湍流状态的深处，更快的动力学（$K \ll 1$）与所谓的扫描假设一致，导致输运性质完全由时间相关性决定。在（$K \approx 1$）之间，我们观察到一个最佳的运输制度，由扩散系数的最大值发出信号。
2022-08-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Preferential concentration of free-falling heavy particles in turbulence
本文提出了重力作用下重粒子在湍流中输运的一种扫杆机制。直接的数值模拟表明，这些粒子优先探索区域的流动接近零拉格朗日加速度。然而，颗粒聚集的流体元件的实际拉格朗日加速度不是零，并且依赖于斯托克斯数、重力加速度和颗粒的沉降速度。
2020-07-27 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
Physics-Informed Graph Neural Network Surrogates for Turbulent Nanoparticle Dispersion in Dental Clinical Environments
Department of Mechanical Engineering, University College London (UCL)（伦敦大学学院机械工程系）；Ascend Technologies Ltd（Ascend技术有限公司）
本文提出了一种结合物理信息的图神经网络代理，用于预测牙科临床环境中湍流纳米粒子的分散过程，通过改进的图网络和物理模型提高了计算效率和准确性。
2026-05-19 cs.LG physics.flu-dyn
Coarse graining and reduced order models for plume ejection dynamics
Department of Applied Mathematics, University of Washington（应用数学系，华盛顿大学）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Washington（电气与计算机工程系，华盛顿大学）
本文提出一种基于视频数据的降阶模型，用于高效建模烟流初始喷射阶段的动力学特征。
2025-03-06 cs.LG math-ph math.MP
Homogeneous turbophoresis of heavy inertial particles in turbulent flow
本文揭示了统计均匀湍流中重惯性粒子的湍泳效应，通过直接数值模拟构建粗粒化动力学，引入尺度依赖的Péclet数表征粒子分布与空隙的幂律统计特征。
2024-04-24 physics.flu-dyn
Navier-Stokes-driven analysis of mean and fluctuating wall shear stress in turbulent channel flow
CNRS（法国国家科学研究中心）
本文提出基于纳维-斯托克斯方程分析湍流通道流中平均和脉动壁面剪应力的方法，揭示了湍流生产与扫过现象对剪切加速度协方差的影响。
2026-02-04 physics.flu-dyn
Dynamics of laminar and transitional flows over slip surfaces: effects on the laminar-turbulent separatrix
本文用直接数值模拟的方法研究了滑移面对平面Poillille流层流-湍流分界线的影响。湍流寿命，湍流持续的可能性，研究过渡流与各种滑移长度。与无滑移情况相比，滑移面降低了持续湍流的可能性，并且随着滑移长度的增加，可能性进一步降低。采用纳维-斯托克斯方程的非线性行波解（也称为精确相干解），对滑移面对湍流转捩的影响进行了确定性分析。使用了两个解族，称为P3和P4，因为它们的下分支解嵌入层流和湍流的吸引盆的边界上（Park & Graham 2015）。此外，它们表现出不同的流动结构-P3和P4分别表示为核心模式和临界层模式。滑移面对解的影响通过摩擦力演化、线性增长率和过渡轨迹的相空间投影来观察。滑移面改变过渡动力学的核心模式，但相当大的临界层模式。最重要的是，滑移面促进不同的过渡动力学-早期和旁路样过渡的核心模式和延迟和H-/K型的临界层模式的过渡。时空和象限分析的基础上，它被发现，滑移面促进流行的强壁向运动（掠样事件）靠近涡核通道中心附近，诱导早期过渡，而持续的喷射事件存在于该地区的$Λ$形涡核靠近临界层，导致延迟过渡。
2020-04-02 physics.flu-dyn
