Formation of sand ripples under a turbulent liquid flow
沙纹在自然界和工业中都是常见的现象。例如，它们存在于河床和运输沙子的石油管道中。在自然和工业情况下，波纹增加床和流体之间的摩擦，并且与溢流、高压降和瞬变有关。当沉积物作为推移质（流动的颗粒层）被夹带时，就会出现波纹，通常认为这是初始床形最终饱和的结果。由于初始底形的纵横比很小，线性分析可以用来理解波纹的形成。本文提出了液体湍流作用下颗粒床的线性稳定性分析。该分析考虑了湍流液体情况下所涉及的所有主要机制和参数，包括一些尚未一起考虑的重要参数，如床层密实度和推移质临界剪切应力。该分析的结果与发表的实验结果进行了比较，他们表现出良好的协议。
2016-08-20 physics.flu-dyn
Investigating global convective dynamos with mean-field models: full spectrum of turbulent effects required
湍流效应对太阳和恒星中发电机的作用仍有争议。平均场（MF）理论提供了一个广泛使用的框架，将这些影响的基本磁流体力学。虽然无法观测，湍流效应可以直接研究使用全球对流发电机（GCD）模拟。我们测量湍流输运系数方面的湍流效应，MF框架的基础上，从一个示例性的GCD模拟使用测试场方法。然后，这些系数被用作MF模型的输入。我们发现MF和GCD解之间有很好的一致性，这验证了我们的理论方法。这个协议要求包括所有的湍流效应，甚至那些迄今为止被认为是不重要的。我们的研究结果表明，简单的发电机模型，通常用于太阳和恒星社区，依赖于非常少，精确微调的湍流效应，可能不能代表发电机在全球对流模拟和天文对象的完整动态。
2021-10-05 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Breakup to non-breakup transition of air entrained into viscous liquid by a disk: analogy of the self-similar dynamics with critical phenomena
本文通过圆盘卷吸空气实验发现锥状区间内存在破碎到不破碎的连续转变，并借助临界现象类比提出连续长度尺度对应不可数无穷多普适类。
2025-10-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Velocity fields of a bed-load layer under a turbulent liquid flow
在自然界和工业中，沉积物通过流体流动的输送是常见的。在自然界中，它存在于河流，海洋，沙漠和其他环境中。在工业中，它存在于输送谷物的石油管道、下水道系统和疏浚管道中。本研究以实验方式探讨颗粒床中颗粒在紊流剪切下之输送。在我们的实验中，充分发展的湍流水流施加在一个平坦的颗粒床已知的粒度。在试验条件下，颗粒作为推移质运输，即，它们通过彼此滚动和滑动而被夹带，形成移动的颗粒层。目前的实验进行接近起动推移质，颗粒速度的实验数据是稀缺的情况下。与以前的实验不同，入口长度保证了松散床上的水流得到充分发展。在不同的水流量下，使用高速摄像机拍摄运动层，并通过使用本研究过程中开发的数字代码对图像进行后处理来确定颗粒的位移和速度。推移质输沙率估计和相关的水流条件。
2016-08-15 physics.flu-dyn
Towards PR-DNS of scour around a wall-mounted cylinder in turbulent open channel flow
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Bremen（不来梅大学）
研究通过PR-DNS模拟湍流开放渠道流中壁挂圆柱对颗粒分布的影响，发现圆柱引发强烈涡旋结构和增强的涡流强度，改变局部壁面剪切应力，并影响颗粒浓度分布。
2026-04-17 physics.flu-dyn
A DNS Study of entrainment in an axisymmetric turbulent jet as an episodic process
本研究是基于一个稳定的自我保存不可压缩的轴对称湍流射流在雷诺数为2400的DNS。DNS的数据，使外部无旋流场的准确地图，也涡度场的湍流核心的射流。发现有必要定义射流的两个独立边界。第一个是内边界（湍流/非湍流，T/NT），从那里涡量急剧上升的核心。第二个是旋转/无旋外边界，超过该边界的流动可以被认为是无旋的。外边界以外的速度场通常具有有序的、几乎无旋的环流运动。在较简单的情况下，这些涡量可以表示为湍流核心相干结构中的一个或多个涡量元素所引起的速度场。对轴向和径向截面的详细检查表明，有时会有大量环境流体涌入T/NT界面的部分区域，从而扭曲成既扭曲又深的海湾或井。这些井的截面在喷流的径向截面上常常表现为所谓的无旋流体湖。部分涌入的流体穿过井内的T/NT界面，并被夹带到湍流核心中，这一过程可以合理地称为蚕食。这种涌入过程的持续时间可以是高达20个流动单元的顺序，并表明夹带可以是一个情节的过程中，涌入事件加速周围的流体，即使它被推入一个狭窄的海湾，在那里它穿透T/NT接口的海湾蚕食。在湍流圆形射流中，卷吸猝发被发现是0.75的顺序，相当于在湍流边界层中发现的动量通量猝发。
2019-07-11 physics.flu-dyn
Laminar-turbulent separatrix in a boundary layer flow
