Time persistency of floating particle clusters in free-surface turbulence
本文研究了湍流明渠中无剪切平面上漂浮的光的光的色散。这种配置模拟了当表面波浪和波纹平滑或不存在时水体中浮力物质（例如浮游植物、污染物或营养物）的运动。考虑不同的剪切雷诺数（Reτ = 171和509）和Stokes数（粘性单位为0.06 < St < 1），采用拉格朗日粒子追踪法对湍流进行了直接数值模拟。结果表明，颗粒浮力诱导集群，朝着一个长期的分形分布的时间比拉格朗日积分流体时间尺度长得多，这表明，这样的集群过的表面湍流结构，产生它们。我们量化集群动态，在自由表面流湍流建模时的分散至关重要，通过集群关联维数的时间演变。
2013-05-31 physics.flu-dyn
Wave turbulence of a liquid surface in an external tangential electric field
本文对切向电场中考虑粘性力的液体介质表面平面毛细波相互作用进行了直接数值模拟。结果表明，反向传播的非线性波相互作用可以产生直接的能量级联。在准稳态能量耗散状态下，边界倾角的概率密度函数趋于高斯分布，边界形状变得复杂和混乱。在这个政权的表面扰动的频谱描述的幂律$k^{-5/2}$。能谱的形式为$k^{-3/2}$，它与Iroshnikov-Kraichnan能谱一致，表明所观察到的液体表面的波湍流和相互作用的Alfvén波的弱磁流体动力学湍流具有相关的性质。
2019-04-17 physics.flu-dyn
Slope Dependent Turbulence over Two-dimensional Wavy Surfaces
非平坦表面上的湍流的知识在不同的应用中具有重要的实际意义。在高雷诺数的粗糙度制度，在那里的平均和综合湍流量的表面起伏的累积效应是有据可查的显着的工作继续报道。即使在这种情况下，表面拓扑结构的过渡粗糙度雷诺数是很难表征的起着重要的作用。在这项工作中，我们试图开发一个自下而上的理解的机制，湍流的产生和运输，特别是在该地区的湍流边界层（TBL）的表面的影响。我们与表面特性与湍流产生机制，雷诺应力运输和由此产生的阻力增加。为此，我们进行了一套直接数值模拟的充分发展的湍流之间的两个无限宽，二维正弦波形表面的摩擦雷诺数，$Re_τ=180$，不同的平均表面斜率，$ζ$（和固定的内部缩放波动高度，$a^+=13$）对应的“波纹”制度。波斜率的增加增强了近表面湍流混合，导致总阻力增加，形状阻力的更高分数，更快地接近各向同性，从而调制缓冲层。主要的近地表流向和垂直湍流发生在波的背风侧和迎风侧。相反，展向变化是通过压力-应变率机制产生的，主要是沿着波的迎风侧，流动分离非常小。我们还观察到显着的分散效果的生产结构。
2019-11-25 physics.flu-dyn
Impact of dissipation on the energy spectrum of experimental turbulence of gravity surface waves
本文讨论了耗散对重力表面波波动能谱发展的影响，着重讨论了表面污染的影响。我们进行了实验，在科里奥利设施，这是一个13米直径的波槽。考虑到水面超过100 m $^2$，我们尽可能地注意清洁表面污染。我们观察到，对于最干净的条件下的频率能谱显示出幂律衰减延伸到重力毛细管交叉（14 Hz）的谱指数，这是增加与强迫强度和衰减与表面污染。虽然略高于以前在文献中报道的，最干净的水的指数仍然显着低于弱湍流理论的预测。通过讨论长度和时间尺度，我们表明，弱湍流不能预期在3赫兹以上的频率。我们用立体重建技术观察到，能谱在3~Hz以上随强迫强度的增加主要是由于束缚波的形成和加强。
2018-03-20 physics.flu-dyn
Non-equilibrium fluctuations of the direct cascade in Surface Quasi Geostrophic turbulence
本文通过高分辨率直接数值模拟研究SQG湍流中表面势能通量的时间涨落，发现能量收支瞬时不平衡会产生谱的次主导修正，并利用多尺度方法与量纲闭合推导出适用于α-湍流的幂律修正理论预测，同时提出可推广的平衡与非平衡贡献分离方法。
2024-06-11 physics.flu-dyn
Interaction between hairy surfaces and turbulence for different surface time scales
具有丝状结构的表面在自然界中以许多不同的尺度普遍存在，从森林到器官中的微米级纤毛。毛状表面是弹性的和多孔的，人们还没有完全理解它们如何改变壁附近的湍流。本文在$Re_τ\approx 180$的湍流槽道流结构中对毛状表面与湍流的相互作用进行了数值研究。我们表明，一个给定的几何形状的丝状床可以修改湍流非常不同的表面，这是由弹性和质量的细丝的共振频率。具有低于湍流壁剪切应力的主频率成分的共振频率的细丝符合缓慢行进的细长条纹结构，因为它们太慢而不能适应较高频率的流体力。另一方面，由刚性和低质量细丝组成的床具有高共振频率，并显示出渗透率增加的局部区域，这导致大夹带和阻力的大幅增加。
2018-11-16 physics.flu-dyn
Three-dimensional localized coherent structures of surface turbulence. III Experiment and model validation