Wall cooling effect on spectra and structures of thermodynamic variables in hypersonic turbulent boundary layers
基于Kovasznay分解研究高超声速湍流边界层壁面冷却效应，发现强冷却通过行波状交替结构和条纹状熵结构分别增强近壁声学模态与熵模态，且远壁区熵模态占主导。
2023-05-18 physics.flu-dyn
Lighthill's mechanism and vorticity cascade in the logarithmic layer of wall turbulence
本研究通过高雷诺数槽道流数据验证了Lighthill关于近壁涡量集中的机制，并证实对数层涡量输运为级联过程，其中发卡涡与披肩涡各贡献一半。
2025-09-09 physics.flu-dyn
Pseudophase-Change Effects in Turbulent Channel Flow under Transcritical Temperature Conditions
我们已经进行了直接数值模拟（DNS）的可压缩湍流通道流在超临界压力与顶部和底部等温壁分别保持在超临界（Ttop > Tpb）和亚临界温度（Tbot < Tpb），其中Tpb是拟沸腾温度。DNS是使用高阶离散的完全可压缩的纳维-斯托克斯方程的保守形式封闭的Peng-Robinsion（PR）状态方程。调整体积密度以获得大约pb = 1.1pcr的体积压力，其中pcr是工作流体的临界压力。研究的顶部到底部的温差为DT = 5 K、10 K和20 K，其中Ttop/bot = Tpb +- DT / 2;浮力效应被忽略。改变DT将伪相位变化的平均位置从ypb/h = -0.23（DT = 5 K）修改为0.89（DT = 20 K），其中h是通道半高，y = 0是中心线位置。真实流体效应导致平均速度剖面明显偏离经典标度律。由于拉伸和倾斜而产生的涡度拟能随DT而减小。接近伪过渡层抑制的强度的速度波动，同时提高密度和温度波动。条件概率分析表明，该表的流体进行伪相变的特点是由一个显着减少的密度波动的峰度，并成为更薄的DT增加。瞬时可视化显示稠密的流体喷射从伪液体粘性子层，一些到达通道核心，导致在各自的缓冲层区域的密度偏度的正值（反之亦然的顶壁）。
2017-12-15 physics.flu-dyn
Separated flows over swept wings across transitional Reynolds numbers
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本研究通过参数化数值模拟，探究后掠角与雷诺数对有限翼前缘分离和翼尖涡的影响，发现高雷诺数下增大后掠角可增强升力，并揭示流向涡量变化等关键机制。
2026-10-01 physics.flu-dyn
Understanding the effect of wall elasticity in turbulent channel flows
本研究通过对比弹性壁面与粗糙壁面湍流槽道流动，揭示了流固耦合引发的壁面运动及新型展向相干性对近壁流动物理特性和阻力增加的显著影响。
2025-09-14 physics.flu-dyn
Suppressing wall modes in confined rotating turbulent convection
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
研究受限旋转湍流对流中壁面模式的抑制问题，通过结合实验与数值模拟，利用环形侧壁屏障控制壁面模式，降低其对热传输等的影响，提高抑制效率，还能诱导二次斜压流，减少侧壁影响进入极端旋转对流状态。
2026-07-08 physics.flu-dyn
Transitional boundary layers in low-Prandtl-number convection
本文从转捩和湍流粘性边界层的角度重新讨论了单位长宽比封闭圆柱形单元中湍流Rayleigh-Benard流动的速度场和温度场的边界层结构。当Rayleigh数足够大时，底板和顶板的动力学可分为下降羽流的冲击区、上升羽流的喷射区和远离侧壁的内部区。后者是由大尺度环流（LSC）卷的剪切占主导地位，它充满了整个细胞，并不断改变其方向。工作流体是液体汞或镓，对于Ra=3e+5和4 e +8之间的瑞利数，普朗特数Pr=0.021。所产生的湍流动量传递对应于宏观流雷诺数，其值在1800和46000之间。它示出的粘性边界层的最大瑞利数是高度过渡和服从的属性，是直接可比的过渡通道流在摩擦雷诺数Re_tau略低于100。随着瑞利数的增加，壁面应力分量的波动强烈增强，这也强调了粘性边界层的过渡特征。我们的分析数据的外推表明，在速度边界层的摩擦雷诺数Re_tau可以达到200的值为Ra超过1 e +11。因此，液态金属流中的粘性边界层将在比气体和气体混合物中的湍流对流低得多的瑞利数下变成湍流。
