Turbulence generation by large-scale extreme vertical drafts and the modulation of local energy dissipation in stably stratified geophysical flows
我们观察到出现强烈的垂直草案直接数值模拟的Boussinesq方程在一系列参数的地球物理利益。这些结构在空间和时间上间歇出现，产生湍流，增强动能和势能能量耗散，为观测到的大量洋流局部能量耗散的变化及其概率分布函数的调制提供了可能的解释。我们展示了如何，由于极端草案，在运行与弗劳德数在地球物理学的情况下，大约10%的域流可以占高达50%的全球体积耗散，让人想起基于海洋模型的估计。
2022-02-16 physics.flu-dyn
Controlling Elastic Turbulence
我们证明，通过数值解的Oldrophil-B模型在一个二维泰勒-库埃特几何的粘弹性流体中的弹性湍流的发病可以控制施加剪切速率调制。而对于慢调制弹性湍流仍然存在，它消失的快速调制和泰勒-库埃特基流的层流响应被恢复。我们发现，从层流到湍流状态的过渡是超临界的，并发生在一个临界德博拉数。在两个控制参数的状态图中，Weissenberg与Deborah数，我们确定了弹性湍流的区域。我们还量化了过渡的流动阻力，在层流状态下，我们可以描述内（线性）麦克斯韦模型。
2019-12-14 physics.flu-dyn
Quasi-steady description of modulation effects in wall turbulence
研究了大尺度结构对近壁湍流调制现象的理论描述。所给出的描述是简单的，因为大尺度结构的影响仅限于近壁湍流对缓慢的大尺度表面摩擦波动的准定常响应。表达这种机制的最自然和紧凑的形式是由通常的总表面摩擦力和速度的与雷诺数无关的表示给出的，以壁变量为尺度，其中平均量被大尺度低通滤波波动分量所取代。该理论被重写的factuations通过一个通用的平均速度和随机均方波动的小尺度的速度配置文件，然后线性化，假设大规模的波动是小的平均组件相比。这使我们能够表达的叠加和调制系数的经验预测模型的表面摩擦和流向脉动速度分别由Marusic等人。涡轮确认，2011）和Mathis等人（J. Fluid Mech.2011，第681卷，第121页）。537-566）。它被发现，理论量与实验确定的系数吻合得很好。
2012-03-16 physics.flu-dyn
Modulation of near-wall turbulence in the transitionally rough regime
在过渡粗糙区对粗糙壁湍流通道进行了直接数值模拟。粗糙度上覆湍流产生的效果进行了研究，使用修改后的三重分解的流量。这种分解将粗糙度引起的贡献与背景湍流分离，后者基本上没有任何纹理足迹。对于小的粗糙度，背景湍流没有显著改变，而只是位移更接近粗糙度峰，阻力的变化与此位移成正比。随着粗糙度尺寸的增加，背景湍流开始被修改，特别是通过增加短，宽波长的能量，这是一致的外观的剪切流不稳定的平均流。提出了一个层流模型来估计粗糙相干的贡献，以及在粗糙峰的位移高度和速度。基于在背景湍流中观察到的影响，粗糙度函数被分解成不同的项，以分析对阻力变化的不同贡献，为预测模型奠定基础。
2018-08-31 physics.flu-dyn
Coupling large eddies and waves in turbulence: Case study of magnetic helicity at the ion inertial scale
在湍流中，对于中性或导电流体，大比例的尺度被激发，因为可能发生逆级联到大的全球尺度，以及直接级联到小的耗散尺度，如在大气和海洋中观察到的，或在太阳环境中。在这种情况下，使用直接数值模拟与强迫，我们分析了尺度动力学的存在下，磁场与广义欧姆定律，包括霍尔电流。在固定雷诺数下，离子惯性长度H_（？）H作为控制参数。磁和广义螺旋度-在理想情况下的不变量-随时间线性增长，从经典的论点预期。速度和磁场之间的互相关也增长，对于更强的霍尔电流，相对而言更是如此。我们发现，螺旋增长率随α_H呈指数变化，离子惯性尺度内的逆级联范围内居住。这些指数变化恢复现象使用简单的缩放参数。它们直接与广义螺旋度和磁螺旋度k^（-2）的波数幂律依赖性相关，在它们的反范围内。这说明并证实了在湍流动力学中大尺度和小尺度之间相互作用的重要作用。
2020-01-31 physics.flu-dyn
Numerical study on the mechanism of drag modulation by dispersed drops in two-phase Taylor-Couette turbulence
本研究推导出表征两相Taylor-Couette湍流中角动量径向输运的守恒量，揭示了分散相密度比与黏度比的降低通过减弱平流和扩散输运来减阻，并与导致增阻的两相界面相竞争以实现阻力调制。
2024-02-19 physics.flu-dyn
Modulation of homogeneous and isotropic turbulence in emulsions
