Streamwise oscillation of spanwise velocity at the wall of a channel for turbulent drag reduction
通过DNS研究了槽道流动的定常壁面强迫，以评估其降低湍流摩擦阻力的能力。壁面强迫由沿流向交替变化的展向速度的固定分布组成。强迫背后的想法建立在现有的展向壁面振荡技术的基础上，并利用流动的对流性质来实现与湍流的非定常相互作用。该分析利用了等效层流，通过解析求解该等效层流，以表明强迫的能量成本不受湍流的影响。在一个湍流，交替强迫被发现表现类似的振荡壁，特别是一个最佳的波长被发现，产生最大的减少湍流阻力。能量性能得到显着改善，在大强度的强迫下，最大摩擦节省了50%以上，而在较小强度下，净能量节省了23%。这种稳定的、基于壁面的强迫可以为被动地与湍流相互作用铺平道路，以通过设计成激发选定的流向波长的适当粗糙度分布来实现阻力减小。
2009-10-31 physics.flu-dyn
Combined effects of heat loss and curvature on turbulent flame-wall interaction in a premixed dimethyl ether/air flame
本研究探讨了局部热释放率和混合分数的曲率的影响，在湍流火焰的贫二甲醚/空气火焰壁的相互作用，使用一个完全解决的模拟减少骨架化学反应机制和混合物平均运输。湍流火焰-壁面相互作用影响火焰的区域被发现被限制到小于层流火焰厚度的两倍的壁面距离。在没有热损失的区域，热释放率和曲率，以及混合分数和曲率，负相关，这是根据实验结果。火焰-壁面相互作用改变了热释放率与曲率之间的相关性。从负到正的相关性的符号中的反转被观察到作为火焰开始经历热损失到壁。然而，混合分数和曲率之间的相关性，是不受火焰壁相互作用，仍然是负的。与实验结果相似，所研究的湍流侧壁淬熄火焰同时表现出迎头淬熄和侧壁淬熄行为。不同的淬火事件与不同的曲率值在近壁区。此外，对于中等热损失，热释放率和曲率之间的相关性是敏感的淬火方案。
2023-02-24 physics.flu-dyn
A Theoretical Closure for Turbulent Flows Near Walls
本文提出了一种新的湍流剪切闭合原理。将湍流场分为外区和内区。内部区域由对数律区域和壁层组成。壁层被认为是众所周知的涌入，扫描，自1967年以来观察到的突发序列。它被模拟为一个瞬态层流子边界层，它服从的斯托克斯解的冲击启动平板。壁层也可以通过向对数律添加阻尼函数来用稳态解建模。封闭是通过在壁层的边缘处匹配非稳态和稳态解来实现的。这个过程的效果反馈信息的瞬态相干结构回到时间平均的解决方案，并确定理论上的对数律的壁的数值系数。该方法给出了一种新的技术，用于编写准确的壁函数，适用于所有雷诺数，在计算机流体动力学（CFD）程序。关键词：雷诺方程，建模，封闭技术，壁层，对数律，计算流体动力学。
2010-01-14 physics.flu-dyn
Flame-vortex interaction during turbulent side-wall quenching and its implications for flamelet manifolds
在这项研究中，热化学状态的湍流火焰壁面相互作用的化学计量比甲烷-空气火焰的研究使用一个完全解决的模拟与详细的化学。湍流侧壁淬熄火焰同时表现出迎头淬熄和类侧壁淬熄两种行为，对近壁区域的CO生成有显著影响。从模拟的详细见解是用来评估最近提出的火焰（尖端）涡流相互作用的机制，确定从实验湍流侧壁淬火。它描述了在火焰的淬熄点附近，燃烧过的气体被夹带到新鲜气体混合物中。模拟中观察到的火焰行为和热化学状态与实验中观察到的现象相似。提出了一种新型的化学歧管，该歧管既考虑了由于火焰涡流相互作用区域中的废气再循环引起的火焰稀释效应，又考虑了壁面的焓损失。该流形的先验分析，使用仿真结果作为参考进行了验证。排气再循环效应在歧管中的掺入导致火焰涡流相互作用的近壁区域中的预测精度显著增加。
2022-12-07 physics.flu-dyn
Turbulent transport for wall shear stress fluctuations
本文通过量纲分析和直接数值模拟，研究泊肃叶流与库埃特流中壁面剪切应力脉动的谱特性，发现其由湍流输运主导且随雷诺数增大而增强，并伴随逆能量传递。
2025-10-15 physics.flu-dyn
Dynamics of propagating turbulent pipe flow structures. Part I: Effect of drag reduction by spanwise wall oscillation
本文给出了基于紊流管流的Karhunen-Loève展开式和壁面展向振动减阻紊流管流的比较分析结果。湍流通过雷诺数$Re_τ= 150$下的直接数值模拟产生。壁面展向振动作为速度边界条件施加，振幅为$A^+ = 20$，周期为$T^+ = 50$。当流动由恒定压力梯度驱动时，壁面振荡导致平均速度增加27%。雷诺应力和均方根速度的峰值远离壁面，湍流吸引子的Karhunen-Loève维数从2453减小到102。相干涡度结构被推离壁面进入更高速度的流中，导致它们的平流速度增加34%，如由正常速度轨迹所确定的。这种平流速度的增加使得传播波与滚转模式相互作用的时间更少。这导致更少的能量传递和传播结构的更短的寿命，并且因此导致更少的雷诺应力产生，这导致阻力减小。