本文研究平板上的转捩边界层流动。已知边界层流在雷诺数的临界值以上会产生不稳定的Tollmien-Schlichting波。然而，还已知的是，可以在亚临界雷诺数下观察到这种转变。在这种情况下，层流状态的吸引盆与持续的湍流共存。在这篇文章中，这两个国家之间的分界线上的轨迹进行了模拟。分界线上的状态与初始条件无关，并且与层流和湍流动态地相关联。这种边缘状态提供了关于过渡流的基本特征的信息。解的形式是低速条纹，两侧是两个准流向弯曲涡。条纹的形状与线性最优扰动法模拟的条纹形状接近。这个解决方案相比，现有的结果条纹故障。模拟是在一个时间框架内实现的局部边界层，周期性边界条件的流向。提出了一种基于尺度分离的专用模型。平均流是普朗特边界层方程的解，而叠加的小尺度波动是周期性纳维-斯托克斯方程的解。该模型与湍流模拟进行了验证，并令人满意地再现了边界层流动的物理特性，特别是在外部区域，其中外部流体被夹带向边界层。
2013-02-14 physics.flu-dyn
A large eddy simulation (LES) study of inertial deposition of particles onto in-line tube-banks
本文利用拉格朗日粒子追踪法结合大涡模拟框架，研究了湍流横流中重粒子在直排管束上的沉积和碰撞。基于圆柱体直径D和两个垂直相邻圆柱体的间隙之间的流速的流动雷诺数为33960。我们检查整个管组的流动结构和报告的表面压力特性的气缸。考虑到颗粒与壁面的碰撞和反弹，我们研究了三组颗粒（St = 0.35，0.086，0.0075）的分散和沉积的基础上跟踪的107个颗粒通过湍流的LES解决。三组颗粒的沉积效率报告在整个管组。沉积在管组上的颗粒的位置显示，显著更多的较小颗粒沉积在背组的背侧上。这表明，较小的颗粒更容易被夹带到尾流中，并撞击到圆柱的背面。
2016-07-28 physics.flu-dyn
Investigating the origins of fluctuation forces on plates immersed in turbulent flows
本研究通过模拟改变平板尺寸和雷诺数，探究均匀各向同性湍流中平行平板间涨落力的起源，发现吸引力与涡量相关且受双重机制作用。
2023-09-14 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
The turbulent bubble break-up cascade. Part 1. Theoretical developments
破碎的海浪夹带着海面下的气体。波浪破碎过程激发湍流波动，快速连续地破碎气泡以产生各种尺寸的气泡。了解这种生成机制为开发大规模海洋和气候模拟的预测模型铺平了道路。Garrett等人（2000）提出，超Hinze尺度湍流破碎以级联方式将夹带气体从大气泡尺寸转移到小气泡尺寸。我们提供了一个理论基础，这个气泡质量级联呼吁如何从大到小尺度的能量级联中心的单相湍流理论转移。气泡破裂级联要求破裂事件主要将气泡质量从某一气泡尺寸转移到平均略小的尺寸。这种特性称为局部性。在本文中，我们分析量化局部性的人口平衡方程的保守形式，推导出气泡的质量传递速率从大到小的尺寸。使用我们提出的局部性度量，我们表明，与湍流泡状流相关的标度，包括Garrett等人（2000）假设的和在破碎波实验和模拟中观察到的标度，与强局部传输率一致，其中非局部贡献的影响以幂律方式衰减。第2部分中的数值模拟证实了这些理论预测，揭示了气泡破碎级联现象的关键物理方面。局部性支持湍流小气泡破裂的普遍性，这简化了亚网格尺度模型的发展，以预测具有实际意义的海洋小气泡统计。
2020-08-29 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Air Entrainment and Surface Fluctuations in a Turbulent Ship Hull Boundary Layer
通过实验和直接数值模拟研究了水平运动的垂直穿透壁产生的自由表面边界层剪切流中湍流引起的空气卷吸。在实验中，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循环行进，辊之间的一段带充当水平移动的平壁。为了补充实验，直接数值模拟（DNS）的两相边界层问题进行了域，包括一个流向带部分模拟周期性边界条件。电影激光诱导荧光（LIF）测量的水表面轮廓在两个垂直的平面平行于带表面（壁平行的配置文件），并与以前的测量的配置文件在一个垂直的平面垂直于带表面（壁正常的配置文件）。此外，本文还报道了空气夹带的摄影观察和气泡尺寸分布和运动的测量。通过DNS模拟得到的结果，详细研究了气泡卷吸机理。在壁平行LIF电影中观察到类似破碎波和平行于带行进的自由表面特征。这些破裂事件被认为是空气被夹带到底层流中的机制之一。气泡的尺寸分布被发现有一个特征性的突破，在斜坡上，类似于以前观察到的Hinze尺度破碎波。最后，在模拟中发现了几种卷吸机制，并评估了它们在自由表面边界层中的普遍性。
2018-09-18 physics.flu-dyn
Turbulent metal-silicate mixing, fragmentation, and equilibration in magma oceans