本文在$Re_λ=137$上对乳状液在均匀和各向同性湍流中的流动进行了数值研究。该问题通过直接数值模拟（DNS）来解决，其中流体体积（VOF）用于表示液-液界面的复杂特征。我们考虑了两种等密度流体的混合物，其中流体性质是不同的，目的是了解它们在湍流调制中的作用，特别是体积分数（$0.03<α<0.5$），粘度比（$0.01<μ_d/μ_c<100$）和大尺度韦伯数（$10.6<We_\mathcal{L}<106.5$）。通过研究积分量和光谱逐尺度分析进行的分析表明，能量一致地从大尺度到小尺度通过界面传输，并且没有观察到逆级联。此外，总表面被发现是成正比的能量传输的量，而粘度和表面张力改变的动态，调节能量传输。我们还观察到的$-10/3$和$-3/2$缩放液滴尺寸分布，这表明尺寸参数，导致其推导验证HIT条件。
2021-08-19 physics.flu-dyn
Effect of channel dimensions and Reynolds numbers on the turbulence modulation for particle-laden turbulent channel flows
本研究通过大涡模拟和拉格朗日方法，分析了不同系统尺寸与流体整体雷诺数对含颗粒湍流通道流动中湍流调制的影响，发现这两个参数对湍流衰减及颗粒脉动起决定性作用，为工业设备设计提供了尺度参考。
2023-02-23 physics.flu-dyn
Turbulence modulation in dense liquid-solid channel flow
本文通过Euler-Lagrange模拟揭示稠密液固通道流中颗粒调制湍流的双重机制，量化表观黏度与颗粒反馈力对速度、摩擦系数及应力平衡的影响。
2024-06-11 physics.flu-dyn
Periodically driven Taylor-Couette turbulence
我们研究周期性驱动的泰勒-库埃特湍流，即两个同心的，独立旋转的圆柱之间的流动。在此，内缸被正弦驱动，而外缸保持静止（时间平均雷诺数为$Re_i = 5 \times 10^5$）。使用粒子图像测速仪（PIV），我们测量的速度在很宽的范围内的调制周期，对应于在$15 \leq Wo \leq 114$的范围内的Womersley数的变化。为了了解流动如何响应给定的调制，我们计算了方位角速度的相位延迟和振幅响应。在协议与早期的理论和数值计算工作，我们发现，对于大的调制周期的系统遵循给定的调制的驱动，即系统的行为准平稳。对于较小的调制周期，流动不能跟随调制，并且流速以相位延迟和较小的幅度响应于给定调制。如果我们比较我们的结果与数值和理论结果的层流情况下，我们发现，相位延迟和振幅响应的标度是相似的。然而，在大部分的流动的局部响应是独立的调制边界的距离。显然，湍流混合足够强，以防止流动对给定调制具有依赖于半径的响应。
2018-05-05 physics.flu-dyn
Turbulence modulations and drag reduction by inertialess spheroids in turbulent channel flow
以往对非球形颗粒与流体相互作用的研究大多局限于细长纤维状颗粒，这些颗粒被观察到诱导湍流减阻。然而，微小的盘状颗粒的存在下，如何壁湍流调制和是否发生阻力减小仍然是未知的。基于这些问题，本文采用欧拉-拉格朗日方法对槽道湍流中的无惯性椭球体进行了双向耦合直接数值模拟。该附加应力解释了来自流体相上的无惯性球体的反馈。结果表明，刚性细长纤维（长球体）和薄盘（扁球体）可以导致显着的湍流调制和阻力降低。然而，盘诱导的阻力减少是不太明显的刚性纤维具有相同的体积分数。在流动统计和湍流拟序结构两个方面观察到添加剂减阻流动的典型特征。此外，与单向模拟相比，双向耦合的结果表现出更强的优先排列和更低的旋转速率。最后提出了无惯性球体的减阻机理，并解释了纤维和圆盘减阻性能的差异。我们发现，球形颗粒削弱了准流向涡通过负功，因此，雷诺切应力降低。然而，由颗粒产生的平均剪切应力，这是形状相关的，部分补偿雷诺剪切应力的减少，从而影响减阻效率。本研究表明，微小的盘状颗粒可以作为壁湍流减阻剂的替代。
2021-02-07 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of particle clustering and turbulence modulation: an Eulerian approach
提出一种欧拉框架，结合低耗散格式与基于求积的矩方法，首次通过直接数值模拟有效解析了中等雷诺数槽道流中颗粒聚集与湍流调制现象。
2025-08-10 physics.flu-dyn
Influence of initial conditions on coherent structures in a round jet
相干结构在圆形射流等剪切流的近场中起着重要的作用。在下文中，对不同初始条件下的圆形射流的近场进行了数值研究。两种配置被认为是一个充分发展的湍流在入口处，另一个与发展不足的湍流。计算是用k-ε湍流模型进行的，但在流动中引入不同扩散水平的常数的值不同。最后，结果表明，在近场相干结构的存在强烈地依赖于在入口处的湍流水平。对于充分发展的湍流，这些结构缺失或非常弱，而对于欠发展的湍流则不是这种情况。
2018-09-07 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
