Exact mathematical formulas for wall-heat flux in compressible turbulent channel flows
本文从内能方程或总能方程出发,导出了可压缩槽道湍流壁面平均热流密度($q_w$)的几个精确表达式。可以应用两种不同的路线,包括FIK方法和RD方法。不同雷诺数和马赫数下的可压缩槽道流动的直接数值模拟数据验证了推导公式的正确性。对不同的能量方程和不同的路线进行了讨论,得出的结论是:目前所导出的公式大多数只是数学公式,缺乏明确的物理解释。它们可用于估计$q_w$,但可能不适合探索底层物理。
2021-08-07 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
A compressible Reynolds-averaged mixing model considering turbulent entropy and heat flux
本研究针对可压缩混合流动,在不可压缩K-L-y模型基础上引入物理可压缩性修正,整合湍流熵与热通量,构建了新型可压缩RANS混合模型,并经系统验证有效。
2025-06-19 physics.flu-dyn
Comparison of Entropy Stable Collocation High-Order DG Methods for Compressible Turbulent Flows
本文比较了基于Gauss-Legendre和Gauss-Lobatto节点的熵稳定DG谱元方法在可压缩壁面边界湍流中的稳定效果,发现前者精度高而后者因时间步长限制小且算子简单而速度更快。
2025-03-31 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A high-fidelity solver for turbulent compressible flows on unstructured meshes
我们开发了一个高保真的数值求解器的可压缩纳维-斯托克斯方程,突出的主要目的是预测能力的低扩散数值在复杂的几何形状的流动。纳维-斯托克斯方程中对流项的空间离散依赖于稳健的能量守恒数值通量,并且从AUSM方案继承的数值扩散仅限于激波附近或感测到伪数值振荡的任何地方。求解器是能够保存的总动能在无粘极限,它承担明智的数值扩散比典型的工业求解器,与招致更大的预测能力,通过一系列的测试情况下,包括DNS,LES和URANS的湍流证明。在现有的流行的求解器,如OpenFOAM的实现简单性也突出显示。
2016-12-15 physics.flu-dyn
Decorrelating a compressible turbulent flow: an experiment
最初均匀分布在湍流流体表面上的漂浮颗粒,随后凝结,直到最终达到稳定状态。既然如此,它们显然形成一个可压缩系统。在本实验中,测量了凝结漂浮物的信息维数D_1和李雅普诺夫指数。粒子的轨迹和速度场被捕获在一系列快速获取的图像中。然后,速度序列在时间上被随机打乱以生成新的轨迹。该分析模拟Kraichnan系综,并产生在时间上(但不在空间上)与δ相关的速度关联函数的性质。将测量结果与理论预期以及Boffetta等人的模拟进行比较,非常接近这里报道的实验室实验。
2010-09-27 physics.flu-dyn
Intermittency and Universality in Fully-Developed Inviscid and Weakly-Compressible Turbulent Flows
我们进行了均匀和各向同性可压缩湍流的高分辨率数值模拟,平均三维马赫数接近0.3。我们研究了速度、密度和熵的不透明度的统计性质。对于速度场,这是主要的量,可以比较各向同性不可压缩的情况下,我们发现没有统计差异,其行为在惯性范围内,由于轻微的可压缩性或不同的耗散机制。对于密度场,我们发现证据的“前”的结构,虽然没有冲击产生的模拟。
2007-09-19 nlin.CD physics.flu-dyn
A general vector field coupled to a strongly compressible turbulent flow
我们考虑的模型的横向矢量(如磁场)场的最一般形式的非线性,被称为${\cal A}$模型,被动平流的强可压缩的湍流,随机搅拌的纳维-斯托克斯方程。完全随机问题等价于具有红外吸引不动点的可重正化场论模型。因此,建立了大尺度、长距离行为的标度行为。然而,参数${\cal A}$是否趋向于重整化群方程的某个不动点值或保持任意性的问题,不能在我们研究的单圈近似中回答。
2021-11-01 cond-mat.stat-mech 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
Velocity transformation for compressible wall-bounded turbulent flows with and without heat transfer
本文提出了一种将可压缩壁面湍流的平均速度分布映射到不可压缩壁面规律的变换。与现有的方法不同,所提出的转换成功地崩溃,没有具体的调整,从充分发展的通道和管道流的数值模拟数据,和边界层有或没有传热。在所有这些情况下,转换是成功的跨越整个内层的边界层(包括粘性子层,缓冲层,对数层),恢复渐近精确的近壁行为的粘性子层,并符合近平衡的湍流产生和耗散的对数区域的边界层。对于边缘马赫数为0 ~ 15、摩擦雷诺数为200 ~ 2000的可压缩壁面边界流动,验证了变换的性能。基于物理参数,我们表明,这样一个一般的转换存在可压缩壁有界湍流的壁热条件无关。