地球的大部分是由星子和胚胎的高能撞击形成的，其中许多撞击物已经分化，具有自己的金属核心。地球化学数据提供了有关增生时间和主要物理条件的关键信息，但它们的解释严重依赖于核-幔分异过程中金属-硅酸盐化学平衡的程度，而这种平衡的限制很差。有效的平衡要求来自撞击器核心的大量铁与熔融硅酸盐混合到足够小的尺度，以允许快速的金属硅酸盐传质。在这里，我们使用流体动力学的实验表明，大的金属滴下降在岩浆海洋混合熔融硅酸盐通过湍流夹带，与碎片成液滴最终导致夹带过程。在我们的实验中，致密流体的破碎发生在下落等于其初始直径的3-4倍的距离之后，此时相当大体积的环境流体已经被夹带并与致密下落流体混合。与通常所假设的相反，我们证明了金属相破碎成液滴可能不需要有效的平衡：湍流混合，通过大幅增加金属-硅酸盐的界面面积，可能导致快速平衡，甚至在破碎之前。有效的再平衡预测的大小小的岩浆海洋深度相比的冲击。相比之下，一个小得多的再平衡程度的情况下，预计大的影响，撞击物的核心直径接近岩浆海洋的厚度。
2014-02-07 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Investigating the effect of turbulence on hemolysis through cell-resolved fluid-structure interaction simulations
该研究通过细胞分辨流固耦合模拟对比不同雷诺数湍流与层流中红细胞的变形，揭示湍流极端剪切事件对溶血的影响及剪切速率、Q准则与变形的相关性。
2023-12-15 physics.flu-dyn
Droplet Bag Formation in Turbulent Airflows
本文通过数值模拟研究了湍流气流中液滴演化为袋状结构的过程，发现湍流提高了液滴扁平化时的阻力系数并导致后期倾斜和褶皱加剧，同时探讨了湍流间歇性及液气黏度比的影响。
2025-01-28 physics.flu-dyn
Investigating nonlinearity in wall turbulence: regenerative versus parametric mechanisms
与平均流的非正态性相关的线性增长过程和在波动之间传递能量的非线性相互作用都有助于维持湍流。然而，缺乏对它们在维持动荡状态方面进行合作的机制的详细了解。在这份报告中，我们研究波动波动非线性的作用，通过改变相关的长期在库埃特流湍流的动力学的大小，以确定这种非线性组件如何帮助维持和确定的结构的湍流状态，特别是这种机制是参数或再生。在确定了支持Navier-Stokes湍流中的波动场的机制是参数化的之后，我们研究了湍流的波动分量在依赖于时间的平均流中由参数增长维持的机制，通过使用依赖于时间的预解式的分析来检查频域中的参数增长机制。
2022-11-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Effect of turbulence on collisions of dust particles with planetesimals in protoplanetary disks
气态原行星盘中的星子可能通过收集尘埃颗粒而生长。流体动力学研究表明，小颗粒通常会避免与微行星碰撞，因为它们被周围的气流夹带。这发生在$St$，斯托克斯数，定义为尘埃停止时间与微行星穿越时间的比值，变得比1小得多。然而，这些研究仅限于层流的情况下，而这些磁盘被认为是湍流。我们想估计气体湍流对尘埃-微行星碰撞速率和碰撞速度的影响。我们使用了三维直接数值模拟的一个固定的球体（微行星）面临的层流和湍流播种与小惯性粒子（灰尘）受到斯托克斯阻力。通过罚函数法建立了微行星表面的无滑移边界条件。我们发现，湍流可以显着增加尘埃粒子与星子的碰撞率。对于高湍流情况（当湍流波动的幅度与逆风速度相似时），我们发现碰撞概率保持等于$St\geq 0.1$的几何速率或甚至更高，即，对于比层流情况下小一个数量级的粉尘尺寸。我们推导出表达式来计算影响的概率作为一个功能的尘埃和微行星的大小和湍流强度。
2016-02-09 astro-ph.EP physics.flu-dyn
TURB-Smoke. A database of Lagrangian pollutants emitted from point-sources and dispersed in turbulent flows
本研究推出TURB-Smoke数值数据集，通过直接数值模拟生成湍流中拉格朗日污染物扩散数据，为源追踪策略开发评估及搜索算法测试优化提供可靠基准。
2025-07-30 physics.flu-dyn
Developing a Non-Newtonian Fluid Model for Dust, for Application to Astrophysical Flows
本文从单个尘埃颗粒运动方程出发，推导出无碰撞尘埃的协变流体模型，证明其对应高维各向异性麦克斯韦流体，并简化了吸积盘背景下流变应力的本构关系。
2024-11-19 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
The generation and sustenance of electric fields in sandstorms
沙尘暴经常伴随着强烈电场和闪电的产生。在靠近地面的非常狭窄的区域中，沙粒经历电荷交换机制，由此较大的（分别为：更小）尺寸的砂粒变成正的（相应地，带负电荷的），然后被湍流流体运动夹带。我们的中心假设是，不同大小的沙粒得到差异运输的湍流导致大规模的电荷分离，因此大规模的电场。我们利用我们的模拟框架，包括大涡模拟的湍流大气边界层随着沙粒输送和静电泊松求解器，研究物理的电场在沙尘暴，从而确认我们的假设。我们利用模拟框架来研究电场在弱到强的沙尘暴，其特征是由沙粒的数密度。我们的模拟再现观测测量的平均值和RMS波动值的电场。我们提出了一个尺度律，其中的电场的规模为三分之二的权力的数量密度，适用于弱到中等的沙尘暴。