Turbulence modulation in heavy-loaded suspensions of tiny particles
通过使用基于物理的颗粒-流体相互作用的正则化，讨论了由小固体颗粒或液滴的重载悬浮液产生的湍流调制的特征。该方法允许一个强大的描述系统的小尺度属性利用收敛的统计相对于正则化参数。它示出，子Kolmogorov粒子/液滴修改的能谱导致的标度律，$E(k)\propto k^{-4}$，出现在小尺度的粒子强迫平衡的粘性耗散。这种制度是由一个粒子负载的统计稳定的均匀剪切流的直接数值模拟数据，证明了正则化模型捕捉相关的小尺度物理的能力。光谱空间中的能量预算，扩展到考虑相间动量交换，突出了粒子如何在生产范围内提供能量汇，在小尺度下变成源。总的来说，耗散流体-颗粒相互作用被发现失速的能量级联过程的典型的牛顿湍流。在粒子统计方面，小尺度的聚集被耗尽，对碰撞模型具有潜在的后果。
2017-02-01 physics.flu-dyn
Turbulence modulation in particle-laden channel flow: the particle inertial effects
本研究通过四向耦合点粒子直接数值模拟，揭示了颗粒惯性对通道流湍流调制的完整转变路径，并解析推导颗粒相输运方程，识别出颗粒诱导的额外输运与耗散两种主导机制，为理解颗粒-湍流相互作用提供了统一物理图景。
2025-01-25 physics.flu-dyn
Turbulence modulation in liquid-liquid two-phase Taylor-Couette turbulence
本研究通过界面分辨直接数值模拟，探究不同属性液滴对两相Taylor-Couette湍流的调制机制，揭示了液滴黏度、密度对阻力及湍动能输运的不同影响规律，为两相流湍流调控提供新认知。
2024-09-11 physics.flu-dyn
Intermittency suppression in turbulence via forced light particles
University of Rome “Tor Vergata”（罗马托尔维尔加塔大学）；Télécom Paris, IP Paris（巴黎电信学院，巴黎理工学院）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Istituto per le Applicazioni del Calcolo “M. Picone”, Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会计算应用研究所）
本研究通过强迫轻粒子调制湍流，发现其能有效抑制湍流间歇性，揭示了涡旋纤维与湍流间歇性的关系。
2026-01-29 physics.flu-dyn
Turbulence modulation in channel flow of finite-size spheroidal particles
我们研究了颗粒形状对悬浮液中体积分数为$ϕ= 10\%$的球形颗粒湍流的影响，并显示了近壁颗粒动力学如何随着颗粒纵横比的变化而变化，以及这如何影响全局悬浮行为。当雷诺切应力的显著减小大于固相引起的附加应力的补偿时，湍流随扁颗粒的纵横比减小，导致相对于具有纵横比$\mathcal{AR}\leq1/3$的颗粒的单相流的阻力减小。扁圆形颗粒被发现，以避免接近壁的区域，平行于它以小的角速度，同时优先采样的壁区域中的高速流体。扁长颗粒也倾向于平行于壁取向，并避免其附近。它们绕展向轴旋转的不稳定性降低了流动的壁面法向速度波动，因此降低了湍流雷诺应力，这与扁圆体相似;然而，它们在平行于壁面的平面内进行旋转，这增加了额外的固体应力，因为与扁圆体相比，它们具有相对较大的角速度。这些较大的附加应力补偿了湍流活动的减少，并导致类似于单相流的壁阻力。另一方面，与其他研究形状相比，球体在翼展方向上以大的角速度形成靠近壁的层，这除了在悬浮体上施加最大的固体应力之外还增加了湍流活动。因此，球形颗粒相对于单相流增加了壁阻力。
2018-09-05 physics.flu-dyn
Modulation instability and capillary wave turbulence
在实验室中研究了毛细波湍流的形成。频谱显示多个指数递减的谐波的参数激发波的非线性扩大与强迫的增加。光谱展宽导致光谱连续的发展，其尺度为$\propto f^{-2.8}$，与弱湍流理论（WTT）的预测一致。毛细管波的调制不稳定性被证明是负责从离散到宽带频谱的过渡。这种不稳定性导致谐波的频谱展宽，其相位的随机化，它将波场与壁隔离，最终允许从4波相互作用过渡到3波相互作用作为主导的非线性过程，从而创造了WTT中假设的先决条件。
2010-06-24 nlin.PS physics.flu-dyn
Modulation of the turbulence regeneration cycle by inertial particles in planar Couette flow