2021-08-17 physics.flu-dyn
Temperature transformation recovering the compressible law of the wall for turbulent channel flow
Technical University of Munich(慕尼黑工业大学)
本文提出新的温度变换方法,用于可压缩湍流通道流,通过分析动量和能量平衡方程,改进了温度分布模型,提高了近壁建模的准确性。
2026-03-04 physics.flu-dyn
Transport of inertial spherical particles in compressible turbulent boundary layers
通过直接数值模拟研究马赫数2至6可压缩湍流边界层中惯性球形颗粒的输运,发现压缩性效应显著减弱大惯性颗粒的近壁聚集、小尺度簇聚及流向速度脉动强度,并揭示其与近壁颗粒马赫数及流体密度黏度变化有关。
2024-07-15 physics.flu-dyn
Tackling Compressible Turbulent Multi-Component Flows with Dynamic hp-Adaptation
本文提出一种hp自适应混合间断伽辽金/有限体积方法,用于模拟可压缩湍流多组分流动,通过动态切换h细化FV子单元和p自适应DG,实现精确激波定位和湍流解析,并在FLEXI框架中验证其鲁棒性,展示了在欠膨胀氢气射流混合模拟中的潜力。
2025-02-26 physics.flu-dyn
Validation of a high-order finite difference compressible solver
Korea Advanced Institute of Science and Technology(韩国科学技术院)
本文提出了一种基于紧凑有限差分方案的高阶可压缩求解器,并通过五个典型案例验证了其在激波捕捉和湍流模拟中的准确性与可靠性。
2026-02-06 physics.flu-dyn
Classical 1/3 Nusselt number scaling in highly turbulent compressible convection
本文通过MacCormack-TVD有限差分方法模拟可压缩湍流对流,首次将二维模拟推至Ra=10^16,发现体流绝热温降导致Re∝Ra^{1/2},并验证了经典1/3努塞尔数标度律。
2025-02-03 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Compressible turbulent convection in highly stratified adiabatic background
本文通过三维直接数值模拟研究了高度分层绝热背景下的可压缩湍流对流,发现在耗散数超过临界值时,流动呈现强烈的统计不对称性、全局热传递显著降低以及稀疏热羽流穿透现象。
2023-07-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn
A weakly compressible SPH method for RANS simulation of wall-bounded turbulent flows
本文提出一种弱可压缩SPH方法求解RANS模型,通过主流与近壁改进解决拉格朗日特性与RANS的不一致性,在多种基准壁面湍流案例中首次实现良好收敛,为湍流流固耦合模拟提供潜力。
2025-01-30 cs.CE physics.flu-dyn
Whistling of turbulent cavity flows: Self-consistent predictions with the linearized compressible Navier-Stokes equations
本文提出一种基于三重分解和可压缩Navier-Stokes方程的自洽饱和模型,通过迭代更新Reynolds应力强迫直至主导模态边际稳定,成功预测了湍流低马赫数空腔流动中空气声学极限环的频率与幅度,并与大涡模拟及实验吻合良好。
2025-09-22 physics.flu-dyn
STREAmS: a high-fidelity accelerated solver for direct numerical simulation of compressible turbulent flow
我们提出了STREAmS,一个内部高保真求解器的大规模,大规模并行直接数值模拟(DNS)的可压缩湍流的图形处理单元(GPU)。STREAmS是用Fortran 90语言编写的,它是为进行规范的可压缩有壁流动的DNS而设计的,即紊流平面通道、零压力梯度紊流边界层和超音速斜激波/边界层相互作用。该求解器采用了最先进的数值算法,专门设计用于解决与高速湍流有关的具有挑战性的问题,并可用于从低亚音速到高超音速范围的宽范围的马赫数。cuf自动内核的使用允许在GPU架构上轻松高效地移植,最大限度地减少了对原始CPU代码的更改,这也是保持的。我们讨论了一个内存分配策略的基础上重复的主机和设备的阵列,仔细最大限度地减少内存使用,使求解器适合大规模计算的最新GPU卡。不同CPU和GPU架构之间的比较强烈倾向于后者,在单个NVIDIA Tesla P100上执行求解器相当于使用大约330个Intel Knights Landing CPU内核。STREAmS显示了非常好的强大的可扩展性和基本上理想的弱可扩展性高达2048 GPU,铺平了道路,在真正的高雷诺数制度的模拟,可能在摩擦雷诺数$Re_τ > 10^4$。该求解器在GPL v3许可下开源发布,可在https://github.com/matteobernardini/STREAmS上获得。