2020-01-30 astro-ph.EP physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulent channel without boundaries: The periodic Kolmogorov flow
柯尔莫哥洛夫流提供了虚拟通道流的一个理想实例：它没有边界，但在每个半波长中具有定义良好的平均流。我们利用这一显着的功能，调查的目的之间的相互作用的平均流量和湍流阻力的整体流量。通过一组直接数值模拟在增加雷诺数，我们显示的依赖性的整体湍流阻力的平均流的振幅。此外，我们提出了一个详细的分析尺度的能量平衡，它描述了动能是如何重新分配的不同区域的流动，而被运送到小耗散尺度。我们的研究结果使我们能够获得一个准确的预测在大尺度上的空间能量输运。
2014-01-23 nlin.CD physics.flu-dyn
Master-modes in 3D turbulent channel flow
湍流场可以展开成一组基本函数的级数。这类级数的项通常称为众数。一个主（或决定）模式集是这些模式的一个子集，它的时间历程唯一地决定了整个湍流的时间历程，只要这个流动是发展的。在目前的工作中，存在的主模式集数值证明了湍流槽道流。估计了主模式集的最小大小和从主模式集历史恢复整个流的过程的速率。与最小主模态集对应的速度场被发现是整个流场中平均速度的良好近似。涉及速度导数的平均特性在非常靠近壁的地方偏离，而主模两点相关性表现出不切实际的振荡。这可以通过使用比最小主模式集更大的主模式集来改进。近壁条纹被发现包含在对应于最小主模集的速度场中，并且至少对于纵向涡度结构的大尺度部分也是如此。一个数据库包含的时间历史的主模式集被证明是一个有效的工具，用于调查罕见的事件在湍流。特别是，根据对数据库的分析，发现了一个类似行波的物体。在http://www.dnsdata.afm.ses.soton.ac.uk/上可以在线获得湍流通道流的时间历史的两个主模式集数据库。所提供的服务包括用户上传的代码在服务器上运行并访问数据的设施。
2008-09-17 physics.flu-dyn
Investigating prominence turbulence with Hinode SOT Dopplergrams
静止湍流有各种各样的流动，包括瑞利-泰勒不稳定性驱动的上升流和脉冲下降流，因此湍流运动也存在也就不足为奇了。由于磁流体湍流被认为具有平均水平引导场，因此研究它们所承载的任何湍流都可以揭示在广泛的天体物理系统中MHD湍流的性质。本文利用Hinode SOT观测资料构造的H $α$多普勒图，用结构函数分析方法研究了湍流日珥运动的性质。速度增量的pdf显示，当我们看到越来越小的空间间隔时，分布显示出与参考高斯分布的更大偏离，暗示了速度场的不稳定性。水平和垂直分离的偶数阶结构函数的分析表明，存在两个不同的区域，显示不同的幂律指数，在幂律中的突破约2000公里。我们假设这是一个结果的内部湍流激发的日珥的动态流动的系统在这个空间尺度。我们发现这两个区域的p阶结构函数的标度指数一般遵循p/2（小尺度）和p/4（大尺度）定律，这与弱MHD湍流和Kraichnan-Iroshnikov湍流的标度指数分别相同。然而，在比p/2标度更大的尺度上，p/4标度的存在与MHD湍流中预期的非线性增加不一致。从湍流能量耗散估算加热表明，这种湍流加热将是非常低效的，但是通过湍流驱动的重联的质量扩散是$10^{10}$ cm $^2$/s的量级。
2016-10-26 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulent channel flow of dense suspensions of neutrally-buoyant spheres
稠密颗粒悬浮液在许多应用和环境流动中广泛遇到。虽然许多以前的研究调查他们的流变性能在层流，很少有人知道这些悬浮液的行为在湍流/惯性制度。本研究的目的是填补这一空白，通过调查的湍流的牛顿流体负载固体中性浮力球在相对较高的体积分数在一个平面通道。在体积分数Phi=0-0.2的范围内进行直接数值模拟，其中浸没边界法用于解释分散相。结果表明，固相的存在显著改变了平均速度分布，并使冯卡门常数按对数律减小。发现总阻力随着体积分数而增加，比仅仅考虑由于颗粒的存在而导致的系统粘度的增加所期望的要多。在最高体积分数Phi=0.2时，速度脉动强度和雷诺切应力减小。的平均动量平衡的分析表明，粒子引起的应力管理的动态在高披，是主要负责的整体阻力增加。因此，在密集的限制，我们发现减少的湍流活动和增长的颗粒诱导应力，后者占主导地位的雷诺数在这里考虑。
2015-10-14 physics.flu-dyn
Large scale flow effects, energy transfer, and self-similarity on turbulence
利用高分辨率直接数值模拟的数据研究了大尺度对湍流脉动统计和动力学的影响。使用了三种不同的强迫，空间分辨率从256^3到1024^3不等。通过研究傅立叶空间中的非线性三元相互作用，传递函数，结构函数和概率密度函数进行了研究。结果表明，大尺度流动对小尺度湍流的发展和统计特性起着重要的作用。螺旋度的作用也进行了研究。我们讨论了这些研究结果之间的联系和不一致性，偏离普遍性，以及瓶颈效应的可能起源。最后，我们简要地描述了我们的结果的亚网格模拟的湍流的后果。
2006-05-19 physics.flu-dyn