本文继续致力于垂直下降液膜表面的三维非线性局域相干结构的一系列出版物。这项工作主要集中在实验研究。我们研究：（i）导致三维相干结构的不稳定性和转变;（ii）这些结构的特性。一些非平稳效应也进行了数值研究。我们的实验结果，以及其他研究人员的结果，是在一个很好的协议与我们的理论和数值预测。
2010-04-24 physics.flu-dyn
Marangoni driven turbulence in high energy surface melting processes
高能表面熔化过程的实验观察，如激光焊接，揭示了不稳定的，往往是激烈的，运动的自由表面的熔池。令人惊讶的是，没有类似的观察报告，在数值模拟研究的这种流动。此外，发表的模拟结果未能预测凝固后的池形状，而不适应输入参数的非物理值，这表明忽略了重要的物理模型。实验观察到的剧烈流面不稳定性、Marangoni驱动流中湍流发生的比例分析以及模拟中输运系数通常必须增加一个数量级以匹配实验观察到的池形状的事实表明，池中层流的常见假设可能不成立，并且流动实际上是湍流。在这里，我们使用直接数值模拟（DNS）研究的作用，在激光熔化的钢合金与表面活性元素的湍流。我们的研究结果揭示了存在两个竞争的涡驱动的热毛细力朝向当地的表面张力最大值。射流远离这个位置在自由表面，分离两个漩涡，被发现是不稳定的和高度振荡的，确实导致在池中的湍流。然而，由此产生的额外的热传输，是不足以解释实验和模拟之间的池形状观察到的差异。
2016-03-23 physics.flu-dyn
Numerical simulation of the wave turbulence on the surface of a ferrofluid in a horizontal magnetic field
在一维弱非线性模型的框架下，研究了水平磁场中高磁导率磁流体表面毛细波的湍流。在强磁场的限制下，所研究的表面波可以沿着或逆着外场的方向无畸变地传播，即，类似于理想导电流体中的阿尔文波。反向传播的非线性波的相互作用导致液体表面上的波湍流的发展。计算结果表明，湍流谱分为两部分：低频无弥散区和高频弥散区，低频无弥散区主要受磁力的影响，高频弥散区毛细力的影响显著。在第一个区域，地面高程谱在$k$和$ω$域具有相同的指数，其值接近于$-3.5$，这与弱湍流谱的量纲分析结果吻合较好。在高频处，计算的表面波的空间谱接近于$k^{-5/2}$，其在频率上对应于$ω^{-5/3}$。该谱与纯毛细波的Zakharov-Filonenko谱不一致。对这一事实的一个可能的解释是相干结构（如冲击波）的影响，通常出现在弱色散的介质中。
2020-02-20 physics.flu-dyn
Statistics of single and multiple floaters in experiments of surface wave turbulence
本文介绍了在深水区由桨激发的表面波湍流的实验室实验。在自由表面上种上漂浮的颗粒，这些颗粒被水流平流并分散。使用粒子跟踪测速仪测量浮子的位置和速度。我们研究了颗粒的速度和加速度的统计，平均垂直位移，单个颗粒的水平分散，和优先集中的现象。使用一个简单的模型与实验数据一起，我们表明，粒子的时间演化有三个特征过程，在不同的时间主导的动态：阻力表面波在早期，捕获水平涡在中间的时间，和平流的大规模平均环流在晚些时候。
2019-07-17 physics.flu-dyn
Free-surface curvature and its relation to subsurface turbulence
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文开发理论框架模拟自由表面变形，经实验验证表面曲率与近表面速度场曲率高度相关，可通过表面变形感知亚表面流动状态，为光学推断近表面湍流过程提供基础。
2026-08-06 physics.flu-dyn
Deformation of drops by outer eddies in turbulence
液滴在流体流动中的变形是作为流体的动能和液滴的表面能之间的交换来研究的。我们分析表明，这种充满活力的交换控制只有通过拉伸（或压缩）的下降表面的应变率张量。这种机制类似于湍流中涡量场的拉伸。利用湍流动力学的非局部性质，我们引入了一个新的分解，隔离的能量交换，由于当地的下降引起的表面效应，从湍流波动的非局部行动。我们进行直接的数值模拟的单惯性下降各向同性湍流和显示的表面能的增量的一个重要贡献产生的非局部拉伸的流体-流体界面的漩涡远离下降表面（外涡）。我们报告说，这种机制是占主导地位的，独立的表面动力学在韦伯数的范围内，液滴破裂发生。这些发现为研究湍流中液滴的变形和破碎提供了新的思路，也为改进和简化破碎模型提供了新的途径。
2021-08-31 physics.flu-dyn
The influence of freestream turbulence on the near-field growth of a turbulent cylinder wake: turbulent entrainment and wake meandering
