Thermal boundary layers in turbulent Rayleigh-Bénard convection with rough surfaces
我们提出了高分辨率的测量近壁温度场的热驱动对流在粗糙表面。我们的测量是在一个非常大的实验设施中进行的，称为“伊尔梅瑙桶”。他们提供了一个独特的洞察到本地传输过程中的热固体表面和周围的流体之间的界面。为了探测近壁温度场，我们使用了一个微小的微型热敏电阻的直径为130 $μ$米，长度为330 $μ$米，响应时间$τ_{70}$小于150毫秒。这种传感器是四十分之一小于边界层的厚度，它允许的分辨率优于我们的实验中出现的典型的Kolmogorov微尺度。我们表明，一般观察到的粗糙表面的热通量增强，基本上是从增加的局部传热系数在顶部的粗糙元素。我们还揭示了详细的机制，在全球传热关系$Nu\sim Ra^γ$，已观察到超过一个临界Ra数$Ra_c$的缩放的过渡。在粗糙表面的湍流瑞利-贝纳德对流中，它已经出现在$Ra_c\approx 10^{10}$ [Tisserand et al. { \em Phys. Fluids \/} 23，015105（2011）]，而对于光滑板，已经在$Ra_c\approx 10^{14}$ [[Grossmann \& Lohse { \em Phys. Rev. Lett.\/} { \bf 86}，3316（2001）]。我们发现，这种过渡在粗糙的表面要归因于一个早期的层流湍流过渡的边界层在粗糙度元素的顶部，以及修改的温度场之间的障碍。
2018-04-16 physics.flu-dyn
Bounds for Rayleigh-Bénard convection between free-slip boundaries with an imposed heat flux
我们证明了第一个严格的边界上的三维Rayleigh-Bénard对流有限普朗特数流体之间的自由滑移边界与强加的热通量的热传递。利用与背景方法等价的带有二次泛函的辅助泛函方法，证明了Nusselt数$Nu$在Prandtl数下一致有界于$Nu \leq 0.5999 R^{1/3}$，其中$R$是基于热通量的Rayleigh数.根据基于平均垂直温降的瑞利数$Ra$，我们得到了$Nu \leq 0.4646 Ra^{1/2}$。与瑞利数的缩放是相同的边界与无滑移等温，自由滑移等温，无滑移固定通量边界，和数值优化的界限表明，它不能在我们的边界框架内得到改善。因此，与二维情况相反，三维Rayleigh-Bénard对流背景方法得到的严格上界对传热的$Ra$依赖性对热边界条件和速度边界条件都不敏感。
2017-12-11 physics.flu-dyn
Bounds for convection between rough boundaries
我们考虑在粗糙无滑移边界之间的流体层中的Rayleigh-Bénard对流，其中顶部和底部边界高度是具有平方可积梯度的水平坐标的函数。我们使用的背景方法，推导出一个上界的平均热通量在所有允许的边界几何形状的层。该通量，由边界之间的温差归一化，可以以瑞利数（$Ra$）不快于作为$Ra \rightarrow \infty$的${\cal O}(Ra^{1/2})$增长。我们的分析产生了一系列类似的边界，这取决于各种估计是如何调整的，但每个版本都明确地取决于边界几何形状。在一个版本中，${\cal O}(Ra^{1/2})$前导项的系数是$0.242 + 2.925\Vert\nabla h\Vert^2$，其中$\Vert\nabla h\Vert^2$是边界高度梯度的均方幅度。应用到一个特定的几何形状的正弦曲线的边界。
2016-06-29 physics.flu-dyn
Heat transfer in rough-wall turbulent thermal convection in the ultimate regime