2007-01-23 physics.flu-dyn
A simple eddy viscosity formulation for turbulent boundary layers near smooth walls
本研究的目的是通过使用一种简单的方法来改进近壁平均流向速度分布$U^+$的预测。$U^+$轮廓通过求解被写成常微分方程的动量方程而获得。基于近壁湍流动能$k^+$函数（R. Absi，Analytical solutions for the modeled $k$ -equation，ASME J. Appl. Mech. \textbf{75}，044501，2008）和van Driest混合长度方程（E.R. van Driest，关于壁面附近的湍流，J. Aero。Sci. \textbf{23}，1007，1956）。从$k^+$曲线获得的参数用于计算$U^+$（上标为+的变量是由壁摩擦速度$u_τ$和运动粘度$ν$无量纲化的变量）。与$109 < Re_τ < 2003$的充分发展的湍流槽道流的DNS数据的比较显示出良好的一致性（其中$Re_τ$表示由$u_τ$、$ν$和槽道半宽$δ$定义的摩擦雷诺数）。
2011-06-06 physics.flu-dyn
Turbulent kinetic energy production and Turbulent kinetic energy production and flow structures in flows past smooth and rough walls
Lee & Moser（2015）、Bernardini等人（2014）、Yamamoto和Tsuji（2018）以及Orlandi等人（2015）在大雷诺数范围内对二维湍流通道进行直接数值模拟的文献中可用数据已被用于发现剪切参数（涡流周转时间与平均变形时间尺度（1/S）之间的比率），在近壁区，雷诺数与尺度关系很好。良好的缩放是由于涡流周转时间，虽然湍流动能和各向同性耗散率显示雷诺数的依赖性附近的壁。剪切参数与流动结构以及第二不变量相关，并且该量也呈现良好的缩放。已经发现，湍流动能产生的最大值发生在第二不变量近似为零的层中，即不稳定的片状结构卷起成为棒的地方。生产在拉伸和压缩应变的贡献的分解表明，这两个贡献提出了一个很好的缩放。然而，当近壁和外部结构分离时，完美的缩放保持不变。相同的统计数据已被评估的直接模拟的湍流通道上的两个壁面上的不同类型的波纹。在波峰平面附近的层中的流动物理学与表面的形状密切相关，并且已经证明，壁面速度波动的法线对流动结构的改变、阻力的增加和湍流动能的产生负责。这些模拟在中间雷诺数表明，在外部区域的汤森相似性假设成立。
2019-01-07 physics.flu-dyn
Weakly coupled fluid-structure interaction between wall-bounded turbulent flows and defect-embedded phononic subsurfaces
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究壁湍流与嵌有缺陷的声子子表面的弱耦合相互作用，通过顺序推进流体与结构模型，揭示声子子表面如何通过频率选择性耦合过滤并重组湍流能量。
2026-04-12 physics.flu-dyn
A wall model based on neural networks for LES of turbulent flows over periodic hills
本文利用前向神经网络和壁面分辨大涡模拟数据，建立了一个适用于周期性地形上湍流的壁面模型。为了开发适用于不同流态的壁面模型，将所有流向位置处的近壁区域中的流动数据分组在一起作为训练数据集。在开发的FNN壁模型中，我们采用壁法线距离，近壁速度和压力梯度作为输入功能和壁面剪应力作为输出标签，分别。通过将预测的壁面剪应力与WRLES数据进行比较，检验了训练后的FNN壁面模型的预测精度和泛化能力。对于瞬时壁面剪应力，FNN预测显示出整体良好的协议与WRLES数据与一些差异观察到的位置附近的山顶。在大多数流向位置，FNN预测和WRLES预测之间的相关系数大于0.7。对于平均壁面剪应力，FNN预测与WRLES数据吻合得很好。更重要的是，整体良好的性能的FNN壁模型观察到不同的雷诺数，表明其良好的泛化能力。
2020-11-09 physics.flu-dyn
Power laws in wall and wake layers of a turbulent boundary layer
本文用Izakson-Millikan-Kolmogorov假设得到了湍流边界层两层理论重叠区的幂律。开函数方程的解不是唯一的。在大雷诺数下，速度和表面摩擦力的幂律与对数律是等价的。
2020-06-09 physics.flu-dyn
