Variable enstrophy flux and energy spectrum in two-dimensional turbulence with Ekman friction
实验和数值模拟表明，在前向叶栅流场中，存在Ekman摩擦的二维湍流能谱与Kraichnan的$k^{-3}$功率谱预测值存在偏差。在这封信中，我们解释这一观察使用的分析模型的基础上产生的埃克曼摩擦变量拟能通量。我们推导出一个表达式的拟能通量表现出对数依赖的惯性范围内的埃克曼摩擦为主的流量。使用这种涡度拟能通量得到的能谱显示出大雷诺数和小埃克曼摩擦的幂律标度，但具有指数行为的大埃克曼摩擦和相对较小的雷诺数。
2012-03-23 nlin.CD physics.flu-dyn
Interaction of forced Orr-Sommerfeld and Squire modes in a low-order representation of turbulent channel flow
基于分解的降阶表示被用来捕捉湍流槽道流的时间平均二阶统计。最近提出的预解算子分解成两个不同的家庭有关的Orr-Sommerfeld和Squire算子[K。Rosenberg和B. J. McKeon，Efficient representation of exact coherent states of the纳维-斯托克斯方程using reservent analysis，流体动力学Research 51，011401（2019）]导致匹配能谱和$uv$共谱的所有分量的能力显著提高。新的表示法的成功依赖于乡绅模式的能力，竞争与Orr-Sommerfeld模式，这是通过分解的统计数据到每个家庭的贡献所产生的涡度。然后示出，这种竞争可以用来推断两组模式之间的相位关系。此外，对于Moarref等人提出的普遍的预解模式类，导出了两类预解权的相对雷诺数标度。Moarref，A. S. Sharma，J. A. Tropp，和B. J. McKeon，高雷诺数湍流通道中流向能量密度的基于模型的缩放，流体力学杂志734，275（2013）]。这些发展可以被看作是一个起点，为进一步的建模工作，以量化非线性相互作用的壁边界湍流。
2020-01-08 physics.flu-dyn
Linear Stabily analysis of hydromagnetic Couette flow with small injection/suction through the modified Orr-Sommerfeld equation
本文分析了小注吸雷诺数、哈特曼数、渗透率参数和波数对粘性不可压缩导电流体在平行多孔通道中流动的影响。具有小的恒定注入/抽吸的通道的板具有恒定的温度。允许上板沿流动方向移动，下板保持静止。一个均匀强度的磁场也垂直地作用在平行的板上。本文的创新之处在于研究了上述参数在修正的Orr-Sommerfeld方程的时间线性稳定性分析中的作用。
2013-08-26 physics.flu-dyn
Scale Dependence of Multiplier Distributions for Particle Concentration, Enstrophy and Dissipation in the Inertial Range of Homogeneous Turbulence
湍流根据其停止时间或斯托克斯数优先集中惯性颗粒，这可导致颗粒浓度的显著空间变化。级联模型是用统计学术语描述这一过程的一种方法。在这里，我们使用均匀，各向同性湍流的直接数值模拟（DNS）数据集，以确定级联乘数的概率分布函数（PDF），它确定了一个属性被分割成子卷的比例，因为涡流被设想为衰减成更小的涡流。我们提出了一种技术，用于校正统计中的小粒子数的影响。我们确定乘数PDF粒子数，流耗散，拟能，所有这些都被证明是规模依赖。然而，粒子倍增器PDF崩溃时，与适当定义的局部斯托克斯数缩放。正如从早期的作品，耗散和拟能乘数PDF达到足够小的空间尺度的渐近线。根据DNS测量，我们推导出一个级联模型，该模型用于预测任意高雷诺数$Re$的径向分布函数（RDF），发现与Zaichik和Alipchenkov [New Journal of Physics 11，103018（2009）]的渐近无限$Re$惯性范围理论非常吻合。我们讨论了这些结果的影响，在惯性范围内的湍流聚类过程的统计建模的数值模拟无法访问的高雷诺数。
2017-03-17 physics.flu-dyn
Extended Squire's transformation and its consequences for transient growth in a confined shear flow
将经典的Squire变换推广到Orr-Sommerfeld模和Squire模的整个本征函数结构。对于任意雷诺数Re，该变换允许通过较小雷诺数Re 2D下的二维（2D）初值问题来解决任意三维（3D）扰动的初值问题。其影响的瞬态增长的任意三维扰动进行了研究。使用平方变换，一般的解决方案的初始值问题，预测大雷诺数缩放的最佳增益在所有的优化时间t与t/Re有限或大。该结果是由Gustavsson（J. Fluid Mech.，第224卷，1991年，第224页。241-260）和Reddy & Henningson（J. Fluid Mech.，第252卷，1993年，第252页。209-238），其中α是流向波数。的乡绅变换也扩展到伴随问题，因此，伴随Orr-Sommerfeld和乡绅模式。因此，证明了由指数增长给出的三维扰动的长时间最优增长可以将前导本征模的增益（或衰减）乘以表示其感受性的额外增益分解为由纯2D机制产生的增益与表示3D生长机制的分析贡献的乘积，该分析贡献等于1+（βRe/Re 2D）2G，其中β是展向波数，G是已知的表达式。例如，当主导本征模是Orr-Sommerfeld模时，其由来自2D Orr机制的相应增益和表示3D提升机制的解析表达式的乘积给出。然而，如果领先的本征模是一个乡绅模式，额外的增益被证明是完全由于三维提升机制。
2016-01-27 physics.flu-dyn
Analysis of transient growth using an orthogonal decomposition of the velocity field in the Orr-Sommerfeld Squire equations
