Inhomogeneous preferential concentration of inertial particles in turbulent channel flow
导致惯性颗粒在低湍流扩散率区域中的优先集中的湍流泳动是非均匀湍流（例如自由剪切流或壁边界流）的独特特征。本文将均匀湍流中弱惯性颗粒的成团理论推广到槽道湍流的非均匀情形。在均匀湍流中，除了团簇外，非均匀性也有助于团簇形成。根据湍流的局部统计，导出了产生不均匀颗粒浓度的空间相关速率。我们提供了浓度的成对关联函数的公式，该函数分解为时间和空间相关的平均浓度的乘积和时间无关的聚类因子，该聚类因子在点之间的距离上服从幂律。这种幂律表征了粒子分布的不均匀多重分形性。一个独特的示范和量化的组合效应的turbophoresis和分形聚类在一个直接的数值模拟的颗粒运动在湍流槽道流中进行根据所提出的理论。流动的不均匀性对聚集的贡献最大，发生在粘性子层和缓冲层之间的过渡区域。均匀项和非均匀项的比值取决于壁距。非均匀项可以显著增加惯性颗粒的优先浓度，因此与纯均匀湍流中具有相同惯性的颗粒相比，非均匀湍流中的总体聚类程度可能更强。
2017-02-05 physics.flu-dyn
A turbulent premixed flame on fractal-grid generated turbulence
在预混湍流燃烧实验中，采用了一种填充空间、低阻塞的分形网格作为新型湍流发生器。与标准湍流网格的幂律衰减相反，分形网格的下游湍流强度增加，直到在距离网格一定距离处达到峰值，然后才最终衰减。有效网格尺寸和密实度与标准正方形网格相同。结果表明，在相同的流量和化学计量比下，分形湍流增强了燃烧速率，使火焰面积进一步增大。使用火焰分形模型，试图突出在两个不同的湍流场建立的火焰之间的差异。
2010-04-13 physics.flu-dyn
Scale-space energy transport in anisotropic inhomogeneous buoyancy-driven turbulent flows
本文提出新数学框架描述物理与尺度空间中湍流动能和传热收支，推导非均匀各向异性浮力驱动湍流的两个精确输运方程，后处理Rayleigh-Bénard对流数据集并量化非均匀性贡献。
2024-11-26 physics.flu-dyn
Spectral analysis on transport budgets of turbulent heat fluxes in plane Couette turbulence
近几年来，人们对壁湍流中的逐尺度能量传输进行了深入的研究，并对湍流能量在空间和尺度间的复杂传输进行了探讨。由于强化传热是湍流的一个重要方面，从工程的角度来看，它也是重要的研究如何湍流热通量的空间和尺度上的非线性多尺度相互作用的壁湍流和湍流能量。本文利用直接数值模拟的方法研究了具有被动标量传热的平面Couette湍流热通量的谱输运收支。详细研究了展向温度脉动谱和速度-温度关联的输运预算，并与相应的雷诺应力谱进行了比较。这些尺度之间的相似性和差异进行了讨论，特别侧重于尺度间传输和空间湍流扩散的作用。结果表明，温度统计量的谱输运与雷诺应力的谱输运十分相似，特别是雷诺切应力和壁面法向湍流热通量的谱输运普遍存在逆尺度间传输
2022-05-31 physics.flu-dyn
On dissipation time scales of the basic second-order moments: the effect on the Energy and Flux-Budget (EFB) turbulence closure for stably stratified turbulence
本文利用直接数值模拟（DNS）评估基本二阶矩耗散率，修订稳定分层湍流的EFB湍流闭合理论，揭示TKE、浮力通量与TPE间的关键反馈机制，维持任意Richardson数下的剪切稳定分层湍流。
2025-01-29 physics.flu-dyn
Turbophoresis in forced inhomogeneous turbulence
我们表明，通过直接的数值模拟，重惯性粒子（其特征在于斯托克斯数$\St$）在非均匀强迫统计平稳等温湍流集群的均方湍流速度的最小值。两个湍流输送过程，湍流泳动和湍流扩散共同决定了颗粒的空间分布。如果假设湍流扩散率与湍流均方根速度成比例，就像均匀湍流的情况一样，则可以计算湍流系数。实际上，对于上述假设，对于小$St$，湍流系数和均方根速度的无量纲乘积随$St$增加，对于$St\approx 10$达到最大值，对于大$St$，随$\sim St^{-0.33}$减少。
2016-10-17 physics.flu-dyn
Non-equilibrium turbulence scalings and self-similarity in turbulent planar jets