利用粒子图像测速（PIV）技术研究了自由湍流对圆柱近尾迹扩展的影响。不同的“风味”的自由湍流，其中湍流强度和积分长度尺度是独立变化的，受到圆柱。近尾流的时间平均扩展通过卷吸和瞬时尾流空间范围的包络线解耦为增长，这是由于尾流"蜿蜒“，由大尺度相干结构（即冯卡门涡街）的存在引起的。与Kankanwadi和Buxton（2020）研究的湍流尾流远场不同，与非湍流背景相比，自由湍流增强了尾流的卷吸率。在这方面，湍流强度和背景湍流的积分长度尺度都很重要，而远尾流中只有湍流强度很重要。此外，尾流的弯曲是增强的背景湍流的存在下，在这里的积分长度尺度是占主导地位的参数。结合这些研究结果产生的经常报告的结果，背景湍流增强的时间平均近尾增长率。尾流蜿蜒的影响是孤立的进行类似的实验中，分离板安装到后面的气缸，从而消除冯卡门涡列。这些结果表明，当湍流尾流中不存在大尺度涡流时，相对于非湍流背景，自由湍流实际上会抑制卷吸率，其结果与Kankanwadi和Buxton（2020）的结果相同。因此，我们假设，自由湍流的效果，以提高大规模的卷吸通过吞没，但抑制卷吸通过小规模的蚕食。
2023-01-24 physics.flu-dyn
Modelling of the turbulent burning velocity based on Lagrangian statistics of propagating surfaces
基于传播面的拉格朗日统计量，提出了均匀各向同性湍流（HIT）中湍流燃烧速度的预测模型$S_T$。具有恒定位移速度的传播表面最初布置在一个平面上，并且它们以非反应性HIT演化，表现得像平面预混火焰前缘的传播。$S_T$模型中的普适常数表征了湍流对预混火焰面积增长的增强作用，它们由传播表面的拉格朗日统计量确定。然后，火焰面积建模的面积的传播表面在截断时间。这个截断时间信号的传播表面的演化几何的统计稳定状态，它是由一个明确的表达式，使用非常弱和强湍流的限制条件建模。$S_T$模型中的另一个参数表征燃料化学对$S_T$的影响，并且它由来自弱湍流中的实验或直接数值模拟（DNS）的$S_T$的非常少的可用数据点预先确定。所提出的模型进行了验证，使用三个DNS系列的湍流预混火焰与各种燃料。$S_T$的模型预测在很宽的预混燃烧区域内与DNS基本一致，并且它捕捉了$S_T$在湍流强度方面的基本趋势，包括弱湍流的线性增长和强湍流的“弯曲效应”。
2019-11-01 physics.flu-dyn
Near-Surface Boundary Layer Turbulence Along a Horizontally-Moving, Surface-Piercing Vertical Wall
研究了垂直穿透壁面产生的边界层剪切流中湍流与自由表面的复杂相互作用。建立了一个实验室规模的装置，该装置利用表面穿孔不锈钢带，该不锈钢带围绕两个垂直辊成环行进，辊之间的一段带充当水平移动的平壁。带从静止突然加速，直到达到恒定速度，以便产生类似于沿着表面穿透拖曳平板存在的空间演变边界层的时间演变边界层。表面轮廓测量与电影激光诱导荧光系统和亚表面速度场记录使用高速平面粒子图像测速系统。据发现，带最初穿过水没有创建任何显着的波，自由表面的活动接近带表面的爆裂之前。这些自由表面波纹在看起来成为自由传播的波之前离开带。从次表面速度测量，它被发现，靠近表面，过渡到湍流比远离表面发生得更快，导致在自由表面附近的整体较厚的边界层。流向速度波动的第二个峰值伴随着这种向湍流的过渡，该峰值在向外平滑之前的短时间内达到最大值。使用动量厚度作为长度尺度，使用该外峰位置处的流向速度波动作为速度尺度，发现自由表面破裂和空气夹带开始在某种程度上取决于韦伯数，并且发现与Brocchini和Pregrine（J. Fluid Mech.，499，225-254，2001）。
2017-03-28 physics.flu-dyn
Persistence behaviour of heat and momentum fluxes in convective surface layer turbulence
在从工程到地球科学的众多应用中，壁边界湍流中的热通量和动量通量的表征是至关重要的。然而，与速度和温度波动相关的湍流结构如何相互作用以产生出射通量特征，迄今为止还不明显。在这项工作中，我们研究这个基本问题，通过研究间歇性发生的湍流波动从一个状态到另一个状态的切换模式，这种现象称为持久性。我们发现，热通量和动量通量的持久性模式有很大的不同。此外，我们发现幂律缩放和长度尺度的湍流运动，导致这种行为。此外，通过分离通量事件的相位和振幅，我们解释了对流湍流中热量和动量传递效率的起源和差异。我们的研究结果提供了新的理解流动组织和通量产生机制之间的联系，湍流研究的两个基石。
2020-08-10 physics.flu-dyn
The smooth-wall-like behaviour of turbulence over drag-altering surfaces: a unifying virtual-origin framework
我们进行直接模拟的湍流通道施加不同的虚拟原点的所有三个速度使用罗宾，滑动样边界条件，以研究位移的影响，由不同的流动组件，常见的机制小纹理表面的起源。我们还探讨了这种影响使用反对党控制。对于肋，Luchini等人（1991）提出，它们的影响可以简化为流向和展向速度原点之间的偏移，后者是湍流感知的原点。后来的结果表明，超疏水表面的表观壁法向速度的起源也可能发挥作用。我们的研究结果支持，相关的参数是由平均流和湍流感知的起源之间的偏移。前者取决于流向滑移长度，而后者则取决于壁面法向滑移长度和展向滑移长度。流向速度波动上的滑移，反过来，至少在减阻状态下，对湍流的虚拟原点的影响可以忽略不计。这表明，由准流向涡感知的原点，在表面诱导横向速度，是确定湍流的虚拟原点的关键，而由近壁条纹感知的原点，与流向速度波动相关，起着次要的作用。在这个框架内，湍流量的变化，通常在流动控制文献中报道的是，只有一个结果的选择的起源和缺席时，参考的起源经历的湍流。除了这种转变的起源，我们表明，湍流仍然基本上是光滑的壁状，一个简单的表达式可以预测湍流的虚拟起源。通过将虚拟原点引入到光滑壁涡粘性框架中，可以先验地再现对阻力的影响。
