Measurements of Flow Velocity and Scalar Concentration in Turbulent Multi-component Jets: Asymmetry and Buoyancy Effects
浮力效应和喷嘴几何形状对湍流射流分散有显著影响。这项工作的动机是涉及氢的应用。以氦气为实验代用品，采用粒子图像测速技术（PIV）和平面激光诱导荧光（PLIF）技术对圆管侧壁圆孔产生的水平浮力射流进行了实验研究，获得了瞬时和时均速度场和浓度场。浮力和不对称性对所产生的流动结构的影响进行了研究，在一定范围内的雷诺数和气体密度。显着差异被发现之间的中心线轨迹，传播速率，和速度衰减的常规水平圆形轴对称射流通过平板和管道泄漏的代表性射流在本研究中考虑的问题。现实管道射流总是不对称的，并发现在近场射流轴偏转。在远场，人们发现，现实的管道泄漏的几何形状导致浮力效应占主导地位比预期更快地通过平板发出的水平圆形射流相比。
2018-11-14 physics.flu-dyn
A closure mechanism for screech coupling in rectangular twin jets
本研究针对矩形双射流啸声耦合的闭合机制，通过确定反馈路径返回点、结合大涡模拟与谱本征正交分解等方法，发现反相同相耦合竞争导致啸声间歇性，且射流导引模态更适用于闭合该耦合过程。
2024-04-11 physics.flu-dyn
Tones and upstream-travelling waves in ideally-expanded round impinging jets
本文研究理想膨胀圆形冲击射流的音调生成，通过大涡模拟与有限厚度局部平行稳定性模型分析导向射流模态闭合的气动声学反馈回路，验证了上行波对共振频率预测的关键作用。
2024-12-04 physics.flu-dyn
Scaling of the Puffing Strouhal Number for Buoyant Jets
先前的研究已经表明，圆形和平面浮力射流“喷烟”的频率取决于在入口处的动量和浮力通量的平衡，如参数化的理查森数。实验已经揭示了存在的缩放关系之间的Strouhal数的膨化和入口理查森数，但几何特定的关系时，需要的特征长度是直径（圆形进气道）或宽度（平面进气道）。在本研究中，我们表明，当入口的水力半径，而不是用作特征长度，一个单一的Strouhal-Richardson缩放关系，得到各种入口的几何形状。特别是，我们使用自适应网格数值模拟来测量圆形，矩形（具有三种不同的纵横比），三角形，环形高温浮力射流在一定范围内的理查森数的膨胀Strouhal数。然后，我们结合这些结果与以前的实验数据，圆形和平面浮力射流提出了一个新的比例关系，准确地描述了各种入口形状和Richardson数跨越四个数量级的膨化Strouhal数。
2019-04-02 physics.flu-dyn
On the preferred flapping motion of round twin jets
Monash University（蒙纳士大学）
研究揭示了双喷嘴系统中喷嘴分离度和马赫数对优选摆动模式的影响，指出在特定条件下变状和蛇形摆动振荡占主导。
2022-10-14 physics.flu-dyn
Sound generated by the interaction between shock and instability waves in supersonic round jets
Peking University（北京大学）；Laoshan Laboratory（崂山实验室）
本文建立解析模型研究超音速圆形射流中激波与不稳定波相互作用产生的声波，通过求解非齐次波动方程获得声场闭式解，揭示了经典单极子假设的不足，并发现噪声主要由Mach波辐射机制产生。
2025-10-31 physics.flu-dyn
RANS Simulations of Turbulent Round Jets in the Presence of Density Difference and Comparison with High-Resolution Experimental Data
本文利用Qin等人[1]报道的新的实验数据来评估可实现的k-ε（RKE）模型和雷诺应力输运（Reynolds stress transfer，RKE）模型对浮力射流的预测能力，并了解差异的原因。特别是，我们提出的自相似区域中的湍流浮力射流的模拟结果与高分辨率的实验数据之间的比较获得的射流从一个2 mm的喷嘴注入到一个300 × 300 × 300 $mm^3$坦克，与标称雷诺数等于10000。结果表明，RKE模型预测的流向速度分布与实验值吻合较好，而RKE模型预测的扩散率较大。对于湍流统计，湍流动能在中心区域存在差异，两种模型的剪切应力预测良好。湍流动能产生项与实验数据的比较揭示了差异的原因，也表明，流向速度的梯度在垂直方向上的湍流动能产生的贡献最大。对RKE模型湍流耗散方程的模型系数的研究表明，$C_{\varepsilon2}$对模型精度至关重要。
