Passive scalar transport in rotating turbulent channel flow
采用直接数值模拟的方法研究了展向系统旋转条件下槽道湍流中标量输运问题。雷诺数$Re = U_b h/ν$固定为$20\,000$，旋转数$Ro = 2 Ωh/U_b$在0至1.2之间变化，其中$U_b$是整体平均速度，$h$是半通道间隙宽度，$Ω$是旋转速率。标量值是恒定的，但在两个壁不同，导致稳定的标量输运通过通道。旋转导致不稳定的通道侧具有相对较强的湍流和湍流标量输送，以及稳定的通道侧具有相对较弱的湍流或层流，弱湍流标量输送，但大的标量波动和陡峭的平均标量梯度。在稳定通道侧的某些$Ro$处观察到的不同的顺磁层流模式在标量梯度场中诱导类似的模式。研究的主要结论是，旋转降低了标量和速度场之间的相似性，标量动量输运的雷诺类比不适用于旋转湍流槽道流。这是由速度和标量波动之间的相关性降低，并强烈减少湍流普朗特数小于0.2的不稳定通道侧远离壁在较高的$Ro$。在不稳定通道一侧，标量尺度变得比湍流尺度更大，根据光谱和湍流标量通量矢量变得更一致的平均标量梯度由于旋转。预算中的标量能量和标量通量的控制方程，以及其他相关的湍流建模统计。
2017-10-30 physics.flu-dyn
Turbulent spots in channel flow: an experimental study Large-scale flow, inner structure and low order model
我们提出了新的实验结果的发展，湍流斑在槽道流。用时间分辨立体粒子图像测速技术测量了湍流斑的内部结构。我们报告的观察行波状结构在后缘的湍流斑。特别注意的是大规模的流动周围的现场。我们表明，这种大规模的流动是一个不对称的四极中心的现场。我们测量的湍流波动和平均流扭曲的时间演化，并比较这些与预测的非线性降阶模型预测的亚临界过渡到湍流的主要特征。
2013-11-19 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of Turbulent Open Channel Flow
本文对明渠紊流进行了直接数值模拟，摩擦雷诺数为$Re_τ=200,400,600$。他们的结果进行了比较与封闭的通道数据，以调查的自由表面上的湍流槽道流动的影响。自由表面影响充分发展的湍流统计，到目前为止，速度和涡度成为高度各向异性，因为他们approachingit.While涡度各向异性层的规模在壁单元，速度1被发现的规模与外部流单元，并表现出更大的扩展。此外，还通过谱统计讨论了自由表面对相干超大尺度运动的影响。据发现，展向延伸增加了两个因素相比，独立于雷诺数的封闭通道流。最后，瞬时实现的流场进行了研究，以阐明湍流机制，这是负责在通道流的自由表面的行为。
2022-10-20 physics.flu-dyn
Overset LES with Application to a Turbulent Channel Flow
在这方面的贡献，我们提出了一种新的扰动方法（表示为重叠方法）的一个通用的湍流通道流的应用。推导的控制方程（非线性扰动方程扩展与波动粘性项），以及亚网格尺度建模方面的结果重叠LES（OLES）方法。的Overset方法的应用说明了一个通用的充分发展的湍流槽道流，其结果显示出良好的协议与参考直接数值模拟数据。此外，示出的溢出方法来校正不完美的背景流的能力。
2015-03-24 physics.flu-dyn
Trigger turbulent bands directly at low Reynolds numbers in channel flow using a moving-force technique
我们展示了一种方法，直接数值模拟，直接触发和维持湍流带在低雷诺数通道流。关键是施加一个移动的局部力，它会引起具有足够强的弯曲不稳定性的局部流动。利用该方法，我们可以在雷诺数低至$Re \simeq 500$时触发和维持湍流带。更重要的是，我们可以生成具有所需相对位置和方向的任何条带模式。通常的扰动方法诉诸于在较高雷诺数下模拟的湍流场、随机噪声或局部涡扰动，这既不能保证在低雷诺数下成功生成带，也不能控制所生成带的方向。精确控制湍流带的位置和方向对于研究所有可能类型的带相互作用和理解低雷诺数下通道流的转捩是重要的。
2020-07-17 physics.flu-dyn
A numerical study of the side-wall effects on turbulent bands in channel flow at transitional Reynolds numbers
本文采用开放源代码的谱元程序Nektar++，通过直接数值模拟的方法研究了过渡雷诺数下槽道流动中湍流带的侧壁效应。本研究考虑的宽高比为50：1。我们的研究表明，湍流带可以生存与侧壁的碰撞高于体雷诺数Re约1000，但衰减低于Re约975，即临界雷诺数应近似在两个雷诺数之间。我们还讨论了在低雷诺数和潜在的影响，更大的展向通道宽度比我们的研究中考虑的带衰减的潜在机制。研究结果为过渡雷诺数下槽道湍流的实验研究提供了参考。