经典流体动力学稳定性理论尽管取得了显著的成就，但未能预测壁面剪切流的转捩。这种模式的方法的缺点是发现20年前，是与非正交的本征模式的线性化问题，德指出的奥尔索末菲和乡绅方程。这个线性化问题的相关本征模是法向速度和法向涡度本征模，它们不是维数均匀的量。因此，这两族本征模之间的非正交性条件尚未得到明确的证明。利用螺线管速度场的正交分解，速度扰动被表示为OrrSommerfeld速度场（扰动法向速度的函数）和Squirevelocity场（扰动法向涡量的函数）的L2正交和。使用这种分解，变分制剂的线性化问题的书面，这是相当于奥尔索末菲和乡绅方程，但其本征模式由两个家庭的速度本征模式（因此尺寸均匀）。我们证明了这两个集合是非正交的，它们之间的线性组合可以产生大的瞬态增长。利用这个新的公式，最佳模式和连续模式转换之间的联系也将被澄清，作为直接谐振的作用。数值解的情况下，薄边界层发展的两个平行的壁在大雷诺数的分析。在这种情况下，将给出失稳扰动的特征。
2013-05-21 physics.flu-dyn
Nonlinear stability results for plane Couette and Poiseuille flows
在这篇文章中，我们证明，选择一个适当的加权$L_2$ -能量相当于经典的能量，平面Couette和Poiffille流是非线性稳定的相对于流向扰动的任何雷诺数。在这种情况下，能量的时间衰减系数是$π^2/(2 {\rm Re})$，它是线性化方程的流向扰动的时间衰减的上界。我们还证明了当扰动是倾斜扰动时，即波矢与运动方向${\bf i}$成一个角$φ\in [0, π/2]$的二维扰动，如果雷诺数小于${\rm Re}_{Orr}/\sin φ$，则平面Couette流和Poiffille流是非线性稳定的。${\rm Re}_{Orr}$是展向扰动的Orr（1907）临界雷诺数，对于库埃特流是${\rm Re}_{Orr}=177.22$，对于普瓦勒流是${\rm Re}_{Orr}=175.31$。特别是，这些结果改进了Joseph（1966）的结果，他在Couette情况下发现了流向扰动的临界非线性值$82.6$，也改进了Joseph和Carmi（1969）的结果，他们发现了流向扰动的平面Poiffille流的值$99.1$。对于任何角度，我们在这里获得的结果与实验（参见Prigent等人，2003）和数值模拟（参见Barckley和Tuckerman，2005，2007）都非常一致。
2018-07-18 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Geometry and Scaling Laws of Excursion and Iso-sets of Enstrophy and Dissipation in Isotropic Turbulence
出于对湍流高强度事件的几何形状的兴趣，我们研究了湍流事件特别强烈的集合的空间关联函数。这些集合是使用偏移和等值集合上的指示函数来定义的。它们的几何标度特性进行了分析，通过检查可能的幂律衰减的径向关联函数。我们应用分析拟能，耗散，速度梯度不变量$Q$和$R$和他们的联合空间分布，从直接数值模拟的各向同性湍流在${\rm Re}_λ\approx 430$的数据。虽然没有分形标度被发现在惯性范围内使用盒计数在这里考虑的有限雷诺数流，幂律标度在惯性范围内被发现在径向关联函数。因此，根据这些集合的关联维数的几何表征是可能的。强烈依赖于拟能和耗散阈值被发现，符合多重分形行为。然而，缺乏缩放的盒计数分析排除了直接的定量比较与早期工作的基础上的多重分形形式主义。令人惊讶的趋势，如较低的相关维数强耗散事件相比，强涡度拟能事件，观察和解释的空间相干性的旋涡流。我们表明，定义的联合条件应变和拟能，并在$Q$和$R$，集也显示幂律缩放的关联函数，提供进一步表征这些交集的复杂空间结构。
2017-08-17 physics.flu-dyn
Intermittency in 2D soap film turbulence
本文研究了流动肥皂膜中二维湍流的雷诺数依赖性。本文所用的雷诺数为泰勒微尺度雷诺数R_λ，其范围为20 ~ 800。对于逆能量级联和直接涡度拟能级联都发现了强的不稳定性，这可以通过以下方式来测量：（a）惯性标度r下速度差P（δu（r））的pdf，（b）P（\partial_x u）的峰度，以及（c）所谓的不稳定性指数μ的标度来测量，如果不存在不稳定性，则不稳定性指数为零。措施（b）和（c）是定量的，而（a）是定性的。这些测量结果与以前的一些结果不一致，但不是全部。速度导数在所有R_λ处都是非高斯的，但随着R_λ增大到可能达到的最大值，速度导数有变为高斯的迹象。P（δu（r））在不同r下的峰度表明，不稳定性与尺度有关。结构函数标度指数也偏离强烈的Kraichnan预测。对于涡度拟能级联，涡度在R_λ中按幂律衰减。这项研究表明，需要重新审视二维湍流的统计数据。
2013-11-14 physics.flu-dyn
The influence of body anisotropy on wake characteristics and enstrophy production for prolate ellipsoids at $ \mathrm{Re}_{D} = 10,000 $
Harbor Branch Oceanographic Institute, Florida Atlantic University（佛罗里达大西洋大学哈勃分支海洋研究所）；Department of Ocean and Mechanical Engineering, Florida Atlantic University（佛罗里达大西洋大学海洋与机械工程系）
研究了Re_D = 10,000下长轴椭球体绕流特性，发现体各向异性影响边界层分离和涡量生成，高各向异性导致早期分离和负涡量生成。
2026-02-19 physics.flu-dyn
Spectrum correction in Ekman-Navier-Stokes turbulence
本文通过高分辨率 GPU 数值模拟研究二维 Ekman-Navier-Stokes 湍流中线性摩擦对能谱斜率的修正，发现谱修正指数遵循以拟涡能注入率重新标度摩擦系数的普适线性规律。
2025-04-10 physics.flu-dyn
Intrinsic flow structure and multifractality in two-dimensional bacterial turbulence