Large Eddy Simulations of bubbly flows and breaking waves with Smoothed Particle Hydrodynamics
针对湍动气泡流多相模拟计算成本过高的问题，提出耦合离散拉格朗日气泡模型的大涡模拟SPH方案，在气泡羽流和破碎波场景中验证了准确性，为低成本波-结构相互作用模拟提供了新途径。
2023-05-05 physics.flu-dyn
Dipole dynamics in the point vortex model
在湍流的核心是许多相互作用的漩涡，产生混乱和看似不可预测的速度场。获得新的洞察力的复杂运动的旋涡，以及它们如何导致拓扑结构的变化的流动是根本的重要性，在我们努力了解湍流。我们的目标是形成一个理解的涡相互作用的动力学研究点涡偶极子相互作用的层次结构的涡使用理想化的点涡模型。由于它与玻色-爱因斯坦凝聚体中量子涡旋的动力学有着密切的相似性，我们在偶极尺度演化、涡旋团簇的稳定性以及偶极-团簇相互作用在二维量子湍流中湍流混合中的作用等方面给出了新的结果.特别是，我们发现了一个机制，类似于一个时间反演的自相似涡崩溃解决方案的快速集群解体。
2022-08-31 physics.flu-dyn
Exact coherent structures and shadowing in turbulent Taylor-Couette flow
我们研究了一个理论框架的基础上精确相干结构（ECS）的形式主义的流体湍流建模。虽然很有希望，现有的证据表明，ECS在湍流中的作用主要是间接的，主要来自理想化的数值模拟。特别是，目前还不清楚是否在实验中的三维湍流阴影任何ECS。为了最终回答这个问题，一个层次的ECS应计算域和边界条件完全匹配的实验。本研究在这个方向上迈出了第一步，通过调查一个小的纵横比泰勒-库埃特流与自然周期性边界条件的方位角方向。我们描述的结构的混沌集的基础湍流驱动的反向旋转的圆柱体和提出直接的数值证据的阴影的收集不稳定的相对周期轨道和行波，设置阶段的框架进一步的实验测试。
2021-05-05 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Wall heat transfer and flow field configuration of shock wave-turbulent boundary layer interactions on cryogenically cooled wall
Nagoya University（名古屋大学）；Aichi Institute of Technology（爱知工业大学）
研究了超声速流动中低温冷却壁上激波与湍流边界层相互作用的传热与流动场配置，采用低温敏感涂料分析流动场与壁面热流关系，发现冷却壁条件下的分离点后移且热流减少。
2026-04-08 physics.flu-dyn
Soot particle size distribution reconstruction in a turbulent sooting flame with the split-based extended quadrature method of moments
矩量法已广泛应用于研究烟炱层流和湍流火焰。然而，经典的颗粒尺寸分布（PSD）不能表征连续的颗粒尺寸分布（PSD）。如果无法获得有关PSD的信息，就很难准确考虑颗粒氧化，而颗粒氧化对于缩小和消除烟灰颗粒至关重要。最近，已经提出了基于分裂的扩展矩量求积法（S-EQOTH）作为克服该问题的数值鲁棒替代方案（Salenbauch等人，2019年）。其主要优点是可以通过叠加核密度函数（KDF）来重建连续的粒子数密度函数。此外，S-EQ主节点被单独确定为每个KDF，提高了时刻的可实现性。在这项工作中，结合S-EQOLS与大涡模拟/假定PDF小火焰/进展变量的方法来预测在代尔夫特阿德莱德火焰III烟尘的形成。目标火焰具有低/高炭黑倾向性/不稳定性和全面的流量/标量/炭黑数据可用于模型验证。模拟结果进行了比较与实验数据的气相和颗粒相。特别是在碳烟体积分数方面，已经获得了良好的定量协议。重建的PSD揭示了主要是单峰/双峰分布在第一/下游部分的这个火焰，颗粒直径小于100 nm。通过研究火焰尖端的瞬时和统计炭黑行为，已经发现，实验观察到的碳烟不稳定性与其化学计量值周围的混合物分数波动有关，其表现出双峰概率密度函数。
2022-10-19 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of flapping flags in grid-induced turbulence
设计了一种全分辨直接数值模拟（DNS）方法，用于研究中等雷诺数下柔性物体在湍流来流作用下的挥舞运动。通过在数值域的入口处放置被动网格来产生进入的湍流，并且可以通过改变其与网格的下游距离来控制冲击旗的流的湍流水平。的计算框架是基于沉浸边界法处理任意几何形状和实现使用图形处理单元（GPU）加速并行化，以提高计算效率。网格诱导的湍流的特点是首先通过与众所周知的衰减湍流的结果和一个规模的分析比较。然后，通过探讨湍流强度对自持扑动的影响，重新审视了风中旗帜问题。虽然后者仍然在强烈波动下表现出来，但振荡的主要特征（包括其振幅和频率）被湍流改变，其指纹也可以通过频谱分析定性检测。这些发现除了与推进湍流中流体-结构相互作用的基本理解相关外，还对相关应用具有潜在影响，例如，气动弹性能量收集或流动控制技术。
2021-07-21 physics.flu-dyn