2023-01-15 physics.flu-dyn
Wave-Particle Turbulence Simulation of Spatially Developing Round Jets: Turbulent Flow Modeling and Method Validation
本文应用波-粒湍流模拟方法模拟雷诺数5000的空间发展圆射流，仅用DNS 2%的网格即准确预测速度衰减、平均速度剖面及雷诺应力等统计量，验证了该方法在剪切湍流中的高效性与精度。
2025-07-19 physics.flu-dyn
Exact solutions for equilibrium configurations of charged conducting liquid jets
一类广泛的精确解的问题找到的平衡配置的带电射流的导电液体，这些配置对应于有限振幅的方位角变形的表面的圆形射流。确定了线电荷密度的一个临界值，此时射流表面变为自相交，射流一分为二。它超过了激发圆射流线性方位不稳定性所需的密度值。因此，存在一系列的线性电荷密度值，我们的解决方案可能是稳定的，相对于小的方位角扰动。
2004-12-10 nlin.SI physics.flu-dyn physics.gen-ph
Direct numerical simulation of high-pressure mixing in turbulent jets
在采用柴油、燃气轮机和液体火箭发动机的汽车和航空航天应用中，燃烧之前是燃料和氧化剂在高压下的喷射和混合，通常超过混合物临界值。实验观察表明，在超临界压力下喷射的射流表现出显着不同的动态比射流在亚临界条件下，由于在超临界状态下缺乏明显的液相和气相。结果表明，在两种工况下，混合流体的平均流动量，如势核长度、射流空间增长率和速度衰减曲线等不同，从而导致混合流体的分布不同。在这项研究中，湍流射流直接数值模拟（DNS）进行检查之间的变化统计注入氮气（$\mathrm{N_{2}}$）在氮气（$\mathrm{N_{2}}$）在亚临界（理想气体）和超临界条件。考虑了雷诺数（$Re_{D}$）、喷孔直径（$D$）和喷孔速度（$U_{0}$）、$5000$和马赫数（$0.6$）下的等温圆射流。对于混合分析，被动标量与流动进行检查。
2019-07-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dynamical model of a turbulent round jet through conservation of mass flux and power
我们提出了一个家庭的两相流体模型的全锥湍流圆形射流，描述其动态在一个简单而全面的方式与锥的顶角是主要的一次性参数。基本假设是：（i）射流是统计上稳定的，（ii）它可以近似为两种流体的混合物，其相处于动态平衡（所谓的局部均匀流）。为了推导出该模型，我们施加全部或部分守恒的初始质量和总功率通量，引入质量和功率损耗因子作为一次性参数。我们的模型方程承认隐式的分析和数值解的复合密度和速度的两相流体，无论是从喷嘴的距离，从计算的动压和质量夹带率的函数。此外，我们表明，我们的模型的预测比较以及与单相湍流空气射流和雾化液体射流的实验数据。
2017-09-25 physics.flu-dyn
Closure mechanism of the A1 and A2 modes in jet screech
本文探讨了含激波射流中不同轴对称模态的尖叫闭合机理。虽然许多不连续的音调频率所表现出的尖叫射流可以与方位角模式的变化，迄今为止还没有解释的存在多个轴对称模式在不同的频率。本文正是提供了这样一种解释。如在以前的工作中所示，特定的波数产生于流中的波与激波的相互作用。这为驱动上游行波提供了新的路径，可以潜在地关闭谐振回路。使用局部平行和空间周期性的线性稳定性分析和波数谱的冲击细胞结构的预测表明，A1模式的共振是关闭的Kelvin-Helmholtz模式时产生的波相互作用的冲击细胞结构的领先波数。A2模式被由于开尔文-亥姆霍兹波和次级波数峰之间的相互作用而产生的波关闭，次级波数峰由激波单元波长的空间变化而产生。的预测结果显示，密切配合实验数据，并提供了可能的理由，每个模式的绝对不稳定的增长率的基础上的优势。
2021-07-13 physics.flu-dyn