有壁面湍流中的热量和动量传递以及壁面粗糙度的影响是湍流研究中的突出问题之一。在自然热对流的标准Rayleigh-Bénard问题中，众所周知，很难达到所谓的极限状态，即近壁边界层是湍流的。根据Kraichnan [Phys. Fluids vol 5.，pp. 1374-1389（1962）]和Grossmann & Lohse [Phys. Fluids vol.23，pp. 045108（2011）]，我们反而利用最近的最小通道中粗糙壁上的强制对流的直接数值模拟[MacDonald，Hutchins & Chung，J. Fluid Mech.vol.861，pp. 138- 162（2019）]直接研究这些湍流边界层。我们专注于热传输（无量纲形式，努塞尔数$Nu$）或等效的传热系数（斯坦顿数$C_h$）。扩展Kraichnan和Grossmann & Lohse的分析，我们假设对数温度分布与粗糙度引起的位移来预测$Nu \sim Ra^{0.42}$的有效缩放，其中$Ra$是无量纲温度差，对应于$C_h \sim Re^{-0.16}$，其中$Re$是中心线雷诺数。这明显不同于表面摩擦系数$C_f$，由于压阻占主导地位，在完全粗糙的湍流状态下，表面摩擦系数与$Re$无关。在粗糙壁湍流中，温度平流方程中没有压力阻力的模拟，这是热传递与动量传递相比具有非常不同的标度特性的根源。这…
2019-07-04 physics.flu-dyn
Turbulent thermal convection over rough plates with varying roughness geometries
本文系统地研究了粗糙度对周期性分布的粗糙平板上湍流Rayleigh-Bénard对流的影响。使用一个参数$λ$定义为一个粗糙元素的高度超过其底部宽度，热传输，流动动力学和局部温度测量的瑞利数范围$7.50\times 10^{7} \leq Ra\leq 1.31\times 10^{11}$，和普朗特数$Pr$从3.57到23.34在四个值的$λ$。研究发现，热输运标度（即$Nu\sim Ra^α$，其中$Nu$为努塞尔数）可分为三个区域.在机制I中，系统处于动态平滑状态。热输运定标与光滑胞腔相同。在第二和第三制度，热传输增强。当$λ$从0.5增加到4.0时，在方案II中，$α$从0.36增加到0.59，在方案III中，它从0.30增加到0.50。实验表明，湍流红细胞中的热输运标度可以使用$λ$操纵。以前的研究表明，从制度I到制度II的过渡，发生在热边界层（BL）的厚度变得小于粗糙度高度$h$。在本研究中的粘性BL的直接测量表明，从制度II到制度III的过渡可能是粘性BL厚度变小的结果$h$。当$λ$从0.5增加到4.0时，雷诺数$Re$与$Ra$的标度指数从0.471变化到0.551。研究还发现，增加$λ$增加了热羽流的聚集，这有效地增加了羽流的寿命，最终负责增强热传输。
2017-07-25 physics.flu-dyn
Effects of rough walls on sheared annular centrifugal Rayleigh-Bénard convection
本研究通过二维直接数值模拟，探讨了环形离心瑞利-贝纳德对流系统中粗糙壁面与壁面剪切力的耦合效应，发现不同流动区域（浮力主导、过渡、剪切主导）对传热有不同影响，且剪切主导区域传热对$\varOmega$不敏感。
2025-01-25 physics.flu-dyn
A fully pressure-velocity coupled immersed boundary method based on the Lagrange multiplier approach
本文提出了一种新的浸入边界法，它便于精确模拟浸入体周围的不可压缩等温和自然对流流动，并可应用于流动的精确线性稳定性分析。该方法是基于完全压力-速度耦合的方法，隐式地满足发散自由速度约束，而不需要额外的投影校正步骤，这是一个显着的优势的计算效率。该方法将压力，边界力和热源作为拉格朗日乘子，从而隐式地提供了无滑移的运动约束和相应的热浸没表面的边界条件。广泛的验证开发的等温和自然对流流动的方法。
2015-12-16 physics.flu-dyn
Bounds on heat transport for convection driven by internal heating