A numerical study of the side-wall effects on turbulent bands in channel flow at transitional Reynolds numbers
本文采用开放源代码的谱元程序Nektar++，通过直接数值模拟的方法研究了过渡雷诺数下槽道流动中湍流带的侧壁效应。本研究考虑的宽高比为50：1。我们的研究表明，湍流带可以生存与侧壁的碰撞高于体雷诺数Re约1000，但衰减低于Re约975，即临界雷诺数应近似在两个雷诺数之间。我们还讨论了在低雷诺数和潜在的影响，更大的展向通道宽度比我们的研究中考虑的带衰减的潜在机制。研究结果为过渡雷诺数下槽道湍流的实验研究提供了参考。
2022-03-12 physics.flu-dyn
A Wall Function for Turbulent Boundary Layers under Rotation via Symbolic Regression
通过符号回归方法推导出旋转湍流边界层的可解释壁面函数，揭示了旋转数对边界层收缩/膨胀及再层流化趋势的影响，为旋转系统湍流模型闭合提供新途径。
2026-06-05 physics.flu-dyn
Understanding the effect of wall elasticity in turbulent channel flows
本研究通过对比弹性壁面与粗糙壁面湍流槽道流动，揭示了流固耦合引发的壁面运动及新型展向相干性对近壁流动物理特性和阻力增加的显著影响。
2025-09-14 physics.flu-dyn
Scaling of wall-pressure--velocity correlations in high Reynolds number turbulent pipe flow
本研究通过CICLoPE长管实验，揭示了高雷诺数下壁面压力与湍流速度脉动的雷诺数无关标度律，验证了壁压平方的调制效应，证明二次随机估计法可仅用壁压有效估计壁外速度，支撑高雷诺数壁湍流实时控制。
2025-01-14 physics.flu-dyn
Self-similar invariant solution in the near-wall region of a turbulent boundary layer at asymptotically high Reynolds numbers
在足够高的雷诺数下，壁面附近的剪切流湍流具有普遍的性质。当长度和速度由湍流的适当特征尺度重新标度，从而在\emph{inner units}中测量时，流的统计特性变得与雷诺数无关。我们证明了平行边界层的完全非线性三维纳维-斯托克斯方程的附壁非混沌精确不变解的存在性，该解捕获了近壁湍流结构的特征自相似标度。行波解的分支可以继续到$Re=1,000,000$。理论和数值相结合的证据表明，解决方案是渐近自相似和精确的尺度内单位雷诺数趋于无穷大。证明存在的不变的解决方案，捕获自相似的缩放特性的湍流在近壁区域是一个步骤，扩展的动力系统方法湍流从过渡制度充分发展的边界层。
2019-12-10 physics.flu-dyn
Changes in turbulent dissipation in a channel flow with oscillating walls
为了加深对壁面摩擦减阻物理机制的理解，本文采用直接数值模拟的方法研究了平板槽道湍流壁面的谐振现象。在恒定压力梯度下进行模拟，以定义明确的内部缩放：在这种情况下，减阻表现为质量流率的增加。为了强调展向剪切层振荡的作用而进行的能量和涡度拟能平衡表明，平均流和湍流脉动的粘性耗散随质量流率的增加而增加，而后者的相对重要性则降低。然后，我们专注于湍流拟能：通过分析的时间演变从开始的壁面运动，占主导地位的，振荡相关的术语在湍流拟能显示，导致湍流耗散增强的绝对条件下，缓慢漂移到新的准平衡条件之前。发现这种机制是质量流率增加的原因。我们最后表明，时间平均体积积分的主导项线性相关的阻力减少。
2012-02-16 physics.flu-dyn
Gas near a wall: a shortened mean free path, reduced viscosity, and the manifestation of a turbulent Knudsen layer in the Navier-Stokes solution of a shear flow
对于固体平面壁面附近的气体，在分子自由飞行入射方向均匀分布的假设下，我们提出了分子平均自由程随离壁面距离变化的标度公式。随后，我们施加相同的缩放到附近的气体的粘度的壁，并计算的Navier-Stokes解的剪切流的速度平行于壁。该解显示了与氩和氮的相应直接模拟蒙特卡罗计算一致的克努森速度边界层。我们还发现，建议的平均自由程和粘度缩放设置的二阶导数的速度为无穷大的壁边界的流域，这表明，气体流动是正式湍流内的Knudsen边界层附近的壁。
2017-03-21 physics.flu-dyn
Asymptotic turbulent friction in 2D rough-walled flows