Influence of initial conditions on coherent structures in a round jet
相干结构在圆形射流等剪切流的近场中起着重要的作用。在下文中，对不同初始条件下的圆形射流的近场进行了数值研究。两种配置被认为是一个充分发展的湍流在入口处，另一个与发展不足的湍流。计算是用k-ε湍流模型进行的，但在流动中引入不同扩散水平的常数的值不同。最后，结果表明，在近场相干结构的存在强烈地依赖于在入口处的湍流水平。对于充分发展的湍流，这些结构缺失或非常弱，而对于欠发展的湍流则不是这种情况。
2018-09-07 physics.flu-dyn
Panaches horizontaux non-Boussinesq en milieu homogène
排放到大气或海洋中的污染物和废水对环境的影响促使研究人员对这一问题进行研究。在这方面已经开展了一些工作，以减少对当地环境的影响。自然界中的这些类型的喷射被建模为存在密度梯度的射流。在这项研究中，我们处理的问题，倾斜的圆形湍流浮力射流和羽状喷射在均匀或分层的流体，在休息或运动。流动行为的预测，即其变量的演变，首先从理论上从一个模型，其形式主义是有效的，在Boussinesq的情况下，以及在非Boussinesq的一般情况下。用四阶龙格-库塔法数值求解羽流控制方程。为了验证该模型，实验室实验进行了广泛的密度范围内的圆形射流的空气和氦气。对抗理论-经验在此旨在确定理论模型的有效性限度。关键词：浮力射流，羽流，非Boussinesq，激光层析成像，图像处理，微扰法。
2014-12-06 physics.flu-dyn
Turbulent Mixing Dynamics of Under-Expanded Hydrogen Jets in Propulsion Systems
本研究通过高保真大涡模拟研究欠膨胀氢射流的混合特性，验证了数值方法，并比较了不同压力比和喷嘴几何构型对空气-燃料混合的影响，为氢燃料推进系统喷射器设计提供参考。
2025-09-11 physics.flu-dyn
Schlieren and BOS velocimetry of a round turbulent helium jet in air
无籽测速在许多工业和研究应用中越来越受到关注。我们报告了一项时间分辨光学测速的比较研究，该研究使用传统的镜面型刀口纹影光学器件与背景定向纹影（BOS）对Red = 5，890和11，300的空气中亚音速圆形湍流氦气射流进行测量。以6000帧/秒的速度在大的集合中捕获具有1024像素流向分辨率（0 < x/d < 200）的数字图像。通过使用OpenPIV软件的数字图像相关（DIC）和x-t图的条纹纹影分析（记波法）对这些结果进行测速。有限的PIV数据也收集验证纹影测速结果。BOS和传统纹影显示部分成功测量平均流氦射流自相似性的1/x衰减的中心线速度，高斯形的径向速度分布，和线性扩展率的射流。可视化的湍流涡，作为示踪剂在纹影测速仪，观察到持续时间比在本氦射流为此目的所需的。此外，在某些结果中，测量的对流速度似乎足够稳健，可以与射流平均速度相加。记波法产生更好的整体效果比DIC，我们归因于记波法的时空“频谱”的射流速度，使歧视的快速涡流射流中心线附近的射流周边附近的较慢的。DIC和其他分析方法存在路径平均偏差，这会对结果产生负面影响。减少记录数据的测速手动完成，也通过傅立叶变换图像特征方向代码，两者产生等效的结果。
2022-05-01 physics.app-ph physics.flu-dyn
Interplay of vortex rings and streaks in the near field of turbulent jets
鉴于最近重新对湍流射流中的条纹感兴趣，目前的工作探讨了它们与湍流圆射流近场涡环的共存。采用高速立体粒子图像测速技术研究了喷嘴下游两个直径处的雷诺数$Re=1.5 \times 10^5$射流。各个速度分量的频谱揭示了大尺度结构的径向局部特征。对应于特征的光谱固有正交分解模式的径向形状证实了在低Strouhal数$St \rightarrow 0$下射流外缘存在高速条纹。涡环和流向涡出现在$St \approx 0.49$的剪切层中，在那里它们作为一个系统一起对流并供给条纹。涡环的存在条纹的作用，然后研究通过轴对称激励加强环。观察到条纹持续存在，保持其形状，并且仅显示其能量的轻微变化。
2021-04-27 physics.flu-dyn
Multi-Component High Aspect Ratio Turbulent Jets Issuing from Non-Planar Nozzles