2020-11-02 physics.flu-dyn
Small-scale dynamics and structure of free-surface turbulence
本文通过高浓度漂浮粒子实验研究自由表面湍流的小尺度结构，揭示散度、涡量和应变率的间歇统计、拓扑特征及标度规律，并发现含能尺度对小尺度量的影响强于三维湍流。
2024-12-05 physics.flu-dyn
Restricted Euler dynamics in free-surface turbulence
该研究推导了自由表面湍流的受限欧拉模型，经实验验证其可捕捉部分速度梯度特征，同时揭示了自由表面对湍流能量级联及速度梯度间歇性的影响。
2024-12-04 physics.flu-dyn
A framework for studying the effect of compliant surfaces on wall turbulence
本文扩展了McKeon & Sharma（2010）提出的预解式，使其考虑了壁面相互作用的相容性。在此公式下，湍流速度场被表示为传播模式的线性叠加，通过基于增益的纳维-斯托克斯方程分解来识别。顺应性表面，建模为一个复杂的壁导纳连接压力和速度，影响这些模式的增益和结构。用最少的计算，这个框架准确地预测了最近直接数值模拟中观察到的准二维传播波的出现。此外，分析还使合理设计的顺应性的表面，与性能优化，以抑制流动结构充满活力的壁湍流。结果表明，非物理负阻尼的墙壁需要与类似的充满活力的近壁周期，这可以解释为什么以前的研究遇到了有限的成功模式进行有利的相互作用。正阻尼壁对于类似于所谓的超大尺度运动（VLSM）的模式是有效的，这表明顺应性表面可能更适合于在较高雷诺数下的应用。不幸的是，在自然湍流中抑制结构能量的墙壁也被预测在光谱空间的其他地方产生不利影响。与以前的实验和模拟一致，缓慢移动的展向常数结构特别容易受到进一步放大。减轻这些不利影响将是开发对流动具有净积极影响的顺应性涂层的核心。
2015-02-05 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
Control of long-range correlations in turbulence
湍流的性质取决于它在何处发展。例如，边界附近的湍流不同于自由流。为了阐明流动之间的差异，系统地改变湍流的结构是有益的，但是几乎没有什么方法可以搅拌湍流。换句话说，一个典型的实验是检验一个边界层或一个自由流，比如说，湍流的结构是由实验的几何形状决定的。我们引入了一种新的主动网格，它比以前的主动网格具有更多的自由度。附加的自由度使得可以控制湍流的各种特性。我们展示了如何通过改变活动网格移动的方式来塑造湍流速度波动的长程相关性。具体而言，我们不仅展示了相关长度，但也详细的关联函数的形状取决于施加在网格的运动的相关性。迄今为止，大尺度结构在实验中还没有可调的。这种新的能力使得有可能对湍流耗散和扩散进行新的系统研究，例如，也许在模拟边界层、自由流和中间特征流动的流动中。
2019-02-08 physics.flu-dyn
Scaling of boundary-layer disturbances exposed to free-stream turbulence
The University of Sheffield（谢菲尔德大学）
本文针对Matsubara与Alfredsson2001年的实验结果，基于边界区方程的拟稳态渐近解等，建立模型解释自由来流湍流产生的Klebanoff模态能量谱的尺度律，给出理论结果。
2026-09-02 physics.flu-dyn
Universality classes of surface wave turbulence as probed by laser Doppler velocimetry in viscous fluids
利用激光多普勒测速仪（LDV）的优势，我们探讨了在单色光激发下流体界面上离散波级联的存在。我们研究粘性液体的可变毛细跨越广泛的摩擦应力。弱表面波湍流（weak-SWT）的惯性区的存在已被指出作为一个级联的离散模式的振幅兼容的通用Kolmogorov的标度。从弱到强的表面湍流的过渡已经探索了这个工具，揭示了惯性表面力的重要性，以描述交叉。
2019-06-13 nlin.CD physics.flu-dyn
Free surfaces in turbulence - A unified framework from water surfaces to elastic solids
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST)（冲绳科学技术大学院大学）；University of Genova（热那亚大学）；National Institute for Nuclear Physics (INFN), Section of Genova（意大利国家核物理研究所热那亚分部）
提出一个理论框架描述可变形表面对湍流压力波动的响应，并通过数值模拟验证，发现线性理论预测与仿真及海洋观测数据高度一致，表明波湍流可能被湍流诱导波所掩盖。
