Transient Turbulence in Taylor-Couette Flow
最近的研究对雷诺数足够高时湍流是一种渐近状态的观点提出了质疑。我们提出了第一个直接观察的泰勒-库埃特流与寿命跨越五个数量级的湍流状态的衰减。我们还表明，有一个制度，泰勒-库埃特流股在其他剪切流中观察到的许多衰减特性，包括泊松统计和共存的层流和湍流补丁。我们的数据表明，特征衰减时间随雷诺数的增加而呈超指数增长，但与管流的最新数据和最近的理论模型一致。这表明，与流行的观点相反，线性稳定剪切流中的湍流一般可能是瞬态的。
2009-08-03 physics.flu-dyn
Shercliff layers in strongly magnetic cylindrical Taylor-Couette flow
本文数值计算了轴向周期磁场中的轴对称Taylor-Couette流，哈特曼数达到$Ha^2=10^7$。磁场的几何形状挑出了特殊的磁力线，舍克里夫层就是在这些磁力线上形成的。这些是简单的剪切层用于绝缘边界，而超旋转或反向旋转层用于导电边界。一些领域的配置以前研究了球形类似物，但从根本上说，新的配置也存在，没有球形类似物。最后，我们探讨了方位场$B_ϕ\sim r^{-1}{\bf\hat e}_ϕ$对这些层的影响，并表明，流动被抑制导电边界，但绝缘边界增强。
2017-04-06 physics.flu-dyn
Applying Laser Doppler Anemometry inside a Taylor-Couette geometry - Using a ray-tracer to correct for curvature effects
在目前的工作中，它将显示如何外圆柱体的曲率影响激光多普勒测速仪测量内的泰勒-库埃特装置。测量位置和测量速度通过曲面改变。曲率校正的传统方法不适用于我们的设置，它将显示如何射线跟踪器可以用来解决这个复杂性。通过使用射线跟踪器，可以计算焦点位置，并且可以校正速度。射线示踪的结果进行了验证，通过测量一个先验已知的速度场，并施加折射修正后，发现与理论预测良好的协议。本文所述的方法被应用于测量高雷诺数泰勒-库埃特流的外圆柱旋转的情况下的方位角速度分布。
2012-03-30 physics.flu-dyn
On the stability of the Couette-Taylor flow between rotating porous cylinders with radial flow
本文研究了径向通流多孔圆柱间Couette-Taylor流动的稳定性。先前已经表明，如果径向雷诺数$R$（使用内圆柱及其半径处的径向速度构建）较高，则该流动相对于非轴对称（方位角或螺旋）波可能不稳定。在本文中，我们提出了一个非常详细的，在许多方面，新颖的图表中的$R$值适中的区域的临界曲线，我们表明，从$R$值开始，低至$10$，从无粘不稳定性继承的临界模式逐渐取代经典的泰勒涡。此外，我们还更仔细地研究了弱径向流（相对较低的$R$）对泰勒不稳定性的影响，并发现，如果圆柱之间的间隙足够宽，从内圆柱指向外圆柱的径向流能够稳定库埃特-泰勒流。这一观察结果与相对窄的间隙的情况形成鲜明的对比，对于相对窄的间隙，相反的效果是众所周知的。
2019-11-29 physics.flu-dyn
High Reynolds number Taylor-Couette turbulence
Taylor-Couette流--两个同轴同向或反向旋转的圆柱之间的流动--是流体物理学中的典型系统之一。（无量纲）的控制参数是雷诺数的内部和外部的圆筒，圆筒半径的比率，和纵横比。系统的响应是保持恒定角速度所需的扭矩，其可以与通过间隙的角速度传输相关联。在上世纪80年代和90年代，低雷诺数区域已经得到了很好的研究，而在完全湍流区域，主要的研究活动只是在最近十年才发展起来。在本文中，我们回顾了这一最新进展，在我们的理解充分发展的泰勒-库埃特湍流，从实验，数值和理论的角度来看。我们将集中在参数依赖的全球扭矩和当地的流动组织，包括速度剖面和边界层。接下来，我们将讨论不同（湍流）流动状态之间的转换。我们还将详细说明这个系统与天体物理盘（开普勒流）的相关性。最后，对未来湍流泰勒-库埃特流研究的挑战进行了总结。出版于ARFM：Annu. Rev. Fluid Mech.48：53-80（2016）。
2019-03-30 physics.flu-dyn
Transition to chaos and modal structure of magnetized Taylor-Couette flow
Taylor-Couette流常被用来作为恒星和吸积盘内部复杂旋转流动的简化模型。这些物体中的流动动力学受到磁场的影响。例如，如果流体是导电的，泰勒-库埃特几何中的准开普勒流动对于外部磁场中的行波或驻波变得不稳定;即使当流动是流体动力学稳定时，也存在不稳定性。这种磁旋转不稳定性导致混沌状态的发展，并最终，湍流，当圆柱体旋转足够快。在这种流动中的湍流过渡可以是复杂的，与时空混沌和准周期行为的区域，涉及一个或两个额外的调制频率的参数区域的共存。虽然周期流的不稳定模式可以用Floquet分析来识别，但在这里我们采用了一种更灵活的无方程数据驱动方法。我们分析了磁化泰勒-库埃特流从过渡到混沌的数据，并用动态模式分解识别与调制频率相关的流结构;这种方法是基于用线性无限维Koopman算子近似非线性动力学。使用这些结构，可以构建一个非线性简化模型的过渡。
2022-11-10 physics.flu-dyn
Recent developments of turbulent emulsions in Taylor-Couette flow
乳液在许多自然和工业环境中很常见。近年来，湍流乳状液的动力学研究受到了广泛的关注。本文综述了近年来湍流Taylor-Couette流中乳状液的一些研究，主要集中在分散相的统计和系统的整体动量输运。我们首先研究了低体积分数（稀）的湍流乳液的分散液滴的尺寸分布和破碎机制。对于具有高体积分数的分散相（致密）的系统，我们解决了湍流乳液的全局传输（有效粘度）的详细响应及其与液滴统计的连接。最后，我们将讨论灾难性的相转化，这可能会发生在动态乳化过程中的分散相的体积分数超过一个临界值。最后，我们总结和展望，包括未来研究的一些开放性问题的手稿。这篇文章是主题问题的一部分“泰勒-库埃特和相关的流动泰勒的种子哲学交易文件的百年纪念”。