2016-12-09 physics.flu-dyn
Laminar post-stall wakes of tapered swept wings
本文通过直接数值模拟研究了锥度和后掠对层流分离尾流的影响，发现锥形后掠翼虽增加流动不稳定性，但相比无锥度无后掠机翼具有更高的时间平均升力和升阻比。
2023-10-19 physics.flu-dyn
Modulation of the regeneration cycle by neutrally buoyant finite-size particles
采用力耦合方法对平面Couette和压力驱动通道结构中的湍流悬浮流进行了直接数值模拟。当雷诺数略高于层流-湍流转捩时，考虑中性浮力有限尺寸（L_y /d = 20）球形颗粒的稀到中等浓度悬浮液。在湍流槽道和库埃特流中，用合成条纹进行的试验清楚地表明，颗粒触发槽道流中的不稳定性，而平面库埃特流变成层流。此外，我们已经表明，颗粒有一个显着的影响，压力驱动流通过详细的时间和空间分析，而他们没有显着的影响，平面Couette流配置。这两种流动之间的实质性差异与Couette流动中大规模卷（非活动运动）中颗粒的空间优先分布有关，而它们在压力驱动流动中的喷射（活动运动）区域中积累。通过对两种不同流动构型的颗粒改性的研究，我们能够显示湍流结构的特定响应和构成近壁湍流缓冲层中再生循环的基本机制的调制。特别是对于压力驱动的流动，颗粒增强提升并使其连续作用，而颗粒不显著改变条纹击穿过程。流向涡的加强是由于涡量拉伸项的波状条纹。波纹条纹的数量多、尺寸小，增强了涡量的拉伸，从而加强了悬浮流中大尺度流向涡的环流。
2018-06-07 physics.flu-dyn
Turbulence characteristics of wave-blocking phenomena
本研究探讨实验室水槽中的湍流，与波传播对流动的相互作用。它集中在一个区域的波阻塞，有一个流向的位置在水面上，波的传播速度为零。观测结果得到了证实，找到了一个临界波频率为特定的放电以上的波被有效地阻止，并验证了单色波的色散关系。逆流传播的波浪表现出三个分段区域，即上游流动，中游阻塞和下游波浪的演变。采用三维微声多普勒测速仪（ADV）沿水槽中心线采集了瞬时速度数据。这项研究解决的平均流量，雷诺应力，涡动粘度，湍流动能通量和相关的贡献，由于增加表面波对当前的总雷诺剪应力的突发扫描周期的变化。速度功率谱分析显示了从上游到下游的整个剖面上的能量分布。象限分析也被用来突出的湍流事件沿流的演变，并表明，在波阻和波为主的区域，从喷射和扫掠的贡献占主导地位的总剪应力。波阻引起的湍流关键参数的变化可能会影响海岸泥沙输移
2018-04-02 hep-th physics.flu-dyn
Wavy-wall-based flow control for the suction side geometry of NACA4412 at Retau = 3000
Czestochowa University of Technology（切斯托霍瓦理工大学）
本文研究了在Re_tau=3000条件下，使用波浪壁方法对NACA4412翼型吸力面几何形状进行湍流边界层分离控制，通过实验发现该方法可提高摩擦系数达42.3%，延迟湍流分离并保持总动量，同时具有不变的摩擦雷诺数和更薄的边界层，显示出对气动性能的提升效果，类似于主动吸力应用的效果。
2026-05-21 physics.flu-dyn
Intrinsic compressibility effects in near-wall turbulence
本文通过平均物性近乎均匀的可压缩槽道流直接数值模拟，揭示内在可压缩性通过近壁膨胀压缩对消下扫与上抛、削弱准流向涡，从而降低湍流剪切应力并改变速度剖面和流向湍流强度。
2024-06-11 physics.flu-dyn
Turbulence and acoustic waves in compressible flows
在这项工作中，直接数值模拟的可压缩流体方程的湍流制度。研究表明，在低马赫数极限下，多方流动中可能出现三种不同的湍流：近不可压缩（NI）、模态均质可压缩（MEC）和可压缩波（CW）。本文研究了不同强迫条件下这些湍流类型的区别。密度脉动与马赫数的标度、横向速度脉动与纵向速度脉动之比的比较以及脉动的谱分解被用来区分这些解的性质。从时空谱和相关时间的研究，我们量化的波的系统的总能量的贡献。此外，在可压缩流的动力学中，考虑了三个相关时间：尺度间局部相互作用的非线性时间，小尺度上大尺度的扫描时间或非局部时间，以及与声波（声音）相关的时间。我们观察到不同的相关时间取决于波数（k），马赫数和强迫的类型。