本文研究了平面湍流射流的自相似性和耗散标度以及理论上隐含的平均流标度。与已经进行此类研究的湍流尾流不同（Dairay等人，2015; Obligado等人，2016），这是一种无边界湍流剪切流，其中局部雷诺数随着距离入口的距离而增加。Dairay等人（2015）修订的Townsend-George理论适用于湍流平面射流。在这个理论中，只有少数轮廓需要自相似。平均流量、湍流耗散、湍流动能和雷诺应力分布的自相似性得到了我们从18到至少54个喷嘴尺寸的实验结果的支持，这是这项工作中研究的最远的位置。此外，在湍流尾流、衰减网格生成湍流、各种周期性湍流和湍流边界层中发现的非平衡耗散标度（Vassilicos 2015，Dairay等人2015，Goto & Vassilicos 2015，Nedic等人2017）也在当前湍流平面射流和Antonia等人（1980）的湍流平面射流中观察到。根据这些观测结果，该理论意味着新的平均气流和喷流宽度定标，这与我们的数据和Antonia等人（1980）的数据是一致的。特别是，它意味着一个迄今为止未知的夹带行为：特征横流中心线流向平均流速的比率衰减为-1/3幂的流向距离在该地区的非平衡耗散缩放举行。
2018-03-28 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
Rotational intermittency and turbulence induced lift experienced by large particles in a turbulent flow
本文用实验方法研究了一个大的中性浮力粒子在湍流中的自由平流运动。我们证明，平移和角加速度表现出很宽的概率分布，表现出的不稳定性。相对于轨迹的角速度的取向以及以自旋速度为条件的平移加速度提供了作用于颗粒上的升力的证据。
2010-12-20 physics.flu-dyn
Modeling the "rapid" part of the velocity/pressure-gradient correlation in inhomogeneous turbulent flows
本文提出了一个新的雷诺平均纳维-斯托克斯方程中速度/压力梯度关联的“快速”部分的模型。结果表明，在非均匀不可压湍流中，雷诺应力线性模型应包括两个模型系数。在某些极端湍流状态下，分析了系数的函数形式。结果表明，该模型简化为均匀湍流中的标准线性压力-应变模型，且满足可实现性条件，只要系数是平均速度梯度和雷诺应力的函数。在非均匀湍流中，系数应取决于与非均匀效应直接相关的参数。用两种流动的直接数值模拟数据对模型进行了验证：平面尾迹和平面混合层。
2006-11-27 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of a Turbulent Boundary Layer on a Flat Plate Using Synthetic Turbulence Generation
采用不可压纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟（DNS）方法计算平板上的湍流边界层，作为合成湍流发生器（STG）入流边界条件的试验台。入口动量厚度雷诺数约为1，000。该研究验证了STG在边界条件下游5至7个边界层厚度范围内产生精确湍流的能力。还测试了稳定方案变化对边界层发展的影响。此外，所需的网格分辨率的发展区域和下游流动时，使用稳定的有限元方法进行了研究。
2021-02-12 physics.flu-dyn
Dynamics of particle-laden turbulent Couette flow. Part1: Turbulence modulation by inertial particles
在载有颗粒的湍流中，对于高于$10^{-4}$的体积分数，载体流体相中的湍流受到分散颗粒相的影响，因此反向耦合或双向耦合在该体积分数范围内变得相关。在Muramulla $et.al.^1$最近的一项研究中，对于临界体积分数O（$10^{-3}$），在垂直的载有颗粒的湍流槽道流中观察到湍流强度的不连续降低。湍流强度的崩溃是湍流能量产生率灾难性下降的结果。从机理上讲，固液耦合在固粒湍流库埃特流中不同于在封闭槽道流中。本文通过双向耦合DNS研究了惯性颗粒对Couette流湍流的调制作用，其中颗粒体积分数（$ϕ$）从$1.75\times10^{-4}$变化到$1.05\times10^{-3}$，基于半通道宽度的雷诺数（$δ$）和基于壁面速度的雷诺数（$U$）（$Re_δ$）为$750$。粒子是重点粒子，具有基于流体积分时标的$St\sim367$，由$δ/U$表示。在超过临界体积分数$ϕ_{cr}\sim7.875\times10^{-4}$后，流体湍流强度、均方速度和雷诺应力均出现不连续的下降。湍流剪切产生的急剧减少和湍流动能的粘性耗散的减少是发生类似槽道流的不连续转捩的两个重要现象。逐步粒子注入和逐步去除的研究证实，这是粒子的存在，这主要是在这个不连续的过渡。
2022-04-01 physics.flu-dyn
Characterization of Coupled Turbulent Wind-wave Flows Based on Large Eddy Simulation