2026-09-30 physics.flu-dyn physics.geo-ph
The effects of free stream turbulence on the hydrodynamic characteristics of an AUV hull form
本文通过实验和数值模拟的方法研究了自由流湍流对自主水下航行器（AUV）在三种不同雷诺数、不同下潜深度和不同攻角下的流场演化的影响。实验在循环水槽中进行，利用声学多普勒测速仪（ADV）记录了水下机器人沿程的瞬时速度分布。利用实验测量的流向平均速度、湍流动能（TKE）和雷诺应力，验证了压力应变关联式中加入壁面反射项的雷诺应力模型（RSM）的预测能力。从基于高保真RSM的模拟中可以观察到，在存在自由流湍流的情况下，AUV船体上的压力、表面摩擦、阻力和升力系数减小。还绘制了不同淹没深度和迎角以及不同自由流湍流度下AUV船体水动力系数的变化曲线。从这个实验和数值研究的结论为AUV的设计提供了改进的设计范例的指导。
2018-09-14 physics.flu-dyn
Scaling and Predictability in Surface Quasi-Geostrophic Turbulence
本文通过高分辨率直接数值模拟研究表面准地转系统，揭示 Lyapunov 指数相对 Reynolds 数的异常标度，并发现大 Reynolds 数下 Cramér 函数的自相似性。
2025-07-25 physics.flu-dyn
Partially-averaged Navier-Stokes (PANS) Method for Turbulence Simulations: Near-wall Modeling and Smooth-surface Separation Computations
本论文的目标是研究PANS模型的能力，在提供显着改善RANS预测略高的计算费用和生产LES质量的结果，显着降低计算成本。本研究的目的是：（i）调查模型保真度在一个固定的尺度分辨率水平（代1-PANS/G1-PANS）光滑表面分离，（ii）在分辨率变化的区域导出PANS封闭模型（代2-PANS/G2-PANS），和（iii）的PANS G2-PANS模型的附着和分离流。本研究中考虑的分离流已被NASA CFD研究组指定为临界基准流。本论文的主要贡献如下。通过推导几何相容的对易残基，利用能量守恒原理，建立了变分辨率的湍流闭合模型G2-PANS。通过使用G2-PANS模型从稳态RANS过渡到缩放分辨模拟，实现了对数层恢复和雷诺应力各向异性的准确计算。最后，在NASA湍流网站上的几个光滑分离流已被计算出高精度，在一个显着减少计算工作量LES使用G1-PANS和G2-PANS模型。
2017-12-11 physics.flu-dyn
Resolving turbulence and drag over textured surfaces using texture-less simulations: the case of slip/no-slip textures
本研究通过无纹理模拟中的强迫项，揭示了滑移/无滑移纹理通过非线性相互作用改变背景湍流并增加阻力，无需解析纹理即可预测流动变化。
2024-09-03 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
Preferential concentration of free-falling heavy particles in turbulence
本文提出了重力作用下重粒子在湍流中输运的一种扫杆机制。直接的数值模拟表明，这些粒子优先探索区域的流动接近零拉格朗日加速度。然而，颗粒聚集的流体元件的实际拉格朗日加速度不是零，并且依赖于斯托克斯数、重力加速度和颗粒的沉降速度。
2020-07-27 physics.flu-dyn
A Comparison of Various Turbulence Models for Analysis of Fluid Microjet Injection into the Boundary Layer over a Flat Surface
本工作研究了在将流体微射流注入湍流的边界层的问题中预测湍流的各种模型。为此，采用单方程Spalart-Allmaras（SA）、双方程k- $ε$和k- $ω$、多方程转捩k-kL- $ω$、转捩剪切应力输运（SST）和雷诺应力模型求解定常流。此外，过渡SST，尺度自适应模拟（SAS）和分离涡模拟（DES）模式被用于瞬态流。结果的比较表明，稳定的解决方案的方法执行足够好的这个问题。此外，它被发现，四方程转捩SST模式是最准确的方法来预测湍流在这个问题。该模型预测了近喷流和远喷流位置沿x轴的速度，误差分别约为1%和5%。它在预测雷诺应力方面也优于其他方法，特别是在中心（误差约为5%）。
2022-06-11 physics.flu-dyn
Structure and energy transfer in homogeneous turbulence below a free surface
本研究通过大尺度水槽实验，探究自由表面下方均匀湍流的能量传递，发现表面抑制水平脉动的直接级联并促进垂直脉动的逆级联，且上升流主导能量向大尺度传递。
2024-10-01 physics.flu-dyn
Turbulence and Capillary Waves on Bubbles