从实际的流动几何形状的浮力气体分散的物理学的基本见解是必要的，以准确地预测与氢气流出事故泄漏和相关的可燃性信封流结构。以氦气为实验介质，采用粒子图像测速（PIV）和平面激光诱导荧光（PLIF）技术对圆管侧壁大长径比狭缝中的湍流浮力射流进行了实验研究。在这项研究中，考虑了两个槽的纵横比为10。浮力，不对称性，射流密度和雷诺数对所产生的流动结构的影响进行了研究，在垂直和水平方向。显着的差异被发现之间的演变，目前现实的射流从曲面和那些传统的大展弦比射流起源于平面。这些现实的管道泄漏代表射流被发现沿射流流向轴偏转。结果发现，纵横比的增加导致的偏转角，射流中心线衰减率和宽度增长的速度和标量场相比，他们的非平面圆形射流同行的减少，最显着的是在远场。
2018-11-27 physics.flu-dyn
Mass entrainment rate of an ideal momentum turbulent round jet
我们提出了一个两相流体模型的全锥湍流圆形射流，它描述了它的动态在一个简单而全面的方式，只有锥的顶角是一个一次性的参数。基本假设是：（i）射流是统计上稳定的，（ii）它可以近似为两种流体的混合物，其相处于动态平衡。为了推导出该模型，我们施加守恒的初始体积和总动量通量。我们的模型方程承认的两相流体的复合密度和速度的解析解，都作为从喷嘴的距离的函数，从其中的动压和质量夹带率计算。假设一个远场近似，我们从理论上推导出一个常数夹带率系数仅在锥角。此外，我们进行了单相湍流空气射流的实验，并表明，我们的模型的预测比较以及与此和其他实验数据的雾化液体射流。
2016-12-09 physics.flu-dyn
Investigation of high-pressure turbulent jets using direct numerical simulation
基于射流直径（$D$）和射流出口速度（$U_{e}$），对雷诺数（$Re_{D}$）为$5000$的自由圆射流进行了直接数值模拟，研究了超临界压力下射流的湍流特性。射流由$\mathrm{N_{2}}$组成，在相同温度下将其注入$\mathrm{N_{2}}$中。为了理解湍流混合，在施密特数为1时，被动标量随流动被输送。两套流入条件，模型射流从一个光滑的收缩喷嘴（层流流入）或长管喷嘴（湍流流入）被认为是。通过一次改变一个参数，模拟检查喷流的热力学条件的敏感性（其特征在于在压缩因子（$Z$）和归一化的等温压缩性），流入条件，和环境压力（$p_{\infty}$）跨越完美的真实气体条件。流入影响流量统计在近场（包含潜在的核心关闭和过渡区），以及进一步下游（包含充分发展的流量与自相似统计）在大气和超临界$p_{\infty}$。流入的敏感性较大的过渡区，在那里的层流流入射流表现出占主导地位的相干结构，产生更高的平均应变率和更高的湍流动能比在顺向流入射流。在固定的超临界$p_{\infty}$下减小$Z$增强了压力和密度波动（分别由局部平均压力和密度归一化），但对速度波动的影响也取决于局部流动动力学。当$Z$减小时，层流入流射流过渡区的大平均应变率显著增强速度波动（由局部平均速度归一化）和标量混合，而湍流入流射流的影响最小。
2021-06-05 physics.flu-dyn
The Structure of Merging Turbulent Jets Beneath a Small Quadrotor
Brown University（布朗大学）
本研究通过PIV测量小型悬停四旋翼的下洗尾流，明确了四股旋翼射流的合并位置与自相似演化规律，验证了低雷诺数下其仍符合经典圆形射流标度律，并揭示了湍流正应力的双峰截面特征。
2026-09-01 cs.RO physics.flu-dyn
On coherent structures in the compressible turbulent round jet
本文采用接近LES的半确定性建模方法模拟三种马赫数下的可压缩自由圆射流，揭示相干结构演化，并通过优选模态Strouhal数验证结果。
2018-09-13 physics.flu-dyn
Optimal eddy viscosity for resolvent-based models of coherent structures in turbulent jets
响应模式计算通过线性预解式分析的湍流平均流场已被证明定性捕捉所观察到的湍流相干结构的特性，在壁有界和自由剪切流。为了使这种预解模型具有预测性，非线性强迫项必须闭合。这样做的策略包括强加自洽的三元相互作用集，提出各种源模型，或通过湍流建模。对于后者，一些研究者已经提出使用线性作用于波动场的平均场涡动粘性。在这项研究中，数据驱动的方法是采取定量改善线性预解模型推导出最佳的涡粘性场，最大限度地提高投影的主导预解模式的能量最优相干结构推导出使用光谱适当的正交分解（SPOD）的数据高保真模拟。我们使用大涡模拟数据库在亚音速，跨音速和超音速条件下的圆形等温射流，并表明，最佳的涡流粘度大大提高了resolvent和SPOD模式之间的对齐，达到90%以上的对齐在这些频率的射流表现出低秩响应。然后，我们考虑一个固定的模型的涡流粘度和表明，与一个单一的常数的校准，结果一般接近最佳的。特别是，使用一个标准的雷诺平均Navier-Stokes（RANS）涡粘性解算模型，与一个单一的系数，提供了大量的协议SPOD和解算模式的三个湍流射流和最具活力的波数和频率。