风浪相互作用包括风对波浪表面的作用力和波浪对紊流风结构的作用，它从根本上影响着结构所受的风浪载荷。现有的风浪相互作用模拟研究忽略了风的固有的强干扰性。本研究的目的是描述波浪面上的湍流气流和风驱动下的波浪动力学。发展了一个高保真度的两相流模式来模拟高度湍流的风浪场。代替使用均匀风，在入口边界处使用湍流点方法规定固有风湍流度。通过模拟风浪流场特性与实验数据的比较，验证了模型的有效性。利用验证后的模型，在10^2 m尺度上进行了极端风浪条件下的数值算例研究。结果表明，当考虑固有风激时，合成湍流增强，合成湍流是固有湍流和波激湍流的总和。此外，由于风固有湍流的存在，波浪相干速度和遮蔽效应增强。强烈湍流的区域取决于风速和波相速度之间的相对速度。更高的风速会导致更大的湍流强度，最高可增加17%。风浪相对速度的不同会导致波浪相干速度的正负方向相反。波浪相干速度与风速近似成正比，影响范围主要取决于波高。
2022-06-05 physics.flu-dyn
Non-premixed Flame-Turbulence Interaction in Compressible Turbulent Flow
非预混湍流反应流动由于湍流运动与反应之间的强耦合而难以建模。典型的碳氢化合物火焰释放的大量热量导致热力学变量和分子输运系数的显著修改，从而改变了流体动力学。此外，在非预混燃烧中，火焰具有复杂的空间结构。局部的膨胀和收缩发生，增强了平行运动。因此，流动的可压缩性和热释放密切相关。然而，关于可压缩性对标量混合和反应的作用的基础研究却很少。在本文中，我们提出的结果有关的非预混火焰和可压缩湍流之间的相互作用的基本方面。
2002-03-13 physics.flu-dyn
Reynolds number effects on transition, turbulence intensity and axial-velocity decay rate of turbulent round jets
采用显式过滤大涡模拟技术，对三种不同雷诺数（Re = 3600、88000、400000）下的湍流圆射流进行了数值模拟，以了解雷诺数对马赫数0.9亚音速射流的影响。八阶紧致格式用于空间导数估计。流场的时间演化采用二阶龙格-库塔法。单参数四阶紧致滤波器用于传输变量的低通显式滤波。随着射流雷诺数的增加，中心线轴向速度衰减率减小，湍流强度降低。射流扩展率被观察到是独立的雷诺数。对于相同的入流湍流引射，在高雷诺数的射流中观察到早期的势核崩溃和向湍流区的转变。随着雷诺数的增加，增加较小的长度尺度的作用进行了分析。据观察，行为的湍流圆形射流是类似的平面射流，无论在尺寸自由度的增益。详细讨论了从数值实验的意见。
2017-11-05 physics.flu-dyn
On the nature of laminar-turbulence intermittency in shear flows
在管道、槽道和边界层流动中，湍流首先在空间和时间上间歇地发生：在中等雷诺数下，无序湍流运动的区域被静止层流区域分隔开。基于管流的直接数值模拟，我们在这里认为，空间不稳定性有其起源于最近邻湍流区之间的相互作用。我们进一步表明，在这种制度下，湍流本质上是间歇性的一个定义良好的平衡湍流分数，但从来没有假设一个稳定的模式。这种过渡情况类似于在简单模型中发现的情况，例如耦合映射格子。所观察到的缩放意味着湍流的层流间歇将持续到任意大的雷诺数。
2013-06-25 physics.flu-dyn
Characterization of turbulence in inhomogeneous anisotropic flows
我们引入了一个全局量$δ$，它表征了非均匀各向异性流中的湍流波动。这个与时间相关的量是基于全球速度场的空间平均值，而不是经典的局部速度的时间平均值。$δ(t)$通常仅通过两个参数，即其时间平均值$\bar δ$和其方差$δ_2$，来提供任何湍流的有用的定量表征。在vonKármán流的典型情况下，实验研究了$\bar δ$和$δ_2$的性质，并用于表征尺度能量预算作为强制模式的函数以及两种流拓扑结构之间的过渡。
2008-05-20 physics.flu-dyn
Scalar mixing and entrainment in an axisymmetric jet subjected to external turbulence
本研究通过标量统计和平面激光诱导荧光实验，发现背景湍流增强使射流湍流/湍流界面增厚，并增加大尺度吞并和脱卷挟事件，导致射流净卷挟减少、核心标量偏度负值减弱。
2024-09-16 physics.flu-dyn
Localised edge states nucleate turbulence in extended plane Couette cells
我们研究了大区域中的平面Couette流的湍流转捩，在大区域中观察到局部扰动产生不断增长的湍流斑。扩展以前的研究层流和湍流动力学之间的边界，我们确定层流和湍流之间的中间不变的结构。在宽而短的域中，我们发现状态被定位在展向方向，并且在宽而长的域中，状态也被定位在下游方向。这些局域化的状态作为临界核过渡到湍流在空间上扩展的域。
2009-09-02 physics.flu-dyn
Droplet Bag Formation in Turbulent Airflows
本文通过数值模拟研究了湍流气流中液滴演化为袋状结构的过程，发现湍流提高了液滴扁平化时的阻力系数并导致后期倾斜和褶皱加剧，同时探讨了湍流间歇性及液气黏度比的影响。
2025-01-28 physics.flu-dyn
Detailed derivation of scale-Space Energy Density Transport Equation for Compressible Inhomogeneous Turbulent Flows