Turbulent transition in a channel with superhydrophobic walls: the effect of roughness anisotropy
超疏水表面显著降低了上覆液体流动的表面摩擦。这些表面是复杂的，数值模拟通常依赖于模型来降低这种复杂性。最简单的方法之一是通过均匀化过程找到一个等效的边界条件，在定向肋上的通道流的情况下，导致均匀化的基本流速中存在一个小的展向分量。这项工作的目的是调查的影响，这种三维的基流的稳定性和过渡的渠道与定向沟槽覆盖的墙壁。这个基流的线性稳定性进行了研究：一个新的不稳定区域，连接到横流的影响，观察。Tollmien-Schlichting波也被检索，但最不稳定的是三维的。瞬态增长也受到影响的斜条纹与非零流向波数成为最放大的扰动。当Tollmien-Schlichting波引起转捩时，在初始指数增长状态之后，具有大展向波数的条纹结构迅速出现。模态机制似乎在这些结构的发展中发挥了主导作用，并实现了二次稳定性分析，成功地检索他们的一些特点。第二种情况，开始与横流涡，显示出强烈的非线性的影响。在分解成湍流之前，流动发展成大的准展向不变结构。饱和横流涡的二次稳定性揭示了这一转捩阶段。在这两种情况下，横流效应主导的流动动力学，强调需要考虑这些影响时，建模超疏水表面。
2022-08-02 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
Turbulent channel flow of finite-size spherical particles with viscous hyper-elastic walls
我们研究单相和颗粒湍流槽道流，由两个不可压缩的超弹性壁。不同的壁弹性被认为有和没有10%的体积分数的有限尺寸的刚性球形颗粒，而弹性壁建模为新胡克材料。我们报告了一个显着的阻力增加和增强的湍流活动与增长的壁弹性单相和颗粒的情况下相比，在刚性壁的单相流。对于具有高弹性壁的颗粒情况，尽管相对于具有相同壁弹性的单相流，但获得了减阻和湍流衰减;然而，在弹性较小的壁的流动上观察到颗粒的相反效果。这是解释通过调查近壁湍流的高度弹性的墙壁，在壁法向速度波动的幅度（有利于积极的），强烈的不对称性，被发现推动颗粒向通道中心。靠近壁的颗粒层被示出通过增加壁法向速度波动来促进湍流的产生，而在没有该层的情况下，观察到较小的壁变形和湍流衰减。我们进一步解决的体积分数在一个温和的壁弹性的效果，通过增加颗粒的体积分数高达20%。从界面区域的颗粒的迁移被发现是一个进一步的湍流衰减的原因，在刚性壁的情况下，在相同的体积分数相比。然而，颗粒诱导的应力补偿了雷诺剪切应力的损失，因此，对于具有弹性壁的情况，导致更高的总阻力。壁面弹性对阻力的影响随颗粒体积分数的增加而显著减小。
2018-11-07 physics.flu-dyn
Large-Scale Pattern Formation in the Presence of Small-Scale Random Advection
尽管存在强烈的波动，许多湍流系统，如Rayleigh-Bénard对流和Taylor-Couette流显示自组织的大尺度流动模式。小尺度湍流波动如何影响这种大尺度流型的出现和稳定性？在这里，我们接近这个问题的概念，通过调查一类图案形成系统中存在的随机平流的Kraichnan-Kazantsev速度场。结合工具，从斑图形成与统计理论和模拟，我们表明，随机平流转移的发病和波数的紧急模式。作为对流中斑图形成的一个简单模型，用一个包含随机平流的广义Swift-Hohenberg方程证明了这种影响。我们还讨论了我们的结果的影响，湍流瑞利-贝纳德对流的大尺度流动。
2019-09-24 nlin.PS physics.flu-dyn
Multiscale simulation of interacting turbulent and rarefied gas flows in the DSMC framework
本文提出一种多尺度随机-确定性耦合方法，将通用合成迭代格式与SST湍流模型集成到DSMC中，实现湍流与稀薄气体流动的统一模拟，并验证了其在不同流动区域的自适应收敛性及在逆向射流中的应用效果。
2025-03-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulent Convection: Modal Equations and Energy Pathways
Inter–University Centre for Astronomy & Astrophysics（大学间天文学与天体物理中心）
该研究提出高瑞利数湍流对流研究框架，结合布辛涅斯克对流对称性推导模态方程，明确能量耗散路径，为理解恒星和行星对流区提供理论支撑。
2026-08-20 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Topological vortex identification for two-dimensional turbulent flows in doubly periodic domains
本文提出基于环面 Hamiltonian 流粒子轨道拓扑结构的分类理论，将全局轨道结构转换为部分循环有序根树及字符串表示，成功应用于二维湍流中相干涡旋结构的提取与统计特性研究。
2025-09-15 math.DS physics.flu-dyn
Should we care about the spatial heterogeneity in coral reefs under unidirectional turbulent flows?