摩擦力f是壁面流动的特性，它决定了管道的抽水成本、河流的排水能力和其他实际相关的变量。对于高度紊流的粗糙壁管流，f只取决于粗糙度长度标度r，f-r关系可用斯特里克勒经验标度f $\propto$ r $^{\frac{1}{3}}$表示。在这里，我们的实验表明，肥皂膜流是二维（2D）的高度湍流粗糙壁管流，f $\propto$ r和f - r关系是不相同的，在2D中的3D。我们的发现超出了标准摩擦理论的范围，但与一个竞争理论一致，在该理论中，f通过谱指数$α$与湍流谱相联系：在3D中，$α$ = 5/3，理论得出f $\propto$ r $^{\frac{1}{3}}$ ;在2D中，$α$ = 3，理论得出f $\propto$ r。
2021-02-01 physics.flu-dyn
From coarse wall measurements to turbulent velocity fields through deep learning
这项工作评估了超分辨率生成对抗网络（SRGANs）的适用性，作为一种方法，用于从粗壁测量中重建湍流量。该方法适用于壁场的分辨率增强和估计壁平行的速度场从粗壁测量的剪切应力和压力。通过直接数值模拟产生的摩擦雷诺数$Re_τ=180$的湍流明渠流数据库进行了分析。粗壁测量已经产生了三个不同的下采样因子$f_d=[4,8,16]$从高分辨率的字段，和壁平行的速度场已被重建在四个内部缩放壁正常的距离$y^+=[15,30,50,100]$。我们首先表明，SRGAN可以用来提高粗壁测量的分辨率。如果与直接重建从唯一的粗壁测量相比，SRGAN提供更好的瞬时重建，无论是在均方误差和频谱分数误差。尽管输入壁数据的分辨率较低，使得实现高度准确的预测更具挑战性，但所提出的基于SRGAN的网络产生了非常好的重建结果。此外，它表明，即使是最具挑战性的情况下，SRGAN是能够捕捉的大尺度结构，填充流。所提出的新方法具有很大的潜力，闭环控制应用依赖于非侵入式传感。
2021-07-12 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
Reynolds-number dependence of streamwise velocity variance in wall-bounded turbulent flows
本文提出壁面湍流流向速度方差模型，假设附着涡诱导内部湍流边界层，得到对数方差剖面，并揭示峰值及长度比在渐近大雷诺数下无界、近壁归一化方差保持有限的规律。
2024-05-06 physics.flu-dyn
Reflections on a Penetration Theory of Turbulent Heat Transfer
本文讨论了一种改进的穿透理论，其中动量壁层的时间尺度是基于从壁面喷射的发生，而热层的时间尺度是基于从壁面到流向流的热的非稳态扩散，而不是来自穿透壁层的涡流的热的更新。提出了一种确定热壁层厚度的方法。该理论与热壁层厚度和努塞尔数的实验数据充分相关。关键词：传热，穿透理论，湍流，时间尺度。
2010-09-13 physics.flu-dyn
Turbulent-laminar patterns in shear flows without walls
湍流-层流不连续性，通常以条带和斑点的形式出现，是壁面剪切流中通向湍流的途径的普遍特征。在这里，我们研究的理想化的剪切无应力边界驱动的正弦体力和证明定量协议之间的湍流在这种流动和发现在内部的平面Couette流-该区域不包括边界层。利用边界层的情况下，我们构建了一个模型流，只使用四个傅立叶模式的剪切方向，但鲁棒地捕捉到的过渡中观察到的时空现象的范围，从斑点增长湍流带和均匀湍流。该模型在保持基本物理特性和与纳维-斯托克斯方程的直接联系的同时，大大降低了模拟间歇性湍流结构的成本。我们证明了这一过程的通用性，通过引入无应力的等效流平面Poietille和管流再次捕获的过渡中看到的顺层结构。
2016-02-17 physics.flu-dyn
Differentially heated turbulent channel flow two-point correlations
本研究通过变热物性DNS模拟差分加热通道流动，发现热冷壁面的温度梯度差异导致热壁传热增加、冷壁湍流产生率更高。
2024-11-12 physics.flu-dyn
A Dynamic Subgrid-Scale Model Based on Liutex Theory for Wall-Bounded Turbulent Flows
Iowa State University（爱荷华州立大学）；University of Texas at Arlington（德克萨斯大学阿灵顿分校）
本文提出基于Liutex理论的动态子格尺度模型，用于改进壁湍流的LES预测，具有自适应系数和物理长度尺度，提升计算效率与精度。
2025-12-16 physics.flu-dyn
Law of the wall in an unstably stratified turbulent channel flow
我们进行直接数值模拟的不稳定分层湍流槽道流解决浮力的影响，边界层动力学和平均场的数量。我们系统地跨越摩擦雷诺数（$Re_τ$）和瑞利数（$Ra$）的空间中的参数范围。我们的重点是偏离对数定律的墙壁，由于浮力运动。对流在相关范围内的影响进行了讨论，提供速度，温度和雷诺应力以及摩擦系数的平均剖面的测量。提出了一种唯象模型，并示出捕捉所观察到的偏差的速度分布在对数律区域从非对流的情况下。