尺度空间能量密度函数$E(\mathbf{x}, \mathbf{r})$定义为两点速度相关的导数。函数E描述了在位置x处尺度r的湍流动能能量密度，并且可以被认为是谱能量密度函数概念对非均匀流的推广。我们推导了可压缩流中尺度空间能量密度函数的输运方程，以更好地理解尺度间的能量传递和能量相互作用的非局部性程度。具体来说，变密度和膨胀的湍流能量动力学的影响。预计这些研究结果将产生更深入的了解压缩性的影响，导致改进的模型在所有级别的关闭质量通量，密度方差，压力膨胀，压力应变相关性和湍流耗散过程。
2020-10-05 physics.flu-dyn
The impact of turbulence on flying insects in tethered and free flight: high-resolution numerical experiments
扑翼昆虫是非常敏捷的飞行者，适应高度动荡的环境。我们提出了一系列高分辨率的数值模拟大黄蜂与湍流来流相互作用。我们考虑系留和自由飞行，后者的所有六个自由度耦合到纳维-斯托克斯方程。为此，我们改变湍流入流的特性，改变湍流强度或湍流动能的谱分布。排除了主动控制，以便量化真实动物在其反应时间延迟期间表现出的被动反应，然后才能适应翅膀跳动。与层流入流条件相比，修改湍流强度对循环平均气动力、力矩和功率没有显著影响。然而，随着湍流强度的增加，气动观测值的波动显著增加。改变湍流扰动的积分尺度，同时保持湍流强度不变，表明如果积分尺度小于机翼长度，则力和力矩的波动水平显著降低。研究表明，环境湍流中尺度相关的能量分布是影响飞行昆虫控制其身体定向的相关因素。
2019-01-29 physics.flu-dyn
An efficient and low-divergence method for generating inhomogeneous and anisotropic turbulence with arbitrary spectra
提出基于相关重构与 Cholesky 分解的无散度合成湍流方法，可高效生成任意谱的非均匀各向异性湍流，并适用于大规模 DNS/LES。
2023-07-31 physics.flu-dyn
Spectral analysis on dissimilarity between turbulent momentum and heat transfers in plane Couette turbulence
湍流中不同尺度间的非线性相互作用导致了湍流能量的尺度间和空间输运，这种尺度间的相互作用在湍流传热机制中的作用从工程角度看也具有重要的实际意义。在本研究中，我们调查了一个湍流平面Couette流与被动标量传热在普朗特数0.71，为了解决速度和温度场的尺度相互作用之间的相似性/差异。采用等温差边界条件，使平均速度和温度廓线相似，然后比较了尺度间和空间输运对湍流能量谱输运预算和温度统计的作用。我们发现，湍流传热发生在相对较小的流向长度尺度相比，动量传递，虽然分子扩散是更显着的温度场的普朗特数小于1。对温度相关谱的输运收支的详细分析表明，温度场中的尺度相互作用比速度场中的尺度相互作用为小尺度提供了更多的能量。这种显著的温度级联导致小尺度下更强的温度涨落，最终导致湍流热传递和动量传递谱的不相似。
2022-04-06 physics.flu-dyn
The rise of fully turbulent flow
对壁面剪切流中湍流起源的研究已经进行了一个多世纪，结果产生了一幅令人困惑的画面，其中湍流以各种不同的状态出现，与层流背景流竞争。在稍高的速度下，情况明显改变，整个流动是湍流。到目前为止，无论是在过渡期间遇到的不同状态的起源，还是它们的前沿动力学，更不用说向完全湍流的转变了。结合实验，理论和计算机模拟在这里，我们揭示了分叉的情况下组织的路线，充分湍流管流，并解释在这个过程中遇到的不同状态的前动力学。解决这一问题的关键是将流动解释为具有湍流锋的非线性传播（平流）的湍流系统。这些发现弥补了我们对湍流开始和完全湍流的理解之间的差距。
2015-10-30 physics.flu-dyn
Inertial range scaling of inhomogeneous turbulence
针对非均匀性对湍流动能谱$k^{-5/3}$惯性区标度的影响，提出弱统计非均匀时能谱含平衡谱与$k^{-7/3}$标度的扰动项，并通过三维Kolmogorov流直接数值模拟评估该预测。
2023-07-26 physics.flu-dyn
Generalizable super-resolution turbulence reconstruction from minimal training data
针对湍流多尺度复杂性导致的解析与泛化难题，提出仅在单一HIT数据集上训练的SoZoGAN框架，通过分区分解与尺度索引模型实现零样本跨域超分辨率湍流生成，验证了其高精度与强泛化能力。
2025-11-04 physics.flu-dyn
A machine-learned probability distribution in the phase space of turbulent channel flow for synthetic turbulence and flow reconstruction