2020-04-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An Onsager Singularity Theorem for Turbulent Solutions of Compressible Euler Equations
我们证明了可压缩Euler方程的有界弱解将保持热力学熵,除非解场具有足够低的时空Besov正则性。对于这种欧拉解,测量动能级联的量也将消失,除非满足相同的奇异性条件。进一步证明了可压缩Navier-斯托克斯方程有界且具有反常耗散的解的强极限是弱Euler解。这些无粘极限解具有非负的反常熵产生和动能耗散,当解高于Besov正则性的临界程度时,熵产生和动能耗散都消失。具有理想气体状态方程的欧几里得空间中的定常平面激波提供了满足我们定理的条件的简单例子,并证明了我们基于$L^3$的条件的尖锐性。这些条件涉及时空Besov正则性,但我们表明,它们是满足欧拉解具有类似的空间规律性一致的时间。
2017-10-25 math-ph math.AP math.MP
A Massively Parallel Hybridizable Discontinuous Galerkin Solver for Direct Numerical Simulation of Compressible Flows on GPUs
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
本文提出面向GPU的大规模并行HDG求解器,结合高阶离散化、DIRK时间积分等技术,在三类可压缩流基准问题上验证其可解析多种流态的能力,实现高效DNS计算。
2026-08-31 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Controlling Turbulent Flows in Compressible Active Liquid Crystals
University of California Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校);Emory University(埃默里大学);Brandeis University(布兰迪斯大学)
基于光图案化准二维活性悬浮液实验,发展可压缩活性向列相连续介质理论,以压缩率为调节旋钮,引导活性湍流,稳定动力学稳态,确立压缩率为活性向列相悬浮液密度变化和湍流的控制参数。
2026-10-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Advection by Compressible Turbulent Flows: Renormalization Group Study of Vector and Tracer Admixture
利用场论微扰重整化群分析了磁场和示踪场的对流扩散问题。两个平流场都被认为是被动的,即,平流速度场由可压缩形式的随机纳维-斯托克斯方程产生。该模型被认为是在空间维度$d=4$附近,并且是先前工作的延续[N.V. Antonov等人,E 95,033120(2017)]。在$y$(描述随机力进入速度场随机方程的标度行为)和$ε=4-d$中的双展开方案中构造了特殊维$d=4$附近的微扰理论。我们发现,一个循环近似两种类型的平流场表现出类似的普遍标度行为。特别是,我们证明了这种说法的惯性范围渐近行为的关联函数的平流场。在$(y,ε)$展开式的首阶中计算了张量复合算子的临界维数。
2019-04-18 nlin.CD physics.flu-dyn
A Gas-Kinetic Scheme For The Simulation Of Compressible Turbulent Flows
气体的动力学理论提出了粘性的概念来模拟热波动对分解流动的影响。在分子和湍流中的涡流之间的假定类比的支持下,开尔文勋爵和奥斯本·雷诺兹在开创性的工作中提出了涡流粘性的概念。在一百多年的湍流模拟中,除了格子玻尔兹曼方法之外,用于模拟湍流的数值方案从未以任何其他方式利用过这种类比。在这项工作中,一个气体动力学方案进行了修改,以模拟湍流的湍流松弛时间推导出假设的湍流量。新方案不采用涡动粘度,但它更强烈地依赖于热波动和湍流波动之间的类比,因为湍流动力学是由玻尔兹曼方程数学建模的。在气体动力学方案中,引入了稀疏度的度量,作为未分辨和分辨运动时间尺度之间的比率。在低稀疏,湍流气体动力学方案偏离传统的Navier-Stokes方案可以忽略不计。然而,随着稀疏度的增加,动力学效应变得明显。这种现象在湍流应力张量的数学描述和数值实验中是明显的。本研究没有提出创新的湍流模型或技术。指出了传统的耦合数值方法和湍流模型可能会提高数值模拟的物理一致性。
2013-07-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Pseudo-turbulence models for compressible flow through random particle suspensions
基于颗粒解析模拟数据,将不可压缩伪湍流雷诺应力模型扩展至亚音速可压缩流动,并提出局部拉格朗日模型及能量方程闭合相关模型,用于欧拉-拉格朗日模拟。
2025-05-08 physics.flu-dyn