利用严格边界条件研究了均匀加热下等温平板间对流的平均垂直热输运$\langle wT \rangle$。这些都是作为一个函数的瑞利数$R$通过构建可行的解决方案的凸变分问题，使用制定的经典背景法的二次辅助函数。当流体相对于边界的温度为正值或负值时，变分问题的数值解表明，最佳前界$\langle wT \rangle \leq 1/2$只能改进到有限个$R$ .事实上，我们证明分析，$ \langle wT \rangle \leq 2^{-21/5} R^{1/5}$，因此证明，$\langle wT\rangle< 1/2$为$R < 65\,536$。然而，如果调用温度的最小值原理，该原理断言内部温度至少与等温边界的温度一样大，则数值优化的边界严格小于$1/2$，直到至少$R =3.4\times 10^{5}$。虽然计算结果表明，$\langle wT\rangle$上的最佳界渐近$1/2$从下面的$R\rightarrow \infty$，我们证明了典型的分析结构不能用来证明这个猜想。
2021-04-22 physics.flu-dyn
Explicit formulas for forced convection in a shrouded longitudinal-fin heat sink with clearance
本研究针对带尖端间隙的遮蔽纵向翅片散热器，采用匹配渐近展开法求解共轭传热问题，首次给出管道流动中共轭努塞尔数的显式解析公式，并验证了其准确性。
2024-12-12 physics.flu-dyn
Transitional natural convection with conjugate heat transfer over smooth and rough walls
本文研究了具有共轭换热的封闭腔内的湍流自然对流。增加这种流动中传热的最简单方法是通过粗糙表面。在数值模拟中，通常在与流体接触的壁处指定恒定温度，这在实验室实验中是不现实的。直接数值模拟（DNS）应考虑固体壁面内的热传导和冷、热壁面间的湍流流动，这对实验工作者有一定的帮助。这里，$0.5h$厚（其中$h$是通道半高）的冷壁是光滑的，并且热壁在$0.3h$厚的固体层之上具有厚度为$0.2h$的二维和三维元件。验证了结果与盒尺寸的独立性。双周期域$4h$宽允许具有有限数量的网格点的足够分辨率。结果表明，在不同的瑞利数$Ra \approx 2 \cdot 10^6$的表面中，具有交错楔的表面具有最高的传热。进行了大量的模拟，将$Ra$从$10^3$改变为$10^7$，以找到努塞尔数（$Nu$）关系的不同范围作为$Ra$的函数。流动可视化允许解释$Nu(Ra)$关系中的差异。选择两个导热系数值，一个对应于铜，另一个高十倍。已经发现努塞尔数表现为$Nu=αRa^γ$，其中$α$和$γ$独立于固体电导率，并且依赖于粗糙形状。
2017-01-24 physics.flu-dyn
Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis of mixed convection heat transfer enhancement in a channel with complex rotating obstruction
本论文将一变速导热圆柱置于一矩形通道中间，并以主动式流动修正系统来模拟二维稳态混合对流热传现象。在当前的研究中，下壁安装有离散的等通量加热器，而上壁保持在等温低温。通过通道的空气的普朗特数保持恒定在0.71，而雷诺数和格拉肖夫数对于四种不同的圆柱配置（包括（a）没有圆柱的通道，（b）具有固定圆柱的通道，（c）具有顺时针旋转圆柱的通道，以及（d）具有逆时针旋转圆柱的通道）变化很大。只有顺时针和逆时针旋转设置具有0.5、1.0和1.5的速比变化。流线和等温线的分布被用来评估对流型和温度场的影响，而局部和表面平均努塞尔数被用来分析对传热现象的影响。研究结果表明，格拉肖夫和雷诺数，转速，和圆筒结构的流动模式，温度场和传热特性有显着的影响。
2022-10-23 physics.flu-dyn
Modelling friction and heat transfer in turbulent forced convection over porous lattices
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）
本研究通过直接数值模拟，提出用Forchheimer系数替代粗糙度高度，将粗糙壁理论扩展至多孔表面，推导出摩擦系数与斯坦顿数公式，验证多孔基底可有效增强湍流传热。
2026-09-22 physics.flu-dyn
On analytical solution of stationary two dimensional boundary problem of natural convection