2021-01-08 physics.flu-dyn
Statistical state dynamics of weak jets in barotropic beta-plane turbulence
正压设置中的纬向急流是通过均匀湍流状态的流动形成不稳定性（“纬向不稳定性”）从均匀湍流中产生的，这种不稳定性随着湍流强度的增加而发生。这已经证明了使用统计状态动力学（SSD）的框架与封闭在二阶。此外，它表明，对于小的超临界流动形成的不稳定性遵循金兹伯格-朗道（G-L）动力学。在这里，SSD框架是用来研究这种流动形成的不稳定性的平衡小超临界。首先，我们比较了弱非线性G-L动力学的预测完全非线性SSD动力学关闭在二阶参数范围很广。一个新的分支的射流平衡揭示，是不连续连接的G-L分支。这个新的分支在弱超临界涉及射流与更大的振幅相比的G-L分支。此外，这个新的分支继续甚至亚临界值的线性流动形成的不稳定性。从而揭示了均匀湍流中一种新的非线性流动形成不稳定性。其次，我们研究了线性流动形成不稳定性和新的非线性流动形成不稳定性如何平衡。我们确定的物理过程的射流平衡，以及在每个过程中作出贡献的涡的类型。第三，我们提出了一个修改的扩散系数的G-L动力学，是能够捕获的非对称演化弱射流的尺度比边缘尺度（边带不稳定性）的线性流动形成的不稳定性。
2018-11-01 nlin.PS physics.ao-ph physics.flu-dyn
A Symplectic Theory of Turbulence Closure: Hidden Reservoir Dynamics, Endogenous Stochastic Transport, and Kraichnan Dual Cascades
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
该研究提出辛几何闭合（SGC），基于多层随机模型几何约化构建，保留二维湍流双级串所需几何与哈密顿结构，重现Kraichnan理论算子架构，为几何约束的稳定数据驱动闭合提供基础。
2026-09-09 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Comparison of turbulence statistics in isothermal and non-isothermal large eddy simulations of supercritical carbon dioxide jets
本文通过大涡模拟比较超临界二氧化碳射流在等温、非等温及跨越伪沸腾点条件下的湍流统计特性，发现跨越伪沸腾点会显著增强不稳定性并加快射流衰减与混合，为碳捕集与封存相关技术优化提供依据。
2025-09-23 physics.flu-dyn
Vertically Sheared Horizontal Flow-Forming Instability in Stratified Turbulence: Analytical Linear Stability Analysis of Statistical State Dynamics Equilibria
在弱或非旋转的层结湍流中经常观察到垂直带状的纬向急流，赤道平流层的准两年振荡和海洋的赤道深急流就是两个例子。解释分层湍流中射流的形成是地球物理流体动力学的一个基本问题。统计状态动力学（SSD）提供了强大的方法来分析湍流系统表现出紧急组织，如带状射流。在SSD中，动力学方程被直接写入湍流统计的演变，使得能够直接分析湍流的非相干分量和作为射流形成基础的相干大尺度结构分量之间的统计相互作用。SSD的二阶闭合，称为S3 T，以前已被应用于显示，在正压β-平面湍流中出现的带状射流通过统计不稳定性，被称为纬向不稳定。二维Boussinesq湍流提供了一个简单的非旋转分层湍流模型，类似于行星湍流的β平面模型。被称为垂直剪切水平流（VSHF）的射流经常出现在Boussinesq湍流的模拟中，但其动力学尚未被清楚地理解。在这项工作中，S3 T分析的纬向不稳定性扩展到研究VSHF出现在二维Boussinesq湍流使用的解析公式S3 T服从扰动稳定性分析。VSHF的形成是通过一个不稳定性，这是类似于在分层湍流的纬向不稳定性β-平面湍流。这种不稳定性被证明是惊人的相似的zonostrophic不稳定性，这表明，射流出现在地转和非旋转分层湍流可以被理解为相同的通用现象的实例。