Three dimensional high-order gas-kinetic scheme for supersonic isotropic turbulence II: coarse-grained analysis of compressible $K_{sgs}$ budget
本文采用高阶气体动力学格式(HGKS)[{$Ma_{t} = 1.2$} \& { \it{Fluids, 192, 2019} }]对可压缩各向同性湍流进行了直至超声速的直接数值模拟。本文对亚网格尺度湍流动能收支的粗粒度分析方法$K_{sgs}$进行了全面的分析,以建立可压缩大涡模拟中的单方程亚网格湍流动能收支模型。HGKS在更高的湍流马赫数下得到了高达$Ma_{t} = 2.0$的DNS,证实了HGKS的超鲁棒性。在此基础上,采用密度加权滤波方法,导出了精确的可压缩SGS湍流动能输运方程$K_{sgs}$。基于可压缩$K_{sgs}$输运方程,采用Box滤波器在三组不可分辨网格上实现了粗粒化处理。对可压缩$K_{sgs}$预算的粗粒度分析表明,在当前系统中,所有未分辨的源项都是主导项。特别地,在初始声学时间尺度内,SGS压胀项的量级与SGS螺线管耗散项的量级相当。因此,可以得出结论,SGS的压力膨胀项不能像以前的工作被忽略。通过对可压缩$K_{sgs}$方程SGS扩散项的精细粗粒度分析,证实了脉动速度三重相关项和压力-速度相关项都是主导项。目前的粗粒度分析给出了可压缩$K_{sgs}$预算中所有SGS项的数量级,这为高马赫数湍流中可压缩LES模拟提供了坚实的基础。
2020-05-25 physics.flu-dyn
Compressible turbulent convection: The role of temperature-dependent thermal conductivity and dynamic viscosity
本研究通过两组三维直接数值模拟,探讨了温度依赖的热导率和动力粘度对超越非弹性极限的完全可压缩湍流对流动力学的影响,发现材料参数的温度依赖性会引起统计量的系统性定量变化,并显著改变湍流动量与热传递效率。
2024-05-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Towards high-accuracy deep learning inference of compressible turbulent flows over aerofoils
Technical University of Munich(慕尼黑工业大学)
本文研究了用深度神经网络精确推导二维翼型绕流的雷诺平均Navier-Stokes方程解。我们的方法产生的网络,学习生成精确的流场为不同的贴体,结构化的网格,通过为他们提供相应的映射到一个规范的空间的解决方案的编码。我们将深度神经网络模型应用于随机给定攻角和雷诺数的不可压缩流的基准案例,与以前的工作相比,实现了一个数量级以上的改进。此外,对于跨音速流动情况,深度神经网络模型准确预测高雷诺数下的复杂流动行为,例如激波/边界层相互作用,以及压力系数、表面摩擦系数等定量分布以及翼型下游的尾流总压剖面。提出的深度学习方法显着加快了流场的预测速度,并有望实现快速的空气动力学设计。
2022-11-16 cs.LG physics.flu-dyn
Optimized Flow Control based on Automatic Differentiation in Compressible Turbulent Channel Flows
本研究提出基于自动微分的可微边界条件框架,用于可压缩湍流通道流的高效流动控制优化,发现以湍动能为目标的反向控制能实现更稳定的减阻效果。
2024-10-30 physics.flu-dyn
Interactions between the near-wall turbulent structures and heavy particles in compressible turbulent boundary layers
本文通过马赫数6载重粒子可压缩湍流边界层的直接数值模拟,揭示粒子质量载荷削弱近壁胀压运动但表面摩擦变化仍主要由无散雷诺剪切应力控制。
2024-10-18 physics.flu-dyn
Numerically stable formulations of convective terms for turbulent compressible flows
本文系统地分析了可压缩纳维-斯托克斯方程的无耗散中心差分近似的离散守恒性质。一般的三重分裂的非线性对流项被认为是,和能量保持配方的充分特点是通过推导出一个两个参数的家庭分裂形式。以前开发的制剂在文献中报道的是这个家庭的特定成员,新的分裂介绍和讨论。此外,能量方程(即总能量和内能,熵)的不同选择所产生的守恒性质进行了深入的分析。它示出,额外的保存量可以通过一个适当的自适应选择的分裂形式内的衍生家庭。本文还讨论了建立高精度激波捕捉方法的基本性质--准素不变量的局部守恒性。在零粘度下对泰勒-格林涡进行的数值试验充分证实了理论结果,并表明仔细选择分裂和能量公式可以提供非常鲁棒和准确的结果。
2018-05-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Large-scale motions and self-similar structures in compressible turbulent channel flows