双向耦合直接数值模拟被用来调查的影响，惯性粒子的自持，湍流相干结构（即所谓的再生循环）在平面Couette流在低雷诺数以上的开始过渡。试验表明，随着颗粒惯性的增加，有两种限制行为，类似于1962年的线性稳定性分析结果：低惯性颗粒触发层流-湍流不稳定性，而高惯性颗粒由于颗粒-液力偶合器引起的额外耗散而趋于稳定湍流。此外，它被发现，流向相之间的耦合是阻尼湍流的主导因素，是高度相关的颗粒的空间分布。颗粒在不同湍流拟序结构（大尺度涡或大尺度条纹）中的存在决定了颗粒相的湍流动能，它与以大尺度涡翻转时间标度的颗粒响应时间有关。通过定量研究的周期性特征的整个再生循环和链接的子步骤之间的相位差，我们表明，惯性粒子的存在并不改变周期性的周期性或每个子步骤的相对长度。相反，高惯性颗粒大大削弱了大尺度涡以及流向涡度拉伸和提升效应，从而抑制了大尺度条纹的波动幅度。然而，低惯性颗粒的主要影响是加强大尺度涡，这促进了循环并最终降低了临界雷诺数。
2018-07-05 physics.flu-dyn
Non-local modulation of the energy cascade in broad-band forced turbulence
传统上，大尺度强迫湍流的特征在于通过非线性相互作用将能量从大尺度转移到小尺度。我们已经研究了这种能量传递过程中的变化，在宽带强迫湍流中，在较小尺度上引入了额外的扰动。通过在较小尺度上引入强迫的能量动力学的调制不仅发生在强迫区域中，而且由于非局部三元组相互作用而发生在强迫带之外的宽范围的长度尺度中。宽带强迫改变能量分布和能量传递函数的特征方式，导致显着的调制的湍流。我们研究了当改变小尺度强迫支持的强度和位置时，这种能量转移的变化。大尺度的能量含量减少，而在大尺度和小尺度强迫区之间的尺度的能量输送能力增强。这是进一步调查的详细传递函数之间的三合会的贡献和观察的长期统计流量。能量不仅通过与大尺度强迫湍流情况下相似大小的波数，而且通过可以外部控制的更宽范围的尺度向更小的尺度转移。
2006-04-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulent flows over porous lattices: alteration of near-wall turbulence and pore-flow amplitude modulation
本研究通过直接数值模拟探究多孔晶格上方湍流，发现法向渗透率超过阈值时近壁湍流转为类K-H不稳定性状态，多孔基底微观结构对湍流影响显著，为多孔基底设计提供了依据。
2023-08-14 physics.flu-dyn
The influence of near-wall density and viscosity gradients on turbulence in channel flows
采用低马赫数近似下的纳维-斯托克斯方程直接数值模拟（DNS）方法，研究了近壁密度梯度和粘性梯度对通道内近壁湍流的影响。不同的密度和粘度作为温度的函数的本构关系，以模仿广泛的流体行为，并开发一个通用的框架，研究湍流调制的可变属性流。而不是缩放的速度仅基于局部密度，如所做的van Driest变换，我们推导出的扩展的缩放是基于半局部雷诺数$Re_τ^*$的梯度。这种扩展的van Driest变换是能够崩溃的速度剖面与近壁的性能梯度的函数的半局部壁坐标的流动。然而，流动量，如混合长度，湍流各向异性和湍流涡度波动并没有显示出一个普遍的缩放非常接近的壁。湍流调制对湍流结构的演化和湍流能量的传递起着至关重要的作用。因此，我们调查的流向速度条纹和准流向涡的特性，并发现，类似于湍流统计，湍流结构也强烈受$Re_τ^*$配置文件，其依赖于个人的密度和粘度配置文件是次要的。$Re_τ^*$（$d {Re_τ^*}/dy \neq 0$）中具有近壁梯度的流动显示出准流向涡的倾角和倾斜角的显著变化。这些结构的变化是负责所观察到的调制的雷诺应力产生机制和组件间的能量传递流与强大的近壁$Re_τ^*$梯度。
2023-02-15 physics.flu-dyn
Shape-Morphing Dynamics of Soft Compliant Membranes for Drag and Turbulence Modulation
本研究通过实验与非线性气动弹性模型，揭示了高顺应膜圆盘在均匀流场中的非线性变形及其修正的阻力定律，发现膜振荡的偏斜度可触发尾流湍流产生以调节阻力，展示了软材料与流体湍流的复杂相互作用。
2023-09-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modulational Instability in Basic Plasma and Geophysical Models
这是一个审查的调制不稳定性的理论，在理想化的流体模型的强磁化等离子体和地球物理流体动力学减少模型，特别是它的作用，在形成纬向流。讨论的重点是Charney-Hasegawa-Mima和Hasegawa-Wakatani模型。特别注意的是波湍流-带状流反馈回路，从而大规模的带状流最初产生的调制不稳定性的小规模漂移/Rossby波往往随后抑制这些小规模波的剪切作用。这种负反馈可以导致动态平衡，其中大尺度带状流通过从小尺度湍流汲取能量而增长，但在该过程中抑制小尺度湍流直到达到平衡。在这种状态下，小尺度湍流的水平与没有纬向流时观察到的水平相比大大降低。
2013-12-16 nlin.CD physics.flu-dyn
Large-to-small scale frequency modulation analysis in wall-bounded turbulence via visibility networks