细菌和流体之间的积极相互作用产生湍流结构，即使在零雷诺数。根据流线段分析，对实验获得的这种流动的速度进行了定量研究。在生物体长的约$16$倍处存在明显的过渡区，这可能是由于粘性效应的不同影响。令人惊讶的是，从流线段提取的缩放表明，即使在零雷诺数限制的规模相似性的存在。利用Hurst数$H=0.76$和不连续性参数$μ=0.20$建立的对数正态方程可以定量描述多重分形特征，这与三维水动力湍流的结果一致。叶栅方向的测量是通过滤波空间技术。一个逆能量级联被证实。对于涡度拟能，当$r/R\le 3$时观察到正向级联，而当$r/R>3$时观察到反向级联。此外，对数正态统计验证了粗粒度的能量耗散和拟能，这支持对数正态公式来拟合测量的标度指数。
2018-09-20 physics.flu-dyn
Linear stability analysis of Poiseuille flow in porous medium with small suction and injection
研究了小抽吸雷诺数和渗透率参数对Poiffille流体在两平行静止多孔板间流动稳定性的影响。我们证明了扰动流由一个修正的Orr-Sommerfeld方程控制。我们还发现，归一化的壁面法向速度与特征小吸入（或小注入）速度是重要的多孔介质流体流动稳定性分析的完美命令。一般的参数，特别是小的吸入雷诺数和渗透率参数的线性稳定性的稳定效果。
2014-12-02 physics.flu-dyn
Shear-layer dynamics at the interface of parallel Couette flows
本文对同向流动的平面库埃特流进行了详细的分析。特别地，研究了从湍流区到非湍流区的流量变化。虽然拟能表现出急剧的跳跃，但其他量（例如，平均速度、雷诺法向应力和动能）在界面上表现出连续的变化。雷诺法向应力的预算分析表明，在湍流输送中起关键作用的条款根据所研究的雷诺法向应力而变化。产生、扩散和再分布这些术语在流向雷诺应力中起着重要的作用。在展向雷诺应力中，扩散项起着重要的作用。在壁面法向雷诺应力中，只有再分布项是重要的。通过与标准平面库埃特流（pCf）相比，在系统中发现的额外的平均速度和雷诺法向应力，观察到一种流在同向流状态下对另一种流的影响。将并流系统与常规pCf系统进行比较，前者表现出更大的涡量、涡拉伸和动能。利用流动不变量对流动结构的几何和拓扑结构进行了详细的分析。
2022-10-31 physics.flu-dyn
Linear stability analysis of fluid flow between two parallel porous stationary plates with small suction and injection
本文研究了两平行多孔平板间粘性不可压缩流体流动的线性稳定性问题，假定平板上有一个小的常值吸力，下有一个小的常值喷射，将Navier-Stokes方程和连续方程简化为一个修正的Orr-Sommerfeld方程，并将其与吸力Reynolds数进行了比较。该方程被重写为特征值问题，并使用Matlab（Windows版本）进行数值求解。讨论了小抽吸雷诺数对线性稳定流动的影响。
2013-04-26 physics.flu-dyn
Compressibility Effects on Leading-Edge Dynamic Stall Criteria at High Reynolds Number
Iowa State University（爱荷华州立大学）
研究发现，在高马赫数下，前缘动态失速判据的预测准确性下降，需修改以适应压缩流场中的强激波影响。
2025-12-29 physics.flu-dyn
Thermalization and free decay in Surface Quasi-Geostrophic flows
本文导出了截断无粘表面准地转（SQG）方程的统计平衡解，并在截断SQG方程的数值模拟中验证了这些解的有效性。结果表明，拟能热化，而能量可以凝聚在最严重的模式，在协议与以前的指示的直接级联拟能和逆级联的能量在强迫耗散SQG系统。在早期，截断无粘SQG模拟显示的行为让人想起强迫耗散SQG湍流，我们确定的能量和拟能谱的谱标度律。最后，粘性和无粘模拟之间的比较，使我们能够确定在非常大的雷诺数的SQG湍流拟能的自由衰减相似律。
2012-03-09 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.data-an
Constrained Reversible system for Navier-Stokes Turbulence: evidence for Gallavotti's equivalence conjecture
根据Gallavotti猜想，提出了用NS方程以外的替代方程来等价描述Navier-Stokes流体定态。我们提出了一个基于纳维-斯托克斯方程的时间反演下对称的模型系统，该模型系统被约束以保持拟能常数。它是通过高分辨率的数值实验表明，可逆的模型演变到一个稳定的状态，相当准确地再现所有的统计观测相关的湍流物理提取的直接数值模拟在不同的雷诺数。对于大涡模拟中使用的粗粒度版本的纳维-斯托克斯方程，使用可逆模型来模拟湍流动力学的可能性具有实际重要性。此外，可逆模型在数学上似乎更简单，因为拟能对于每个雷诺数都是恒定的。最后，简要讨论了统计力学的理论意义。
2020-11-19 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Information-theoretic characterization of turbulence intermittency
Indian Institute of Science（印度科学学院）
利用Kullback-Leibler散度量化湍流中伪耗散、耗散和涡度概率分布与高斯随机场的偏差，研究小尺度间歇性，发现间歇性随雷诺数对数增长而非幂律，且耗散率与涡度产生近乎相等的间歇性。
2026-05-23 physics.data-an physics.flu-dyn
Numerical stability and three dimensionality of a streamline hyperbolic critical point in wake at low Reynolds number