2022-09-01 physics.flu-dyn
Ultimate Turbulent Taylor-Couette Flow
利用高速粒子图像测速技术（PIV）对雷诺数Re_i = 2*10^6的强湍流Taylor-Couette流内圆柱的流动结构进行了实验研究。湍流泰勒涡流的风雷诺数Re_w与Re_w ~ Ta^（1/2）成比例关系，与预测的最终湍流区完全一致，其中边界层是湍流的。无量纲角速度通量的有效标度为Nu_ω ~ Ta ^0.38，这也与极限状态下的湍流相对应。从高速PIV测量中提取的局部角速度通量测量结果证实了Nu_ω的标度性：尽管通量显示出巨大的波动，但其空间和时间平均值与全局扭矩测量结果很好地吻合。
2011-10-31 physics.flu-dyn
Exploring the phase space of multiple states in highly turbulent Taylor-Couette flow
通过测量整体转矩和局部速度，同时探测由内外圆柱旋转速率所跨越的相空间，研究了在$\mathrm{Ta}=10^{11}$到$9\cdot10^{12}$范围内高湍流Taylor-Couette流中多个湍流态的存在性.发现多个状态是非常稳健的，并且预期持续超过$\mathrm{Ta}=10^{13}$。旋转比是最强烈地控制流动状态之间的转换的参数;转换值仅弱地依赖于泰勒数。然而，相空间中的复杂路径是解锁多个状态的整个区域所必需的。最后，通过绘制泰勒-库埃特装置中不同旋转比的流动结构，该装置具有相等的半径比，但比以前更大的纵横比，再次观察到多个状态。在这里，他们的特点是更丰富的滚动结构的现象，包括，第一次观察到的高度湍流TC流，反对称滚动状态。
2016-04-17 physics.flu-dyn
Phase Slip Solutions in Magnetically Modulated Taylor-Couette Flow
我们数值研究了宽间隙结构中的泰勒-库埃特流动，其中$r_i/r_o=1/2$，内圆柱旋转，外圆柱静止。流体被认为是导电的，并且在外部施加$B_z\approx(1 + \cos(2πz/z_0))/2$形式的磁场，其中波长为$z_0=50(r_o-r_i)$。泰勒涡旋在磁场弱的地方形成，但在磁场强的地方不会形成。随着测量旋转速率的雷诺数增加，涡旋的初始开始涉及相位滑移事件，由此周期性地形成成对的泰勒涡旋，然后向外漂移，远离$B_z=0$所在的中平面。随后的分叉导致各种其他的解决方案，包括对称和不对称的中间平面。对于更大的雷诺数，出现了不同类型的相位滑移，其中涡在图案的外边缘形成并向内漂移，在某个点突然消失。这些解也可以关于中平面对称或不对称，并且在相同的雷诺数下共存。许多这些相位滑移解决方案的动力学定性类似于以前的结果在几何斜坡泰勒-库埃特流。
2017-04-06 physics.flu-dyn
Logarithmic boundary layers in highly turbulent Taylor-Couette flow
我们提供了直接测量的边界层特性在高度湍流泰勒-库埃特流高达$\text{Ta}=6.2 \times 10^{12}$使用高分辨率粒子图像测速仪（PIV）。我们发现，在内部和外部圆柱的平均方位角速度分布可以拟合的von卡门对数定律$u^+ = \frac 1κ\ln y^+ +B$。冯卡门常数$κ$被发现依赖于驱动强度$\text{Ta}$和大$\text{Ta}$渐近方法$κ\approx 0.40$。局部方位角速度的方差分布在$y^+ \approx 12$附近具有一个通用峰值，并且当用驱动速度（而不是摩擦速度）重新缩放时会崩溃，显示出$y^+$的对数依赖性，这也适用于通道和管道流[1，2]。
2013-02-25 physics.flu-dyn
Multiple states in highly turbulent Taylor-Couette flow
湍流在自然界和技术中的普遍存在使得从根本上了解湍流至关重要。Kolmogorov在1941年提出，对于具有多个自由度和大波动的强湍流，只有\emph{one}湍流状态，因为大波动将探索整个高维相空间。在这里，我们报告的第一个决定性的证据，多个湍流状态的大雷诺数$\text{Re}=\mathcal{O}(10^6)$（泰勒数$\text{Ta}=\mathcal{O}(10^{12})$）泰勒-库埃特流在制度的最终湍流，通过探测的相空间跨越的内部和外部的圆柱体的旋转速率。多个湍流状态的表现形式是通过提供组合的全局扭矩和局部速度测量来举例说明的。这一结果证实了在高维流动中也可能发生分叉的观点，即非常大的$\text{Re}$），并对Kolmogorov的范式提出了质疑。
2016-04-15 physics.flu-dyn
Dynamo Action in a Quasi-Keplerian Taylor-Couette Flow
我们数值计算的泰勒-库埃特几何的内，外圆柱体的旋转速率满足$Ω_o/Ω_i=(r_o/r_i)^{-3/2}$的导电流体的流动。在这种准开普勒状态下，非磁性系统对于所有雷诺数$Re$都是瑞利稳定的，并且所产生的纯方位流对于所有磁性雷诺数$Rm$都不能产生运动发电机作用。对于$Re=10^4$和$Rm=10^5$，我们证明了一个有限振幅发电机的存在，从而一个合适的初始条件产生相互维持的湍流和磁场，即使两者都不能存在没有其他。这种发电机解决方案的结果显着增加向外角动量传输，与大部分的运输是由麦克斯韦，而不是雷诺应力。
2017-10-06 physics.flu-dyn
The Twente turbulent Taylor-Couette (T3C) facility: Strongly turbulent (multiphase) flow between two independently rotating cylinders