研究了壁面湍流中尺度相互作用对小尺度速度脉动的频率调制机制。从幅度调制分析，频率调制已经较少的研究，也由于难以开发强大的工具，宽带信号。针对这一问题，本文提出了自然可见图方法，将全速度信号映射到复杂网络中。我们表明，网络度中心性能够直接从完整信号中捕获局部尺度的信号结构，从而量化FM。研究了不同雷诺数下数值模拟的槽道湍流和实验的湍流边界层的速度信号。本文对泰勒时间序列假设进行了修正，以克服用局部平均速度作为对流速度时对近壁频率调制的过度预测。结果提供了基于网络的证据的大到小FM功能的所有三个速度分量在近壁区域，与反转机制出现远离壁。此外，从准定常准齐次假设的角度讨论了标度参数，并检测到大小尺度之间的延迟时间非常接近近壁周期特征时间。结果表明，可见性图是一个无参数的工具，证明是有效的和强大的检测FM在不同配置的壁面有界湍流。基于目前的研究结果，可见度网络为基础的方法可以代表一个可靠的工具，系统地研究尺度相互作用机制的壁湍流。
2021-03-20 physics.data-an physics.flu-dyn
Numerical study on turbulence modulation of finite-size particles in plane-Couette flow
利用颗粒解析直接数值模拟研究平面 Couette 流中有限尺寸类球形颗粒，揭示长径比通过额外应力改变阻力、能谱标度、颗粒聚集与取向机制。
2023-05-13 physics.flu-dyn
Turbulence drag modulation by dispersed droplets in Taylor-Couette flow: the effects of the dispersed phase viscosity
湍流中的分散相可以从几乎无粘流体变化到高粘性流体。通过改变分散液滴相的粘度，实验研究了分散液滴的变形能力对湍流乳状液整体输运量的影响。采用不同种类的硅油以产生范围为$0.53$至$8.02$的粘度比$ζ$。液滴体积分数$ϕ$在0 ~ 10%范围内变化，间距为2%。由归一化摩擦系数$c_{f,ϕ}/c_{f,ϕ=0}$量化的全局输运量显示出由于液滴的有限尺寸效应消失而对湍流强度的弱依赖性。有趣的事实是，随着$ζ$的增加，$c_{f,ϕ}/c_{f,ϕ=0}$首先增加，然后饱和到与刚性颗粒悬浮液相似的平台值。通过图像分析，从液滴变形性的角度解释了这种阻力变化，这是液滴破碎和聚结效应的原因。对液滴粒径分布的统计分析表明，随着$ζ$的增加，界面张力对液滴粒径的稳定作用逐渐增强，纯惯性破碎过程占主导地位。沿系统径向的液滴分布的测量显示出体积聚集效应，这可以归因于液滴的不可忽略的聚结效应。结果表明，随着$ζ$含量的增加，液滴聚结效应受到抑制，从而影响界面张力对总应力的贡献，并解释了所观察到的乳液流变性。
2022-10-10 physics.flu-dyn
Velocity modulations in view of the elliptical approach at Wendelstein 7-X
本文应用椭圆方法分析W7-X和TEXTOR的密度涨落，证明其必要性，并研究速度调制与湍流衰减振荡，揭示与抗磁能量小振荡的关联。
2025-04-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulence modulation by finite-size spherical particles in Newtonian and viscoelastic fluids
实验研究了在不同颗粒体积分数和固定雷诺数条件下，有限尺寸球形颗粒对牛顿流体和减阻粘弹性流体湍流的影响。实验是在方管中进行的，雷诺数$Re_{2H}$接近$1.1\times10^4$，Weissenberg数$Wi$为1-2之间的单相流，并在43%的阻力减少相比，牛顿流（在相同的$Re_{2H}$）。颗粒几乎是中性浮力的水凝胶球，其密度比为1.0035 $\pm$ 0.0003，导管高度${2H}$与颗粒直径$d_p$的比率约为10。我们测量四个不同的体积分数$ϕ$，即5，10，15和20%，通过使用折射率匹配的粒子图像测速（PIV）的流量统计。对于牛顿流体（NF）和粘弹性流体（VEF），阻力随着$ϕ$单调增加。对于NF，由于颗粒添加而导致的阻力增加的幅度可以使用体积分数低于10%的浓度依赖性有效粘度来合理地估计。然而，在较高的$ϕ$下，阻力增加被低估。对于VEF，阻力的绝对值低于NF，但其增加率与$ϕ$较高。与NF中的颗粒类似，VEF中的颗粒倾向于向管道中心迁移，并在壁处形成高浓度层。有趣的是，对于VEF，观察到相对较高的朝向中心的迁移和较低的朝向壁的迁移。对于两种流体，在整个管道高度上，主雷诺剪应力随着$ϕ$的增加而减小。
2018-11-28 physics.flu-dyn
Experimental study of the non-linear saturation of the elliptical instability: inertial wave turbulence versus geostrophic turbulence