本文对低雷诺数下流线奇异双曲/鞍形临界点（HSP）的数值稳定性及其与压力/流体通量发散的关系进行了数值研究。在不同雷诺数下考虑了三种典型构型：（a）孤立圆柱;（b）并排圆柱和（c）近壁圆柱。本文的目的是研究在不同雷诺数和不平衡剪切层相互作用下，热激表面的特性。据发现，HSP沿剪切层界面发展，并施加不利的压力梯度，这可能会恶化近尾流稳定性。HSP的固有特征与净正流体-流体发散和流体三维性有关。在HSP周围形成无涡停滞区，切断了尾流剪切层的动能供应，投射出三维流体通量，形成三维流向辫状流。这些发现证实和解释通过量化的流体通量发散，流体动力响应的圆柱（S）和次级拟能。本文的主要重点是揭示HSP之间的微妙的分析关系，压力/流体通量的发散，流体的三维性和不平衡的剪切层的相互作用。据作者所知，到目前为止，这些分析关系尚未在文献中报道。
2020-07-05 physics.flu-dyn
Lyapunov spectrum of forced homogeneous isotropic turbulent flows
为了更好地理解湍流偏离平衡的情况，表征湍流的动力学特性而不是湍流的统计特性是有意义的。为此，李雅普诺夫理论通过对扰动动力学的研究，提供了一个有用的描述湍流。本文计算了强迫均匀各向同性湍流的李雅普诺夫谱。利用不同雷诺数下的流的李雅普诺夫指数，首次通过直接计算得到了三维均匀各向同性流（HIT）混沌吸引子维数的标度.对得到的Gram-Schmidt矢量（GSV）进行了分析。对于研究的条件范围内，它被发现，该流的混沌响应与区域的大速度梯度在较低的雷诺数和拟能在较高的雷诺数，但不符合区域的大动能。此外，随着雷诺数的增加，流动对扰动的响应越来越局部化。最后，GSV的能量谱计算和示出几乎是不敏感的李雅普诺夫指数。
2019-10-25 physics.flu-dyn
Predicting any small-scale statistics of high-Reynolds-number turbulence using ensemble simulations
提出基于异构低雷诺数模拟集合的统计混合方法，以前所未有的精度预测高雷诺数湍流的复杂小尺度统计，并发现其权重分布可由湍流反常标度指数推断。
2025-06-30 physics.flu-dyn
Circulation in high Reynolds number isotropic turbulence is a bifractal
在标度指数水平上的湍流问题是困难的，部分原因是小尺度的多重分形标度，这要求每个时刻顺序被独立地对待和理解。这一结论来自于对速度结构函数、能量耗散、涡度拟能密度（即涡度平方）等的研究。然而，在惯性范围内可能存在其他物理相关量，其结构并不复杂，这可能导致湍流理论的巨大简化。我们表明，速度循环周围的闭环是这样一个量。通过使用一个大的数据库的各向同性湍流，从数值模拟的纳维-斯托克斯方程在很宽的范围内的雷诺数，我们表明，环流表现出双分形行为在最高雷诺数考虑：空间填充的时刻达到订单$3$和单分形与约$2.5$不变的维数为更高的订单;这种大致在三阶矩处的特性变化使人联想到“相变“。我们探讨的可能性，流通成为有效的空间填充在更高的雷诺数，即使它可以在技术上被视为一个bifractim。我们确认，循环属性仅取决于循环的面积，而不是它的形状;并且，对于图- $8$循环，相关面积是循环的两个部分的标量和。
2019-02-19 physics.flu-dyn
Turbulence and heat transfer on a rotating, heated half soap bubble
我们使用直接数值模拟来研究二维流动的旋转，半肥皂泡，在其赤道加热。加热产生浮力，旋转在流体中产生科里奥利力。然而，由于气泡的弯曲表面，浮力和科里奥利力随气泡上的纬度而变化，从而产生丰富的流动行为。我们首先探讨的单点特性的流量，包括雷诺数和努塞尔数，平均场，雷诺应力，所有作为纬度的函数。对于一个给定的瑞利数，我们观察到的Rossby数Ro的非单调依赖性，和大规模的平均循环，旋转的强烈影响。然后，我们考虑的数量，揭示了多尺度性质的流动，包括频谱和频谱通量的动能和热能，拟能，速度和温度的结构函数。通量表明，只是一个平面上的非浮力二维湍流，有一个高档通量的动能在较大的尺度（美联储在较小尺度的湍流动能的浮力注入），和一个小尺度通量的涡度拟能。在旋转效应较弱的尺度上，用Bolgiano-Obukhov（BO）标度可以很好地描述动能谱和速度结构函数.温度结构函数不，然而，满足BO标度一般，由于在温度场的强不稳定性。
2020-11-18 physics.flu-dyn
Non-modal transient growth of disturbances in pulsatile and oscillatory pipe flow
以稳定、脉动或振荡速率驱动的通过管道的层流经历亚临界转变为湍流。我们进行了广泛的线性非模态的稳定性分析，这些流量和表明，足够高的脉动振幅的经典升力机制的流向涡优于螺旋扰动表现出奥尔式的机制。在振荡流中，能量放大仅取决于基于斯托克斯层厚度的雷诺数，并且对于足够高的振荡频率和雷诺数，轴对称扰动占主导地位。在高频极限下，这些轴对称扰动与Biau（2016）最近确定的平板振荡流的轴对称扰动完全相似。在脉动和振荡管流的所有制度中，最佳螺旋和轴对称扰动在减速阶段被触发，并在通常小于一个周期内达到峰值。它们的最大能量增益与振荡流分量的雷诺数成指数关系。我们的数值计算揭示了一个合理的机制，在脉动和振荡管流实验观察到的湍流。
2021-01-14 physics.flu-dyn
Intermittency and transition to chaos in the cubical lid-driven cavity flow
数值研究了立方盖驱动流从稳态到阵发混沌的转变。全三维稳定性分析表明，在临界雷诺数$Re_c$ = 1914时，流动经历Andronov-Poincaré-Hopf分叉。对于二维周期性的盖驱动空腔流动，其不稳定模式源于主涡核的离心不稳定性。分析表明，不稳定扰动依赖于升力和反升力机制的组合，以提取其能量从底部流。一旦线性不稳定，直接的数值模拟表明，流动被驱动到一个主要的极限环，最终表现出间歇性的混沌动力学。虽然只有一个本征对的线性化的Navier-Stokes算子是不稳定的，动力学过程中，令人惊讶的是，很好的特点是稳定的本征对之一。
2016-07-18 physics.flu-dyn
Is the Kelvin Theorem Valid for High-Reynolds-Number Turbulence?