本文给出了描述半无限长竖直平板等温表面自由对流换热的二维定常Navier-Stokes方程、连续方程和Fourier-基尔霍夫方程组的近似解析解。问题的制定是基于典型的自然对流假设：流体不可压缩性和Boussinesq近似。我们还假设垂直于板的速度分量很小。除基本方程外，还包括边界条件：平板上的恒温和零速度。在流动的起始点，我们固定平均温度和速度的垂直分量，以及积分形式的基本守恒定律。边界问题的解表示为水平变量的泰勒级数，其系数取决于垂直变量。
2012-10-19 physics.flu-dyn
Comment on "The effect of variable viscosity on mixed convection heat transfer along a vertical moving surface" by M. Ali
等温运动平板上的强迫对流问题是流体力学的经典问题，Sakiadis（1961）于1961年首次解决了这一问题。看来第一个关于沿运动板块混合对流的工作是Moutsoglou和Chen（1980）的工作。此后，对于这类边界层问题的不同方面，已经得到了许多解。在以前的工作中，流体性质已被假定为常数。Ali（2006）在最近的一篇论文中首次处理了具有可变粘性的混合对流问题。他用当地的相似性方法来解决这个问题，但有人怀疑他的结果的有效性。因此，我们用边界层方程的直接数值解解决了上述问题，而不作任何变换。
2007-03-02 physics.flu-dyn
Thermal Convection over Fractal Surfaces
我们采用格子Boltzmann方法对二维$Pr = 1$和$Ra \in \left[10^7, 10^{10}\right]$的分形边界单元中的Rayleigh-Bénard对流进行了数值模拟。分形边界是以功率谱密度$S(k)$为特征的函数，其随波数$k$衰减为$S(k) \sim k^{p}$（$p < 0$）。粗糙度由指数$p$量化，其中$p < -3$用于光滑（可微）表面，$-3 \le p < -1$用于具有Hausdorff维数$D_f=\frac{1}{2}(p+5)$的粗糙表面。通过计算幂律中的指数$β$拟合$Nu \sim Ra^β$，其中$Nu$和$Ra$是$Ra \in \left[10^8, 10^{10}\right]$的Nusselt数和Rayleigh数，我们观察到热传输标度随着$Ra \in \left[10^8, 10^{10}\right]$的前二十年的粗糙度而增加。对于$p$ $= -3.0$、$-2.0$和$-1.5$，我们分别找到了$β= 0.288 \pm 0.005, 0.329 \pm 0.006$和$0.352 \pm 0.011$。我们还观察到，雷诺数$Re$与$Re \sim Ra^ξ$成比例，其中$ξ\approx 0.57$超过$Ra \in \left[10^7, 10^{10}\right]$，对于研究中使用的所有$p$…
2020-07-26 physics.flu-dyn
"Ultimate state" of two-dimensional Rayleigh-Benard convection between free-slip fixed temperature boundaries
本文从纳维-斯托克斯方程的Boussinesq近似出发，导出了无应力等温边界间二维Rayleigh-Benard对流中垂直热输运的严格上限。努塞尔数Nu是有界的瑞利数Ra根据$Nu \leq 0.2295 Ra^{5/12}$均匀的普朗特数Pr。这努塞尔数缩放挑战一些理论论点的渐近高瑞利数热传输湍流对流。
2011-04-12 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Comment on Radiation effects on a certain MHD free convection flow, by A. Y. Ghaly and on Chebyshev finite difference method for the effects of chemical reaction, heat and mass transfer on laminar flow along a semi infinite horizontal plate with temperature dependent viscosity, by A.Y. Ghaly and M.A. Seddeek