2022-06-10 physics.flu-dyn
Wall-modeled large-eddy simulation of three-dimensional turbulent boundary layer in a bent square duct
本文通过弯曲方管内3DTBL的WMLES并对照实验，比较平衡、积分非平衡与PDE非平衡三种壁面模型，发现PDE模型显著改善壁面应力方向预测，而外区解基本不受模型影响。
2022-04-01 physics.flu-dyn
Wall-oscillation conditions for drag reduction in turbulent channel flow
采用直接数值模拟方法研究了壁面展向正弦振动对槽道湍流减阻特性的影响。本文的工作是基于阻力减小与参数$S$、最大壁面速度和振荡周期的函数之间的线性关系。这个量已经通过与振荡斯托克斯层对近壁湍流动力学的作用有关的物理参数被发现。利用尺度参数的预测潜力，以深入了解振荡壁技术的减阻效果。第一次研究了在给定的最大壁面位移下，保证最大减阻的振荡周期。还讨论了产生非零减阻效果所需的最小壁面作用力强度以及减阻对雷诺数的依赖性。在文献中提供的减阻数据进行了比较与预测给出的缩放参数，从而达到一个全面的视图的最先进的。
2008-02-01 physics.flu-dyn
Supersonic turbulent flows over sinusoidal rough walls
对等温粗糙壁面上充分发展的超声速湍流槽道流动进行了直接数值模拟。粗糙度的影响被纳入使用水平集/体积的流体浸没边界法。比较了五种槽道流的湍流统计，包括一种两壁光滑的参考情况和四种具有光滑顶壁和底壁的二维（2D）和三维（3D）正弦粗糙度的情况。结果表明，湍流的粗糙地形和相关的冲击模式的强烈依赖。具体而言，2D几何形状产生强的斜激波，其传播穿过通道并被反射回粗糙壁侧。这些强冲击是不存在的光滑壁通道，并显着较弱的情况下，与三维粗糙的几何形状，取代弱激波。在二维粗糙度情况下，在冲击位置上的顶壁上，湍流剪切产生的局部增强进行了观察。这种增强生产的区域也存在于3D的情况下，在一个弱得多的水平。斜激波被认为是负责一个更显着的熵产生的情况下，2D表面比那些与3D的，导致更高的不可逆热生成，因此在2D粗糙度的情况下更高的温度值。在目前的超声速通道中，由于激波的存在，粗糙度的影响超出了近壁层。这表明外层相似性可能不完全适用于粗糙壁超音速湍流。
2022-11-07 physics.flu-dyn
Turbulent channel flow over an anisotropic porous wall - Drag increase and reduction
渗透率张量的变化对近壁行为的湍流通道流有界的多孔壁的影响进行了探讨，使用一组直接的数值模拟。研究发现，通过调整渗透率的方向性，可以使总阻力减小或增加$20\%$以上。对于垂直方向的渗透率低于平行于壁面的渗透率的材料，可以实现减阻。这种配置限制了界面处的壁法向速度，同时促进切向滑移速度的增加，导致几乎“单组分”湍流，其中低速和高速条纹相干性强烈增强。在另一方面，强烈的阻力增加时，发现高的壁正常和低的壁平行渗透率规定。在这种情况下，由于减少壁阻塞效应的壁法线波动的增强触发了在展向方向上强烈相关的结构的发生，这是其他作者在各向同性多孔层或具有大突起高度的肋壁上的流动中观察到的现象。使用各向异性多孔壁的阻力减少是特别有吸引力的，因为相同的增益可以实现在不同的雷诺数，通过重新调整的渗透率的大小。
2018-02-01 physics.flu-dyn
Breaking the Reynolds Analogy: Decoupling Turbulent Heat and Momentum Transport via Spanwise Wall Oscillation in Wall-Bounded Flow
本研究通过展向壁面振荡在湍流通道流中打破雷诺类比，实现优先增强传热而非阻力，为换热器优化提供新途径。
2023-12-20 physics.flu-dyn
Velocity transformation for compressible wall-bounded turbulent flows with and without heat transfer
本文提出了一种将可压缩壁面湍流的平均速度分布映射到不可压缩壁面规律的变换。与现有的方法不同，所提出的转换成功地崩溃，没有具体的调整，从充分发展的通道和管道流的数值模拟数据，和边界层有或没有传热。在所有这些情况下，转换是成功的跨越整个内层的边界层（包括粘性子层，缓冲层，对数层），恢复渐近精确的近壁行为的粘性子层，并符合近平衡的湍流产生和耗散的对数区域的边界层。对于边缘马赫数为0 ~ 15、摩擦雷诺数为200 ~ 2000的可压缩壁面边界流动，验证了变换的性能。基于物理参数，我们表明，这样一个一般的转换存在可压缩壁有界湍流的壁热条件无关。
2021-08-17 physics.flu-dyn