本文对旋转流体中惯性波参数共振驱动的湍流饱和进行了实验研究。在我们的装置中，一个半米宽的充满水的椭球体被带到固体旋转，然后经历持续的谐波调制其旋转速率。这触发了一对惯性波的指数增长，通过一种称为振动驱动椭圆不稳定性的机制。一旦达到这种不稳定性的饱和，我们观察到一个湍流状态的能量注入到共振惯性波。根据旋转速率调制的幅度，观察到两种不同的饱和状态。在大强迫振幅下，饱和流主要由稳定的地转反气旋组成。当强迫振幅减小时，它的振幅消失，而保持在椭圆不稳定性的阈值以上。在这种二次跃迁之下，饱和流是惯性波的叠加，惯性波处于弱非线性共振相互作用中，这种状态可能渐近地导致惯性波湍流。除了是不稳定旋转流中波主导饱和的第一次实验观察外，本研究也是Le Reun et al，PRL（2017）模型的实验确认，他介绍了这两种湍流状态的可能性。最后讨论了这两个制度之间的过渡及其与地球物理应用的相关性。
2021-01-25 physics.flu-dyn
Turbulence attenuation by large neutrally buoyant particles
本文在VonKármán流中对惯性范围大小的中性浮力颗粒对湍流的调制作用进行了实验研究。增加颗粒体积分数$Φ_\mathrm{v}$，保持叶轮雷诺数不变，可以减弱流体湍流。惯性范围内的能量传递率随着$\proptoΦ_\mathrm{v}^{2/3}$而减小，表明只有位于表面上的颗粒影响流动。小尺度湍流特性，如结构函数或加速度分布，是不变的。最后，测量结果表明，当大颗粒之间的平均距离为它们的边界层厚度的量级时，存在两种不同制度之间的过渡。
2015-01-04 physics.flu-dyn
Heavy Particle Clustering in Inertial Subrange of High--Reynolds Number Turbulence
本研究通过直接数值模拟发现高雷诺数均匀各向同性湍流中惯性粒子在惯性子区显著聚集，该聚集由优先浓度调制引起并表现为粒子数密度谱凸起，可用尺度相关斯托克斯数的有理函数建模。
2024-06-05 physics.flu-dyn
Relative velocity between a particle and turbulence
Graduate School of Engineering Science, the University of Osaka（大阪大学工学研究科）
本文推导了湍流中粒子与流体相对速度的简化解析表达式，并利用直接数值模拟验证其适用于球形、非球形粒子及液滴。
2026-09-21 physics.flu-dyn
On the statistical properties of turbulent energy transfer rate in the inner Heliosphere
太阳风湍流中能量从大尺度向小尺度的转移是行星际等离子体加热机制这一长期问题的重要组成部分。以往的研究表明，磁流体动力学（MHD）湍流与观测到的太阳风加热在统计上是一致的，因为它在日光层中扩展。然而，为了理解哪些过程有助于等离子体加热，有必要对跨尺度的能通量进行局部描述。为此，通常使用诸如增量的磁场偏方差（PVI）的指示器，其与局部的、相对的、尺度相关的磁能相关联。一个更完整的能量转移评估还应该包括其他条款，有关速度和交叉螺旋度。这是通过引入一个局部的、尺度相关的湍流能量传递率的代用指标来实现的，该代用指标基于MHD湍流的三阶矩标度律。从太阳神2号的数据被用来确定这样的代理在比较磁场和速度场PVI的统计特性，并与当地的太阳风加热的相关性进行计算。肺静脉隔离和肺静脉_Dt（t）通常具有良好的相关性，但肺静脉_Dt（t）是一个非常敏感的替代指标，即使是肺静脉隔离中的低振幅峰值，也可能显示出较大的振幅值（正负）。此外，当能量传递的大幅度爆发发生时，Δ Dt（t）与局部温度的升高有很好的相关性，这表明该代理在等离子体能量耗散的研究中起着重要的作用。
2017-12-28 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Structure formation in turbulence as instability of effective quantum plasma
湍流中的结构形成实际上是由作为粒子的波动形成的“等离子体”的不稳定性。这些“粒子”是类量子的;也就是说，它们的波长与背景相干结构的大小相比是不可忽略的。相应的“动力学方程”描述了湍流场的维格纳矩阵，相干结构充当集体场。这种形式主义通常适用于明显的类量子波或标量波。在这里，我们将其扩展到可压缩的Navier-Stokes湍流，波动哈密顿量是一个五维矩阵算子和不同的调制模式。作为一个例子，我们计算这些模式的正弦剪切流，并找到两个调制不稳定性。其中之一是特定的超音速流，另一个是开尔文-亥姆霍兹型不稳定性，这是一个推广的已知的纬向不稳定性。这项工作作为一个垫脚石，朝着提高磁流体动力学湍流的理解，这可以接近类似。
2019-09-11 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
RANS solver for microscale pollution dispersion problems in areas with vegetation: Development and validation