2022-03-12 physics.flu-dyn
Wall-induced anisotropy effects on turbulent mixing in channel flow: A network-based analysis
在拉格朗日框架下，采用基于复杂网络的方法研究了湍流混合。我们考虑在$Re_τ = 950$上模拟的湍流通道内被动非惯性粒子的运动。建立了时间相关网络来评估示踪剂在薄壁平行层之间的转移，所述薄壁平行层在壁法线方向上划分通道。通过这样做，我们能够评估湍流动力学及其对混合过程的影响所产生的空间和时间的复杂性。这种方法突出了湍流结构的小尺度特征的影响，以及由壁诱导的各向异性决定的较大尺度的影响。复杂网络与湍流的拉格朗日描述相结合，有效地为非均匀湍流和混合提供了新的见解。
2020-10-27 physics.flu-dyn
An experimental study on turbulent-stripe structure in transitional channel flow
采用反射片状颗粒流动显示技术，对过渡雷诺数下槽道湍流中出现的湍流条纹进行了实验研究。在雷诺数Re = 1700-2000范围内，湍流条纹与流向成20-30 °夹角，其流向波长约为通道半宽（$δ$）的60倍。在准层流区发现了展向间距为1.6 $δ$的纵向条纹。临界雷诺数为Re = 1300。用激光多普勒测速仪测量了流向速度的时间轨迹，揭示了过渡管流中平衡湍流喷流的相似性。
2014-09-17 physics.flu-dyn
Uniform representation of the turbulent velocity profile in an open channel
本文用壁面函数与尾流函数之和统一表示明渠平均湍流速度剖面，定量确定其分量，证明明渠与 Couette 流、封闭槽道流及圆管流共享普适壁面律、对数律和相同冯·卡门常数。
2023-10-17 physics.flu-dyn
Bulk flow scaling for turbulent channel and pipe flows
我们报告了一个理论推导体流标度规范壁有界流动。该理论通过大尺度能量长度的变分计算来解释边界几何形状（平板通道与圆管）的对称性，该能量长度通过简单指数来表征其整体流标度，即通道为$m=4$，管道为5。预测的平均速度显示出良好的协议与几十套质量的经验数据为一个广泛的雷诺数（Re），与通用的整体流量常数$κ\approx0.45$。散逸和湍流输运的预测，在整体流，等待数据验证。
2016-06-01 physics.flu-dyn
Differentially heated turbulent channel flow two-point correlations
本研究通过变热物性DNS模拟差分加热通道流动，发现热冷壁面的温度梯度差异导致热壁传热增加、冷壁湍流产生率更高。
2024-11-12 physics.flu-dyn
Lagrangian acceleration statistics in a turbulent channel flow
基于示踪粒子跟踪实验和直接数值模拟，研究了$Re_τ= 1440$充分发展槽道湍流中的拉格朗日加速度统计。分析了拉格朗日速度和加速度时间尺度随壁距的演化规律。使用互相关和联合概率密度函数描述了近壁区域中的加速度分量之间的依赖性。强流向相干涡典型的壁有界湍流的动态显示有显着的影响。这导致在近壁区域中的小尺度下的强各向异性，该区域仍然存在于大部分通道中。这种统计特性可以用作构建高级拉格朗日随机模型的约束，以预测用于燃烧或环境研究的化学组分的分散和混合。
2017-04-24 physics.flu-dyn
Slip Effects in Compressible Turbulent Channel Flow
本文对两块温度相等、方向相反的平行平板间的可压缩充分发展湍流Couette流动进行了直接数值模拟。该算法进行了测试，众所周知的不可压缩Poietille通道流的数值解，并发现提供其良好的描述。在所研究的流动中的滑移效应被发现是可以忽略不计的小值的速度和温度的顺序的单位的调节系数。发现随着温度调节系数的减小，平均温度显著增加。对于流动气体、表面气体和吸附气体的某些组合的可压缩紊流边界层的热交换问题，这种效应可能是重要的。
2012-10-08 physics.flu-dyn
Drag Reduction by Herringbone Riblet Texture in Direct Numerical Simulations of Turbulent Channel Flow