关于环流守恒的Kelvin-Helmholtz定理被认为适用于理想的无粘流体，并且被认为在湍流现象中起着至关重要的作用，例如通过涡线拉伸产生耗散。然而，这一期望并没有考虑在无限雷诺数的湍流速度场的奇异性。我们提出的证据，从数值模拟的故障的经典开尔文定理在三维湍流能量级联。虽然在个别实现中违反了，但我们发现循环在某种平均意义上仍然守恒。为了比较，我们表明，开尔文定理持有个人实现的二维拟能级联，与理论一致。湍流的“级联环流”是一个经典的模拟相滑移由于量子化的涡旋在超流体和各种应用在天体物理学和天体物理学的概述。
2006-05-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The friction factor of two-dimensional rough-boundary turbulent soap film flows
我们使用动量传递参数预测的摩擦系数$f$在二维湍流肥皂膜流与粗糙边界（三维管流的模拟）作为雷诺数Re和粗糙度$r$的函数，分别考虑逆能量级联和前向拟能级联。在中间Re，我们预测的Blasius一样的摩擦因子标度的$f\propto\textrm{Re}^{-1/2}$流为主的拟能级联，不同于能量级联标度的$\textrm{Re}^{-1/4}$。对于大Re，在拟能占优的情况下，$f \sim r$。我们使用保形映射技术来执行与理论令人满意一致的直接数值模拟，并展示了粗糙度引起的临界性的数据崩溃缩放，此前已证明该临界性出现在Nikuradse的3D管道数据中。
2009-03-25 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Improved convection cooling in steady channel flows
我们发现稳定的通道流，是局部最佳的传热固定温度的墙壁，在一个固定的粘性耗散率（拟能= $Pe^2$）的约束下，也需要通过通道泵送流体的功率。我们生成的最优净通量作为一个连续的参数，从抛物线（Poietuille）流，在最大净通量的唯一最优。减小通量，我们最终达到最佳流动，其将拟能集中在通道壁处厚度为$\sim Pe^{-2/5}$的边界层中，并且在边界层外部具有速度为$\sim Pe^{4/5}$的均匀流动。我们解释的缩放使用物理参数与单向流近似，和数学参数使用解耦近似。我们还表明，与通道的纵横比（长度/高度）$L$，边界层厚度尺度为$L^{3/5}$和外部流动速度尺度为$L^{-1/5}$在单向近似。在雷诺数接近湍流转捩的情况下，二维Poiffille流的传热量比Poiffille流的传热量增加了60%。
2017-05-11 physics.flu-dyn
Advancing Fluid Dynamics Stability Analysis: Construction of Lyapunov Functions via the Generalized Kinetic Energy Approach
本文提出一种考虑非线性项影响的广义动能方法，用于构造李雅普诺夫函数，以更准确地估计剪切流转捩阈值并弥合理论预测与实验观测之间的差距。
2023-10-31 physics.flu-dyn
Linear waves in sheared flows. Lower bound of the vorticity growth and propagation discontinuities in the parameters space
本文的研究提供了二维不可压缩粘性Poiquille流和Couette流中扰动涡度拟能随时间单调衰减的充分条件。J.L.的扩展Synge（1938）对初值问题的处理方法使我们能够找到波数-雷诺数图中任何初始扰动的拟能不能增长的区域。这个区域比动能的区域更宽。我们还表明，参数空间分裂成两个区域，具有明显不同的传播和色散特性。
2018-04-17 math-ph math.MP physics.flu-dyn
The Role of Normal and Non-Normal Contributions to Enstrophy Production in the Near-Wall Region of a Turbulent Channel Flow
该研究通过Schur分解将拟涡能生成中的应变率与涡量分解为法向与非正规模态分量，揭示了近壁区脉动法向拉伸对涡量放大的关键作用，并解释了非正规模态项平均较小的原因。
2024-04-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Coherent-vorticity Preserving Large-Eddy Simulation of trefoil knotted vortices
受Kleckner和Irvine实验的启发，我们对三叶结形涡进行了相干涡量保持大涡模拟。在本研究中，流动参数空间被扩展，包括在Re = 2000 - 200000范围内的循环雷诺数的变化，其中Re = 20000是在实验中使用的值。用参数方程定义了三叶结对应的涡线，并采用毕奥-萨伐尔定律对速度场进行初始化。的CvP LES计算显示出良好的定性匹配与实验。特别是，涡纠缠过程中准确地表示，以及随后的分离的主涡在两个不同的结构-一个小的和一个大的涡-具有不同的自平流速度，已被量化。小涡旋的传播速度比携带大量涡量的大振荡涡旋快。涡破裂前的平流速度被发现是独立的雷诺数。与较高雷诺数计算相比，低雷诺数计算导致破裂后分离涡速度降低。能谱的计算强调了爆发过程中从大尺度到小尺度的强烈能量传递。体积平均涡度拟能的演化表明，当雷诺数足够大（Re>20000）时，爆发导致在流动中持续很长时间的小尺度的产生。低雷诺数Re = 2000的情况下，阻碍了小尺度的产生，在爆裂过程中，并产生基本上层流动力学。在Re = 200000时，可以观察到由于纠缠过程而引起的背景湍流的开始
2017-12-06 physics.flu-dyn
Stability of soluble surfactant-laden falling film over a hydrophobic incline in the presence of external shear