我们提出了深水波的理论和气泡表面扰动之间的联系。理论对应的小波长的线性政权和研究数值在非线性政权解析。为此，我们开发的二阶空间扰动方程的瑞利-Plesset方程和数值求解。我们的代码是公开的。通过对稳定气泡上毛细波的研究，将波动湍流理论应用于气泡，重建了弱湍流理论预测的Kolmogorov-Zakharov谱。在这项研究中，似乎曲率不影响湍流特性。计算的气泡表面定性响应低重力实验。展示的链接打开了新的可能性，研究几个气泡现象，包括声致发光和空化，使用波湍流框架中开发的广泛的工具。
2021-06-06 physics.flu-dyn
Wave turbulence on the surface of a ferrofluid in a horizontal magnetic field
我们报告的观测波湍流的铁磁流体的表面上提交的磁场平行于流体表面。磁波湍流与最近报道的正常场的情况相比，表现出一些不同。磁波湍流制度的惯性区被显着地发现是强烈增加相对于正常场的情况下，并很好地描述了我们的理论预测。线性波的色散关系也被测量，并不同于正常场的情况下，由于没有Rosensweig不稳定性。
2011-03-30 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Turbulence in a free surface
本文报道了自由表面湍流运动的实验和数值研究。流动实验上实现的表面上的水箱充满了水搅拌的垂直振荡的网格位于表面以下。漂浮在表面上的粒子用于可视化流动。表面波的影响似乎可以忽略不计。该流动是非常规的，因为它被限制在二维，但不具有作为守恒定律的平方涡量，它不是无发散的，它继承了来自整体三维湍流的均方速度差S_2（R）和涡量波动Ω（R）的标度特征。
2001-05-03 nlin.CD physics.flu-dyn
Transition from Weak Wave Turbulence to Soliton-Gas
我们报告了一个实验调查的影响有限深度的统计特性的波动湍流在水面上的重力毛细范围。我们分别通过改变水深和强迫来调节波的色散和非线性程度。我们使用时空分辨轮廓术来重建变形的水面。当减小水深时，我们观察到在最弱强迫下的弱湍流和在较强强迫下的孤波状态之间的剧烈转变。我们通过研究它们的傅里叶光谱来表征这两种状态之间的转变。我们还研究了弱湍流区的能量传递效率。我们报告的角度传输的效率损失的波的色散减少，直到系统分叉到孤子制度。
2017-09-14 physics.flu-dyn
The Surprising Transition in Atmospheric Boundary Layer Turbulence Structure from Neutral to Moderately Convective Stability States and Mechanisms Underlying Large-scale Rolls
白天大气边界层（ABL）湍流的矢量风结构强烈依赖于水平波动（由中尺度风驱动）的剪切驱动的湍流产生和垂直速度波动（由太阳能加热驱动）的浮力驱动的湍流产生之间的平衡，其特征在于全球不稳定状态参数$-z_i/L > 0$。在完全剪切驱动的中性限制$-z_i/L \rightarrow 0$，表面层是由负流向波动速度（低速条纹）的相干流向拉长浓度为主，而在适度对流状态（$z_i/L \sim 10$）浮力产生集中垂直速度波动的流向拉长热上升气流片。使用大涡模拟（LES），我们研究了中性和中度对流状态之间的转换，通过量化的相关性和积分尺度作为$-z_i/L$的功能，系统地增加地面热通量与固定的地转风。我们发现了一个令人惊讶的突然过渡ABL湍流结构在$-z_i/L \approx 0.40$与流向相干性的显着增强，特别是在混合层，和ABL动态响应的突然变化，进一步增加表面加热。在超临界ABL中，表面热通量的持续增加导致最大相干态，（$z_i/L \sim 1.0-1.5$）与螺旋形大尺度滚动结构和异常相干的热上升气流有关，这一过程由两个关键的动力学效应驱动：（a）流向速度波动和剪切驱动的低速条纹的流向相干性令人惊讶地持续增加，以及（b）增加了下表面层中的相干低速条纹与上混合层中的相干热上升气流之间的空间相关性。
2018-12-07 physics.flu-dyn
Robust inverse energy cascade and turbulence structure in three-dimensional layers of fluid
在这里，我们报告的第一个证据的逆能量级联流占主导地位的三维运动。实验是在电磁驱动湍流的厚流体层中进行的。结果表明，如果层的自由表面不扰动，层的顶部表现为准二维的，并支持逆能量级联层的厚度无关。远低于表面的级联生存，即使在存在强大的三维涡流发展时，层深度超过一半的强迫尺度。在低底耗散的有界流中，逆能量级联导致在自由表面以下产生光谱凝聚。这种相干流可以破坏层中大部分的3D涡流，并在整个层厚度上增强流动的平面性。
2011-09-13 physics.flu-dyn
Kolmogorov scale in turbulence of surface gravity waves
University of Michigan（密歇根大学）
本文通过数值模拟研究表面重力波湍流中科尔莫戈罗夫尺度（截止波数$k_c$）与耗散强度的标度关系，发现$k_c\sim\gamma_0^{\beta}$，且$\beta$由平衡非线性与耗散项预测，表明非共振三波相互作用主导$k_c$形成。