本文通过尺度解析计算框架系统比较规则排列与随机生成珊瑚床在单向湍流下的水动力响应差异，揭示空间异质性对平均流动统计量的显著影响，为改进海岸海洋双方程闭合模型中的珊瑚粗糙度建模提供依据。
2025-06-03 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Fluid dynamics simulations show that facial masks can suppress the spread of COVID-19 in indoor environments
2019年爆发的冠状病毒病已在全球造成重大生命损失和前所未有的经济损失。社交距离和口罩在全球范围内被广泛推荐，以保护他人并防止病毒通过呼吸，咳嗽和打喷嚏传播。为了扩展这些建议的科学基础，我们进行了前所未有的分辨率和现实主义的高保真计算流体动力学模拟，以阐明人类咳嗽期间有和没有口罩的唾液颗粒传输的基本物理学。我们的模拟：（a）在静止的环境气流（室内）和温和的单向微风（室外）下进行;（b）考虑人体解剖学对气流的影响;（c）考虑医用和非医用口罩;（d）考虑范围广泛的颗粒尺寸，从10微米到300微米。我们发现，在室内咳嗽时，一些唾液颗粒可以分别移动到0.48米，0.73米和2.62米的情况下，与医疗级，非医疗级，和没有口罩。因此，在室内环境中，医用或非医用等级的面罩都可以成功地限制唾液颗粒向他人的传播。然而，在具有单向微风的室外条件下，通过面罩的泄漏流可导致唾液颗粒被夹带到身体周围的高能剪切层中，并通过湍流在长距离处非常快速地输送，从而限制了面罩的有效性。
2020-11-06 physics.flu-dyn
Capturing shocks and turbulence spectra in compressible flows. Part 2: A new hybrid PPM/WENO method
在本论文的第1部分中，通过研究几种不同的低阶和高阶有限体积法在捕获可压缩流的湍流谱方面的能力，对它们的性能进行了评估，在可压缩流中，小的光滑湍流结构与激波和不连续性相互作用。比较结果表明，二阶Goddom方法与PPM插值提供的结果几乎相同的四阶WENO计划，但在一个显着较低的成本。然而，它表明，PPM方法未能提供一个准确的表示在高频范围内的频谱。在本论文中，我们表明，这个特定的问题来自于斜率限制程序和一种新的混合PPM/WENO方法的开发，它有能力捕捉湍流谱的准确性正式高阶方法，但在成本的二阶Goddom方法。总体而言，它表明，几乎相同的物理解决方案，可以得到更快地通过细化模拟与二阶方法和精心选择的数值程序，而不是运行一个粗糙的高阶模拟。
2020-03-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Predictive Accuracy of Wall-Modelled Large-Eddy Simulation on Unstructured Grids
壁建模LES的预测精度的影响的组合的子网格模型，壁模型，主要由对流数值方案引起的数值耗散，也由计算网格的密度和拓扑结构。后一个因素是特别重要的工业流动问题，其中非结构化网格通常采用由于需要处理复杂的几何形状。在这里，提出了一个系统的模拟为基础的研究，调查网格单元类型的壁建模LES的预测精度的通用有限体积求解器的框架中的效果。按照网格化近壁区域的标准做法，建议使用棱柱形单元。三个候选形状的基础上的棱镜被认为是：三角形，四边形，和任意多边形。单元中心距离被建议作为一个度量来确定具有不同单元类型的网格的空间分辨率。模拟活动包括两个测试用例与附加的边界层：充分发展的湍流槽道流，和零压力梯度平板湍流边界层。采用网格构造策略，使网格度量适应边界层的外部长度尺度。结果进行了比较与DNS数据的平均壁面剪应力和流量统计的配置文件。主要结果是，非结构化模拟可以提供与结构化正交六面体网格上的模拟相同的精度。近壁单元的基底形状的选择对计算成本有显著影响，但在精度方面似乎是次要因素。
2020-09-01 physics.flu-dyn
Numerical investigation of kinetic turbulence in relativistic pair plasmas I: Turbulence statistics
我们描述了在无碰撞，磁化，相对论对等离子体驱动湍流的粒子模拟的结果。这一物理机制为研究动力学湍流的基本性质提供了一个简单的环境，并与脉冲星风、星云和天体物理喷流等高能天体物理系统有关。在本文中，我们调查的湍流起伏的统计模拟格子上的$1024^3$细胞和包含多达$2 \times 10^{11}$粒子。由于在我们的模拟中没有冷却机制，湍流能量耗散在几个动力学时间内将磁化参数降低到有序统一，导致湍流运动成为亚相对论。在发展阶段，我们的结果与磁流体动力学湍流现象学在惯性尺度上的预测一致，包括指数接近$-5/3$的幂律磁能谱，由临界平衡描述的涨落的尺度相关各向异性，粒子密度和内能密度的对数正态分布（与$4/3$绝热指数相关，如对超相对论性理想气体所预测的），以及不稳定性的存在。我们还提出了可能的签名的动力级联通过测量幂律谱的磁，电，和密度波动在次拉莫尔尺度。
2017-09-14 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dynamics in a stellar convective layer and at its boundary: Comparison of five 3D hydrodynamics codes