2018-10-25 physics.flu-dyn
Near-surface coherent structures in an intense tropical cyclone: conditional eddies and vertical momentum fluxes
本研究利用大涡模拟输出，分析了5级热带气旋近地表区域与极端雷诺应力事件相关的条件平均涡三维结构，发现喷射事件涡核向平均气流倾斜，扫掠事件涡核相干性较弱，揭示了壁面湍流与环境流动相干结构的相似性。
2025-03-31 physics.flu-dyn
Coherent structure modulation and recovery in drag-reduced turbulent boundary layers
Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学航空航天学院）
本研究基于展向壁面方波激励减阻实验，分析不同流向波长下的湍流结构，揭示后最优减阻下小尺度猝发导致的湍流恢复机制，证实该调制具有尺度选择性。
2026-08-04 physics.flu-dyn
Transitions between smooth and rough surfaces in turbulent channel flows for d- and k-type rough elements
本文介绍了封闭管道湍流中光滑壁面到粗糙壁面再到光滑壁面过渡的实验研究。这些过渡导致流速剖面上的偏移，与光滑壁面上的流动相比，流速剖面上的偏移改变了其参数。在矩形截面的封闭管道中施加不同的水流速，其中由d型和k型空腔组成的粗糙元件被定位成覆盖测试段的底壁的一部分。基于通道半高的雷诺数适中，在7800和9600之间变化，粗糙元件上游的状态是水力平滑的。这种特殊情况的实验数据仍然很少，所涉及的物理学有待理解。流场测量低频PIV（粒子图像测速仪）和流动可视化，后者使用连续0.1 W激光，高速摄像机，和作者写的脚本。根据PIV测量的瞬时流场，计算了流场的平均速度、脉动、剪切应力和湍流产生。结果表明，雷诺应力和湍流产生的振荡的存在下，这是较高的k型粗糙度，并没有在以前的实验工作。从高速影片中，计算的角速度和频率的漩涡在空腔中，并从空腔的流体喷射到上层的流动的发生进行了观察。提出了内腔涡的角速度与雷诺应力和湍流产生的振荡之间的关系。
2018-04-06 physics.flu-dyn
Numerical study of extreme mechanical force exerted by a turbulent flow on a bluff body by direct and rare-event sampling techniques
本研究调查，通过数值模拟，极端的机械力施加的湍流冲击钝体，并检查两个不同的稀有事件算法的相关性，以有效地采样这些事件。将置于湍流槽道流（二维）中的方形障碍物所经历的阻力作为代表性的案例研究。直接采样表明，极端的波动是密切相关的障碍物的近尾流阻塞的强涡的存在。这个涡流是造成前体和障碍物底部之间显著压降的原因，因此产生很高的阻力值。两种算法，然后被认为是加速这样的流的采样，即AMS和GKTL算法。这些算法背后的一般思想是用一组短得多的模拟来取代长模拟，并行运行，根据一些旨在更频繁地对大幅度事件进行采样的特定规则，动态被复制或修剪。这些算法已被证明是相关的统计物理，计算机科学，生物化学中的广泛的问题。本研究是第一次应用到流体-结构相互作用问题。实际的证据表明，快速扫描时间的湍流结构过去的障碍物有很大的影响的稀有事件算法的效率。虽然AMS算法不产生显着的运行时间节省相比，直接采样，GKTL算法似乎是有效的采样非常有效的极端波动的时间平均阻力和估计相关的统计数据，如返回时间。
2020-05-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Wind farms as sensor arrays of turbulent boundary layer spatio-temporal flow structure
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本文提出扩展分析框架预测风电场功率波动谱，结合LES验证，可准确预测总功率频谱，助力风电场电网整合。
2026-08-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