2018-07-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Zonal flows as statistical equilibria
带状喷流是地球物理学湍流自发地自组织成强大的大尺度相干结构的倾向的引人注目的和美丽的例子。纬向急流形成的动力学机制有多种：统计理论（动力学方法、二阶或更高阶的闭合）、确定性理论（调制不稳定性、$β$ -羽流、辐射不稳定性、纬向湍流等）。一个引人注目的注意是，所有这些不同的动力学方法，他们中的每一个可能在某些特定的制度相关，导致相同的最终喷流结构。那么，是否有可能对为什么所有这些不同的动力学状态，从完全的湍流到温和的准线性状态，始终导致相同的射流吸引子，有一个更一般的解释呢？平衡统计力学提供了这个一般问题的答案。在这里，我们提出了显着的特点，这一理论和审查应用这种方法来描述纬向急流。我们表明，平衡态的β平面或一个球通常是带状或准带状，增加能量导致分叉打破带状对称性。
2016-02-22 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Resolvent-based modeling of turbulent jet noise
本研究将预解式分析构建为声类比方法，结合LES数据库推导低秩互谱密度矩阵，用单个预解式模态重构声场高能区，并提出简单函数实现秩1模型，峰值噪声预测误差在2dB以内。
2021-09-18 physics.flu-dyn
Numerical simulation of rarefied supersonic flows using a fourth-order maximum-entropy moment method with interpolative closure
本文将带插值封闭的四阶最大熵矩方法用于稀薄超声速流动，通过5矩与14矩系统对比动理论结果，并提出14矩波速近似及GPU实现。
2024-01-26 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Coupled population balance and large eddy simulation model for polydisperse droplet evolution in a turbulent round jet
采用粒子数平衡模型和大涡模拟（LES）相结合的方法，研究了油滴在湍流射流中的演化过程，并考虑了油滴破碎的影响。在模拟湍流多相射流中的二次破碎时，一个关键的未知数是在喷嘴出口附近的一次破碎区内产生的流入尺寸分布。为了简单起见，通常使用单分散注入流入条件，但这种选择通常是不现实的。为了提供更现实的入口条件LES，我们开发了一个一维（1D）的包裹模型来预测的演变的分散相沿射流中心线由于平流，径向湍流输送和液滴破碎的综合影响，由于湍流的区域更接近的喷嘴，不能使用粗LES解决。用远离喷管的实验数据对模型进行了验证。一维模型也被用来产生一个初始的尺寸分布，用于在一个粗分辨率LES的湍流射流。使用欧拉LES方法对离散化液滴尺寸分布的每个箱的数密度场进行建模，并对每个箱求解标量输运方程。LES的结果进行了比较，发表的实验数据，具有良好的一致性，我们研究的统计数据的速度场和浓度的多分散油滴羽流为两个液滴韦伯数。我们发现，浓度的中心线衰减率为不同的液滴尺寸的修改在破碎为主的区域。与雷诺平均方法不同，LES还允许我们量化由于湍流引起的尺寸分布变化。我们量化的径向和轴向分布和变化的关键量，如索特平均直径，总表面积和液滴破碎的时间尺度，并探讨其敏感性的韦伯数。
2020-11-11 physics.flu-dyn
Computational and reduced-order modelling of elastic wave-driven impulse enhancement in pulsed jets through passively flexible nozzles
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Birmingham（伯明翰大学）
本研究通过三维双向流-结构相互作用模拟，探讨了柔性喷嘴中弹性波传播和能量交换，发现喷嘴柔度增加会减缓变形波速度，从而延长喷嘴扩张阶段，增强喷射混入和弹性能量储存，同时抑制早期剪切层卷涡形成，最终提升总水动力冲击量。
2026-08-12 physics.flu-dyn
Is spontaneous generation of coherent baroclinic flows possible?