我们提出了一个有限体积求解器的描述和验证，旨在解决微尺度城市流动的问题，植被存在。求解器基于大气边界层流动的五方程组的平均纳维-斯托克斯方程，并由k-ε湍流模型补充。植被被模拟为多孔区，植被的影响包括在动量和湍流方程。一个详细的干沉降模型被纳入污染物传输方程，允许城市植被的过滤性能的调查。求解器验证四个测试用例，以评估模型的组成部分：周围的二维山丘的流量和污染物扩散，上升的热气泡的时间演变，通过和周围的森林树冠层的流量，和一个绿篱过滤颗粒负载流。一般良好的协议与测量值或以前计算的数值解观察，虽然模型的一些不足之处被确定。这与所选择的湍流模型和植被特性的不确定性有关。
2016-09-12 physics.flu-dyn
A Novel Flow-induced Motion Energy Harvesting with Coupled Mechanism of Time-varying Stiffness and Passive Turbulence Control
受章鱼触手启发，本文提出将被动湍流控制与时变刚度耦合的流致振动能量采集机制，在特定配置下实现效率翻倍、最高提升57%，并降低起始频率、提高瞬时功率与振幅。
2024-11-25 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
The effect of particle anisotropy on the modulation of turbulent flows
我们调查的调制湍流所造成的有限尺寸的分散颗粒的存在。钝（各向同性）球与细长（各向异性）纤维被认为是了解改变载体流的对象形状的影响。虽然在一个固定的质量分数-但不同的斯托克斯数-这两个对象提供了一个类似的体积效应，其特征是大规模的能量消耗，一个规模的能量转移的分析显示，整个光谱的变化是本质上不同的。对于钝体，经典的能量级联收缩，但在其扩展的能量含量和它的典型特征不变，而对于细长的，我们发现了一个替代的能量通量，这基本上是介导的流固耦合。
2022-10-04 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
Triggering of extreme events and coherent-structure modulation in wall-turbulence under cyclostationary forces
Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）；National Key Laboratory of Aircraft Configuration Design, Key Laboratory for Extreme Mechanics of Aircraft of Ministry of Industry and Information Technology（飞机结构设计与飞机极端力学工业和信息化部重点实验室）
通过直接数值模拟研究高斯型瞬态强迫下壁湍流的非平衡动力学，揭示了高幅值阵风通过能量注入、低频相干结构锁定及极端壁面事件（如反向流）的触发机制。
2026-06-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Low frequency modulation of jets in quasigeostrophic turbulence
本文对有限变形半径β平面上的非地转湍流进行了数值研究，着重于频率和波数-频率联合分析。在适当的条件下，模拟与小尺度随机强迫和大尺度阻力表现出自发形成的多个纬向射流。波形特征的第一个暗示是在作为频率函数的动能分布中看到的;具体地说，对于逐渐变大的变形尺度，存在以孤立峰的形式（在逐渐变高的频率处）与幂律标度的系统偏离。与此同时，在频率空间中存在动能的逆通量，该逆通量对于较小的变形尺度延伸到较低的频率。通过检查频率-带状波数图和频率-带状波数图中的能量谱，可以将这些峰识别为罗斯贝波。事实上，修正的莱茵尺度是测量调制罗斯贝波的主谐波波数的一个有用的尺度;一旦这个尺度固定下来，除了在原点（定常喷流）处的谱峰外，几乎所有的能量都包含在向西传播的扰动中，这些扰动遵循理论上的罗斯贝波频散关系。非常一致的是，注意到调制波的纬向尺度仅限于前几个波数，能量谱几乎完全包含在频率-纬向波数图上相应的Rossby色散曲线内。我们也考虑了喷流没有形成的情况;再一次地，有一个罗斯贝波活动的暗示，尽管谱峰相当弱。此外，频率域中的动能标度遵循-5/3幂律，并且在频率-波数图中分布得更宽
2016-04-07 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A generalized nonlinear Schrödinger equation as model for turbulence, collapse, and inverse cascade
利用一个具有复系数群色散和非线性项的二维广义立方非线性薛定谔方程，研究了有限振幅局域初始扰动的演化.结果发现，后者的调制可以导致边带的形成，波凝聚，崩溃，湍流，和逆级联，虽然不是所有在一起，也不是在该顺序。
2011-04-16 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Rossby and Drift Wave Turbulence and Zonal Flows: the Charney-Hasegawa-Mima model and its extensions