在上述论文[Chaos，Solitons & Fractals，13（2002）1843-1850]中，作者处理了沿导电流体的竖直等温板的边界层流动。板位于恒定速度$u_\infty$、恒定温度$T_\infty$和恒定质量浓度$C_\infty$的垂直自由流中。板块垂直移动的速度是距离$x$（$u_w=cx$）的线性函数。具有恒定强度$B_0$的横向磁场被施加在流动上。对边界层方程进行了数值积分。然而，本文存在一个根本性的错误，所给出的结果没有任何实际价值。
2007-03-29 physics.flu-dyn
Steady Rayleigh--Bénard convection between stress-free boundaries
通过数值计算研究了无应力等温边界之间的稳态二维Rayleigh-Bénard对流。我们探讨稳定的对流辊的纵横比$π/5\leΓ\le4π$，其中$Γ$是一对反向旋转辊的宽高比，超过8个数量级的瑞利数，$10^3\le Ra\le10^{11}$，和4个数量级的普朗特数，$10^{-2}\le Pr\le10^2$的属性。在定常滚转动态不稳定的大$Ra$情况下，计算的滚转显示$Ra \rightarrow \infty$渐近标度。在这种情况下，测量热传递的努塞尔数$Nu$在$Pr$中均匀地缩放为$Ra^{1/3}$。该缩放的前因子取决于$Γ$，并且在$Γ\approx 1.9$处最大。大- $Ra$滚柱的雷诺数$Re$按$Pr^{-1} Ra^{2/3}$换算，前因子在$Γ\approx 4.5$处最大。所有这些大- $Ra$特征在数量上与Chini \& Cox（2009）构造的半解析渐近解一致。当$Pr$较大而$Γ$较小时，$Nu$和$Re$收敛到其渐近标度的速度较慢。
2020-10-23 physics.flu-dyn
Numerical Study of Laminar and Turbulent Natural Convection from a Stack of Solid Horizontal Cylinders
本文在三维计算区域内数值研究了等温固体水平圆柱叠层的自然对流。模拟分别在瑞利数（Ra）范围为（10^4至10^8）和（10^10至10^13）的层流和湍流状态下进行。在本研究中，圆柱体的长径比在0.5至20的范围内变化。通过以三角形方式布置三个、六个和十个数量的圆柱体，考虑了三种不同的堆叠布置用于数值模拟。目前的计算研究是能够评估非常有趣的热浮力羽流结构周围的堆栈的气缸。平均努塞尔数（Nu）显示出对所有L/D的Ra的正相关性。三个气缸的堆叠的平均Nu略高于六个气缸随后是十个气缸的堆叠的平均Nu。此外，在特定Ra下，Nu对于短圆柱体（低L/D）显著更高，并且随着L/D的增加而减小，直到10或15，并且对于长圆柱体保持恒定。此外，本文的数值计算结果也与空心圆柱堆进行了比较。一个新的努塞尔数的相关性已被开发为不同的堆栈作为Ra和L/D的函数，这将是有用的工业从业者和学术研究人员。
2019-05-14 physics.flu-dyn
Mixed baroclinic convection in a cavity
我们研究的对流模式，出现在一个近半圆柱形的腔喂入热流体在上边界，由一个冷的，多孔的半圆形边界在底部，并在第三方向上无限延伸。虽然这种配置是相关的连续铸造过程是显着更复杂的，我们专注于与特定形式的混合对流，出现在it. Linear稳定性分析和直接数值模拟（DNS）进行相关的流型，使用谱元方法来识别可观察到的状态。为了完整性，通过Stuart-Landau分析确定分叉的性质。基流由两个反向旋转的滚轴组成，由弯曲的等温边界引起的斜压不平衡驱动。然而，这些被通流抑制，一旦基于通流的雷诺数$Re$超过25，通流就具有稳定影响。对于一个足够高的瑞利数，这个基流是线性不稳定的三个不同的模式，这取决于$Re$。对于$Re\leq75$，滚动通过超临界分叉失稳为行波。对于$100\leq Re \leq 110$，亚临界分岔导致稳定的振荡模式，而对于$Re\geq150$，不稳定模式是非振荡的，并且从超临界分岔中生长出来。直接数值模拟证实，在所有情况下，线性稳定性分析返回的主导模式精确匹配的拓扑结构和演变的流模式，所产生的完全非线性动力学。
2019-11-29 physics.flu-dyn