2026-09-23 physics.flu-dyn
The energy- and flux budget theory for surface layers in atmospheric convective and stably stratified turbulence
本研究基于布辛涅斯克近似建立大气对流与稳定分层近地面层的EFB湍流闭合理论，揭示近地面层上下部湍流产生机制的差异，推导了可用于建模的多类湍流特征量垂直廓线的理论关系。
2022-06-13 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Penetrative turbulence associated with mesoscale surface heat flux variations
本文研究了大气边界层中的穿透湍流。利用大涡模拟方法，研究了混合层在231.48 W/m $^2$ ~ 925.92 W/m $^2$范围内的表面热通量变化特征，发现$20$ km空间尺度上的表面非均匀性导致了下尺度湍流动能级联。在距地面100米处观测到中尺度水平风的相干波动。这样一个表面引起的水平风的时间振荡表明中尺度风预报的快速跳跃，这是很难使用传统的一维集合平均模式参数化。虽然目前的工作是在一个典型的尺度（20公里）的地面异质性的理想化，结果有助于发展有效的亚网格尺度参数化方案的经典天气预报中尺度模式。
2015-05-03 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Interfacial deformation and energy exchange in strong free-surface turbulence
本研究通过直接数值模拟探究强自由表面湍流的界面变形与能量交换，分析了雷诺数、弗劳德数和韦伯数的影响，验证了能量级联特性，为亚网格建模和相关机制研究提供了新依据。
2025-06-11 physics.flu-dyn
The Increase of the Airfoil Trailing Edge Noise and Unsteady Surface Pressure due to High Inflow Turbulence
人为因素，特别是视觉影响和噪音产生，是目前更广泛的城市风能开发的主要限制。由与翼型表面相互作用的湍流边界层引起的后缘噪声是现代水平轴和垂直轴风力机的主要噪声源。低入流紊流度不影响后缘噪声。然而，高湍流强度的入流具有可穿透边界层的流动结构，从而增加了边界层内的速度波动，并因此增加了壁压波动和后缘噪声。本研究调查了在城市地区大气边界层中观察到的高自由流湍流对后缘噪声产生的影响。这是通过测量当翼型受到高流入湍流时，边界层内湍流的增量和后缘附近的表面压力波动来进行的。在特文特大学的气动声学风洞中对NACA 0012翼型进行了紊流来流的实验测量。实验的弦基雷诺数范围为170 x 10^3至500 x 10^3。结果表明，高来流湍流度显著增加了整个边界层的速度脉动和积分长度尺度，导致自由流湍流度为10%和20%时，表面压力谱在整个频率范围内分别增加了6 dB和10 dB以上。10%自由流湍流仅在低频率范围内增加速度波动，而20%流入湍流影响整个频率范围内的速度谱，增加湍流的最小结构的尺寸。应用Amiet理论预测了飞机尾缘远场噪声。
2021-08-04 physics.app-ph physics.flu-dyn
One-dimensional model of freely decaying two-dimensional turbulence
我们构造了一个离散的二维湍流壳模型，该模型考虑了傅立叶空间中速度模式之间的局部和非局部相互作用。在实空间中，它的连续极限由一维Burgers方程描述。我们发现这样一个方程的一个新的近似标度解，并表明它很好地描述了充分发展，自由衰减的二维湍流的能量谱的主要特征。
2022-04-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Confinement effects on gravity-capillary wave turbulence
大量的弱非线性波的统计特性可以在弱湍流理论的框架下描述。该理论是基于一个渐近大系统的假设。在实验中，系统具有有限的尺寸，并且理论的预测可能不适用，因为存在离散模式而不是连续的自由波。我们的研究集中在水的表面在尺度接近重力毛细交叉（1~cm）的波的情况下。波湍流具有特殊的性质，在这个制度，因为一维共振相互作用可以发生，如所示的Aubourg \& Mordant。在这里，我们调查的限制上的波动湍流的属性的影响，通过逐渐减少我们的波槽沿其轴的一个方向的大小，在其他方向的大小不变。我们使用时空分辨轮廓术来重建变形的水面。我们观察到一个原始的制度共存的弱波湍流沿长度的船只和离散湍流的限制方向。
2018-09-06 physics.flu-dyn
Simulations of turbulence over compliant walls
对一刚性壁面和一粘弹性壁面通道内的湍流进行了直接数值模拟。采用Eulerian-Eulerian模型和水平集方法识别流体柔性材料界面。重点关注瑞利波在柔性材料中的传播，其速度取决于弹性剪切模量，其主波长取决于粘弹层的厚度。选择这些参数以确保柔顺表面和湍流之间的耦合。当瑞利波的相速度与近壁压力波动的平流速度相当时，涡量片在临界层附近被抬起并分离，并导致局部压力最小值。这些事件是由波谷附近的弯曲速度廓线引起的，并受弹性表面净涡度通量的控制。这种现象是理解的统计特性的流量，包括表面变形压力的相关性和增强的随机湍流剪切应力的中心。作用在流体上的压力在表面处是正的，这增加了湍流强度和壁面法向混合，而没有任何流向动量增益。最后，我们讨论了三维的表面地形上产生的流向涡，二次运动，和横向湍流输送的影响。