详细研究了Charney-Hasegawa-Mima模型及其扩展。这些简单的非线性偏微分方程建议Rossby波在大气中，也漂移波在磁约束等离子体表现出一些显着的和非平凡的属性，在其定性形式生存在更现实和复杂的模型，并因此形成一个概念基础，了解湍流和纬向流动力学在真正的等离子体和地球物理系统。两个理想化的方案产生的小尺度湍流的纬向流进行了探讨：调制不稳定性和湍流级联。通过对调制不稳定性产生纬向流的详细研究表明，这种纬向流产生机制的动态变化取决于初始非线性程度。数值证明提供额外的不变量Rossby和漂移波湍流-zonostrophy和不变的级联的特征在于zonostrophy推动能量的纬向尺度。应用于模型的小尺度不稳定性强迫证明了众所周知的漂移波-纬向流反馈回路，其中最初导致纬向流产生的湍流被完全抑制，并且纬向流饱和。湍流谱显示扩散的方式，这是数学预测。从这个简单的模型中获得的见解可以提供一个基础，在更复杂的等离子体和地球物理流体动力学模型的等效研究，努力充分了解纬向流的产生，湍流传输抑制和纬向流饱和过程中的等离子体和地球物理背景，以及其他波和湍流系统，秩序从混沌演变。
2014-07-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Stochastic analysis of the time evolution of Laminar-Turbulent bands of plane Couette flow
本文研究了转捩面库埃特流在湍流噪声影响下的斜层流湍流带的时间演化。我们的研究主要集中在湍流调制的振幅。为了指导流动的数值研究，我们首先进行了一个复杂的序参量的随机Ginzburg-Landau方程的解析和数值分析。该序参量的模模拟湍流的调制幅度。首先，一旦建立了频带，我们就计算所述模的自相关函数。其次，我们执行的平均值和波动周围的指数增长的序参量的计算。这类分析类似于随机结构稳定性理论。然后，我们进行数值模拟的纳维-斯托克斯方程，以面对这些预测与实际行为的频带。湍流调制的自相关函数的计算表明与模型定量一致：在所建立的频带制度，调制的幅度遵循Ornstein-Uhlenbeck过程。为了测试S3 T的预测，我们进行淬火实验，突然减少的雷诺数从均匀的湍流，其中出现调制。我们计算了调制幅度的平均演化及其周围的起伏，数值计算和模型计算结果吻合得很好。平均轨迹呈指数增长，速度明显小于层流孔的形成。实际的时间演化保持在一个以平均值为中心、以相同速率膨胀的耀斑包络中。这些结果进一步验证了随机模拟的时间演变的频带为进一步的研究。他们强调了斜带形成和层流孔形成之间的区别。
2015-11-04 cond-mat.stat-mech nlin.PS physics.flu-dyn
Effects of Turbulence Modeling and Parcel Approach on Dispersed Two-Phase Swirling Flow
本文比较三种k-epsilon湍流模型及particle与parcel两种颗粒求解方法对同轴含颗粒旋流模拟的影响，发现standard模型整体性能最佳，parcel方法可降低计算量。
2024-12-24 cs.CE cs.NA math.NA
Formation of large-scale structures by turbulence in rotating planets
本论文提出了一个新发展的理论，用于行星湍流中涡驱动喷流的形成和维持。新颖之处在于，射流的形成和维持被研究为流动的统计动态，而不是个体实现的动态。这是追求使用随机结构稳定性理论（S3 T），它研究了封闭的动力学的前两个累积量的全统计状态动态的流量后忽略或参数化的第三次和更高阶累积量。利用这种统计闭合，在$β$平面上研究了正压湍流中大尺度结构的形成。研究表明，在解析预测的临界参数值处，均匀湍流状态经历分叉，随着大规模带状和/或非带状流动的出现而变得不均匀。湍流雷诺应力组织，以加强无穷小的平均流量的不均匀性，从而导致这种统计状态的不稳定性的机制，研究了各种制度的参数值。它也表明，S3 T不稳定性平衡湍流状态与有限振幅射流。此外，本文还研究了调制不稳定性引起的大尺度结构形成与均匀湍流态的S3 T不稳定性之间的关系，并指出调制不稳定性的结果是S3 T不稳定性结果的一部分。最后，研究了非均匀湍流射流平衡的S_3T稳定性，并探讨了它与射流合并现象的关系。虽然所有这些现象不能预测的流动的单一实现的动态分析，它表明，S3 T的预测反映在个人实现的流动。
2019-04-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Physics-Guided Machine Learning for Uncertainty Quantification in Turbulence Models
Department of Mechanical and Materials Engineering, Queen’s University（皇后大学机械与材料工程系）；Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所）
本文提出用卷积神经网络调制EPM扰动幅值的混合方法，在保持物理一致性的同时改善湍流模型不确定性量化的校准效果，实验表明其不确定性估计比纯EPM更紧致且校准更优。
2025-11-07 cs.LG physics.flu-dyn