SRM Institute of Science and Technology（SRM科学与技术学院）；National Taiwan Ocean University（台湾海洋大学）；Indian Institute of Technology Jodhpur（焦浦印度理工学院）
研究可溶表面活性剂填充下落膜在存在外部剪切力下的稳定性，分析长波和任意波模式，探讨能量组件行为。
2025-07-18 physics.flu-dyn
Momentum transfer by linearised eddies in channel flows
在充分发展的大尺度槽道湍流中，研究了类奥尔无粘机制的存在和结构。Orr样的“突发”的壁法向速度扰动的幅度和局部倾斜角之间的关系定义，并提取基于小波的滤波器的装置。他们跨越剪切占主导地位的区域的流量，其大小和寿命是成比例的对数层中的壁的距离，形成一个自相似的涡层次结构与汤森的附着涡模型一致。除了它们的振幅，这是确定非线性，线性瞬态增长代表他们的演变相当不错。基于小波滤波和低通滤波速度场的条件分析表明，相反符号的爆发并排成对，形成倾斜的准流向滚柱，这些滚柱沿着流向速度条纹排列，符号正确，以加强它们，并且它们优先聚集在预先存在的条纹不均匀性上。另一方面，时间分析表明，连续的轧辊不同时形成，这表明他们逐渐触发对方。这一图象与缓冲层的条纹涡循环相似，而爆发的性质表明它们是雷诺应力的著名的Q $_2$ -Q $_4$事件的不同表现。
2020-05-22 physics.flu-dyn
Energy stability of plane Couette and Poiseuille flows and Couette paradox
利用经典的L2-能量，用李雅普诺夫第二方法研究了平面Couette流和Poietille流的非线性稳定性。我们证明了流向扰动对任何雷诺数都是L2能量稳定的。这与Joseph [10]、Joseph和Carmi [12]以及Busse [4]的结果相矛盾，并使我们能够证明临界非线性雷诺数是沿着二维扰动（展向扰动）获得的，正如Orr [16]所假设的那样。这一结论与Falsaperla等人[8]关于倾斜滚转稳定性的最新结果相结合，为Couette-Sommerfeld悖论提供了一个可能的解决方案。
2021-05-13 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Energy, enstrophy and helicity transfers in polymeric turbulence
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）
研究聚合物湍流中能量、环量和螺旋度的输运机制，揭示聚合物对流动拓扑和输运过程的影响
2025-11-18 nlin.CD physics.flu-dyn
Frequency responses of streamwise-constant perturbations in channel flows of Oldroyd-B fluids
从输入-输出的角度，通过分析流速分量对时空体积力的响应，研究了Oldrophil-B流体流向恒定槽道流动中扰动的非模态放大。这些输入到控制方程中被假定为在展向方向上是谐波的，在壁法线方向和时间上是随机的。一个显式的雷诺数标度的频率响应，从不同的强迫不同的速度分量的开发，显示出相同的$Re$依赖于牛顿流体。据发现，一些频率响应分量的峰值在非零时间频率。这与牛顿流体相反，在牛顿流体中，峰值总是在零频率处观察到，这表明粘弹性效应引入了额外的时间尺度，并促进了具有比牛顿流体更小的时间常数的流型的发展。对应于频率响应分量中的峰值的时间频率随着粘度比（溶剂粘度与总粘度的比率）的增加而减小，并且对于非零弹性数显示出最大值。我们的分析表明，能量交换项涉及流向/壁法向聚合物应力分量$τ_{xy}$和流向速度的壁法向梯度$\partial_y u$的能量交换项变得越来越重要，相对于雷诺应力项的弹性数的增加，因此是主要的驱动力放大流动具有很强的粘弹性效应。
2009-01-15 physics.flu-dyn
Linear Stability of the boundary layer under a solitary wave
本文对孤立波作用下边界层流动的线性稳定性进行了理论和数值分析。在本工作中，非线性边界层方程组求解。将结果与Liu等人（2007年）的线性边界层解进行比较，发现两种剖面的不一致性比以前发现的更大。参考系的变化已被用于经典的线性稳定性分析，而不需要重新定义这种非定常流的稳定性概念。对于线性稳定性，使用Orr-Sommerfeld方程和抛物稳定性方程。结果与无粘稳定性理论的关键结果进行了比较，并通过使用Legendre-Galerkin谱元Navier-Stokes求解器的直接数值模拟进行了验证。已采取特别措施，以确保数值结果是有效的。线性稳定性预测边界层流动在所考虑的整个参数范围内是不稳定的，定性地证实了Blondeaux等人（2012）的结果。作为分析的结果，这种流动的稳定性不能用临界雷诺数来描述，这与以前的出版物中所尝试的不同。这个明显的矛盾可以通过观察引起微扰放大的放大因子来解决。对于较低的雷诺数，边界层流动在流动的减速区变得不稳定。对于更高的雷诺数，不稳定性也会出现在流动的加速区域，这证实了Sumer等人（2010）在实验中的观察结果，尽管只是定性的。
2013-09-27 physics.flu-dyn
Optimal transient growth and transition to turbulence in the MHD pipe flow subject to a transverse magnetic field
本文研究横向磁场对液态金属管道流动最优瞬态增长的影响，发现不同磁场强度下扰动拓扑与增长机制各异，并通过三维非线性模拟揭示其转捩路径。
2024-05-22 physics.flu-dyn
Spatiotemporal linear stability of viscoelastic free shear flows: non-affine response regime