研究了一种以鸟羽毛为灵感的人字形脊状纹理的湍流减阻效果。纹理由叶片肋组成，呈会聚/发散或人字形图案，具有展向波长$Λ_f$。其目的是量化的阻力变化，这种纹理相比，一个光滑的墙壁，并研究潜在的机制。为此，对具有高度$L_z$的通道中的湍流流动进行了直接数值模拟。阻力分解的FIK恒等式被扩展到纹理壁，并被用来研究阻力变化机制。对于$Λ_f/L_z \gtrsim O(10)$，人字形纹理的行为类似于一个传统的平行条纹纹理偏航：湍流平流输送的抑制结果在一个轻微的阻力减少2%。对于$Λ_f/L_z \lesssim O(1)$，阻力显著增加，最大值为73%。这是由于增强的平均平流和湍流平流，这是由于强大的二次流，形成了区域的脊状收敛/发散。因此，收敛/发散的纹理中的脊的就业似乎是不利的湍流减阻。
2017-03-31 physics.flu-dyn
Changes in turbulent dissipation in a channel flow with oscillating walls
为了加深对壁面摩擦减阻物理机制的理解，本文采用直接数值模拟的方法研究了平板槽道湍流壁面的谐振现象。在恒定压力梯度下进行模拟，以定义明确的内部缩放：在这种情况下，减阻表现为质量流率的增加。为了强调展向剪切层振荡的作用而进行的能量和涡度拟能平衡表明，平均流和湍流脉动的粘性耗散随质量流率的增加而增加，而后者的相对重要性则降低。然后，我们专注于湍流拟能：通过分析的时间演变从开始的壁面运动，占主导地位的，振荡相关的术语在湍流拟能显示，导致湍流耗散增强的绝对条件下，缓慢漂移到新的准平衡条件之前。发现这种机制是质量流率增加的原因。我们最后表明，时间平均体积积分的主导项线性相关的阻力减少。
2012-02-16 physics.flu-dyn
The growth mechanism of turbulent bands in channel flow at low Reynolds numbers
在这项工作中，我们进行了直接的数值模拟，在大通道域和研究的运动学和动力学的完全本地化的湍流带在雷诺数Re = 750。结果表明，谱带的下游端条纹产生快，并进入邻近的层流，而上游端条纹则持续衰减，衰减相对较慢。这种不对称性是造成带横向生长的原因。我们特别研究了在下游端产生条纹的机制，这使得条带的生长更快。我们确定了与下游端附近的局部平均流，我们的研究结果强烈表明，这种不稳定性是负责条纹的产生，并最终为带的增长与展向弯曲的不稳定。基于我们的研究，我们提出了一个可能的自我维持机制，充分本地化的湍流带在低雷诺数的槽道流。
2019-10-27 physics.flu-dyn
A low-order decomposition of turbulent channel flow via resolvent analysis and convex optimization
我们结合解析模式分解技术，从凸优化，以最佳近似速度谱在湍流通道。速度被表示为动态显著的、非经验的且可随雷诺数缩放的预解模式的加权和。为了最佳地表示DNS数据在摩擦雷诺数$2003$，我们确定的权重的解析模式的凸优化问题的解决方案。仅使用$12$模式每壁平行波数对和时间频率，我们获得了密切的协议与DNS光谱，减少壁正常和时间分辨率在模拟中使用的三个数量级。
2014-05-21 physics.flu-dyn
Measuring time-resolved heat transfer fluctuations on a heated-thin foil in a turbulent channel airflow
Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文提出一种基于加热薄箔与高速红外热成像的实验装置，用于测量湍流通道气流中的时间分辨对流热传递波动，并详细讨论了设计选择的优缺点及克服热惯性与噪声的实施数据高质量策略。
2026-10-28 physics.flu-dyn
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
Analytical Criterion for the Turbulent-to-Laminar Transition in Channel Flow
Ultra Quantum Inc（超量子公司）
基于Alexeev方程提出解析判据，通过粘性耗散平衡导出临界雷诺数，预测通道流动湍流到层流的转变阈值，并得到实验验证。
2026-10-06 physics.flu-dyn
The physics of stripe patterns in turbulent channel flow determined by DNS results
本文用DNS方法求解纳维-斯托克斯方程，分析了无限延伸平面通道内的湍流流动。解决方案中获得的数值解域的有限大小的流向以及在横向设置周期性的边界条件在两个方向。仔细分析了它们对湍流场中大尺度结构的影响，以避免它们的抑制。当这样做时，可以观察和分析这些流中的众所周知的条纹图案，特别是关于它们与平均流速相比的相对运动。这种条纹图案占主导地位的速度场的各种细节。此外，基于在保证充分发展的湍流和热传递的非常长的时间段内的流量和温度数据的统计，确定了全局参数，如流场中的摩擦因子和温度场中的努塞尔数。