KU Leuven（荷语鲁汶大学）
研究湍流通道流相空间中机器学习概率分布能否近似物理不变分布，通过训练基于流的生成模型并评估相关属性，经与直接数值模拟比较及应用验证，该分布能很好近似湍流动力系统自然分布，可用于合成湍流和流动重构。
2026-07-21 physics.flu-dyn
Comparison of turbulence profiles in high Reynolds number turbulent boundary layers and validation of a predictive model
Vassilicos等人（2015年）修改后的Townsend-Perry附加涡流模型结合了rms流向湍流速度剖面的外部峰值/平台特性和这些剖面在离壁更远距离处的Townsend-Perry对数衰减。这些作者针对高雷诺数湍流管流数据对该模型进行了验证，并在此显示，该模型同样能够很好地描述来自四个不同设施和宽雷诺数范围的湍流边界层流数据，且参数值大致相同。该模型具有预测价值，当外推到极高的雷诺数的SLTEST数据在大盐湖沙漠大气测试设施，它匹配这些数据相当不错。
2018-09-14 physics.flu-dyn
Wave-Particle Turbulence Simulation of Spatially Developing Round Jets: Turbulent Flow Modeling and Method Validation
本文应用波-粒湍流模拟方法模拟雷诺数5000的空间发展圆射流，仅用DNS 2%的网格即准确预测速度衰减、平均速度剖面及雷诺应力等统计量，验证了该方法在剪切湍流中的高效性与精度。
2025-07-19 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
Model for transitional turbulence in a planar shear flow
Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；University of Warwick（华威大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本文提出一个简化模型，用于描述平面剪切流中过渡湍流的现象，通过推导纳维-斯托克斯方程并分析湍流起始的模式和机制。
2026-02-23 physics.flu-dyn
A symmetry-based theory for the mean velocity profiles of turbulent boundary layers subjected to pressure gradient and historical turbulence effects
提出一种对称性理论，通过修正总应力亏损律并扩展结构系综动力学中的应力长度多层幂律，解析预测含压力梯度与历史湍流效应的完整平均速度剖面。
2023-11-03 physics.flu-dyn
What We Can Learn From DNS of Turbulence in Porous Media: Modeling Turbulent Flow in Composite Porous/Fluid Domains
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
基于多孔介质DNS发现湍流尺度受孔隙限制，提出复合多孔/流体域湍流模型，强调界面粗糙度对换热影响大于多孔区湍流。
2026-09-24 physics.flu-dyn
Coherent structures at the origin of time irreversibility in wall turbulence
本研究提出欧拉多尺度分析方法研究壁面湍流时间不可逆性，发现其与相干结构强关联，近壁区关联内谱峰、远壁区关联外谱峰，为相关建模与控制奠定基础。
2023-05-05 physics.flu-dyn
Turbulent Diffusion-Cascade Interaction
CNRS（法国国家科学研究中心）
研究了湍流扩散与级联相互作用，发现湍流耗散率与传输率成反比，比例常数受涡和位置影响。
2026-01-08 physics.flu-dyn
Turbulence via intermolecular potential: Viscosity and transition range of the Reynolds number
流体中的湍流是一种普遍存在的现象，其特征在于平滑的层流到快速变化的混沌动力学的自发转变。1883年，雷诺用实验证明，在最初的水层流中，湍流运动出现时没有任何可测量的外部扰动。直到今天，湍流仍然是流体力学中一个主要的未解决的现象;特别是，缺乏一个数学模型，其中湍流动力学自然地从层流中出现。最近，我们提出了一种新的气体湍流理论，根据该理论，湍流运动是由分子间势的平均场效应在惯性气体流中产生的。在目前的工作中，我们调查的粘性在我们的湍流模型的效果，通过数值模拟在正常条件下的空气流动在一个直管中的不同值的雷诺数。我们发现，层流和湍流之间的过渡在我们的模型中发生没有任何故意的扰动，雷诺数从2000增加到4000。当模拟的流动变成湍流时，在我们的模型中的动能的时间平均傅立叶谱的衰减率接近Kolmogorov的逆三分之五定律。这两个结果都与实验和观察相一致。