地球物理湍流被观察到自组织成大规模的流动，如带状射流和相干涡。以往对正压β平面湍流的研究表明，当湍流强度增加时，相干流以分叉的形式从均匀湍流背景中出现，大尺度流的出现归因于湍流统计态动力学的一种新型集体对称破缺不稳定性。在这项工作中，我们扩展到分层流动的分析和调查湍流自组织在两层流体没有强加的平均南北热量梯度和湍流支持外部随机搅拌。我们使用的统计状态动力学（S3T）的二阶封闭与一个适当的平均ananastomosis，允许识别的统计湍流平衡及其结构稳定性。本文研究了当能量输入率超过临界阈值时，统计均相平衡态到由纬向喷流和/或大尺度波组成的非均相平衡态的分岔。该理论预言，当气流过渡到具有大尺度结构的统计状态时，如果激发尺度大于变形半径，则这些状态是正压的。混合正压-斜压状态与射流和/或波出现时，激励是在尺度短于变形半径与斜压分量的流量是次主导的低能量输入率和非显着的较高的能量输入率。将S3 T理论的结果与非线性模拟进行比较。该理论被发现，准确地预测了临界转变参数和涌现结构的规模，但低估了它们的振幅。
2018-06-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Predicting the Slowing of Stellar Differential Rotation by Instability-Driven Turbulence
本研究针对恒星较差自转湍流角动量输运速率难预测的问题，建立了GSF不稳定性驱动湍流的自洽饱和理论，推导了无自由参数的输运率解析公式，经数值模拟验证吻合良好，并拓展至热盐不稳定性湍流的输运研究。
2024-03-12 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Statistical state dynamics based theory for the formation and equilibration of Saturn's north polar jet
在大气湍流中，具有大部分流动动能的相干射流是常见的。在气态行星中，这些喷流由小尺度对流激发的非相干湍流维持。大尺度相干波有时会与喷流共存，一个突出的例子是土星的六边形北极喷流（NPJ）。形成和维持这种动荡状态的机制仍然难以捉摸。湍流的相干行星尺度分量产生，并通过与非相干小尺度湍流分量的相互作用来维持。通过采用统计状态动力学（SSD）模型，获得了理论上的理解射流/波/湍流共存制度的动力学。在这里，一个二阶封闭实现的两层β-平面SSD是用来开发一个理论，占的结构和动力学的NPJ。在弱喷流阻尼极限的SSD平衡的渐近分析预测与NPJ观测一致的通用喷流结构。这个渐近理论还预测了突出射流扰动的波数（6）。用该模型对射流/波/湍流区动力学进行的分析表明，射流的形成受$β$的有效值控制;获得了与观测相符的该参数的所需值。由于这是一个强大的预测，它被视为一个间接的观察，深极向倾斜的稳定层下面的NPJ。所需的斜率是从NPJ结构的观测中获得的，维持射流所需的小尺度湍流激发也是如此。观测到的喷流结构，然后预测的理论是波六扰动。这种波，这是确定与平衡射流的最不稳定的模式，被证明是主要负责与所观察到的结构和振幅的射流平衡。
2017-08-09 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Formation of large-scale structures by turbulence in rotating planets
本论文提出了一个新发展的理论，用于行星湍流中涡驱动喷流的形成和维持。新颖之处在于，射流的形成和维持被研究为流动的统计动态，而不是个体实现的动态。这是追求使用随机结构稳定性理论（S3 T），它研究了封闭的动力学的前两个累积量的全统计状态动态的流量后忽略或参数化的第三次和更高阶累积量。利用这种统计闭合，在$β$平面上研究了正压湍流中大尺度结构的形成。研究表明，在解析预测的临界参数值处，均匀湍流状态经历分叉，随着大规模带状和/或非带状流动的出现而变得不均匀。湍流雷诺应力组织，以加强无穷小的平均流量的不均匀性，从而导致这种统计状态的不稳定性的机制，研究了各种制度的参数值。它也表明，S3 T不稳定性平衡湍流状态与有限振幅射流。此外，本文还研究了调制不稳定性引起的大尺度结构形成与均匀湍流态的S3 T不稳定性之间的关系，并指出调制不稳定性的结果是S3 T不稳定性结果的一部分。最后，研究了非均匀湍流射流平衡的S_3T稳定性，并探讨了它与射流合并现象的关系。虽然所有这些现象不能预测的流动的单一实现的动态分析，它表明，S3 T的预测反映在个人实现的流动。
2019-04-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Thermographic analysis of turbulent non-isothermal water boundary layer