我们提供了一个详细的比较的二维，时间和时空的线性化分析的粘弹性自由剪切流动的限制在低到中等的雷诺数和弹性数服从四种不同类型的应力-应变本构方程：Oldrophil-B，上对流Maxwell，Johnson-Segalman（JS）和线性Tanner-Thien Tanner（PTT）。由此产生的四阶Orr-Sommerfeld方程转化为一组六个辅助方程，通过复合矩阵法进行数值积分。时间稳定性分析表明，（a）弹性稳定在较高的弹性数值，（b）非单调的不稳定模式，在低到中间值的弹性数的JS以及PTT模型。为了理解弹性、雷诺数和粘度对PTT模型的时间稳定性曲线的影响，我们考虑第四个参数，中心线剪切速率，$ζ_c$。“JS行为”在低于$ζ_c$的临界值时恢复，在高于该临界值时，PTT基底应力（相对于JS模型）减弱，从而解释了弹性的稳定影响。布里格斯的思想解析延续部署到分类区域的时间稳定性，绝对和对流不稳定性，以及倏逝模式，并与以前进行的实验结果进行比较，牛顿流体以及粘弹性流动通过一个圆柱体。相图揭示了两个熟悉的区域的惯性湍流修改弹性和弹性湍流以及（最近证实）区域的弹性惯性湍流和陌生的时间稳定区域的中间值的雷诺数和弹性数。
2021-03-05 physics.flu-dyn
Analysis of complex singularities in high-Reynolds-number Navier-Stokes solutions
Department of Mathematics, University of Palermo（巴勒莫大学数学系）；Department of Mechanical, Materials, and Aerospace Engineering, Illinois Institute of Technology（伊利诺伊理工学院机械、材料与航空航天工程系）
研究高雷诺数下纳维-斯托克斯解中复奇点的形成机制，通过分析恩斯特罗菲和壁面压力梯度揭示粘性与无粘性相互作用，采用复奇点追踪方法从新视角分析普朗特解与纳维-斯托克斯解的相互作用。
2014-03-31 cs.NA math-ph math.CV
Criteria for dynamic stall onset and vortex shedding in low Reynolds number flows
本文通过高分辨率大涡模拟研究低雷诺数下SD7003翼型动态失速，发现边界涡量通量（BEF）判据能识别并定位前缘吸力参数（LESP）无法捕捉的局部涡脱落事件，为流动控制提供新依据。
2024-02-01 physics.flu-dyn
On the linear evolution of disturbances in plane Poiseuille flow
本文通过求解Fourier-Laplace平面内的初边值问题，然后进行反演，计算了平面Poietille流中以频率$ω_0$振动的带状扰动的线性演化。提出了一种新的算法，用于识别Orr-Sommerfeld方程（OSE）在复波数平面上的时间模式，这是反演所需的。与许多先前的研究不同，拉普拉斯积分的性能首先，不仅避免了复杂的因果关系的论点和混乱，在定位上游和下游模式，这是在文献中普遍存在的，但也产生时空统一的解决方案。它还表明，该解决方案包括一个时间周期部分在$ω_0$，与相关的空间模式（Tollmein-Schlichting波）和一个瞬态波包，主要与鞍点的OSE和计算的最陡下降的方法，这也可以包括从空间极点的贡献。这些部分中哪一个占主导地位取决于雷诺数和ω0。该主导部分的次级稳定性分析被视为解释在Nishioka，Iida & Ichikawa的开创性实验中观察到的扰动增长（J. Fluid Mech.，第72卷，1975，第731页）和Nishioka，Iida和Kanbayashi（NASA TM-75885，1981）。亚临界雷诺数Re = 5000的不稳定性的阈值振幅从时间平均的三维扰动，通过结合二次基态和不断增长的Floquet模式。在实验中观察到的阈值振幅曲线的最小值解释这两个基态的不稳定性。计算，另一个亚临界（4000）和超临界（6000）雷诺数，也与实验数据进行了…
2020-06-09 physics.flu-dyn
On the generation of free-surface waves by instabilities in quadratic shear flows
University of Massachusetts Dartmouth（马萨诸塞大学达特茅斯分校）
本文研究了由Couette-Poiseuille流动不稳定性在液体层中生成自由表面波的问题，分析了不同曲率、波数和雷诺数下的稳定性边界及不同流体不稳定性类型。
2025-08-27 physics.flu-dyn
Coherent structure extraction in turbulent channel flow using boundary adapted wavelets
我们提出了一个各向同性的边界适应小波，这是正交的，并产生多分辨率分析的建设。我们分析了在摩擦雷诺数为395时计算的槽道湍流的直接数值模拟数据，并研究了相干涡的作用。涡量小波系数的离散化允许将流动分成两部分，相干涡量和非相干涡量。相干涡量是从它们的少数强小波系数重建的。相干部分的统计，即，能量谱和涡度拟能谱与总流量的统计量接近，而且非线性能量收支得到很好的保持。剩余的不相干部分，由大部分弱小波系数表示，对应于无结构，即，能量均匀分布的噪声样背景流。
2016-07-15 physics.flu-dyn
On the laminar solutions and stability of accelerating and decelerating channel flows
研究加速和减速对槽道流稳定性的影响，推导时变壁面运动和压力梯度下层流精确解，发现减速流通过Orr机制使扰动大幅放大。
2024-08-28 physics.flu-dyn
Energy stability of magnetohydrodynamic flow in channels and ducts
研究矩形管道中磁流体动力流的能量稳定性，通过切比雪夫展开求解临界雷诺数，发现大纵横比与准二维近似吻合，小纵横比收敛于奥尔结果，并揭示抬升机制主导的线性关系。
2024-04-12 physics.flu-dyn
Transient growth and instability in rotating boundary layers