2022-05-02 physics.flu-dyn
Experimental investigation of turbulence and turbulent thermal diffusion in strongly inhomogeneous and anisotropic forced convection
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
本研究通过实验探讨强不均匀和各向异性对流中湍流及湍流热扩散特性，发现温度梯度与粒子数密度分布存在反相关关系。
2025-10-13 physics.flu-dyn
Experimental properties of continuously-forced, shear-driven, stratified turbulence. Part 1. Mean flows, self-organisation, turbulent fractions
我们研究了分层倾斜管道（SID）中的交换流的实验性质，这些交换流同时是湍流的，由平均垂直密度梯度强烈分层的，由平均垂直剪切驱动的，并且连续地由重力强迫。我们专注于核心剪切层远离管道壁，这些流量是优秀的实验可实现的近似规范双曲正切分层剪切层，其迫使允许平均和湍流特性达到准稳态。我们分析了国家的最先进的数据集的时间分辨密度和速度在三维子体积的管道在16个实验，涵盖了一系列的流态（霍姆波，间歇性湍流，全湍流）。在第1部分中，我们首先揭示了多维参数空间（雷诺数，体理查森数，速度密度层厚度比）中的允许区域，以及它们与实验可控参数的联系。哈罗德平均余额，然后揭示了微妙的动量强迫和耗散机制，在每一层中，扩大或锐化的密度接口，以及这些流量的流向非周期性的重要性。平均流量表明自相似的速度和密度分布的趋势，增加湍流，梯度理查森数统计支持以前的内部混合理论的平衡理查森数，边际稳定性和自组织临界。湍流体积分数拟能和翻转阈值的基础上量化不同制度之间的湍流的性质，同时突出了在时空间歇性流动中获得代表性统计数据的挑战。这些见解可能会刺激和协助发展的数值模拟与更高程度的实验现实主义。
2021-03-16 physics.flu-dyn
Coherent structures in localised and global pipe turbulence
最近在管流中发现的不稳定行波（TW）被誉为一个重大突破，希望他们填充湍流吸引子。我们证实了存在的相干态与内部的快速和缓慢条纹相称的结构和能量与已知的TW在一个长管道中使用数值模拟。然而，这些只发生在低雷诺数（Re=2000-2400）时（局部）“喷流”湍流的低能量区域内，而在Re=2800时（均匀）“段塞”湍流中根本不发生。这强烈表明，所有目前已知的TW坐在层流和湍流状态之间的相空间的中间区域，而不是被嵌入在湍流吸引子本身。具有强烈减速核心的新相干快条纹态似乎取代了湍流吸引子。
2008-02-20 physics.flu-dyn
Transitions of turbulent superstructures in generalized Kolmogorov flow
自组织的大尺度流动结构出现在广泛的湍流中。然而，它们的出现，动力学以及与小尺度湍流的相互作用还没有得到很好的理解。在这里，我们研究这种自组织的湍流超结构在三维湍流Kolmogorov流与大规模的阻力。通过大量的模拟，我们发现它们的低维动力学特征之间的过渡几个稳定和亚稳定的大尺度结构的阻尼参数的函数。湍流超结构的主要耗散机制是小尺度湍流的产生，其局部结构强烈依赖于大尺度流动。我们的研究结果阐明了通用的出现和低维动力学的大规模流动结构充分发展的湍流，并揭示了强耦合的大规模和小规模的流动特征。
2021-06-01 physics.flu-dyn
The effect of turbulent clustering on particle reactivity
采用直接数值模拟（DNS）方法，研究了湍流对固体颗粒非均相（固-流）反应的影响。使用简化的反应系统，其中固体-流体反应由单个等温反应步骤表示。结果表明，由于各向同性湍流对颗粒的聚集作用，当Damköhler数较大时，总的反应速率完全由湍流控制。颗粒聚集显着减慢反应速率增加Damköhler数达到一个渐近极限，可以解析推导。这意味着湍流对非均匀反应颗粒的影响应包括在燃烧室或气化器中的焦炭燃尽等CFD模拟中使用的模型中。这种模型，基于化学和湍流的时间尺度，在这里提出的非均相反应速率在湍流的存在下。
2016-07-13 physics.flu-dyn
Stochastic Transition between Turbulent Branch and Thermodynamic Branch of an Inhomogeneous Plasma
用统计理论分析了亚边缘湍流等离子体中热力学分支与湍流分支之间的过渡现象。通过数值模拟具有亚边缘特征的朗之万方程，得到了湍流脉动的时间发展。分析了两种状态之间的概率密度函数和跃迁率。从亚临界分岔点到线性稳定边界之间的几乎整个区域都发生了从湍流分支到热力学分支的转变。