2021-11-01 physics.flu-dyn
Nature-inspired three-dimensional surface serration topologies enable silent flight by suppressing airfoil-turbulence interaction noise
融合猫头鹰羽毛与蝉翼结构提出三维表面锯齿拓扑，通过增强涡量、抑制偶极子和四极子声源，实现翼型降噪与推进效率同步提升。
2023-08-17 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of transition under free-stream turbulence and the influence of large integral length scales
针对自由来流湍流大积分长度尺度推迟转捩的反常识实验结果，通过高保真模拟揭示其机制：大尺度诱导的宽条带层流区增长慢，能量向破碎相关小展向尺度传递耗时更长，故转捩更慢。
2024-03-13 physics.flu-dyn
Saturation of the inverse cascade in surface gravity wave turbulence
我们报告了在一个大盆地中观测到的尺度大于强迫尺度的地面重力波湍流。除了通常在重力波湍流中报道的下尺度传输外，还观察到了一种上尺度传输，解释为弱湍流理论的逆级联。当逆级联达到强迫波长和流域大小之间的尺度时，达到稳定状态，但远离后者。这种依赖于波陡度的逆级联饱和可能是由于非线性耗散结构的出现，如尖峰波。
2020-08-17 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Wave turbulence on the surface of a ferrofluid submitted to a magnetic field
本文报道了在静态法向磁场作用下，磁流体表面波动的观测结果。我们表明，磁表面波只出现在临界场以上。它们的振幅的功率谱显示频率幂律导致磁波湍流制度，这是实验表明，涉及4波相互作用过程的观察。在相空间参数中发现了重力、磁场和毛细波湍流的存在，并给出了这三种湍流共存的三相点。大多数这些功能的理解使用量纲分析或铁流体力学表面波的色散关系。
2008-11-12 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.class-ph
Unlikely existence of $k_x^{-1}$ spectral law in wall turbulence: an observation of the atmospheric surface layer
对于壁湍流，已经预测了流向波数$k_x$的范围，使得流向速度波动的谱密度与$k_x^{-1}$成比例。在这里考察这个$k_x^{-1}$定律的存在与否。我们观察了几个月的大气表面层，选择合适的数据，并用它们来合成的能量谱，将代表在一个非常高的雷诺数壁湍流。结果不符合$k_x^{-1}$定律。这与最近对附着在壁面上的含能涡旋模型的预测进行的修正相当一致。这些发现的原因进行了数学讨论。
2019-02-20 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Visibility network analysis of large-scale intermittency in convective surface layer turbulence
大尺度不稳定性是对流表面层湍流中广泛观察到的现象，其引起非高斯温度统计，而对于速度信号则没有观察到这种特征。虽然基于概率密度函数的方法已被使用到目前为止，这些都不能解释在何种程度上的信号的时间结构的影响的速度和温度波动的统计特性。为了解决这个问题，能见度网络分析进行了现场实验数据集从对流大气近地层流。通过替代数据和基于网络的措施，我们证明了温度的不稳定性与温度信号中的强非线性相关性有关。相反，线性和非线性效应之间的竞争往往会抑制流向和垂直速度中的类似温度的不稳定性行为。这些发现为对流湍流大尺度不稳定性的研究开辟了新的研究途径。
2021-08-11 physics.flu-dyn physics.geo-ph
The energy cascade of surface wave turbulence: toward identifying the active wave coupling
我们调查实验湍流的表面重力波在格勒诺布尔的科里奥利设施使用高灵敏度本地探头和时间和空间分辨的立体重建的水面。研究表明，水的变形是由遵循线性色散关系的弱非线性波和非共振三元相互作用产生的束缚波叠加而成。虽然理论预测了一个4波共振耦合支持波作用的逆级联的存在，我们没有观察到这样的逆级联。我们通过计算三相干即四波相关来研究四波耦合。我们观察到非常弱的值的三相干激发的线性色散关系的弱耦合的弱湍流理论的假设是一致的频率。
2019-02-21 nlin.CD physics.flu-dyn