我们预测恒星结构和演化的能力在一定程度上受到复杂的三维流体动力学过程（如对流边界混合）的限制。流体动力学模拟有助于我们理解恒星对流和对流边界的动力学。然而，用于计算这种模拟的代码通常在极其简单的问题上进行测试，并且其预测湍流的可靠性和再现性尚不清楚。我们定义了一个测试问题，涉及湍流对流在一个平面平行的盒子，这将导致质量夹带，内波生成，稳定分层层。我们比较了FLASH，MUSIC，PPMSTAR，PROMPI和SLH程序的输出，这些程序已被广泛用于研究恒星内部的流体动力学问题。对流由适合模拟框的最大尺度控制。速度分量、波动幅度以及焓通量和动能通量的所有时间平均剖面均在给定网格（$128^3$和$256^3$网格单元）上所有模拟平均值的$\lesssim 3σ$范围内，其中$σ$描述了由于流动的时间依赖性引起的统计变化。它们也与$512^3$参考运行一致。$128^3$和$256^3$模拟分别在$9\%$和$4\%$内对夹带到对流层中的总质量进行一致。在我们的装置中，卷吸率似乎是由可以转换为功的能量的大小决定的，而边界层中小尺度流动的细节似乎在很大程度上是无关紧要的。我们的研究结果为恒星内部流动的流体动力学模拟提供了依据。我们以电子形式提供模拟的所有输出以及复制或扩展研究所需的所有信息。
2022-01-26 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.flu-dyn
Data-driven impeller model for efficient large eddy simulations of metastable von Kármán flows
School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学生物工程与应用科学学院）；Department of Aerospace Engineering and Engineering Mechanics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校航空航天与机械工程系）；Department of Mechanical Engineering, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学机械工程系）；Department of Applied Mathematics and Statistics, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学应用数学与统计学系）
针对冯·卡门湍流旋转流低频状态切换问题，利用粒子图像测速实验数据和扭矩测量数据，开发数据驱动叶轮模型，通过B样条参数化、动量强迫耦合大涡模拟，并经多方法优化系数，实现长时间模拟，再现平均流及亚稳态切换动力学。
2026-08-10 physics.flu-dyn
Large eddy simulations of cavitating flow in a step nozzle with injection into gas
我们提出的空化喷嘴流和喷射到气体中的大涡模拟的结果，调查喷嘴中的空化，主射流破碎，质量流率和气体卷吸的相互作用。在强空化期间，分离的蒸气结构可到达喷嘴出口，导致气体从流出区域部分夹带到喷嘴中。气体夹带可以影响空化动力学、质量流率和射流破碎。此外，分离的蒸气结构的内爆引起压力峰值，其一方面放大湍流波动，并且随后可以增强射流破碎，并且另一方面可以损坏附近的壁，并且因此导致气蚀。我们的数值设置是基于一个参考实验，其中液态水被排放到环境空气中通过一个步骤喷嘴。空化液体和不可凝气相采用正压均质混合物模型，而数值模型采用高阶隐式大涡方法。考虑到所有组分的完全可压缩性，使我们能够捕获塌陷蒸汽结构的影响。覆盖不同的空化制度和射流特性的两个操作点进行了研究。特别强调的是放在研究空化的质量流量和射流的影响，以及部分气体卷吸的影响。因此，对记录的时间分辨信号进行频率分析。此外，内爆蒸气结构的动力学和强度进行了评估。
2021-02-28 physics.flu-dyn
On sub-grid scale modeling in a differentially heated cavity using coarse large eddy simulation
两个广泛使用的亚网格尺度模型，标准和动态Smagorinsky模型进行了测试，在一个热驱动的三维腔在瑞利数Ra= 1 E9的流动模拟。研究的主要焦点是亚网格尺度模型对粗网格的响应及其预测热驱动三维空腔中流动的能力，网格分辨率低于普遍接受的LES标准。本研究的动机是探讨一个可行的建模策略，为颗粒在有壁侧壁加热空腔流动。由于URANS和混合RANS-LES模型由于层化而无法产生建模能量，替代方案是在粗网格上应用LES。以定量的方式，一阶矩和二阶矩统计量与文献中的参考LES和实验数据库进行了比较。对于一阶矩统计，两种模型都能很好地预测流场。然而，对于更高的时刻，使用相同的网格分辨率的动态模型优于标准Smagorinsky模型。在一个定性的方式，我们报告的温度和速度场的轮廓，以及近壁湍流相干结构。流量的结果是在全球范围内非常好的协议与参考LES和实验测量在一小部分的CPU功率所需的传统LES。
2021-08-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