2002-04-04 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Sudden viscous dissipation of compressing turbulence
如果压缩比湍流涡旋的粘性耗散时间快，则湍流等离子体的压缩可以放大湍流动能。一个突然的粘性耗散机制被证明，从而这种放大的湍流动能迅速转换为热能，提出了一个新的范例快速点火惯性聚变。
2016-02-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Strong polymer-turbulence interactions in viscoelastic turbulent channel flow
本文着重研究了粘弹性湍流导致聚合物诱导湍流减阻现象的基本机理。在这个问题上的一个巨大挑战是粘弹性湍流的计算，因为对聚合物物理的理解仅限于力学模型。一个有效的国家的最先进的数值方法来解决建模为非线性弹簧的聚合物的控制方程，而不使用任何人为的假设，像往常一样，在这里实施的第一次在一个三维通道流动几何。该算法捕捉强聚合物-湍流动力学相互作用的能力被描绘的结果，这是更接近定性的实验观察。这使得更详细的研究的聚合物湍流的相互作用，从而产生一个增强的图片上的聚合物湍流能量转移的机制。
2011-11-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulence and turbulent pattern formation in a minimal model for active fluids
活性物质系统显示出一系列迷人的动力学状态，包括静止模式和湍流相。虽然前者可以从斑图形成领域的方法来解决，主动湍流相位的时空无序要求统计描述。本文借用湍流理论中的一些技巧，建立了一个最小连续模型的关联函数和谱的定量描述。进一步探索参数空间，我们还报告了一个令人惊讶的类型的连续性驱动的斑图形成远远超出线性发病：出现一个动态的六边形涡晶格状态后，扩展的湍流瞬态，这只能解释考虑到湍流能量转移跨尺度。
2018-08-10 nlin.PS physics.bio-ph physics.flu-dyn
On the turbulent energy cascade in anisotropic magnetohydrodynamic turbulence
基于非线性相互作用的弱性和级联能量在波矢空间的各向异性，用唯象理论讨论了太阳风等离子体中Alfvénic湍流能量级联的发生问题.在这里，这个悖论是审查通过正式推导的Yaglom关系从各向异性磁流体动力学方程。Yaglom关系式涉及由速度和磁场计算的三阶矩，并涉及两个Elsässer矢量场，就湍流的航天器观测而言，特别有用。
2010-03-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulence in stably stratified radiative zone
恒星辐射带中的湍流输运是一个很大的课题，人们对此知之甚少。许多物理过程可以潜在地驱动恒星辐射区的湍流，但有限的观测约束和湍流输运模型的不确定性使得很难确定最相关的一个。在这里，我们专注于稳定分层的径向湍流输送的化学品的效果，更特别的情况下，湍流是由径向剪切驱动。数值模拟的结果，旨在测试湍流传输的唯象模型。虽然这似乎没有什么野心，但无论驱动湍流运动的机制是什么，稳定层结都会影响径向湍流输送，目前的考虑对这些其他机制也是有用的。
2019-11-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent drag reduction in magnetohydrodynamic and quasi-static magnetohydrodynamic turbulence
在流体动力学湍流中，大尺度注入的动能级联到惯性范围，导致恒定的动能通量。相反，在磁流体动力学（MHD）湍流中，一部分动能被转移到磁能。因此，对于相同的动能注入率，MHD湍流中的动能通量与其流体动力学对应物相比减小。这导致非线性项（$\la | ({\bf u}\cdot \nabla) {\bf u} | \ra$，其中${\bf u}$是速度场）和湍流阻力相对减弱，但MHD湍流中的速度场增强。我们使用流体动力学和MHD湍流的壳模型模拟来验证上述。准静态MHD湍流也表现出类似于MHD湍流的湍流阻力减小。
2020-04-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Energy and flux budget closure theory for passive scalar in stably stratified turbulence