通过计算经典简正模态和计算最佳扰动的瞬态增长，研究了旋转边界层流动的三维时间不稳定性。研究的流动是旋转Blasius（RB）和旋转渐近吸力层（RAS），旋转轴垂直于基本流动平面。与无粘准则一致，在反气旋旋转的两种流动情况下都发现了流向不稳定模态：在高雷诺数下，RB的Rossby数不稳定范围为0<1/Ro<0.57，RAS的Rossby数不稳定范围为0<1/Ro<1。临界雷诺数和Rossby数也确定在这两种情况下。此外，相对于波数，Rossby数和雷诺数的瞬态增长的依赖性，提出了气旋和反气旋的regimes。特别是，{ \it峰值}瞬态增长计算的参数值范围内的气旋制度，并显示旋转减少。相对于雷诺数的标度分析表明，标准的Re ^2标度仅在非常弱的旋转时恢复。最佳扰动类似于斜涡。在弱旋转时，尽管它们的结构与经典的非旋转情况不同，但它们几乎是流向涡。强旋转施加二维和最佳扰动变化弱展向方向和奥尔机制的增长。
2004-03-16 astro-ph physics.flu-dyn
Quartic Lyapunov functions for global fluid stability
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Oregon State University（俄勒冈州立大学）；University of Victoria（维多利亚大学）
针对能量法过于严格的问题，本文利用多项式优化构造四次Lyapunov函数，通过对称性简化和解析替代，验证了二维平行剪切流在更高雷诺数下的全局稳定性。
2026-06-17 physics.flu-dyn
Linear and nonlinear hydromagnetic stability in laminar and turbulent flows
我们考虑任意大的扰动的一个规定的纯流体动力学流动的导电流体的演变。我们研究是否流扰动以及所产生的磁场衰减或随时间增长，并构成一个发电机过程。为此，我们导出了流体动力学扰动的动能与磁能之和的广义的M-O方程。流动被限制在有限体积内，因此边界处速度的法向分量为零。与以前的作品相比，切向分量是任意的。对于磁场，我们大多采用经典的边界条件，其中场在整个空间中延伸。我们建立临界值的流体动力学和磁雷诺数低于任意大的初始扰动的流体动力学流衰减。这涉及到推广的瑞利-费伯-克拉恩不等式的最小特征值的椭圆算子。对于高雷诺数湍流，我们提供了一个估计的临界磁雷诺数低于任意大的波动的磁场衰减。
2021-05-02 astro-ph.SR math-ph math.MP
Spatio temporal linear stability of viscoelastic free shear flows: dilute regime
本文研究了在中低雷诺数和Weissenberg数范围内，反对称自由剪切粘弹性流动的时间和时空稳定性。将所得的四阶Orr-Sommerfeld方程简化为一组六个辅助方程，从重标远场条件出发，即~例如，通过复合矩阵方法。数值结果表明，随着Weissenberg数的增加，（a）最大增长率的峰值（即，最大增长率的峰值）逐渐减小;例如，增长率虚部的最大值）减小;（b）整个不稳定谱范围向长波方向移动（即~例如，整个时间不稳定区域逐渐集中在零波数附近），（c）涡度结构轮廓线被扩张，（d）残余雷诺应力减小。所有这些观察表明，粘弹性减少的时间不稳定性，但并没有完全suppressit. Briggs的解析延拓的想法部署到分类区域的时间稳定性，绝对和对流不稳定性以及倏逝（假）模式，在有限范围内的雷诺数，Weissenberg数和粘性系数。主要结果是，与牛顿流体不同，稀聚合物液体的自由剪切流动对于所有雷诺数都是（绝对/对流）不稳定的，或者在非常低的雷诺数下发生向不稳定的过渡，这一发现归因于粘弹性使自由表面流动不稳定的事实。虽然这种过渡途径连接的时间稳定状态的弹性惯性不稳定状态已经确定了一些体外实验，但到目前为止，还没有量化理论上通过线性稳定性分析。
2019-06-20 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Pattern preservation during the decay and growth of localized wave packet in two-dimensional channel flow
本文从理论和数值两方面研究了二维平面Poillille流中局域波包（LWP）的衰减和增长。当雷诺数（$Re$）小于某一临界值$Re_c$时，LWP扰动动能$E_k$随时间单调减小，并经历了初始陡降期、最终陡降期和中间平台期3个衰减阶段。衰减LWP的较高初始$E_k$对应于较长寿命。根据模拟，寿命按$(Re_c-Re)^{-1/2}$缩放，指示当$Re$接近$Re_c$时寿命的发散，这是被称为“临界减速”的现象。通过提出模式保持近似，即演化LWP的积分运动学性质（如扰动拟能）与$Re$和$E_k$的单值函数无关，扰动动能方程可以转化为经典的鞍结分岔微分方程，由此可以导出衰变LWP的寿命，支持$-1/2$标度律.此外，通过应用模式保持近似和积分运动学性质获得的$Re<Re_c$，雷诺数和相应的$E_k$的整个下支，转折点，并与$E_k<0.15$的上支LWP成功地预测与扰动动能方程，表明模式保持是这种局部过渡结构的内在特征。
2022-04-05 physics.flu-dyn
Laminar and transitional liquid metal duct flow near a magnetic point dipole
采用三维直接数值模拟的方法，研究了强磁偶极子场作用下液态金属管道流动中的流动转变和涡旋结构的产生。偶极子被认为是磁障碍的范例，由于洛伦兹力作用在流体元件上，磁障碍将偏离流线。管道的横截面为方形。偶极子位于顶壁上方，沿展向居中。我们的模型使用准静态近似，这是适用于小磁雷诺数的限制。该分析涵盖了在小的流体动力学雷诺数Re以及过渡的时间依赖的制度，在较高的值，可能会产生一个湍流的磁障碍物的尾流的稳定流政权。我们提出了一个系统的研究，这两个基本的流动制度和它们对Re和哈特曼数哈，磁偶极子场的强度的措施的依赖。此外，偶极子的三个方向进行了比较：流向，展向和壁法线取向的偶极子轴。在管道上方固定距离处最有效的湍流产生遵循展向方向，这是由哈特曼层的特定配置和顶板处的反向流动引起的。湍流尾流中的拟能随Ha线性增长，Ha与流向速度的壁法线z导数的优势有关。
2013-09-16 physics.flu-dyn