New bounds for heat transport in internally heated convection at infinite Prandtl number
本文针对无限Prandtl数下内部加热对流，利用背景场方法证明了不同边界条件下底部边界热通量的新理论界限，并通过Dedalus数值模拟揭示了理论界限与数值结果间的优化空间。
2024-03-21 physics.flu-dyn
Dynamics of Mixed Convective--Stably-Stratified Fluids
我们通过直接数值模拟研究了在等温无滑移的顶部和底部边界（温度为$T_t$和$T_b$）之间的密度分层流体的动力学机制。流体的热膨胀系数与温度有关，并且选择成使得流体密度在转化温度$T_b>T_i>T_t$处最大。因此，流体的下层是对流不稳定的，而上层是稳定分层的。我们表明，对流的特性变化显着取决于稳定层的分层程度。对于强稳定层结，对流区与对流不稳定的流体部分一致（即$T>T_i$），对流运动由大密度异常的上升和下沉羽流组成，就像典型的瑞利-贝纳德对流一样;内部重力波由对流层中的湍流波动产生，并在上层传播。对于弱稳定分层，我们证明了一个稳定的流体（即与温度$T<T_i$）的大部分，而不是不稳定和夹带的浮力羽从底部边界发出。因此，对流将低密度异常流体的冷斑块与热的向上羽流混合，最终结果是$T_i$等温线在底部边界层内下沉，并且对流是对流主导的。我们提供了一个唯象的描述之间的过渡制度的羽占主导地位的对流和对流占主导地位，通过分析不同的层化强度的数量。我们发现，稳定层对流的效果只减弱，增加分层强度，这意味着稳定层和对流的动力学应研究自洽在广泛的应用。
2017-09-19 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Heat transport measurements in turbulent rotating Rayleigh-Benard convection
我们目前的实验测量湍流瑞利-贝纳德对流与旋转的垂直轴的热传输。流体，即普朗特数（$σ$）约为6的水，被限制在具有7.3 cm $\times$ 7.3 cm和9.4 cm高的正方形横截面的单元中。测量瑞利数$2\times 10^5 <$ Ra $ < 5\times 10^8$和泰勒数$0 <$ Ta $< 5\times 10^{9}$的热传递。我们显示的归一化热输运的变化，努塞尔数，在固定的维旋转速率$Ω_D$，在固定的Ra变化Ta，在固定的Ta变化Ra，并在固定的Rossby数Ro。在$10^7$到大约$10^9$的范围内的热传递的标度大约为0.29，具有Ro相关系数，或者等效地也通过形式为$a Ra^{1/5} + b Ra^{1/3}$的幂律的组合很好地拟合。Ra的范围不足以区分单一幂律或组合幂律缩放。旋转对湍流对流热传输的整体影响进行了评估。
2008-12-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Multi-scale interactions in turbulent mixed convection drive efficient transport of Lagrangian particles
本文通过湍流通道流的欧拉-拉格朗日耦合直接数值模拟，揭示湍流混合对流中近壁喷射/低速条带与内部相干超结构的多尺度耦合显著增强强沉降粒子的垂直输运，并使通道中平面浓度提高约一个数量级。
2024-08-21 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Convectively driven shear and decreased heat flux
我们报告直接数值模拟的二维，水平周期性的瑞利-贝纳德对流，专注于其能力，以驱动大规模的水平流动，垂直剪切。对于普朗特数（$Pr$）在1和10之间的模拟，这种大规模的剪切可以通过充分提高瑞利数（$Ra$）引起的，我们探讨了由此产生的对流$Ra$高达$10^{10}$。当出现在我们的模拟中时，剪切平均流占总动能的很大一部分，并且这一部分趋向于作为$Ra\to\infty$的1。剪切有助于分散对流结构，它减少了垂直热通量;在参数制度，其中一个国家与大规模的剪切和一个没有都是稳定的，努塞尔数的状态与剪切是较小的，增长更缓慢的$Ra$。当大尺度切变与$Pr\lesssim2$同时存在时，对流在长时间尺度上经历强烈的全球振荡，热输送以爆发形式发生。对于$Pr=1$，在这些突发上时间平均的努塞尔数随$Ra$非单调地变化。当剪切与$Pr\gtrsim3$一起存在时，流动不会破裂，并且对流热传输始终持续。努塞尔数随后大致以$Ra$的幂增长，但增长速率比以前报道的没有大尺度剪切的瑞利-贝纳德对流的增长速率要慢。我们发现当$Pr=3$时努塞尔数与$Ra^{0.077}$成比例增长，当$Pr=10$时努塞尔数与$Ra^{0.19}$成比例增长。与托卡马克等离子体的类比。