针对稳定分层湍流，发展了被动标量（非浮力和非惯性粒子或气体混合物）的能量和通量收支（EFB）封闭理论。EFB湍流闭合的物理背景是基于湍流动能和势能以及动量和浮力的湍流通量以及颗粒的湍流通量的收支方程。EFB湍流闭合是为从中性到非常稳定的分层地球物理流而设计的，它意味着在任何分层处，湍流都是由速度切变维持的。在定常状态下，导出了被动标量的湍流通量和各向异性非对称湍流扩散张量的表达式，并得到了该张量各分量的普适通量理查森数依赖关系。湍流扩散张量在垂直方向上的对角分量被强分层抑制，而在水平方向上的对角分量没有被抑制，并且它们与湍流扩散张量的其他分量相比是占主导地位的。这意味着，任何最初创建的强烈不均匀的粒子云演变成一个薄煎饼在水平面上的垂直方向上的厚度非常缓慢的增加。湍流Schmidt数随梯度理查森数线性增加。考虑到这些结果的应用程序的大气边界层湍流，理论关系推导出允许确定的湍流扩散张量作为一个函数的垂直坐标测量的单位的地方Obukhov长度尺度。所得到的关系式在模拟大气边界层湍流和自由大气湍流中的颗粒弥散方面具有潜在的应用价值。
2021-06-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Resonance enhanced turbulent transport
本文在E。Kim [ \emph{Physics of Plasmas}，{ \bf 13}，022308，2006]。湍流扩散被发现至关重要地依赖于抑制之间的竞争，由于剪切和增强，由于共振，取决于剪切流和湍流的特征时间和长度尺度。由于多普勒和参数共振，具有有限记忆时间的湍流会增强传输。在不同的参数空间中提供了湍流振幅和传输的标度。结果表明，振荡剪切流不仅在调节湍流的效率较低，但也可以提高湍流扩散的价值，加速湍流输送。
2008-12-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulent viscosity and effective magnetic Prandtl number from simulations of isotropically forced turbulence
背景：大尺度流的湍流扩散和磁场在许多天体物理系统中起着重要作用。目的：我们的目标是计算湍流粘度和磁扩散率，相关的扩散大规模的流动和磁场，分别和它们的比率，湍流磁普朗特数，${\rm Pm}_{\rm t}$，各向同性强迫均匀湍流。方法：我们使用的强迫湍流在完全周期性的立方体组成的等温气体施加大规模的正弦剪切流的模拟。湍流粘度的计算，无论是从所产生的雷诺应力或从大规模流动的衰减率。湍流磁扩散率的计算使用测试场方法。通过改变施加的正弦剪切和测试场的波数，研究了系数的尺度依赖性。结果：我们发现湍流粘性系数和磁扩散系数在一般情况下是同一个数量级。此外，湍流粘度取决于流体雷诺数（${\rm Re}$）和湍流的尺度分离比。湍流粘性的尺度依赖性被发现是很好地近似的洛伦兹。湍流输运系数的结果似乎在足够高的${\rm Re}$值和尺度分离比处收敛。然而，即使在${\rm Re}$的最大值处也发现了微弱的下降趋势。湍流磁普朗特数收敛到一个值，这是略低于单位大${\rm Re}$，而对于小${\rm Re}$，我们发现0.5和0.6之间的值。结论：湍流磁扩散率一般始终高于湍流粘度。在大的${\rm Re}$和尺度分离比下，从模拟（$\approx0.9\ldots0.95$）中发现的${\rm Pm}_{\rm t}$的实际值高于任何分析预测。
2020-02-17 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent Prandtl number from isotropically forced turbulence
湍流运动增强了大尺度流动的扩散和温度梯度。这种扩散通常由湍流粘性系数（$ν_{\rm t}$）和湍流热扩散系数（$χ_{\rm t}$）来参数化，这与它们的微观对应物类似。我们通过在湍流上施加大尺度的速度和温度梯度并测量系统的响应来计算湍流扩散系数。我们还证实了我们的结果，使用实验中施加的梯度被允许衰减。为了实现这一点，我们使用弱可压缩的三维流体动力学模拟各向同性强迫均匀湍流。我们发现，湍流粘性和热扩散，以及它们的比例的湍流普朗特数，${\rm Pr}_{\rm t} = ν_{\rm t}/χ_{\rm t}$，接近渐近值在足够高的雷诺数和Peclét数。我们也没有发现${\rm Pr}_{\rm t}$对微观普朗特数${\rm Pr} = ν/χ$的显著依赖性。这些发现与$k-ε$模型的结果形成鲜明对比，该模型表明${\rm Pr}_{\rm t}$随着${\rm Pr}$的降低而单调增加。目前的结果是相关的正在进行的辩论，例如，在非常低的${\rm Pr}$制度的恒星对流区的湍流的性质。
2022-07-21 astro-ph.SR physics.flu-dyn
A lower bound on adiabatic heating of compressed turbulence for simulation and model validation
当压缩发生在比湍流耗散时间短的时间尺度上时，湍流中的能量可以通过压缩而放大。这种机制可能在维持各种天体物理系统（包括分子云）中的湍流中发挥作用。湍流放大的量取决于压缩强迫和湍流耗散的净效应。通过对这种耗散的一个界的论证，我们给出了压缩湍流中湍流速度随压缩比的标度的一个下界。也就是说，受到压缩的湍流将至少与这里给出的边界一样多地被增强，这取决于将概述的一组警告。作为一个验证检查，这个下限表明，一些压缩天体物理湍流的模拟和模型是太耗散。所使用的技术突出了压缩湍流和衰减湍流之间的关系。
2017-04-09 astro-ph.GA astro-ph.IM physics.flu-dyn