本文构造了一个新的湍流Taylor-Couette系统，它由两个独立旋转的圆柱体组成。圆柱体之间的间隙高度为0.927 m，内半径为0.200 m，外半径可变（从0.279 m到0.220 m）。内圆柱体和外圆柱体的最大角旋转速率分别为20 Hz和10 Hz，以水为工作流体时，雷诺数高达3.4 x 10^6。利用该泰勒-库埃特系统，参数空间（Re_i，Re_o，η）扩展到（2.0 x 10^6，{ \pm }1.4 x 10^6，0.716-0.909）。该系统配备了气泡喷射器，温度控制，皮肤摩擦阻力传感器，和几个本地传感器研究湍流单相和两相流。内圆筒测力传感器通过扭矩测量检测皮肤摩擦阻力。透明的丙烯酸外筒允许液体流动和分散相（气泡、颗粒、纤维等）的动力学。在间隙内部，使用专门的局部传感器和非侵入式光学成像技术进行研究。该系统允许在高雷诺数制度的泰勒-库埃特流的研究，和背后的皮肤摩擦阻力改变由于气泡注射，聚合物注射，和表面疏水性和粗糙度的机制。
2011-02-23 physics.flu-dyn
Transition from the Couette-Taylor system to the plane Couette system
本文讨论了大半径极限下同心旋转圆柱间的流动，在此条件下系统接近于平面库埃特流。我们讨论如何在这个限制的线性不稳定性，导致泰勒涡的形成是失去了和如何过渡的字符的方法，平面剪切流。特别是，一个参数政权确定分形分布的生命时间和时空的不稳定性发生。在这个制度的实验应允许研究在一个封闭的流动几何形状的剪切流湍流的特性。
2000-03-30 nlin.CD physics.flu-dyn
Transition to magnetorotational turbulence in Taylor--Couette flow with imposed azimuthal magnetic field
磁旋转不稳定性（MRI）被认为是天体物理吸积盘中湍流和动量传输的强大来源，但获得其操作的观测证据是具有挑战性的。最近，泰勒-库埃特流与外部施加的轴向和方位角磁场的实验室实验已经揭示了MRI的运动学和动力学特性接近不稳定的开始。虽然良好的协议被发现与线性稳定性分析，鲜为人知的是过渡到湍流和运输性能的MRI。我们在这里报告的MRI与施加方位磁场的数值调查。我们表明，层流泰勒-库埃特流变得不稳定的波旋转的方位角方向和立场，在轴向方向通过超临界霍普夫分岔。随后，流动的特点是一个灾难性的过渡到时空缺陷介导的亚临界次谐波Hopf分岔。我们的结果是在定性协议与PROMISE实验，并显着扩展其可实现的参数范围。我们发现，随着雷诺数的增加，缺陷积累和成长为湍流，但动量输运的规模弱。
2015-09-11 physics.flu-dyn
Experimental studies of turbulent Taylor-Couette flows: single phase and liquid-liquid dispersions
本文研究了在两个反向旋转的同轴圆柱体之间产生的湍流Taylor-Couette流中的液-液分散。在纯水和反向旋转中，雷诺数可达1.4 × 10^5。我们使用的液体是低粘度油和纯水或具有与油相匹配的折射率的碘化钠溶液，以获得透明的分散体。我们首先描述的单相流，在过渡到湍流的阈值，缩放的扭矩和测量的平均流量和雷诺应力的立体PIV。然后，我们研究了两相流中耗散的增加，发现单位质量的扭矩可以是单相流扭矩的两倍。长期行为也有报道。
2008-06-19 physics.flu-dyn
A novel subcritical transition to turbulence in Taylor-Couette flow with counter-rotating cylinders
在泰勒-库埃特流中，向湍流的转变通常通过一系列的超临界分叉发生，逐渐变得更加复杂，但仍然稳定。我们描述了一个亚临界层流湍流过渡的轴向纵横比为$Γ=5.26$和半径比为$η=0.905$的系统中的不稳定的中间状态介导的反旋转制度。在这种情况下，流动可视化实验和数值模拟表明，中间状态对应于具有互穿螺旋的非周期性流动。此外，在返回到方位角对称的层流之前，从湍流的反向过渡首先导致相同的中间状态，该中间状态现在是稳定的。时间分辨层析粒子图像测速技术被用来表征实验流，这些测量比较有利的直接数值模拟与轴向边界条件相匹配的实验。
2019-09-03 physics.flu-dyn
Torque Scaling in Turbulent Taylor-Couette Flow with Co- and Counterrotating Cylinders
本文分析了独立旋转的外圆柱和外圆柱在强湍流区的Taylor-Couette流的整体输运特性，内圆柱和外圆柱的雷诺数分别达到Re_i = 2 x 10^6和Re_o = 1.4 x 10^6。对于所有Re_i、Re_o，无量纲扭矩G作为泰勒数Ta的函数缩放（其与内圆柱体和外圆柱体的角速度之间的差的平方成比例），具有通用有效标度律G \propto Ta^{0.88}，对应于表征内圆柱体和外圆柱体之间的角速度传输的努塞尔数的Nu_omega \propto Ta^{0.38}。指数0.38对应于类似瑞利-贝纳德系统的最终状态标度。对于沿相空间中的对角线的反向旋转情况，传输是最有效的，其中ω_0 \approx -0.4 ω_1。
2011-02-10 physics.flu-dyn
Localised edge states nucleate turbulence in extended plane Couette cells
我们研究了大区域中的平面Couette流的湍流转捩，在大区域中观察到局部扰动产生不断增长的湍流斑。扩展以前的研究层流和湍流动力学之间的边界，我们确定层流和湍流之间的中间不变的结构。在宽而短的域中，我们发现状态被定位在展向方向，并且在宽而长的域中，状态也被定位在下游方向。这些局域化的状态作为临界核过渡到湍流在空间上扩展的域。
2009-09-02 physics.flu-dyn
Chiral Particles in Taylor-Couette Turbulence