2015-11-24 physics.flu-dyn
The Large Scale Organization of Turbulent Channels
我们已经研究了在高雷诺数壁流的对数层和外层中发展的大湍流结构的组织和动力学。这些结构具有与流动厚度相当的尺寸并且包含大部分湍流动能。它们产生相当大一部分的表面摩擦，并在湍流输送中发挥关键作用。尽管它们很重要，但关于远离壁的大型结构的信息比关于近壁区域的小型结构的信息少得多。其主要原因是大量的测量记录和高雷诺数的实验分析的联合要求。由于缺乏与背景小尺度湍流相互作用的成功模型，其理论分析受到阻碍。
2013-09-09 physics.flu-dyn
Law of the wall in an unstably stratified turbulent channel flow
我们进行直接数值模拟的不稳定分层湍流槽道流解决浮力的影响，边界层动力学和平均场的数量。我们系统地跨越摩擦雷诺数（$Re_τ$）和瑞利数（$Ra$）的空间中的参数范围。我们的重点是偏离对数定律的墙壁，由于浮力运动。对流在相关范围内的影响进行了讨论，提供速度，温度和雷诺应力以及摩擦系数的平均剖面的测量。提出了一种唯象模型，并示出捕捉所观察到的偏差的速度分布在对数律区域从非对流的情况下。
2022-06-10 physics.flu-dyn
Large-scale mean flow and inclination of isolated turbulent band in channel flow
针对转捩槽道流中孤立湍流带的结构与倾角维持机制，研究发现其头部ν形涡延伸形成反向涡管对，二者对流速度差提供恢复角动量以自调整维持特征倾角。
2023-10-05 physics.flu-dyn
Pressure, density, temperature and entropy fluctuations in compressible turbulent plane channel flow
利用可压缩湍流平面槽道流动的直接数值模拟（DNS）结果，研究了可压缩气动壁面湍流中热力学状态变量的涨落。基本的输运方程的热力学变量（密度，压力，温度和熵）的行为进行审查，并用于推导出精确的输运方程的方差和通量（运输的波动速度场）的热力学波动。本文讨论了可压缩平面槽道湍流的雷诺数和马赫数的标度关系。的热力学涨落的相关系数和高阶统计进行了检查。最后，详细的预算的运输方程的方差和通量的热力学变量从一个良好的解决DNS进行了分析。这些结果的影响，以了解在可压缩壁湍流的热力学相互作用和可能的改进统计建模进行评估。最后，所需的扩展现有的DNS数据，以充分体现这一规范的流进行了讨论。
2013-11-18 physics.flu-dyn
Maximum Entropy Method for Solving the Turbulent Channel Flow Problem
在这项工作中有两个组成部分，允许解决方案的湍流通道问题：一个是伽利略变换的纳维-斯托克斯方程，它给出了一个理论表达式的雷诺应力;和第二个最大熵原理，它提供了空间分布的湍流动能。第一个概念转换的动量平衡的控制体积移动在当地的平均速度，打破了动量交换到其基本组成部分。雷诺应力梯度预算证实了这种替代解释的湍流动量平衡，与DNS数据验证。最大熵原理的第二个概念指出，在充分发展的流动中，湍流动能将自行分配，直到达到最大熵，同时符合物理约束。通过在给定雷诺数下将最大熵状态与最大允许（粘性）耗散等同起来，以及其他约束条件，我们得到了湍流动能的函数形式（内部和外部）。这使我们能够计算雷诺应力，然后将其积分，以获得通道流中的速度分布。在Re = 400和1000时，计算结果与直接数值模拟（DNS）数据吻合良好。
2019-05-07 physics.flu-dyn
Dissipation Scaling and Structural Order in Turbulent Channel Flows
从一个新的角度考虑槽道湍流的尺度和结构演化。总积分湍流动能保持不变时，归一化的摩擦速度的平方，而总耗散相对于雷诺数线性增加。这用作湍流结构的全局约束。根湍流变量的通量平衡的启发下，我们还发现耗散标度为u2和v2，分别通过其第一和第二梯度。这种自相似性允许在任何雷诺数的基础上，通过一个简单的乘法运算，一个共同的模板轮廓重建。在拉格朗日输运方程中使用这些比例变量导出雷诺剪应力，进而计算平均速度分布。自相似性与输运方程一起，使通道流中湍流动力学和完整结构的可计算性的简洁视图成为可能。
2021-01-05 physics.flu-dyn
The effect of droplet coalescence on drag in turbulent channel flows