在这项工作中,我们研究的尺度特性的日志和外部区域的运动和结构在亚音速和超音速湍流。为此,本文对中等雷诺数下的可压缩槽道湍流进行了一系列直接数值模拟。在此基础上,利用两点相关和一维谱分析了外区运动的流向和展向长度尺度。在外部区域的多尺度结构之间的能量分布被发现是由半局部摩擦雷诺数效应,而不是马赫数效应。这一结论不仅适用于速度涨落,而且适用于热力学变量的涨落。此外,如先前的实验研究所报告的,当流动通过音障时,外部运动的流向和展向长度尺度没有显著改变(Bross等人,流体力学杂志,第911卷,2021,A2)。另一方面,采用线性相干谱研究了对数区域的自相似结构。自相似附壁结构的流向速度和温度波动的流向/壁法向纵横比约为15.5,而密度和压力波动的对应物为1.8。本研究证实了可压缩壁湍流中自相似结构的存在,并评估其几何特征。
2022-10-29 nlin.CD physics.flu-dyn
New methodology based on energy flux similarity for large-eddy simulation of transitional and turbulent flows
本文提出了一种基于能流相似的转捩和湍流大涡模拟新方法。现有的知识表明,能量级联一般存在于不同分布的过渡流和湍流中,能量级联过程中尺度相互作用的特征量是能通量。因此,选择能流相似作为基本准则,以保证LES得到的流场与真实流场高度相似。通过先验检验,我们发现张量扩散率(TD)模型的能流与真实的能流有很高的相似性。然后,我们从TD模型修改的模拟能通量,得到了统一的公式对应于不同的过滤器的宽度和位置的有壁湍流的能通量相似。为了确保模拟的鲁棒性和LES结果类似于真实的流动,我们应用能量通量相似方法(EFSM)的Smagorinsky模型在LES的可压缩湍流通道流,可压缩平板流,和流动的可压缩斜坡。后验检验表明,总体而言,EFSM可以更好地预测这些流量比其他子网格尺度模型。在槽道湍流的模拟中,EFSM可以准确地预测平均流向速度、雷诺应力和丰富的拟序结构。在可压缩平板流动的大涡模拟中,EFSM在三种不同网格尺度下均能准确地模拟转捩起始点和转捩峰值、表面摩擦力和流向平均速度。同时,对于可压缩斜坡绕流,EFSM能正确描述绕流转捩过程、角区分离和再附位置以及丰富的拟序涡结构等。
2019-10-28 physics.flu-dyn
Formulations for scalar boundedness in simulations of turbulent compressible multi-component flows using high-order finite-difference methods
The University of New South Wales(新南威尔士大学);University of Turku(图尔库大学)
本文提出高阶差分方法保持标量有界性的新公式,通过自适应切换高阶与低阶形式,维持高精度与低数值耗散,测试显示单调性保持限制器方案性能更优。
2026-05-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Efficient Wall-Modeled High-Order Compact Gas-Kinetic Scheme for Compressible Turbulent Flows
Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学);Shenzhen Research Institute, Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学深圳研究院)
提出基于压力梯度的非平衡壁面模型与高阶紧致气体动理学格式耦合的框架,在粗糙近壁网格上准确预测分离流动,壁面摩擦系数显著改进,计算开销增加不到1%。
2026-06-29 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Linear Stability Analysis of Compressible Channel Flow with Porous Walls
我们已经调查了渗透墙的影响,线性声阻抗与零电抗,可压缩通道流动通过线性稳定性分析(LSA)。基流剖面取自体积雷诺数$Re_b$ = 6900和马赫数$M_b$ = 0.2、0.5、0.85时的不可渗透等温壁层流和湍流通道流模拟。对于一个足够高的渗透率值,两个主要模式是不稳定的:一个整体压力模式,导致对称的驱逐和吸入的质量从多孔壁(模式0);驻波状模式,与压力节点的中心线(模式I)。在湍流平均流剖面的情况下,这两种模式都会产生额外的雷诺剪应力,增强(基本)湍流剪应力,但集中在粘性子层区域;对于壁渗透率值,复相速度空间中两种模式的轨迹密切相关跨越两个数量级,表明它们共存。从亚临界到超临界渗透率的过渡并不改变两种模式的波数范围内的结构调查,这表明壁渗透率只是加重预先存在的,否则稳定的模式。本研究的结果将为通过壁面阻抗设计新的可压缩湍流边界层控制策略提供依据。
2015-12-27 physics.flu-dyn
The Turbulent Dynamo in Highly Compressible Supersonic Plasmas
这个动荡的发电机可以解释宇宙磁力的起源。虽然磁场的指数放大已经在不可压缩气体中进行了研究,但对高度可压缩的超音速等离子体(如星系的星际介质和早期宇宙)中的发电机作用知之甚少。在这里,我们进行了第一次定量比较的理论模型的发电机增长率和饱和度与三维磁流体动力学模拟超音速湍流与网格分辨率高达1024^3细胞。我们获得了数值收敛性,并发现发电机作用在低和高磁普朗特数Pm = nu/eta = 0.1-10(粘性耗散与磁耗散之比)时都发生,而这在超音速湍流中只在Pm >= 1时才出现。我们测量了临界磁雷诺数,Rm_crit = 129(+43,-31),表明可压缩发电机几乎与不可压缩气体一样有效。考虑到现在和早期宇宙的物理条件,我们得出结论,磁场需要考虑从早期到现在的宇宙年龄的结构形成过程中,因为它们抑制气体碎裂和驱动强大的喷流和外流,都极大地影响了恒星的初始质量函数。