本研究通过实验探讨手性粒子在泰勒-库埃特湍流中的行为，发现其运动受流体涡旋主导，且手性不影响旋转和取向动态。
2025-11-28 physics.flu-dyn
Velocity profiles in strongly turbulent Taylor-Couette flow
本文导出了一般情况下独立旋转圆柱体在强湍流Taylor-Couette流中的速度分布。该理论基于适当（圆柱）几何形状的纳维-斯托克斯方程。特别是，我们推导出轴向和角速度轮廓作为与气缸壁的距离的函数，并发现两者都遵循对数轮廓，并具有向下弯曲的曲率修正，与轴向速度轮廓相比，角速度轮廓更明显，并且随着内圆柱半径和外圆柱半径之间的比率$η$的减小而强烈增加。相反，方位角速度不遵循对数律。然后，我们比较的角速度和方位角速度的配置文件与最近测得的配置文件在（非常）大的泰勒数的最终状态。虽然{ \em定性}趋势是相同的--对于大的壁距离和（适当移位和无量纲化）角速度剖面$ω^+(r)$比（适当移位和无量纲化）方位角速度剖面$u^+_φ(r)$更接近对数律--对于大的壁距离发现{ \em定量}偏差。我们将这些差异归因于泰勒辊和高度依赖的配置文件，这两者都没有被认为是在理论上的方法。
2013-10-23 physics.flu-dyn
Ring bursting behavior en route to turbulence in quasi two-dimensional Taylor-Couette flows
我们研究准二维泰勒-库埃特系统的政权的半径比接近统一-三维和二维之间的过渡政权。通过系统地增加雷诺数，我们观察到一些标准的过渡，如从经典的泰勒涡流（TVF）的波浪涡流（WVF），以及过渡到充分发展的湍流。在湍流发生之前，我们观察到局部湍流补丁的间歇性突发模式，证实了实验观察到的非常短的波长突发（VSWBs）的模式。一个引人注目的发现是，雷诺数大于VSWBs的发病，一种新型的间歇性爆发行为出现：爆发模式的方位角封闭环的各种订单。我们称之为环爆模式，它完全围绕圆柱体，但保持局部化，并在轴向方向上由非湍流的主要是波浪状结构分开。我们使用了一些定量的措施，包括交叉流的能量，来表征环爆模式，并将它们与背景流区分开来。环爆模式是有趣的，因为它不会发生在三维或二维泰勒-库埃特流：它只发生在过渡，准二维制度的系统，制度是研究较少，但肯定值得进一步关注，以获得更深入的了解湍流。
2015-01-08 physics.flu-dyn
Spatio-temporal boundary dissipation measurement in Taylor-Couette flow using Diffusing-Wave Spectroscopy
本研究利用扩散波光谱结合高速相机，直接成像泰勒-库埃特流中边界耗散率的时空变化，并验证了方法的有效性，为湍流等复杂流动的耗散率成像提供了新途径。
2023-08-31 physics.flu-dyn
Absolute versus convective helical magnetorotational instabilities in Taylor-Couette flows
本文研究了具有无量纲半径$r_i=1$和$r_o=2$，轴向具有周期性波长$h\ge100$的系统中的磁Taylor-Couette流。内、外圆柱体的旋转比被调整为略微处于瑞利稳定状态，其中需要磁场来使流动不稳定，在这种情况下触发轴对称螺旋磁旋转不稳定性（HMRI）。考虑两种施加磁场的选择，两者都具有相同的方位角分量$B_ϕ=r^{-1}$，但不同的轴向分量。第一种选择是$B_z=0.1$，并产生熟悉的HMRI，由单向行波组成。第二种选择具有$B_z\approx0.1\sin(2πz/h)$，并且产生根据$B_z$的符号在相反方向上行进的HMRI波。第一种构型对应于对流不稳定，第二种构型对应于绝对不稳定。这两种变体的行为非常相似，无论是线性发作，以及非线性平衡。
2017-04-06 physics.flu-dyn
The Self-Sustaining Process in Taylor-Couette Flow
本文重新讨论了从泰约涡流到波涡流的转变。Waleffe的Self-Sustaining Process（SSP）[Phys. Fluids 9，883-900（1997）]提出，在壁边界剪切流中向湍流转变的关键成分是一个三步过程，该过程涉及使流向速度平流的滚柱，从而导致条纹，该条纹对于波动扰动变得不稳定，该波动扰动与自身的非线性相互作用馈送滚柱。我们在Taylor-Couette流中研究了这一过程。泰勒涡流到波涡流的不稳定性（SSP的第二阶段的灵感的过程）被示出为由条纹引起，其中辊起到可忽略的作用，如Jones [J. Fluid Mech.157，135-162（1985）]所预测的和Martinand等人[Phys. Fluids 26，094102（2014）]所证明的。在SSP的第三阶段，波浪与自身的非线性相互作用加强了横摇。我们表明，这两个定量和定性，确定物理区域中，这种强化是最强的，也表明这种非线性相互作用耗尽条纹。
2018-12-21 physics.flu-dyn
Controlling secondary flows in Taylor-Couette flow using spanwise superhydrophobic surfaces
本研究通过实验与数值模拟，利用展向超疏水表面处理削弱Taylor-Couette流中的Taylor涡二次流，并给出了所需最小疏水性及控制有效性的分析。
2023-06-20 physics.flu-dyn
Azimuthal velocity profiles in Rayleigh-stable Taylor-Couette flow and implied axial angular momentum transport