利用高速红外热像技术对射流掺混流中湍流水边界层进行了研究。研究了两种湍流混合过程：淹没水射流撞击平面和两股相交射流在圆盘形容器中的混合。红外摄像机（FLIR Systems SC 7700）聚焦在对红外辐射透明的窗口上;它提供了来自靠近窗口的薄水层的热通量的高速记录。利用红外热像仪以100 Hz的记录频率采集了壁面附近水边界层不同点的温度随时间的变化曲线。记录时间从3到20分钟不等。使用快速傅立叶变换算法计算冷热水混合区不同点温度波动的功率谱。得到的谱行为进行了比较，Kolmogorov的“-5/3谱”（直接能量级联）和双级联方案预测准二维湍流（逆能量级联到较大尺度和直接涡度拟能级联到较小尺度）。
2015-05-13 physics.flu-dyn
Online learning of subgrid-scale models for quasi-geostrophic turbulence in planetary interiors
Université Paris Cité, Institut du Physique du Globe de Paris, UMR 7154 CNRS（巴黎cité大学，巴黎物理地球研究所，CNRS UMR 7154）
研究行星内部二维准地转湍流，开发可微求解器，通过直接数值模拟的粗粒度数据在线训练SGS模型，该模型能准确再现多种动力学行为，优于经典方案，为长期地球物理流体过程研究提速。
2026-11-05 astro-ph.EP cs.LG physics.flu-dyn
Assessment of subgrid scale mixing models used in LES at high pressures
Clemson University（克莱姆森大学）
本文通过DNS数据评估LES-FMDF中三种亚格子混合模型在高压下的表现，发现混合频率是导致预测偏差的关键因素。
2026-09-30 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
The vortex gas scaling regime of baroclinic turbulence
大气和海洋的平均状态是通过外部强迫（风、辐射、热量和淡水通量）与紧急湍流之间的平衡来确定的，紧急湍流将能量转移到耗散结构。强迫引起大气中的喷流和海洋中的海流，它们通过斜压不稳定性自发地发展湍流涡旋。发展气候理论的一个关键步骤是适当地包括由此产生的热、水分和碳等特性的涡致湍流输送。斜压不稳定在Rossby形变半径处产生流动结构，其长度尺度在大气中为1000 km，在海洋中为100 km，分别小于行星尺度和海洋盆地的典型范围。因此，在大尺度温度梯度和随机平流的较小涡流之间存在尺度分离，从而引起有效扩散。数值解的两层准地转模式，标准模型的研究在大气和海洋中的涡旋运动，表明这种尺度分离保持在强非线性湍流制度，提供了足够的底部阻力。我们计算了与斜压湍流有关的涡驱动输运的标度律。首先，我们提供了一个理论基础的经验标度法在以前的研究中报道，不同配方的底部阻力法。其次，这些标度律提供了一个重要的第一步，准确的本地关闭，以预测斜压湍流的影响，在设置大尺度的温度分布在大气和海洋。
2020-10-21 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Entrainment, diffusion and effective compressibility in a self-similar turbulent jet
利用粒子跟踪测速技术对不可压圆形射流自由扩展过程进行了实验研究。喷流只能通过喷嘴喷入示踪剂：不均匀的喷入称为喷嘴喷入。因此，这些示踪剂标记的拉格朗日流不包含从静止的周围流体夹带到射流中的颗粒的任何贡献。喷嘴种子流的平均速度场，$\langle \boldsymbol{U_φ} \rangle$，被发现是基本上无法区分的射流，$\langle \boldsymbol{U} \rangle$的全球平均速度场，轴向速度，而径向速度的显着偏差。这导致喷嘴引射气流的有效可压缩性，即使全局背景气流完全不可压缩，也是$\boldsymbol{\nabla \cdot} \langle \boldsymbol{U_φ} \rangle \neq 0$。通过使用质量守恒和自相似性，我们定量地解释了修改后的径向速度分布，并解析地表达了与夹带流体颗粒相关的缺失贡献。通过考虑一个经典的对流扩散描述，我们明确连接湍流扩散的质量（通过湍流扩散率$K_T$）和动量（通过湍流粘度$ν_T$）夹带。这导致新的实际关系，以实验确定的非均匀空间分布的$K_T$和$ν_T$（因此，湍流普朗特数$σ_T = ν_T/K_T$）从简单的测量平均示踪剂浓度和轴向速度分布。总的来说，所提出的方法的基础上喷嘴种子流提供了新的实验和理论元素，更好地理解湍流扩散和夹带在湍流射流。
2022-01-07 physics.flu-dyn