2014-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Upward Overshooting in Turbulent Compressible Convection. I.Effects of the relative stability parameter, the Prandtl number, and the Péclet number
在本文中,我们研究了向上过冲的三维数值模拟。我们发现,上述对流稳定区可以分为三个层:热调节层(混合熵和物质),湍流耗散层(混合物质,但不混合熵),和热耗散层(既不混合熵也不混合物质)。湍流耗散层通过垂直速度相关的第一和第二零点与热调节层和热耗散层分离。模拟结果与一维湍流雷诺应力模型的预测结果吻合较好。首先,层结构相似。第二,热调整层的上边界接近温度扰动的峰值。第三,在湍流耗散层的上边界处的Péclet数接近于1。此外,我们还研究了超调距离对相对稳定性参数$S$、普朗特数$\rm Pr$和Péclet数$\rm Pe$的标度关系. $S$上的缩放不是唯一的。趋势是超调距离随着$S$而减小。在$\rm Pr$上的拟合表明,过冲距离随着$\rm Pr$的增加而增加。在$\rm Pe$上的拟合表明,超调距离随着$\rm Pe$而减小。最后计算了湍流耗散层厚度与热调节层厚度的比值。该比率几乎保持不变,约为2.4。
2019-11-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Application of Modal Filtering in Discontinuous Spectral Element Method for Simulation of Compressible Channel Flow at Different Reynolds Numbers
不可压湍流的大涡模拟已得到广泛的研究,因此,已开发出适合于不同数值方案的各种模型。在可压缩流的情况下,由于滤波后的纳维-斯托克斯方程中出现的大量项,建模更具挑战性。最近,模态显式滤波实现了不连续谱元法(DSEM),以模拟可压缩流的子滤波尺度的影响。该方法在计算上是廉价的,因为它是使用完善的数学库在DSEM代码中实现的。它已成功地应用于可压缩衰减各向同性湍流和湍流槽道流的模拟。在这项研究中,通道流与三个不同的摩擦雷诺数进行了模拟,使用显式模态滤波DSEM的新方法的性能进行评估,通过比较湍流统计和摩擦雷诺数从DNS。该模型预测的摩擦雷诺数与DNS的最大误差为2.16%。尽管与DNS相比,该模型生成的平均速度剖面结果令人满意,但它需要调整滤波器强度和频率,以准确预测均方根统计数据。
2020-07-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Compressible Velocity Transformations for Various Noncanonical Wall-Bounded Turbulent Flows
这项工作评估了几种流行的转换的速度剖面,通过他们的应用程序,几种类型的非规范可压缩壁有界湍流。具体而言,这项工作探讨了DNS数据库的高焓边界层与解离和振动激发,超临界通道和边界层流动,绝热边界层与压力梯度。所考虑的变换包括van Driest [Van Driest,J.Aeronaut.Sci.,18(1951):145-216],Zhang等人。[Zhang等人,物理学评论快报,109(2012):054502]、Trettel-Larsson [Trettel和Larsson,Phys. Fluids,28(2016):026102]、数据驱动[Volpiani等人,Phys. Rev. Fluids,5(2020):052602]和基于总应力的[Griffin等人,Proc. Natl. Acad. Sci.美国,118(2021):e2111144118]转化。Trettel-Larsson变换使高焓时间边界层的速度剖面崩溃,但不考虑空间边界层。对于超临界通道流,Trettel-Larsson变换在整个内层也表现良好。上述变换都不适用于超临界边界层。对于所考虑的所有方法,具有弱压力梯度的边界层的转换速度剖面与壁面的普遍不可压缩定律很好地吻合。总之,所有这些流行的方法都不能在对数区域内为非正则可压缩壁面有界流提供统一的性能,并且需要一个更复杂的版本,该版本考虑了这些不同的物…
2022-05-02 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Extension of the sub-grid-scale gradient model for compressible magnetohydrodynamics turbulent instabilities
在可压缩、湍流磁流体力学中进行精确的大涡模拟比在非磁化流体中更具有挑战性,这是由于在不同尺度下动能、磁能和内能之间的复杂相互作用。在这里,我们扩展了亚网格尺度梯度模型,到目前为止,在动量和感应方程中使用的,也占未解决的尺度的能量演化方程的可压缩的理想MHD流体的通用状态方程。我们评估模型,考虑箱模拟的剪切层的开尔文-亥姆霍兹不稳定性触发的湍流,测试的情况下,小规模的动态不能完全捕获的分辨率考虑,这样的模拟发电机效应的效率取决于所采用的分辨率。这种数值收敛的缺乏实际上是目前几个天体物理问题中的一个常见问题,其中积分和增长最快的不稳定性尺度相距太远,无法在数值上完全覆盖。我们进行先验和后验测试的扩展梯度模型。在前者中,我们发现,对于许多不同的初始条件和分辨率,梯度模型优于其他常用的模型在相关性与残差来自高分辨率运行的过滤。在第二个测试中,我们展示了梯度模型的低分辨率运行如何能够定量地再现来自高分辨率运行的磁能(积分值和谱分布)的演变。这一扩展是实现相对论磁流体力学的第一步。