2014-08-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Physics-aware deep neural networks for surrogate modeling of turbulent natural convection
Université Paris-Saclay, CNRS（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Sorbonne Université（索邦大学）
最近的工作已经探索了机器学习作为RANS和LES技术的数据驱动湍流闭合的潜力。除了这些进步之外，物理信息神经网络（PINN）的高表达性和灵活性使其成为全流体流动PDE建模的有希望的候选者。一个重要的问题是，这种新的范式，从传统的概念，基本运营商的离散化非常连接到流尺度分辨率豁免，是能够维持高水平的湍流特征的多尺度功能？我们调查使用PINNs代理模型的湍流Rayleigh-B{é}nard（RB）对流在粗糙和光滑的矩形腔，主要依赖于DNS温度数据的流体块。我们仔细量化的计算要求下，制定能够准确地恢复流量隐藏量。然后，我们提出了一种新的填充技术来分布的一些分散的坐标，在PDE残差最小化周围的区域标记的数据采集。我们展示了它是如何作为训练边界附近的正则化来发挥作用的，这些训练边界是标准PINN的准确性较差的区域，并且在iso-budget上导致了显著的全局准确性提高。最后，我们首次提出放松不可压缩性条件，以这样一种方式，它大大有利于优化搜索，并导致大大改善的复合损失函数的收敛性。在高瑞利数Ra = 2 $\bullet$ 10 9时获得的RB结果特别令人印象深刻：在整个5亿DNS坐标上的代理的预测准确性产生相对L 2范数中范围在[0.3% - 4%]之间的所有流量变量的误差，训练仅依赖于1.6%的DNS数据点。
2021-03-05 cs.LG physics.comp-ph physics.flu-dyn
A comparison between grid and particle methods on the statistics of driven, supersonic, isothermal turbulence
我们比较了高马赫数下驱动超声速湍流的统计特性，采用的是FLASH（一种广泛使用的欧拉网格程序）和PHANTOM（一种拉格朗日SPH程序），网格单元和SPH粒子的分辨率均高达512 ^3。我们发现代码之间在基本统计特性上具有很好的一致性：对于流体动力学，马赫数为10的紊流，速度功率谱的斜率为k^-1.95，在这两种代码中，都有证据表明，在变量ρ ^1/3 v中，k^-5/3的柯尔莫哥洛夫斜率是由Kritsuk等人提出的，对数正态PDF的宽度与马赫数成比例，比例常数b=0.33。0.5的密度方差-马赫数关系。在512^3个元素处，两种代码中测得的结构函数斜率均不收敛。我们发现，对于测量体积统计，如功率谱斜率和结构函数缩放，SPH和网格代码给出大致相当的结果时，SPH粒子的数量近似等于网格单元的数量。特别是，在没有子网格模型的情况下，要精确测量惯性范围内的功率谱斜率，在任一代码中至少需要512^3个计算元素。另一方面，SPH代码被认为是更好地解决密集的结构，给最大。128^3粒子分辨率下的密度与网格代码中512^3单元格分辨率下的密度相似，也反映在PDF的高密度尾部。我们发现SPH在速度场统计中的计算元素数量相当时更具耗散性，但在密度加权量的统计中，如ρ ^1/3 v，耗散相应地比网格代码小。对于高马赫数湍流的SPH模拟，我们发现使用足够的非线性β-粘度来防止激波中的颗粒相互渗透是很重要…
2010-05-14 astro-ph.GA astro-ph.IM physics.flu-dyn