A universal integral scaling of the mean velocity profiles in turbulent wall-bounded flows
针对壁湍流平均速度剖面在不同 Reynolds 数下的统一描述问题，本文提出以积分速度作为通用模板的标度方法，可涵盖不可压缩、逆压梯度及可压缩流动。
2024-12-03 physics.flu-dyn
Law-of-the-wall for streamwise energy spectra in high-Reynolds-number turbulent boundary layers
提出了近壁区流向能谱高频区的标度关系。这是基于\cite{perry1977}和\cite{Zamalloa2014}的量纲分析方法，以及近壁区的小尺度波动应仅取决于粘性尺度的假设，类似于平均流的普朗特壁定律。这使我们能够检查的下限为高频率制度的墙壁定律的频谱将举行。高雷诺数湍流边界层数据的观测表明，在壁面法向位置和雷诺数范围内，该高频区开始的保守估计值为$f^+$ = 0.005（对应于200个粘性时间单位）。这足以捕获能量粘性尺度的运动，例如近壁条纹，其具有大约100个粘性单位的时间尺度。这种标度关系和谱塌陷与较低雷诺数\cite{Zamalloa2014}下的内流观测结果一致。
2018-05-21 physics.flu-dyn
Uncertainty Quantification in Resolvent Analysis of Experimental Wall-Bounded Turbulent Flows
Center for Turbulence Research, Stanford University（斯坦福大学湍流研究中心）
本文量化了预解分析对实验不确定性的敏感性，通过人工扰动和粒子图像测速数据应用于局部和双全局分析，揭示了近壁分辨率不足可能导致错误结论。
2025-10-31 physics.flu-dyn
Universal Scaling Laws for Dense Particle Suspensions in Turbulent Wall-Bounded Flows
本文研究了平板槽道湍流中中性浮力球稠密悬浮液的宏观行为。我们发现，颗粒大于最小的湍流尺度导致悬浮液偏离连续极限，其动态是很好地描述了一个有效的悬浮液粘度。这种偏差是由于在壁面附近形成具有显著滑移速度的颗粒层而引起的。通过假设两个不同的运输机制，在近壁层和湍流的散装，我们定义了一个有效的壁位置，使在散装的流动仍然可以准确地描述由一个有效的悬浮液粘度。因此，我们提出了缩放律的悬浮液流的平均速度的轮廓，连同一个主方程能够预测的阻力增加的颗粒尺寸和体积分数的函数。
2016-08-31 physics.flu-dyn
Turbulent skin-friction reduction by wavy surfaces
本文对具有波形壁的充分发展槽道湍流进行了直接数值模拟。波形壁，相对于平均流动方向倾斜，被引入作为一种手段，模拟空间斯托克斯层（SSL）引起的面内壁运动。波形壁上方的横向剪切应变被示出为类似于SSL的横向剪切应变，从而影响湍流，并导致湍流蒙皮-摩擦阻力的减小。压力和摩擦阻力水平被仔细量化为各种流动配置，表现出约0.5%的综合最大总阻力减少。摩擦阻力的减少表现为近似二次波斜率，然后线性较高的斜率，而压力阻力的罚款增加二次。与SSL情况不同，在波浪背风侧上方的壁的一部分上存在增加的湍流产生区域，从而引起耗散的局部增加。横向剪切应变层被证明是近似不依赖于波的几何形状时，在壁单位缩放。
2017-05-16 physics.flu-dyn
Temperature transformation recovering the compressible law of the wall for turbulent channel flow
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出新的温度变换方法，用于可压缩湍流通道流，通过分析动量和能量平衡方程，改进了温度分布模型，提高了近壁建模的准确性。
2026-03-04 physics.flu-dyn
Interactions between the near-wall turbulent structures and heavy particles in compressible turbulent boundary layers
本文通过马赫数6载重粒子可压缩湍流边界层的直接数值模拟，揭示粒子质量载荷削弱近壁胀压运动但表面摩擦变化仍主要由无散雷诺剪切应力控制。
2024-10-18 physics.flu-dyn
Coherent structures at the origin of time irreversibility in wall turbulence
本研究提出欧拉多尺度分析方法研究壁面湍流时间不可逆性，发现其与相干结构强关联，近壁区关联内谱峰、远壁区关联外谱峰，为相关建模与控制奠定基础。
2023-05-05 physics.flu-dyn
A unified understanding of scale-resolving simulations and near-wall modeling of turbulent flows using optimal finite element projections
本工作的主要目标是开发一个统一的框架，可以用来作为一个镜头，以定量评估和扩大了广泛的粗粒度模型的湍流，即大涡模拟（LES），混合湍流平均/LES方法和壁面模型（WM）LES。以湍流槽道流为例，最优性进行了评估，在壁分辨极限，混合RANS/LES极限和WMLES极限，通过在不同的分辨率适合这些方法的投影。这些最佳的先验估计具有类似的特点，现有的后验解决方案在文献中报道。一致的精度指标的规模解决方法使用的最佳解决方案作为参考，并进行评估。我们进一步描述的滑移速度在WMLES的近壁欠分辨率方面，并开发一个通用的标度关系。先验测试的见解被用来增强现有的基于滑移的墙模型。各种后验试验表明，优于动态滑动墙模型的性能。为改进滑动壁模型的发展提供了指导，包括动态过程的目标。
2022-07-26 physics.flu-dyn
Numerical simulation of turbulent channel flow over a viscous hyper-elastic wall
本文对超弹性壁面上的槽道湍流进行了数值模拟。在流体区域中，流动由不可压缩的Navier-Stokes（NS）方程控制，而固体是满足不可压缩的Mooney-Rivlin定律的neo-Hookean材料。多相流是解决一个连续的配方，使用整体的速度场的流体和固相，这允许使用一个完全欧拉制定。模拟在雷诺体$Re=2800$和检查不同的弹性和粘性的变形壁的效果。我们表明，表面摩擦与材料的弹性模量单调增加。由于界面处垂直速度的非零波动影响流动动力学，因此即使在弹性值较低时，通道中的湍流也会受到移动壁的影响。近壁条纹和相关的准流向涡在高弹性壁附近强烈减少，而流在展向方向上变得更加相关，类似于粗糙和多孔壁上的流发生的情况。因此，当以对数标度显示时，壁单元中的平均速度分布向下移动，并且与刚性壁上方的流动相比，惯性范围的斜率增加。我们提出的惯性范围，它的斜率和壁正常的速度波动在墙上的向下移动之间的相关性，扩展粗糙的墙壁上的流动的结果。我们最后表明，界面变形是由流体波动时的弹性层的粘度低，而当这是高的变形是有限的固体性质。
2017-09-30 physics.flu-dyn
Laminar and Turbulent Flow in Wavy Pipes under Strong Wall Modulations
Spanish National Research Council（西班牙国家研究委员会）
研究蜿管中层流、过渡流和湍流流动，通过直接数值模拟分析强正弦壁波动对摩擦因子和平均速度统计的影响，揭示了壁振幅对层流摩擦和临界雷诺数的显著影响，指出传统模型不足，需引入有效水力半径概念。
2026-07-08 physics.flu-dyn
Assessment and Application of Wavelet-based Optical Flow Velocimetry (wOFV) to Wall-Bounded Turbulent Flows
本研究评估基于小波的光流测速算法wOFV在壁面约束湍流中的性能，通过合成与实验数据验证其在近壁区速度场解析、壁面切应力估计等方面优于PIV及PIV+PTV，可提升边界附近湍流运动的解析效果。
2023-02-28 physics.flu-dyn
On turbulent friction in straight ducts with complex cross section: the wall law and the hydraulic diameter
我们开发的预测公式的摩擦阻力的管道具有复杂的横截面形状的基础上使用的对数定律和忽略壁面剪应力的不均匀性。传统的水力直径自然出现在分析中，作为三角形和正多边形等公共管道形状的控制长度尺度。分析还表明，在更一般的情况下，应使用新的有效直径，对基于传统水力直径的摩擦估计值进行百分之几的修正。对于具有实际相关性的管道几何形状（包括矩形和环形管道以及圆形棒束），显示了公平但一致的预测改进。
2018-04-06 physics.flu-dyn
Exact mathematical formulas for wall-heat flux in compressible turbulent channel flows
本文从内能方程或总能方程出发，导出了可压缩槽道湍流壁面平均热流密度（$q_w$）的几个精确表达式。可以应用两种不同的路线，包括FIK方法和RD方法。不同雷诺数和马赫数下的可压缩槽道流动的直接数值模拟数据验证了推导公式的正确性。对不同的能量方程和不同的路线进行了讨论，得出的结论是：目前所导出的公式大多数只是数学公式，缺乏明确的物理解释。它们可用于估计$q_w$，但可能不适合探索底层物理。
2021-08-07 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
Skin friction and heat transfer in hypersonic transitional and turbulent boundary layers
本文基于二重积分分析了高超声速转捩和湍流边界层中表面摩擦与传热的产生机制，揭示了转捩区过冲行为的原因及壁温、马赫数对湍流区各物理量贡献的影响。
2021-11-10 physics.flu-dyn
A scaling improved inner-outer decomposition of near-wall turbulent motions
通过改进Baars等人[Phys. Rev. Fluids 1，054406（2016）]的预测内外模型，将湍流槽道流中的近壁湍流速度分解为$y^+<100$处的小尺度和大尺度分量，其中$y^+$是粘性归一化壁法向高度。小尺度模型通过将对数层中心的外参考高度（模型中的一个参数）降为$y^+=100$来获得，可以充分去除外界的影响。另一方面，大尺度的一个代表近壁足迹的外部能量包含运动。我们提出了大量的证据表明，在摩擦雷诺数为1000和5200之间的小尺度运动是与粘性标度的雷诺数不变。在较低的雷诺数（180 ~ 600）下，小尺度不能被粘性单元标度，涡结构随着雷诺数的增加而逐渐增强，这可能是导致反常标度行为的一种机制.最后，它被发现，一个小规模的外部大规模足迹的一部分，可以很好地缩放的粘性单元。
2021-04-15 physics.flu-dyn
Turbulent drag reduction over curved walls
本文研究了弯曲壁面上湍流的表面摩擦减阻效应，以期了解摩擦减阻与总气动阻力变化之间的关系。直接数值模拟（DNS）进行了不可压缩的湍流在一个通道，其中一个壁有一个小的凸起，两个凸起的几何形状被认为是，产生轻度分离和附着流。摩擦阻力的减小是通过施加展向速度的流向行波（StTW）来实现的。由StTW产生的局部摩擦减少被发现沿着弯曲壁变化，导致全局摩擦减少，对于所研究的情况，比在平面壁情况下获得的摩擦减少大10%。此外，修改后的表面摩擦引起不可忽略的压力阻力的变化，这是有利的StTW的影响，并在全球范围内减少高达10%。净功率节省，占创建StTW所需的功率，是积极的，并且对于所研究的情况下，是一个比平面的情况下的净节省一半。该研究表明，减少复杂形状物体表面的摩擦会产生进一步的影响，对其进行简单的评估可能会导致低估总的减阻效果。
2020-04-25 physics.flu-dyn
Generating the Log Law of the Wall with Superposition of Standing Waves
湍流仍然是一个未解决的多学科科学问题。作为湍流中最著名的例子之一，对数平均速度剖面（MVP）的知识，即所谓的壁对数定律，在湍流遇到固体壁的任何地方都起着重要的作用，例如任何类型的通道中的流体，所有类型的运输的表面摩擦，行星地面上的大气风，以及海床上的洋流。然而，在湍流切变的多尺度性质下，这种对数律MVP是如何形成的机制仍然是湍流谜题的最大兴趣之一。为了解开湍流剪应力的多尺度耦合，我们探索了一个已知的物理学基本工具。在这里，我们提出了如何重现对数律MVP与偶谐波模式的固定端驻波。我们发现，当这些相同大小的谐波被认为是多尺度湍流剪应力，它们的叠加波包络模拟的平均剪应力分布的壁有界流。这意味着对数律MVP与Kolmogorov能量级联相关的惯性子区中的湍流尺度无关，揭示了所有尺度的耗散性质。减少谐波模式的MVP也显示出有前途的连接到湍流的流动过渡的理解。这一发现表明，简谐波作为良好的代理人，以帮助解开复杂的湍流动力学在有壁流动。
2017-08-19 physics.flu-dyn
On the relevance of lift force modelling in turbulent wall flows with small inertial particles
本研究通过直接数值模拟探讨湍流壁面流动中小惯性颗粒的升力建模问题，发现对于内尺度直径量级为1及更大的颗粒，升力在近壁区域显著影响颗粒动力学和动量输运，强调了采用真实升力模型对准确预测湍流调制的必要性。
2024-07-26 physics.flu-dyn
Consistency between the attached-eddy model and the inner-outer interaction model: a study of streamwise wall-shear stress fluctuations in a turbulent channel flow
内外相互作用模型（Marusic，Mathis & Hutchins，Science，vol.329，2010，193-196）和附着涡模型（Townsend，Cambridge University Press，1976）分别是描述多尺度湍流相互作用和高雷诺数壁边界湍流对数区域中含能运动组织的两个基本模型。本文将附加描述与附壁涡模型耦合，描述了附壁涡引起的流向壁面剪切脉动的产生过程。然后，借助于内外相互作用模型，分离了槽道湍流中由附着涡产生的流向壁面切应力脉动。通过对这两个模型的统计数据进行直接比较，可以看出它们是一致的，并且可以相互补充。同时，通过验证强自相似性和扩展自相似性的有效性，进一步证明了附加涡的叠加严格遵循一个可加性过程。此外，我们提出了一个高斯模型来表征瞬时分布的流向壁面切应力，从附着涡叠加。这些研究结果对发展先进的壁面降阶模型具有重要意义。
2022-05-16 physics.flu-dyn