2019-09-12 astro-ph.IM physics.flu-dyn
Turbulent drag reduction with streamwise travelling waves in the compressible regime
本研究通过直接数值模拟对比不同可压缩槽道流的行波减阻效果,发现可压缩性对减阻的提升程度受对比流程影响,采用动能约束为固定比例转热能的对比方法更合理,此时可压缩性对减阻提升微弱。
2023-12-15 physics.flu-dyn
Implicit large-eddy simulation of compressible flows using the Interior Embedded Discontinuous Galerkin method
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);Barcelona Supercomputing Center(巴塞罗那超级计算中心)
本文提出一种高阶隐式大涡模拟方法,结合嵌入式不连续伽辽金方法和预条件牛顿-GMRES求解器,用于模拟过渡湍流,验证了高阶精度对预测过渡湍流的重要性。
2016-05-03 cs.CE cs.NA math.NA
Resolvent analysis of compressible laminar and turbulent cavity flows
目前的工作表明,使用预解式分析,以获得物理见解的开放腔流。预解式分析确定了对谐波强迫的流量响应,给出了稳定的基本状态,根据响应和强迫模式以及放大增益。的响应和强迫模式揭示了与此放大过程相关的空间结构。在这项研究中,我们进行解析分析层流和湍流超过一个矩形空腔的长度与深度比$L/D=6$在自由流马赫数为$M_\infty=0.6$在展向周期设置。基于基态的主导不稳定性,在预解式分析中引入折扣参数,考察了有限时间窗内的谐波特性。我们首先揭示了基本的流动物理和解释的结果从层流在$Re_D = 502$。这些结果从层流扩展到一个更实际的空腔流动的例子在一个更高的雷诺数$Re_D = 10^4$。层流和湍流空腔流的响应模式和强迫模式的特征与层流分析的空间结构相似。我们进一步发现,在流动响应中的能量的大放大与高频率的湍流,而流动是更响应于低频激励的层流的情况下。这些研究结果从预解式分析提供了有价值的见解,流动控制研究方面的参数选择和放置的致动器和传感器。
2019-09-13 physics.flu-dyn
A High-Order Weighted Compact High Resolution Scheme with Boundary Closures for Compressible Turbulent Flows with Shocks
本文提出了一种改进的高阶加权紧致高分辨率(WCNS)格式,它将非线性插值与紧致差分格式相结合,扩展了加权紧致非线性格式(WCNS)的思想,用于可压缩湍流中激波的捕捉。该方案具有更好的分辨率性能比以前的WCNS的。这是通过使用一个紧凑的(或空间隐式)的形式,而不是传统的全显式形式的非线性插值。由于紧凑的插值方案往往有较低的色散误差相比,显式插值方案,该方案有能力解决更多的精细尺度的功能,同时仍然有能力提供足够的本地化耗散捕捉冲击和不连续性鲁棒。近似色散关系的特点,该计划进行了分析,以显示优越的分辨率性能的计划相比,其他WCNS的类似数量级的精度。对于非周期问题,我们也提出了守恒的高阶精度边界格式。此外,一个新的保守的通量差分格式的紧凑的有限差分格式推导出,并允许使用保正限制器,以提高鲁棒性。不同的测试案例表明,该计划的能力,以捕获不连续性在一个强大的和稳定的方式,同时也本地化所需的数值耗散只包含不连续性和非常高的波数功能的区域,从而更好地保持光滑的流动功能相比,WCNS的。
2021-01-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Large eddy simulations of turbulent compressible supersonic jet flows using discontinous Galerkin methods
本文采用间断Galerkin格式对超声速喷流进行大涡模拟。总共进行了四次模拟与不同的网格和精度顺序。来自模拟的自由度的数量从50 x 106变化到400 x 106。结果表明,随着模拟分辨率的提高,总体上模拟结果更接近实验数据。射流唇线是唯一没有观察到这种行为的区域。研究了一种用低阶模拟初始化高阶模拟的方法,从而减少了高阶模拟的总时间。这种策略是成功的,并允许执行高阶模拟,只有5%以上的计算工作量比一个完整的二阶模拟。
2023-01-04 physics.flu-dyn
Compressible turbulent boundary layers over two-dimensional square-rib roughness
Tsinghua University(清华大学)
研究表面粗糙度与壁面热传递对Ma=2.5的空间发展可压缩湍流边界层的联合影响,提出基于拟合的优化程序确定运动虚拟原点,修正对数行为,并改进粗糙壁GRA以准确重建温度-速度关系。