通过直接数值模拟，研究了液滴聚并对湍流壁面边界流动的影响。特别地，流体体积法和前沿跟踪法分别用于模拟包含聚结液滴和非聚结液滴的湍流槽道流动。我们发现，聚结液滴对阻力的影响可以忽略不计，而非聚结液滴随着分散相体积分数的增加而稳定地增加阻力：实际上，在10体积分数下，非聚结液滴显示出30%的阻力增加，而聚结液滴显示出小于4%的增加。我们解释了这一点，通过看在通道中的液滴的壁正常的位置，并表明，非聚结液滴进入粘性子层，产生的界面剪切应力，减少了预算的粘性应力在通道中。另一方面，聚结液滴向通道的主体迁移，形成大的聚集体，这几乎不影响粘性剪切应力，同时阻尼雷诺剪切应力。我们证明了这一点有关的平均粘性剪切应力集成在壁法线方向的中心线速度。
2021-07-19 physics.flu-dyn
Turbulent heat transfer in a channel flow at transitional Reynolds numbers
本文对极低雷诺数下的槽道湍流传热进行了直接数值模拟。研究了两种不同的热边界条件，并将温度视为被动标量。计算是用巨大的计算箱进行的（流向、壁面法线和展向方向分别高达327.7 x 2 x 128）。本文的重点是研究包括标量场在内的间歇湍流中的大尺度结构（喷烟），并给出了过渡雷诺数和临界雷诺数的数值，在此雷诺数以下，湍流分别变为间歇和层流。的统计数据，如表面摩擦和斯坦顿数，也进行了检查：他们建议，粉扑应该是有效的，在维持湍流和传热增强。
2014-06-04 physics.flu-dyn
Efficient neural topology optimization via active learning for enhancing turbulent mass transfer in fluid channels
提出一种基于主动学习和神经算子的机器学习框架，用于高效优化湍流传质流体通道拓扑结构，在最大化传质效率与最小化能耗间实现折衷，实验验证优化通道浓度均匀性提升37%。
2025-03-06 physics.flu-dyn
Streamwise oscillation of spanwise velocity at the wall of a channel for turbulent drag reduction
通过DNS研究了槽道流动的定常壁面强迫，以评估其降低湍流摩擦阻力的能力。壁面强迫由沿流向交替变化的展向速度的固定分布组成。强迫背后的想法建立在现有的展向壁面振荡技术的基础上，并利用流动的对流性质来实现与湍流的非定常相互作用。该分析利用了等效层流，通过解析求解该等效层流，以表明强迫的能量成本不受湍流的影响。在一个湍流，交替强迫被发现表现类似的振荡壁，特别是一个最佳的波长被发现，产生最大的减少湍流阻力。能量性能得到显着改善，在大强度的强迫下，最大摩擦节省了50%以上，而在较小强度下，净能量节省了23%。这种稳定的、基于壁面的强迫可以为被动地与湍流相互作用铺平道路，以通过设计成激发选定的流向波长的适当粗糙度分布来实现阻力减小。
2009-10-31 physics.flu-dyn
Laminar, turbulent and inertial shear-thickening regimes in channel flow of neutrally buoyant particle suspensions
这封信的目的是描述有限惯性下粘性流体中有限尺寸刚性颗粒悬浮液的流动状态。我们探讨了系统的行为作为粒子的体积分数和雷诺数（流量和颗粒的惯性粘性力的比率）的函数。与层流和湍流状态之间存在明显区别的单相流不同，在存在颗粒相的情况下可以识别三种不同的状态，它们之间具有平滑的过渡。在低体积分数下，当雷诺数增加时，流动变得湍流，从由粘性力主导的层流状态过渡到以湍流涡流增强动量传输为特征的湍流状态。在更大的体积分数，我们确定了一个新的制度，其特征在于更大的增加壁摩擦。壁面摩擦力随雷诺数（惯性效应）而增加，而湍流输运的影响很弱，如在强烈的惯性剪切增稠状态。这种状态可能会阻止过渡到一个充分的湍流状态在任意高速度的流动。
2014-11-14 physics.flu-dyn
Turbulent shear layers in confining channels
我们提出了一个简单的模型之间的平行流在封闭的渠道剪切层的发展。这种流动在从扩散器、喷嘴和管道到城市空气流动和地球物理流体动力学的广泛主题中是重要的。该模型将剪切层中的流动近似为分离匀速流的线性剖面。通道几何形状和壁面阻力都影响流动的发展。该模型与粒子图像测速实验和计算湍流模型吻合良好。该模型的计算成本低，使其可以用于设计目的，我们证明了通过调查最佳的压力恢复在扩散器与非均匀流入。
2018-04-06 physics.flu-dyn
DNS of the very large anisotropic scales in a turbulent channel
湍流壁面流外层的大结构具有重要的物理意义，因为它们包含了流向动能和雷诺应力的相当大的一部分。然而，壁湍流的外部区域的组织在历史上受到的关注比内部区域少，因此，它仍然是许多开放的实验和理论问题的主题。为了解决其中的一些问题，我们已经进行了直接的数值模拟的湍流不可压缩流在平面通道在雷诺数185 - 550。本文介绍了一些模拟结果，侧重于统计描述的流向速度的大结构的大小和它的缩放与雷诺数。
2013-09-10 physics.flu-dyn
Standard logarithmic mean velocity distribution in a band-limited restricted nonlinear model of turbulent flow in a half-channel
采用受限非线性（RNL）模型对壁面湍流进行数值模拟，得到了低雷诺数下库埃特平面流和槽道流的真实平均速度分布。结果在较高Re时不太准确，虽然观察到对数区域，但其von-Kármán常数与标准对数定律不一致。在半通道流中，我们表明，限制RNL湍流的流向变化的波数支持一个或几个经验确定的模式，大大提高了其预测。特别是，平均速度配置文件得到的带限RNL模型遵循标准的对数行为，在这项研究中的较高雷诺数。
2014-12-07 physics.flu-dyn
Analytical Solution for Turbulent Flow in Channel
本研究推导得到通道湍流的GHE解析解，其为层流与超指数湍流解的叠加，吻合多组经典实验，提出湍流本质是两类解的振荡，证明GHE与湍流实验高度一致。
2023-07-25 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of turbulent channel flow under transcritical conditions
跨临界条件下的湍流存在于摇臂发动机的再生冷却系统和化学工程中的提取过程中。在这些复杂的过程中的湍流和相应的传热现象仍然没有得到很好的理解实验和数值。本文的目的是利用湍流通道流的DNS研究跨临界条件下的湍流。一个完全可压缩的求解器结合使用的Peng-Robinson真实流体状态方程来描述跨临界流。采用一个加热的和一个冷却的边界层，模拟了具有两个等温壁面的槽道流动。在这项研究中采用的网格分辨率略高于不可压缩通道流DNS所需的。使用完全（FC）和准保守（QC）计划进行模拟，以评估其跨临界壁边界流的性能。对瞬时流和统计量进行了分析，并与经典理论进行了比较。结果发现，从FC和QC方案的结果定性同意以及与显着的差异附近的顶部加热壁，可以观察到虚假的速度振荡。使用DNS数据，然后，我们检查的有用性汤森附加涡假设的情况下，在跨临界条件下的流动。结果表明，流向能量谱表现出逆波数标度和流向速度结构函数遵循对数标度，从而提供支持的附加涡模型在跨临界条件下。
2017-12-06 physics.flu-dyn
Spatio-temporal Proper Orthogonal Decomposition of turbulent channel flow
本文将本征正交分解推广到槽道湍流（Re τ = 590）的壁层，从而在空间和时间上定义了经验本征函数。由于流的统计对称性，本征函数与各个波数和频率相关联。自相似的优势特征函数，符合附壁结构转移能量到核心区域，建立。最有活力的模式的特点是由一个基本的时间尺度范围内的200-300粘滞壁单位。完整的时空分解提供了结构对流速度的自然测量，壁层中的特征值为12 u τ。最后，我们表明，能量预算可以分为具体的贡献，为每一个模式，这提供了一个封闭形式的非线性效应的表达。
2019-01-09 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of the very large anisotropic scales in a turbulent channel
在过去的几十年里，小尺度湍流壁流的知识经历了一个显着的进步，特别是在近壁区域，最高的湍流能量和最大的湍流强度发生的生产。计算机的发展在这一过程中发挥了重要作用，使直接数值模拟变得负担得起（Kim，Moin & Moser，1987），并提供了比大多数实验室实验更广泛的观测可能性。大尺度受到的关注较少，直到最近，它们的重要性和实际大小才得到广泛的认识，这在一定程度上要归功于Hites（1997）和Kim & Adrian（1999）的实验，以及Jimenez（1998）对实验和数值数据的汇编。一个非常大的盒子和一个高雷诺数的要求，使直接数值模拟的VLAS不可接近，直到今天。本报告的目的是作为一个新编制的数值数据库中的大尺度的特点，在中等雷诺数的槽道湍流的初步描述。
2013-09-09 physics.flu-dyn
DNS of heat transfer in a transitional channel flow accompanied by a turbulent puff-like structure
基于摩擦速度和通道半宽$δ$，对摩擦雷诺数在60 ~ 180范围内的充分发展通道流的湍流换热进行了直接数值模拟，重点研究了喷流结构、大尺度空间不稳定性。在雷诺数小于80的情况下，采用51.2 x 2 x 22.5的大计算区域，观察到了湍流烟团，并发现了其对动量和热量传输的显著影响。考虑到两种不同的热边界条件，研究了平衡烟团或局部湍流的空间结构：均匀的热流加热和恒定的壁间温差。结果表明，在流场中存在一个斜带状的局部强湍流区，沿此区域诱导出展向二次流。因此，在目前的最低雷诺数低至60，流动保持湍流和较大的努塞尔数比那些没有喷烟的喷烟的存在下获得。
2014-09-17 physics.flu-dyn
Drag reduction utilizing a wall-attached ferrofluid film in turbulent channel flow
本研究探讨了在湍流通道流中利用壁面附着铁磁流体薄膜减阻，通过2D-PTV和界面追踪算法发现，即使界面形成不稳定行波，小波幅利于减阻，大波幅下滑移效应仍能克服湍流脉动实现整体减阻。
2024-01-24 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
Investigating the magnitude and temporal localization of inertial particle mixing in turbulent channel flows
该研究通过直接数值模拟与拉格朗日框架，探究不同斯托克斯数惯性颗粒在Reτ=950湍流槽道流中的混合特性，揭示了颗粒惯性对混合的影响随源点位置、排列及距壁距离变化的规律。
2023-06-16 physics.flu-dyn
A continuous pathway between the elasto-inertial and elastic turbulent states in viscoelastic channel flow
我们表明，粘弹性平面Poiffille流成为线性不稳定的惯性的情况下，在高弹性的限制，超稀聚合物溶液。虽然无惯性弹性不稳定性已被预测为曲线剪切流，这是有史以来第一次报告的纯弹性线性不稳定性的直线剪切流。新的不稳定性继续上升到一个雷诺数（$Re$）的$O(1000)$，对应于最近确定的弹性惯性湍流状态被认为是最大阻力减少制度的基础。因此，对于高弹性超稀聚合物溶液，一个单一的线性不稳定的模态分支可能是过渡到弹性湍流在零$Re$，并在中等$Re$的弹性惯性湍流，这意味着连续的路径的存在，连接的湍流状态彼此，并层流的基础状态。
2021-03-11 physics.flu-dyn
Absolute linear instability in laminar and turbulent gas/liquid two-layer channel flow
本文研究了两相分层流动，其中底层是薄层液体，上层是充分发展的气体流。气流可以是层流或湍流。为了确定对流和绝对不稳定之间的边界，我们使用Orr-Sommerfeld稳定性理论，以及线性模态分析和射线分析的组合。对于湍流气流，密度比r=1000，我们发现大区域的参数空间，产生绝对不稳定。这些参数范围涉及与油/气流直接相关的粘度比。相反，如果气体层是层流的，则对于密度比r=1000，绝对不稳定性持续存在，尽管对流/绝对稳定性边界出现在比湍流情况小一个数量级的粘度比处。另外两个不稳定的时间模式存在于层流和湍流的情况下，其中之一可以排除绝对不稳定。我们将我们的结果与实验确定的流态图进行比较，并讨论了本方法在非线性分析中的潜在应用。
2012-08-03 physics.flu-dyn
Minimization Principle for Analytical Solution of Turbulent Flow in Channel
本研究针对Fedoseyev（2023）提出的通道湍流解析解，采用最小粘性耗散原理确定层流与湍流解的叠加系数，所得结果与实验数据吻合良好，完善了通道湍流的解析求解方法。
2024-04-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Statistics of the Energy Dissipation Rate and Local Enstrophy in Turbulent Channel Flow
采用高分辨率直接数值模拟方法，研究了不可压缩、充分发展的湍流槽道流动中能量耗散率和局部拟能高阶统计量对高度和雷诺数的依赖性。统计研究了一系列的壁面距离，跨越粘性子层的通道流中心线，摩擦雷诺数$Re_τ= 180$和$Re_τ= 381$。高分辨率的模拟允许耗散和拟能矩高达四阶计算。这些时刻显示出对壁距的依赖性，并在对数层的边缘观察到雷诺数效应。条件分析的基础上激烈的旋转的位置也进行了，以确定涡结构的耗散和涡度拟能矩的贡献。我们的分析表明，在较大的雷诺数的模拟，小尺度波动的耗散和涡拟能成为相对恒定的$z^+ \gtrsim 100$。
2011-06-27 physics.flu-dyn
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
Mean velocity profile in stably stratified turbulent channel flow
TU Delft（代尔夫特理工大学）
本研究提出了一种基于摩擦雷诺数和摩擦里兹数的闭合关系，用于评估MOST理论在稳定层理湍流通道流中的适用性，并通过DNS验证了其在预测皮肤摩擦系数方面的有效性。
2025-12-19 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
Assessment of local isotropy, Kolmogorov constant, and modified eddy viscosity-based modeling for particle-laden turbulent channel flows
基于局部各向同性的假设，并使用将湍流动能的谱分布与湍流耗散率相关联的Kolmogorov常数，已经开发了大量的模型来处理含颗粒的湍流的动力学。许多湍流模型（随机和LES模型）在公式中使用Kolmogorov常数。对不同流动构型的大量实验数据的汇编表明，在高雷诺数的极限下，Kolmogorov常数与雷诺数无关（Sreenivasan，1995）。然而，在低和中等雷诺数，解决实际重要性的流动情况下的几个数值研究认为，Kolmogorov常数保持不变，无论流动是单相或多相。在目前的工作中，我们评估的变化的局部各向同性的流体波动的颗粒负载的颗粒负载的增加，在颗粒负载的湍流槽道流。在低雷诺数湍流的情况下，我们还使用二阶速度结构函数和补偿谱估计Kolmogorov常数。我们的研究表明，Kolmogorov常数在这里研究的雷诺数范围内，随着颗粒体积分数的增加，在通道中心减小。的Kolmogorov常数的估计的变化被用来表示Smagorinsky系数作为一个功能的固体负载在颗粒负载流。然后，采用一种新的建模技术，使用大涡模拟（LES）预测的流体相的统计，而无需求解联立颗粒相方程。这种新的方法也有助于理解湍流强度在临界颗粒体积负荷急剧下降。
2022-10-25 physics.flu-dyn
Laminar-to-Turbulent Transition of Yield-Stress Fluids in Pipe and Channel Flows
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本研究通过DNS揭示了Herschel-Bulkley流体在管道和通道中从层流到湍流转变的完整机制，明确了屈服应力在转变过程中的作用。
2026-03-11 physics.flu-dyn
A posteriori tests of subgrid-scale models in an isothermal turbulent channel flow
本文研究了等温槽道湍流的大涡模拟。我们研究没有壁函数或壁模型的零方程代数模型：功能模型、结构模型和混合模型。除了从文献中的模型，提出了新的模型，并检查它们的相关性。还分析了每种类型模型的动态版本。使用相同的有限差分数值方法和物理配置的亚网格尺度模型的性能进行评估。模拟的摩擦雷诺数为180。使用三种不同的网格分辨率。大涡模拟的预测相比，直接数值模拟过滤的分辨率LES网格。结果比没有模型的模拟更准确。用常参数法或动态张量法可以改进泛函涡粘模型的预测。
2020-06-08 physics.flu-dyn
Linearised Reynolds-Averaged predictions of secondary currents in turbulent channels with topographic heterogeneity
本文提出了一种基于线性化雷诺平均纳维-斯托克斯方程的二次流快速预测方法，用于研究湍流槽道流中与流向无关的表面形貌调制所产生的二次流。该工具是通过耦合的雷诺平均动量方程的Spalart-Allmaras传输方程的湍流涡动粘度，使用雷诺应力的非线性本构关系，以正确地捕捉二次运动。线性方程，描述了稳定的流动响应任意表面调制，推导出假设表面调制是浅的。由于方程是线性的，叠加原理成立，任意调制引起的流动响应可以通过适当地组合在多个展向长度尺度上正弦调制获得的基本响应来获得。该工具允许快速探索大的参数空间表征结构化的表面形貌以前在文献中检查。在这里，考虑具有正弦形壁和具有纵向矩形脊的通道。对于正弦曲线的墙壁，一个大的响应观察到在两个翼展方向的波长缩放内，外单位分别，反映了放大机制，从瞬态增长分析观察到的湍流剪切流。对于纵向矩形脊，该模型表明，响应的分析和二级结构的拓扑结构的解释时，脊宽度和脊之间的间隙被用来代替文献中提出的其他组合。
2022-05-26 physics.flu-dyn