我们目前的方位角速度剖面测量泰勒-库埃特装置，已被用作恒星和行星的吸积盘的模型。该装置具有$η= 0.716$的圆筒半径比、$Γ= 11.74$的纵横比，并且在轴向方向上封闭圆筒的板附接到外圆筒。我们研究了瑞利稳定区的角动量输运和埃克曼泵浦。该制度是线性稳定的，其特征在于径向增加的比角动量。我们提出了几个瑞利稳定的配置文件剪切雷诺数$Re_S \sim O(10^5) \,$，无论是$Ω_i > Ω_o > 0$（准开普勒制度）和$Ω_o > Ω_i > 0$（子旋转制度），其中$Ω_{i,o}$是内/外圆筒旋转速率。没有一个速度剖面与非旋涡层流泰勒-库埃特剖面相匹配。在固定的$Re_S$下，当接近固体旋转时，与该轮廓的偏差增加。流动超旋转，一个角速度大于这两个圆柱体，观察到的子旋转制度。速度分布给出了旋转内筒所需扭矩的下限，该扭矩大于层流泰勒-库埃特流情况下的扭矩。准开普勒配置文件是由一个混合良好的内部区域，具有近似恒定的角动量，连接到一个外部区域的固体旋转与外圆柱体和附加的轴向边界。这些区域表明，角动量轴向传输到轴向边界。因此，外圆柱上附有封闭板的泰勒-库埃特流是吸积盘流的一个不完美的模型，特别是在稳定性方面。
2015-02-03 physics.flu-dyn
Effects of the computational domain size on direct numerical simulations of Taylor-Couette turbulence with stationary outer cylinder
在寻找最便宜的，但仍然可靠的数值模拟，计算域（“盒”）的大小对泰勒-库埃特流的直接数值模拟的影响进行了系统的研究。使用了具有不同方位角和轴向范围的四个盒子。内圆柱体和外圆柱体之间的半径比固定为$η=r_i/r_o=0.909$，并且外圆柱体保持静止，而内圆柱体以雷诺数$Re_i=10^5$旋转。剖面的平均和波动速度进行了比较，以及自相关和速度谱。最小的盒子被发现准确地再现较大的盒子的扭矩和平均方位角速度分布，同时具有比较大的盒子更小的波动值。盒子的轴向长度直接反映在泰勒辊上，并对相关性和光谱起着至关重要的作用。方位角的程度也被发现发挥了重要的作用，因为较大的盒子允许方位角的波样图案在泰勒辊开发，这会影响在散装区域的统计。对于研究的所有盒子，光谱没有达到盒子独立的最大值。
2017-04-23 physics.flu-dyn
Stability of Taylor-Couette Flow with Odd Viscosity
本文通过解析与数值方法研究奇粘性对轴对称扰动下Taylor-Couette流稳定性的影响，发现奇粘性可产生次级涡旋并通过“杠杆”效应在较大时完全抑制不稳定性，为粘度计实验提供指导。
2023-09-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drag reduction in boiling Taylor-Couette turbulence
我们创建了一个高度受控的实验室环境，可进行全球和本地监测，以分析湍流沸腾流，特别是统计稳定状态下的剪切应力。也就是说，通过精确监测强湍流泰勒-库埃特流（两个同轴旋转圆柱之间的流动，雷诺数$\textrm{Re}\approx 10^6$）从非沸腾到沸腾的过渡过程中的阻力，我们表明，直观的预期，即几个体积百分比的蒸汽气泡将相应地改变几个百分点的整体阻力，是错误的。相反，我们发现，在这些条件下，发生了高达45%的显着的全球阻力减少。我们将这个全球性的结果，我们的本地观测，表明，主要减阻的蒸汽泡变形是至关重要的，对应于韦伯数大于一。我们将我们的研究结果与气泡湍流的结果进行了比较，气泡遵循与蒸汽气泡非常不同的物理学。尽管如此，我们还是发现了显著的相似之处，并对它们进行了解释。
2019-09-09 physics.flu-dyn
Catastrophic phase inversion in high-Reynolds number turbulent Taylor--Couette flow
乳液在食品工业、医疗保健和化学合成中无处不在。在这封信中，亚稳油-水乳状液的动力学在高度湍流（$10^{11}\leq\text{Ta}\leq 3\times 10^{13}$）泰勒-库埃特流，远离平衡，进行了研究。通过改变水包油空隙率，可以触发水包油和油包水乳液之间的灾难性相转化，显著改变混合物的形态（包括液滴尺寸和流变性质）。这些不同的状态的表现是通过结合全局扭矩测量和局部原位激光诱导荧光（LIF）显微镜成像。尽管湍流状态的流动和动态平衡的油-水混合物，系统的全球扭矩响应被发现是，如果流体是牛顿的，和混合物的有效粘度被发现是几倍大或小比它的成分。
2020-12-09 physics.flu-dyn
Finite-sized rigid spheres in turbulent Taylor-Couette flow
我们报告的修改阻力中性浮力球形颗粒在高度湍流泰勒-库埃特流。这些颗粒可以用来解开的影响，尺寸，变形能力，和体积分数的阻力，对比时，气泡流的阻力。我们发现，刚性球几乎没有改变系统的阻力超出平凡的粘度效应所造成的取代工作流体与颗粒。颗粒的大小对阻力有边际影响，较小直径的颗粒仅显示出略微较低的阻力。增加颗粒体积分数显示净阻力增加，因为流体的有效粘度也增加。增加颗粒体积分数的阻力的增加是通过执行激光多普勒风速仪，我们发现，湍流速度波动也随着体积分数的增加而增加。与刚性球相比，气泡的有效减阻也随雷诺数的增加而增加。气泡在减少整体阻力方面也更有效。
2018-04-19 physics.flu-dyn
Longitudinal vortices in unsteady Taylor-Couette flow: solution to a 60-year-old mystery
University of Sheffield（谢菲尔德大学）；California State University, San Marcos（圣马科斯加州州立大学）
本研究通过数值观察揭示了Couette-Taylor系统中纵向涡流的不稳定性，解释了其与Stokes振荡边界层问题的关联，并探讨了半径比对不稳定性的影响。
2025-07-30 physics.flu-dyn
Fully nonlinear mode competitions in magnetised Taylor-Couette flow
我们研究了磁化泰勒-库埃特流中各种螺旋不稳定性的非线性模式竞争。使用由Deguchi & Altmeyer（2013）开发的环形周期域方法跟踪所得到的有限振幅混合模式解分支。模式竞争现象进行了研究，在反气旋和气旋瑞利稳定制度。在反气旋亚旋转状态下，内圆柱体旋转速度快于外圆柱体，Hollerbach、Teeluck和Rudiger（2010年）发现，在实验研究可行的参数范围内，存在相互竞争的轴对称和非轴对称磁旋转线性不稳定模式。在这里，我们确认了模式竞争的存在，并计算了由此产生的非线性混合模式解。在气旋超旋转状态下，内圆柱旋转速度比外圆柱慢，Deguchi（2017）最近发现了一种非轴对称纯流体动力学线性不稳定性，与Rudiger，Schultz，Gellert & Stefani（2016）.我们发现，这些不稳定性的非线性相互作用引起丰富的图案形成的现象，导致剧烈的角动量输运增强/减少。
2020-05-02 physics.flu-dyn
Boundary layer dynamics at the transition between the classical and the ultimate regime of Taylor-Couette flow
对雷诺数Re_i=10^5，内外圆柱半径比为{η= ri/ro =0.714}时的Taylor-Couette湍流流动进行了直接数值模拟。随着{Re_i}的增加，流动经历了三种不同区域之间的转变：（i）由大的相干结构主导的流动，（ii）中间过渡区域，以及（iii）具有发展的湍流的流动。在第一个政权的大规模辊完全驱动的湍流，而在第二个相干结构恢复仅平均。平均流的存在允许层流和湍流边界层动力学的共存。在第三种状态中，平均流效应逐渐消失，流变成由羽流主导。的方位角和角速度配置文件上的本地驱动的效果是量化的，特别是我们显示这些配置文件的开发时间和地点。
2013-10-29 physics.flu-dyn
Self-similar decay of high Reynolds number Taylor-Couette turbulence
本文研究了高雷诺数Taylor-Couette湍流的衰减，即两个同轴旋转圆柱间的湍流。为此，内圆筒的旋转（Re $_i=2 \times 10^6$，外圆筒处于静止状态）在12秒内停止，从而完全去除输入到系统的能量。使用激光多普勒风速仪和粒子图像测速测量的组合，可以捕获的动能的六个衰减十年。首先，在没有圆柱旋转的情况下，在衰减期间的流速不发展任何高度依赖性，与众所周知的泰勒涡状态相反。第二，径向轮廓的方位角速度被发现是自相似的。尽管如此，这种有壁边界的非均匀湍流的衰减并不像衰减的均匀各向同性湍流那样遵循严格的幂律，但是由于边界壁施加的强粘性阻力，衰减更快。我们从理论上描述的衰减在一个定量的方式，考虑在墙壁上的额外摩擦的影响。
2016-10-27 physics.flu-dyn
Traveling waves in magnetized Taylor-Couette flow
本文对低磁雷诺数下磁化泰勒-库埃特流中观察到的一种行波模式进行了数值研究。通过精确地模拟粘性和磁性边界在各个方向上，我们重现实验测量的波图案和它们的振幅。与以前的说法相反，波被证明是由粘性边界层，而不是全球不稳定的磁旋转模式发射的瞬态放大扰动。
2007-06-22 astro-ph physics.flu-dyn
Optimal Taylor-Couette flow: direct numerical simulations
本文数值模拟了独立旋转内、外圆柱体的Taylor-Couette湍流流动，着重于与Rayleigh-Bénard湍流流动的类比。分别达到内圆柱体和外圆柱体的$Re_i=8\cdot10^3$和$Re_o=\pm4\cdot10^3$的雷诺数，对应于泰勒数Ta达到$10^8$。有效的比例律的扭矩和其他系统responsesfound. Recent实验与Twente湍流泰勒-Couette（$T^3C$）设置和类似的设施在马里兰州在非常高的雷诺数揭示了一个最佳的运输在一定的非零转速比$a = -ω_o / ω_i$约$a_{opt}=0.33-0.35$。对于足够大的$Ta$在数值可及的范围内，我们也发现这样一个最佳的非零反旋转的运输。发现该最大值的位置随着驾驶而移动，对于$Ta=2.5\cdot10^7$达到$a_{opt}=0.15$的最大值。这种转变的解释阐明，一致的实验结果，$a_{opt}$变得近似独立的驱动强度足够大的雷诺数。此外，我们数值计算的角速度分布和可视化的不同制度的不同的流动结构。通过将方程写在与外圆柱共同旋转的坐标系中，发现了局部角速度分布与全局输运量之间的联系。
2012-10-31 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of Taylor-Couette flow with grooved walls: torque scaling and flow structure
本文对固定半径比$η=r_i/r_o=0.714$的带槽壁的Taylor-Couette流动进行了直接数值模拟，内圆柱雷诺数达到$Re_i=3.76\times10^4$，对应于泰勒数达到$Ta=2.15\times10^9$。凹槽是轴对称的V形障碍物，以$90^\circ$的顶角附着在壁上。结果进行了比较，光滑壁的情况下，以调查槽的泰勒-库埃特流的影响。我们集中在有效的扭矩，流动结构，和边界层的标度律。研究发现，当槽高小于边界层厚度时，扭矩与光滑壁情况相同。随着$Ta$的增加，边界层厚度变得小于沟槽高度。羽流从沟槽的尖端喷出，并在沟槽之间形成二次环流。这与扭矩的急剧增加相关联，因此扭矩相对于$Ta$的有效比例法则变得陡峭得多。进一步增加$Ta$不会导致额外的斜率增加。相反，有效的标度律饱和的“最终”政权的有效指数看到光滑的墙壁。研究发现，即使饱和后的斜率是相同的光滑壁的情况下，扭矩的绝对值增加，和更多的更大的尺寸的凹槽。
2016-03-01 physics.flu-dyn
Friction dynamics of elasto-inertial turbulence in Taylor-Couette flow of viscoelastic fluids
在Taylor-Couette几何中研究了弹性惯性湍流的动力学特性。EIT是在不可忽略的惯性和粘弹性的基础上发展的混沌流动状态。直接流动可视化和扭矩测量的组合允许验证与纯惯性不稳定性（和惯性湍流）相比EIT的早期发生。本文首次讨论了具有惯性和弹性的伪Nusselt数的标度。摩擦系数，时间频谱和空间功率密度谱的变化突出了EIT在过渡到其完全发展的混沌状态之前经历了中间行为，该混沌状态需要高惯性和弹性。在此过渡期间，二次流对整体摩擦动力学的贡献是有限的。这对于在低阻力和低但有限的雷诺数下实现有效混合的目标是非常有意义的。
2023-01-05 physics.flu-dyn
DNS of Taylor-Couette flow between counter-rotating cylinders at small radius ratio
采用三维直接数值模拟方法，研究了半径比为$η$ = 0.2--0.5的反向旋转泰勒-库埃特流动在较宽雷诺数范围内从层流到湍流的变化。我们研究了流动结构对$η$的依赖性，并确定了一个临界值，该值在$η$ = 0.2和0.3之间，低于该值，稳定的外圆柱侧表现出不同于内侧泰勒涡流的模态结构。当$η\geq$ $η\geq$为0.3时，不稳定内侧的泰勒涡主导了整个气缸间流场，在气缸外壁附近观察到泰勒涡的足迹。然而，对于$η$ = 0.2，来自内侧的影响被限制到气缸间隙的中心。此外，在稳定的外圆柱侧，出现了一个模态结构，轴向均匀，方位角周期性，和类似的Tollmien-Schlichting（TS）不稳定波。随着雷诺数的增加，固定$η$ = 0.2，模态结构改变其方位波数和壁单元径向增厚。虽然外侧的雷诺剪应力保持近似为零，但速度波动的强度与中心部分的泰勒涡流相当。
2019-09-10 physics.flu-dyn
On multiple stable states in Taylor-Couette flow with realistic end-wall boundary conditions
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）
本研究通过DNS和理论分析揭示了真实端壁边界条件下泰勒-库埃特流中多重稳定状态的形成机制及动态特性。
2026-02-13 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
Nonaxisymmetric linear instability of cylindrical magnetohydrodynamic Taylor-Couette flow
我们认为，在泰勒-库埃特流的螺旋磁场的应用程序下，主要是磁普朗特数接近无感极限的非轴对称模式的不稳定性，并进行了全面检查的边际稳定性在由此产生的参数空间。我们允许的方位角磁场产生的电流的组合在内部圆筒和流体本身，并引入一个参数，这些电流的强度之间的关系。一组非轴对称模式的不稳定性的控制本征值方程推导和解决的谱配置与Chebyshev多项式在相关的参数空间，与由此产生的不稳定性详细检查。我们发现，通过改变方位角的磁场配置文件的方位角磁旋转不稳定性，非轴对称螺旋磁旋转不稳定性，泰勒不稳定性产生有趣的动态，如不同的首选模式类型，和模式的方位角波数$m>1$。最后，比较了Kirillov $et$ $al$最近进行的WKB分析。[Kirillov，Stefani和Fukumoto，J. Fluid Mech.760，591（2014）]及其在线性状态中的有效性。
2015-10-20 physics.flu-dyn
Criterion for purely elastic Taylor-Couette instability in the flows of shear-banding fluids
在过去的二十年里，人们已经用各种方法研究了剪切带流动，如流变仪、测速仪和流动双折射。在胶束溶液中，收集的许多数据表现出无法解释的时空波动。最近，有人提出，这些波动起源于一个纯粹的弹性不稳定性的流动。在圆柱形Couette几何形状，不稳定性是让人想起泰勒样的不稳定性粘弹性聚合物溶液中观察到的。在这封信中，我们描述了纯弹性泰勒-库埃特不稳定性的准则应如何适用于剪切带流动。我们推导出三类剪切带流与弯曲流线，根据其稳定性。
2011-08-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Turbulence strength in ultimate Taylor-Couette turbulence
我们提供实验测量的泰勒-雷诺数内的散装$\text{Re}_{λ,\text{bulk}}$的有效缩放，基于本地流量作为驱动强度的函数（表示为泰勒数Ta），在泰勒-库埃特流的最终制度。通过使用粒子图像测速（PIV）的流场测量获得的数据。我们估计的本地耗散率$ε(r)$使用的二阶速度结构函数的缩放在纵向和横向方向的惯性范围内的值-没有调用泰勒的假设。我们发现一个有效的缩放$ε_{\text{bulk}} /(ν^{3}d^{-4})\sim \text{Ta}^{1.40}$，（对应于$\text{Nu}_{ω,\text{bulk}} \sim \text{Ta}^{0.40}$的无量纲的本地角速度传输），这是几乎相同的全球能源耗散率从扭矩测量（$\text{Nu}_ω \sim \text{Ta}^{0.40}$）和直接数值模拟（$\text{Nu}_ω \sim \text{Ta}^{0.38}$）。由此产生的Kolmogorov长度尺度，然后发现规模为$η_{\text{bulk}}/d \sim \text{Ta}^{-0.35}$和湍流强度为$I_{θ,\text{bulk}} \sim \text{Ta}^{-0.061}$。利用局部耗散率和局部涨落，我们最终发现泰勒-雷诺数在$4.0 \times 10^8 < \text{Ta} < 9.0 \times 10^{1…
2017-10-30 physics.flu-dyn
Nonlinear waves in stratified Taylor--Couette flow. Part 1. Layer formation
本文是对具有固定外圆柱的轴向分层Taylor-Couette流中混合的两方面研究的第一部分，即分层的形成和浮力的上涌。使用线性分析和直接的数值模拟，我们显示了非轴对称不稳定模式所发挥的关键作用，尽管事实上，该流是离心不稳定的意义上的瑞利准则。旋向相反的螺旋模式之间的相互作用导致形成非线性相干结构：（混合）-带和（混合）-交叉螺旋。这些产生了复杂的密度界面图案，似乎随着相干结构围绕环形物缓慢旋转而周期性地出现和消失。这些相干结构似乎是Oglethorpe等人（2013）最近实验中报告的层形成的原因。我们区分“动态分层”，瞬时的，本地化的和造成的旋涡运动，从“静态分层”对应于形成一个“楼梯配置文件”中的分类背景密度。后者只发生在足够大的施密特数，揭示了施密特数在分层过程中的显着影响。
2016-09-09 physics.flu-dyn
Effect of the number of vortices on the torque scaling in Taylor-Couette flow
本文通过Taylor-Couette流实验，研究了不同涡旋数量状态下扭矩与速度的标度关系，发现扭矩-速度曲线交点前后涡旋数量对扭矩大小的影响发生反转，且标度指数依赖于涡旋长径比。
2014-04-14 physics.flu-dyn
Taylor-Couette flow of hard-sphere suspensions: Overview of current understanding
虽然惯性颗粒负载流发生在广泛的工业和自然过程中，都缺乏对这些流动和连续水平的控制方程的基本了解，需要预测运输和颗粒分布。为此，泰勒-库埃特流（TCF）系统最近已被用来研究惯性下的颗粒负载流体的流动行为。本文概述了中性浮力非布朗悬浮液的TCF相关的实验，理论和计算工作，重点是有限尺寸的颗粒对一系列的流动转变和流动结构的影响。颗粒，取决于它们的尺寸和浓度，导致牛顿流体行为的几个显著偏差，包括移动对应于流动结构中的转变的雷诺数和改变存在于流动中的可能结构。此外，颗粒也可能根据流动结构而迁移，导致滞后效应，从而使流动行为进一步复杂化。目前状态的理论和计算建模的努力来描述的实验观察进行了讨论，并提供了潜在的未来方向，以提高惯性粒子负载流的基本理解的建议。
2022-12-01 physics.flu-dyn
Destabilizing Taylor-Couette flow with suction
考虑了径向流体注入和抽吸对Taylor-Couette流动的影响。在外筒处的喷射和在内筒处的抽吸通常导致线性不稳定的稳定螺旋流，即使对于在没有径向通量的情况下线性稳定的圆柱形剪切也是如此。我们用能量稳定性方法研究了不稳定运动的非线性方面。我们的结果，虽然专业，可能有影响的阻力减少的吸力，吸积在天体物理盘，甚至在地球的极地涡旋流。
2010-03-31 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Competing instabilities in wide-gap viscoelastic Taylor-Couette flow: Taylor vs. helical vortices
Institute of Hydrodynamics SB RAS（俄罗斯科学院西伯利亚分院水动力学研究所）
本文采用Oskolkov模型，通过直接数值模拟研究小半径内圆柱旋转的宽间隙粘弹性泰勒-库埃特流的稳定性，发现弹性力增大会使螺旋扰动比轴对称扰动更危险，临界雷诺数与线性理论预测一致。
2026-09-01 physics.flu-dyn
Statistics of turbulent fluctuations in counter-rotating Taylor-Couette flows
本文研究了Taylor-Couette湍流速度脉动的统计特性。在保持泰勒数固定为$1.49 \times 10^{12}$（$\mathcal{O}(\text{Re})=10^6$）的同时改变内筒和外筒的旋转速率。使用激光多普勒测速仪（LDA）测量的流量的方位角速度分量。对于每个实验，获得并仔细分析$5\times10^6$数据点。使用扩展自相似（ESS）\cite{ben93b}的纵向结构函数指数提取，并发现弱依赖于旋转速率的比率。对于只有内筒旋转的情况，结果与Lewis和Swinney \cite{lew99}使用热膜风速仪测量的结果非常一致。功率谱显示出对于中间角速度比$-ω_o/ω_i \in \{0.6, 0.8, 1.0\}$的明显的-5/3标度，对于$-ω_o/ω_i \in \{0.2, 0.3, 0.4, 2.0\}$的大约-5/3标度，并且对于$-ω_0/ω_i = 0$没有发现明显的标度律（仅内部圆柱旋转）;谱的局部标度指数具有强的频率依赖性。我们将这些意见的概率密度函数的方位角速度和存在的中性线的形状。
2013-08-16 physics.flu-dyn
Sodium chloride inhibits effective bubbly drag reduction in turbulent bubbly Taylor-Couette flows
使用泰勒-库埃特几何，我们实验研究盐对流动中存在的气泡引起的减阻效果。我们将扭矩测量与光学高速成像相结合，将气泡尺寸与流动所经历的阻力相关联。以前的研究结果表明，一小部分空气（4%）可以导致显着的阻力减少（40%）。与以前主要使用淡水的实验室实验不同，我们将改变淡水的盐度到海水的平均盐度。我们发现，随着盐浓度的增加，减阻越来越受到抑制;从淡水的40%到海水的15%。存在于工作流体中的盐抑制聚结事件，导致流动中的较小气泡，并且由此降低减阻。在临界盐度以上，增加盐度对流中的气泡尺寸没有进一步的影响，因此对流所经历的阻力没有进一步的影响。我们的新发现证明了NaCl对气泡减阻机制的重要性，并将进一步挑战海军建筑师在海洋船舶上实施有前途的空气润滑系统。
2022-10-28 physics.flu-dyn