2026-04-13 physics.flu-dyn
Compressible turbulent convection at very high Rayleigh numbers
本文利用 MacCormack-TVD 有限差分法模拟了极高 Rayleigh 数下的可压缩湍流对流,发现 Nusselt 数遵循经典标度而非终极区标度,且体温度与密度分布及压力梯度表现出与 RBC 显著不同的特征。
2024-11-15 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Characterisation of rough-wall drag in compressible turbulent boundary layers
University of Southampton(南安普顿大学);University of the Bundeswehr Munich(慕尼黑联邦国防军大学);University of Melbourne(墨尔本大学)
研究探讨了在压缩流中粗糙壁摩擦的表征问题,通过实验数据发现摩擦因子与马赫数相关,并提出了三种经验修正方法以提高预测精度。
2026-03-25 physics.flu-dyn
Compressible turbulent mixing: Effects of Schmidt number
研究了Schmidt数对受迫可压缩湍流中被动标量输运的影响。在惯性对流范围内,标量谱遵循k^{-5/3}幂律。对于Sc >> 1,在粘性对流范围内出现k^{-1}幂律,而对于Sc << 1,在惯性扩散范围内发现k^{-17/3}幂律。速度-标量增量混合三阶结构函数的标度常数在Sc上增大,压缩性的影响使其小于经典的4/3值。在小振幅下,标量波动的PDF崩溃高斯分布,而在大振幅下,它衰减得比高斯更快。在大尺度下,标量增量的概率密度函数表现为标量涨落的概率密度函数,而在小尺度下,则表现为标量梯度的概率密度函数。由于分子扩散系数较低,当Sc >> 1时,标量场卷起并充分混合。然而,当Sc << 1时,标量场由于高分子扩散率而失去了小尺度结构,只保留了大尺度的云状结构。在Sc >> 1和Sc << 1两种流动中,标量平流和耗散的谱密度都遵循k^{-5/3}标度。这表明,在可压缩湍流中,除标量-膨胀耦合外,对流和耗散过程都服从Kolmogorov图象。结果表明,在高波数时,Sc >> 1和Sc << 1流的谱相干性的幅度衰减得比不可压缩流的理论预测值k^{-2/3}快。最后,与不可压湍流结果的比较表明,Sc=1的可压缩湍流中标量在其谱中没有明显的凸点结构,但在耗散范围内更加断续。
2015-05-17 physics.flu-dyn
A general Reynolds analogy theory for the compressible wall-bounded turbulence
本文提出了一种适用于可压缩壁面湍流中平均速度和温度及脉动速度和温度的广义雷诺相似理论。特别地,导出了可压缩湍流管道和槽道流动的精确模拟解和可压缩湍流边界层(CTBL)的近似模拟解,两者都与流体Prandtl数和壁温条件无关。类比解与直接数值模拟数据非常吻合,能够再现经验关系,可以看作是现有理论的扩展。与Walz的绝热CTBL方程不同,GRA导出的平均温度-速度关系可以适用于非绝热壁面条件下的不同壁面有界流动,这是通过将Walz的绝热恢复因子扩展为与热流密度相关的恢复因子来实现的。由GRA导出的脉动温度-速度关系与由Huang等人唯象导出的修正强Reynolds类比(HSRA)略有不同,但比HSRA具有更好的性能。此外,在GRA中引入了几个关键量,包括一般的总焓(或温度)和绝热度-一个有充分根据的无量纲参数,用于表征非绝热流动中的壁温效应。GRA揭示了温度场和速度场之间复杂的非线性耦合背后的普遍特征,并使得利用相应不可压流动的信息来预测可压缩壁面湍流的平均场成为可能。
2013-01-01 physics.flu-dyn
The contribution of dilatational motion to energy flux in homogeneous compressible turbulence
本研究推广不可压缩湍流能量通量分解方法,揭示可压缩湍流中膨胀运动影响能量传递的三类机制,经中等马赫数模拟验证其标度关系,并指出常用涡粘性假设存在的偏差。
2025-02-11 physics.flu-dyn
A priori tests of turbulence models for compressible flows
本研究利用直接数值模拟数据对可压缩RANS湍流模型进行先验检验,评估多种闭合模型与修正,重点关注湍流热通量、膨胀耗散及高焓条件下的湍流-化学和湍流-振动弛豫相互作用。
2023-10-15 physics.flu-dyn
A mass invariant in a compressible turbulent medium
Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université de Lyon(里昂高等师范学校,里昂大学);University of Exeter(埃克塞特大学);CEA-DAM-DIF(法国原子能和替代能源委员会达姆研究所)
本文通过数值模拟验证可压缩湍流中质量不变量 $M_{\rm inv}$ 在衰减阶段的恒定性,并提出无自由参数的理论模型,将相关长度及对数密度概率分布函数的非高斯演化与其方差联系起来。
2026-10-20 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn