On the mechanism of elasto-inertial turbulence
弹性惯性湍流是在含有聚合物添加剂的流体中发现的一种新的湍流状态。从聚合物动力学和流动结构耦合的角度研究了由这些添加剂产生和控制的湍流动力学。直接数值模拟的通道流的雷诺数范围从1000到6000（基于体积和通道高度）被用来研究弹性不稳定性的形成和动力学及其对流动的影响。由此产生的聚合物动力学和流动之间的相互作用的机制有助于解决一个长期存在的争议，在聚合物减阻的理解，并解释了早期湍流的现象，或在较低的雷诺数比牛顿流，以前观察到的聚合物流的湍流发作。聚合物还指出了一个有趣的类比，即二维湍流中的前向和后向能量级联。
2013-01-17 physics.flu-dyn
Observing a Dynamical Skeleton of Turbulence in Taylor-Couette Flow Experiments
最近的工作表明，控制流体流动的方程的不稳定的经常性解决方案可以发挥重要的作用，在结构的动力学湍流。在这里，我们提出了一种方法，用于检测时间间隔的湍流“阴影”（空间和时间模仿）经常性的解决方案。我们发现，阴影经常发生，反复在数值和实验观测的反旋转泰勒-库埃特流，尽管在这个系统中的已知的经常性解决方案的数量相对较少。我们的研究结果为各种壁边界剪切流中湍流的实验性动力学描述奠定了基础，使其能够应用于预测和控制。
2022-08-24 physics.flu-dyn
Kolmogorovian turbulence in transitional pipe flows
打开过厨房水龙头的人都知道，管流在低流速时是层流，在高流速时是湍流。在中等速度下，存在一个过渡，其中层流的堵塞沿着管道与一种波动的、非层流的“闪光”交替，这种“闪光”仍然知之甚少。我们的实验表明，闪流的流体摩擦是湍流的诊断。我们还表明，闪流的统计与Kolmogorov的湍流唯象理论是一致的（因此，例如，闪流和湍流的能谱都满足小尺度普适性）。我们的结论是，过渡管流是两相流，其中一个相是层流，另一个，由闪光携带，在柯尔莫哥洛夫意义上的湍流。
2017-01-15 physics.flu-dyn
Fake it till you make it: using artificial turbulence to achieve swift converged turbulence statistics in a pressure-driven channel flow
本研究提出一种利用合成三维湍流触发槽道流湍流的新方法，能在无前驱湍流初始条件时显著缩短模拟旋转启动时间，以不到1 CPU小时成本在3个涡旋翻转时间内达到统计平稳，大幅节省计算开销。
2024-11-18 physics.flu-dyn
Boundary-layer turbulence in experiments of quasi-Keplerian flows
自然界和工程中的大多数流动都是湍流，因为它们的速度和空间尺度都很大。旋转准开普勒流的实验室实验，其中的角速度径向减小，但角动量增加，但是在雷诺数超过一百万层流。这显然与直接数值模拟相矛盾，直接数值模拟表明，在这些实验中，湍流转捩是由轴向边界触发的。我们在这里数值表明，随着雷诺数的增加，湍流变得逐渐局限于边界层和在散装完全再层化的流动。我们的研究结果支持，湍流是不可能发生在等温等密度准开普勒流。
2017-02-23 physics.flu-dyn
The effect of turbulence on the particle impaction on a cylinder in a cross flow
采用直接数值模拟方法研究了横流中颗粒对圆柱体的碰撞，重点研究了湍流度对碰撞效率的影响。考虑的湍流是各向同性的均匀湍流，具有不同的积分尺度。据发现，在边界停止模式的斯托克斯数的颗粒有高达10倍以上的前侧冲击湍流与一个大的积分尺度比相应的层流。随着积分尺度的减小，湍流度对颗粒碰撞效率的影响逐渐减小。背侧冲击效率也被发现的湍流的影响，但背侧的最强的效果，最大的冲击效率，被发现为小的积分尺度。
2011-09-06 physics.flu-dyn
Streamwise-localized solutions at the onset of turbulence in pipe flow
虽然控制流体流动的方程是众所周知的，但没有描述湍流运动复杂性的解析表达式。最近的一个命题是，在类比低维混沌系统，湍流是围绕着不稳定的解决方案的控制方程，提供了积木的无序动力学。我们报告的发现周期性的解决方案，就像间歇性湍流空间本地化，并表明湍流产生于这样的解决方案分支。
2013-06-09 physics.flu-dyn
Universal continuous transition to turbulence in a planar shear flow
我们研究了在Waleffe流湍流的发病-由正弦体力驱动的无应力边界之间的平面剪切流。通过截断壁法线表示为四个模式，我们能够模拟系统的大小比任何以前模拟的大一个数量级，从而攻击平面剪切流的普遍性的问题。我们证明了平衡湍流分数从零开始连续增加超过临界雷诺数和湍流结构的统计表现出幂律缩放的（2+1）-D定向渗流普适类。
2017-08-15 physics.flu-dyn
Nonlinear hydrodynamic instability and turbulence in pulsatile flow
通过管状几何形状的脉动流是层流，只要速度适中。这尤其被认为也适用于心血管流，其中惯性力通常太低而不能维持湍流。另一方面，流动不稳定性和波动的剪切应力是各种心血管疾病的原因。在这里，我们报告了一个非线性的不稳定性机制脉动管流，引起湍流在低流速的突发。几何畸变的小，但有限的振幅被发现激发的螺旋涡在流动减速过程中的状态。由此产生的流型在量级上迅速增长，分解成湍流，并且当流动加速时最终返回层流。这种情况导致每个脉动周期中的剪切应力波动和流动逆转。这种不稳定的条件会对血管产生不利影响，并且已经显示会促进剪切应力敏感性内皮细胞层的炎症和功能障碍。
2020-05-25 physics.flu-dyn
Turbulent transport and dynamo in sheared MHD turbulence with a non-uniform magnetic field
本文研究了大尺度速度和非均匀磁场共同作用下的三维磁流体动力学湍流。通过假设湍流由螺旋和非螺旋谱的外力驱动，我们研究了这两个剪切对湍流强度和湍流输运的综合影响，湍流扩散系数（湍流粘度，$α$和$β$效应）与雷诺数相似。结果表明，在弱和强磁场的限制下，湍流粘性和扩散系数分别对强剪切和强磁场发生猝灭。对于弱的流动剪切，我们进一步表明，磁剪切增加的湍流强度，同时降低湍流输送。在存在强流动剪切的情况下，发现磁剪切的效果通过增强湍流和运输来对抗流动剪切的效果（其由于剪切稳定而减少湍流），从而通过流动剪切稳定来减弱强猝灭。在强磁场的情况下（与流动剪切相比），磁剪切增加湍流强度并淬灭湍流传输。
2009-07-07 physics.flu-dyn
Subcritical transition to turbulence of a precessing flow in a cylindrical vessel
本文对旋进圆柱容器内的湍流转捩进行了实验研究。我们的测量进行了{近共振}配置与初始层流占主导地位的惯性模式与方位波数$m=1$叠加在固体旋转。通过增加的进动比，我们观察到从层流过渡到一个非线性的政权，然后打破湍流更大的进动比。我们的测量结果表明，过渡到湍流是亚临界的，与壁面压力的不连续性和功耗在阈值$ε_{LT}$。湍流是自我维持低于这个阈值，描述了一个具有滞后的分岔图。在该控制参数范围内，湍流可在有限持续时间后突然崩溃，导致流动的确定性再层化。当$ε$趋于$ε_{LT}$时，湍流的平均寿命$\langle τ\rangle$迅速增加。
2015-09-21 physics.flu-dyn
Self-sustaining turbulence in a restricted nonlinear model of plane Couette flow
本文证明了平面Couette流的限制非线性（RNL）模型中自持湍流的维持。RNL系统直接从纳维-斯托克斯方程导出，并且允许使用随机结构稳定性理论（S3 T）获得的动力系统的计算上易于处理的研究，该理论是流的统计状态动力学的二阶近似。RNL模型共享S3 T模型的动力学限制，但可以通过将DNS代码简化为控制RNL系统的方程来容易地实现。DNS和RNL模拟产生的湍流的比较表明，RNL系统支持自持湍流的平均流量以及结构和动力学特征，是一致的DNS。这些结果表明，简化的RNL/S3 T系统捕捉壁边界剪切流中充分发展的湍流的基本方面，并激励使用的RNL/S3 T系统的壁湍流的进一步研究。
2014-02-20 physics.flu-dyn
Active and hibernating turbulence in minimal channel flow of Newtonian and polymeric fluids
在最小流动几何形状下模拟了减阻聚合物溶液的湍流通道流动。即使在牛顿极限，我们发现的“冬眠”湍流的时间间隔，显示许多功能的通用最大减阻（MDR）渐近线观察到的聚合物溶液：弱流向涡，几乎不存在的流向变化和平均速度梯度，定量匹配实验。随着粘弹性的增加，这些间隔的频率也增加，而间隔本身不变，导致流动越来越像MDR。
2010-04-28 physics.flu-dyn
Chaos and turbulence in bubbly flows
直接数值模拟和实验室实验的结果已被用来表明，浮力驱动的泡状流在高气体体积分数混合的确定性混沌与典型的指数谱的液体动能，而在中小气体体积分数下，则是分布混沌（湍流或伪湍流）由螺旋度分布的三阶和二阶矩控制，具有动能的拉伸指数谱。从这个观点出发，结合压水堆的应用，讨论了气泡与各向同性（在主动网格后面）和近壁湍流的相互作用。
2022-04-28 physics.flu-dyn
Wall turbulence with constrained energy extraction from mean flow
我们研究了从平均流到脉动速度的能量注入机制，这是维持壁湍流所必需的。这一过程被认为是正确的表示由线性化的纳维-斯托克斯方程，和三个潜在的线性机制已被认为是，即，模态不稳定性的流向平均横流$U(y,z,t)$，非模态瞬态增长，和非模态瞬态增长支持的参数不稳定性。我们设计了三个数值实验的平面湍流槽道流动与额外的强迫条款，旨在抵消一个或多个线性机制的能量提取。从我们的初步实验，只有情况下，平均横流能够支持模态不稳定性被发现维持湍流。然而，这种新的湍流是否符合与实际（非强迫）湍流中发生的相同的物理机制的问题仍然没有答案。另一方面，完全由瞬时生长支持的情况下，直到层状化才衰减。
2019-02-13 physics.flu-dyn
Multiplicity of routes from deterministic chaos to turbulence in the flows induced by Rayleigh-Taylor instability
本文用分布混沌的概念研究了由Rayleigh-Taylor不稳定性引起的流动中局部反射对称性自发破缺所引起的从确定性混沌到湍流的多重路径。数值模拟的结果，以及实验室和海洋测量已被用于这一目的。本文简要讨论了小尺度混沌MHD发电机和混沌Richtmyer-Meshkov混合层。
2023-02-22 physics.flu-dyn
Subcritical transition to turbulence in quasi-two-dimensional shear flows
本文通过稳定性分析和直接数值模拟，揭示了由非线性 Tollmien--Schlichting 波驱动的准二维剪切流动中亚临界向湍流转变的新机制，为控制旋转装置和核聚变反应堆中的湍流转变提供了新思路。
2023-05-22 physics.flu-dyn
Modelling the transition from shear-driven turbulence to convective turbulence in a vertical heated pipe
本研究针对加热管道流中浮力引发的流动间歇性问题，构建时变背景轴向温度梯度模型，通过DNS探究不同管长与边界条件下的流动转变规律，证实局部剪切湍流衰减的无记忆特性及对流湍流的触发机制。
2025-01-14 physics.flu-dyn
Turbulence Intensity Scaling: A Fugue
我们研究流向湍流强度的定义使用光滑和粗糙壁管流测量在普林斯顿Superpipe。湍流强度与体积（和摩擦）雷诺数的比例为定义提供。湍流强度与光滑和粗糙壁管流的摩擦系数成比例。湍流强度定义提供最好的描述的测量被确定。概述了一种基于体雷诺数（和粗糙壁管流的砂粒粗糙度）计算湍流强度的方法。
2019-09-10 physics.flu-dyn
Statistical state dynamics-based analysis of the physical mechanisms sustaining and regulating turbulence in Couette flow
基于Couette流的二阶统计状态动力学（SSD）模型，研究了壁湍流的自持过程。这种形式的SSD模型被称为S3T模型和具有与DNS相似的平均流和二阶扰动结构的自持湍流。使用SSD模型来研究湍流的物理机制比传统的研究湍流的单个实现的动力学的方法具有优势。一个优点是，SSD的分析结构隔离，并直接表示相干平均流和湍流的非相干扰动分量之间的相互作用。这些组件之间的相互作用的隔离揭示了这种相互作用的基础是如何维护的湍流方差的能量从外部驱动的流的扰动组件，以及所观察到的统计平均湍流状态的平均值和扰动场之间的反馈调节执法。使用SSD模型研究湍流的另一个优点是可以完全表征S3T湍流的分析结构。例如，S3T系统中的湍流由参数增长机制维持。此外，湍流的平衡统计状态可以被证明是强制执行的反馈调节，其中的非相干扰动的瞬态增长episodically抑制相干条纹的增长，防止失控的非相干湍流分量的参数增长。使用S3T隔离这些参数的增长和反馈调节机制，可以详细描述的动力学的自持过程中S3T湍流与令人信服的影响，了解壁湍流的机制。
2017-08-11 physics.flu-dyn
Couette flow turbulence reduction by the flow spanwise reflection symmetry breaking: On the universality of the control strategy
本文通过直接数值模拟验证近壁弱体积强迫打破展向反射对称的 Couette 流湍流控制策略，证明其在多个 Reynolds 数和强迫位置下可普适降低湍动能产生 30–40%。
2024-02-29 physics.flu-dyn
Turbulence via intermolecular potential: A weakly compressible model of gas flow at low Mach number
在我们最近的工作中，我们提出了一个通过分子间势的平均场效应的惯性气流湍流理论。我们发现，在惯性流中，湍流确实是从层流初始条件自发发展起来的，正如在自然界和实验中所观察到的那样。然而，我们也发现，在我们的惯性流模型的密度和温度的行为不切实际。当前工作的目标是证明在低马赫数下模拟可压缩湍流的技术可能性，在低马赫数下，密度和温度都以更真实的方式表现。在这里，我们专注于一个新的治疗的压力变量，这构成了可压缩，不可压缩和惯性流之间的妥协。与不可压缩流类似，所提出的压力变量方程是人工的，而不是直接从动力学公式推导出来的。然而，与不可压缩流不同的是，我们的压力方程只阻尼速度的发散，而不是直接将其设置为零。我们发现，湍流的发展在我们的弱可压缩模型很像它在惯性流模型，但密度和温度的行为更现实。
2022-09-26 physics.flu-dyn
Turbulence modulation in buoyancy-driven bubbly flows
本研究通过直接数值模拟，发现浮力驱动气泡流中湍流强度增加使气泡轨迹更弯曲且上升速度减小，并揭示了不同尺度下的能量谱标度行为，与实验相符。
2021-11-21 physics.flu-dyn
Transition to turbulence in particle laden flows
悬浮颗粒可以改变流体的性质，特别是还影响从层流到湍流的转变。在目前的实验研究中，我们调查的影响中性浮力，球形惯性颗粒过渡到湍流管流。在低颗粒浓度下，如在单相牛顿流体中，湍流仅在由足够大的扰动触发时发生，并且作为该过渡的特征，局部湍流区域（喷流）与层流共存。与早期的研究一致，随着颗粒浓度的增加，这个转变点最初移动到较低的雷诺数（Re）。然而，在更高浓度下，过渡的性质发生了质的变化：层流在连续的非滞后过渡之后让位于全局波动状态。Re的进一步增加导致二次不稳定性，其中在均匀波动的背景流的顶部出现局部的泡芙状结构。在甚至更高的浓度下，仅发现均匀波动的流动，并且不再观察到牛顿型湍流的特征。
2018-09-17 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
The spatio-temporal spectrum of turbulent flows
在湍流研究中，识别和提取无组织流动中的涡结构和波是一个主要的挑战。本文研究了不同回复力作用下湍流的时空行为。我们展示了如何计算和分析的时空谱数据来自数值模拟和实验室实验。四种情况下被认为是：均匀和各向同性湍流，旋转湍流，分层湍流，水波湍流。对于均匀和各向同性湍流，频谱允许识别大尺度流的扫掠。对于旋转和分层湍流，频谱允许识别波，精确量化波和湍流涡流中的能量，并识别关键层中的多普勒频移和波吸收等物理机制。最后，在水波湍流的频谱显示从重力毛细波的束缚波的强迫的振幅增加的过渡。
2015-11-06 physics.flu-dyn
Extended localized structures and the onset of turbulence in channel flow
本文用数值计算的方法表明，在平面Poiffille流中，在定向渗流普适类所定义的平衡湍流阈值之前，局部湍流带形式的稀疏湍流状态，在流动区域足够大时，或者通过在有限域中由能带相互作用引起的能带扩展与能带断裂和衰减之间的动态平衡。带的宽度和倾斜角在其斜向扩展过程中保持统计不变，这是一个对随机干扰不敏感的过程。
2017-09-21 physics.flu-dyn
Understanding the sub-critical transition to turbulence in wall flows
与自由剪切流的速度分布曲线的拐点级联湍流在一个相对温和的方式，壁有界流被剥夺了（惯性）不稳定模式在低雷诺数，并成为湍流在一个更狂野的方式，最常见的标志是在中间雷诺数的层流和湍流域的共存，远低于范围（粘性）不稳定性可以显示。甚至可以根本没有不稳定模式，如平面库埃特流（pCf）或Poiffille管流（Ppf），目前是深入研究的主题。虽然壁面流中向湍流转捩的机理现在已得到较好的理解，但转捩本身的统计特性还没有得到令人满意的评价。对情况进行了审查。提出了一种替代的时间理论的过渡到湍流的混沌瞬变在这样的全球亚临界流，这调用时空不稳定性和一阶（热力学）相变的理论。
2008-11-18 physics.flu-dyn
Turbulence Momentum Transport and Prediction of the Reynolds Stress in Canonical Flows
基于控制体以局部平均速度运动的动量平衡，提出了一种求解湍流正则流中雷诺应力的独特方法。微分变换将这个动量平衡转换为可解形式。在简单的几何形状与实验和计算数据的比较显示出相当好的协议。湍流动量传输的另一种图片提供，与数据验证，其中的湍流动量的传输由平均速度，而被耗散的粘度。净动量传输是雷诺应力。使用DNS和实验数据验证了这种湍流动量平衡。这项工作的意义是，雷诺应力可以明确地写在一个简单的形式，来自纯流体物理学的基本湍流参数方面，并有可能存在应用这个概念，以更复杂的湍流。
2017-08-15 physics.flu-dyn
Scale invariance at the onset of turbulence in Couette flow
层流-湍流不稳定性是管道、槽道、边界层和库埃特流等多种流体流动的过渡区的固有特性。在后一种情况下，湍流点可以生长并形成连续的条纹，但在条纹法线方向上，它们仍然被层流散布。我们进行了直接的数值模拟，在一个狭长的域，并观察到个别的湍流条纹是瞬态的。与最近在管流中的观察结果一致，我们发现，一旦空间扩散超过固有的衰减过程，湍流就会在一个明显的临界点持续下去。通过求解接近临界的渐近尺寸分布，我们可以首次证明湍流开始时的尺度不变性。
2013-04-19 physics.flu-dyn
Experimental scaling law for the sub-critical transition to turbulence in plane Poiseuille flow
本文对平面Poillille流向湍流的转变进行了实验研究。使用一个良好的控制扰动，我们分析了使用广泛的粒子图像测速和流动可视化（使用激光诱导荧光）测量的流量，并使用变形的平均速度配置文件作为一个标准，以表征流动的状态。从一个大的参数研究，四个不同的状态被定义取决于雷诺数的值和扰动的幅度。我们讨论了相干结构的作用，如发夹涡，在过渡。我们发现触发跃迁的微扰的最小振幅为Re^-1。
2011-11-30 physics.flu-dyn
A stability condition for turbulence model: From EMMS model to EMMS-based turbulence model
湍流的封闭问题一直是湍流模拟中的一个具有挑战性的问题。在这项工作中，稳定性条件被用来关闭湍流。具体地说，我们把单相流看作湍流和非湍流流体的混合物，分离湍流的结构。然后，根据湍流叶栅的图像，将湍流中所含的能量分解为不同的部分，并进行了量化。与气固系统的能量最小化多尺度模型（EMMS）原理相似，本文提出了一个湍流稳定性条件，用以封闭湍流的动力学约束方程，从而优化湍流的非均匀结构参数。我们称之为“EMMS湍流模型”，并使用它来构建相应的湍流粘性系数。为了验证EMMS湍流模型的有效性，本文采用EMMS模型模拟了两个经典的基准问题：盖驱动空腔流动和空房间内的强制对流湍流。数值结果表明，基于EMMS的湍流模型考虑了粘性和惯性竞争的折衷原则，提高了湍流模拟的精度。
2013-11-06 physics.flu-dyn
Flows Over Periodic Hills of Parameterized Geometries: A Dataset for Data-Driven Turbulence Modeling From Direct Simulations
基于湍流封闭的雷诺平均纳维-斯托克斯方程的计算流体动力学模型在工程设计和分析中仍然起着重要的作用。然而，湍流模型的发展已经停滞了几十年。随着机器学习的最新进展，数据驱动的湍流模型已经成为值得进一步探索的有吸引力的替代方案。然而，数据驱动湍流模型开发的一个主要障碍是缺乏训练数据。在这项工作中，我们调查目前可用的公共湍流数据库，并得出结论，他们是不足以开发和验证数据驱动的模型。相反，我们需要更多来自系统和连续变化的流动条件的基准数据（例如，雷诺数和几何形状），并为此目的在参数空间中具有最大覆盖范围。为此，我们进行直接的数值模拟的流量周期性的山丘与不同的斜率，导致在一个家庭的流量周期性的山丘，范围从初期到温和和大规模的分离。我们通过训练一个机器学习模型来进一步演示使用这样的数据集，该模型基于一组平均流特征来预测雷诺应力各向异性。我们希望生成的数据集，以及它的设计方法和示例应用程序，将促进未来的数据驱动的湍流模型的开发和比较。
2019-10-03 physics.flu-dyn
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
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
The effect of varying degrees of stenosis on transition to turbulence in oscillatory flows
生理学上的许多并发症与由于狭窄引起的动脉中的流动的偏离相关联。狭窄的存在可使流动转变为弱湍流。狭窄的程度以及其配置是否对称或不对称的载瘤动脉的影响是否将保持层流或过渡到湍流。大量的研究工作集中在调查的作用，不同程度的狭窄的湍流的发病条件下，稳定和脉动流。然而，没有一项研究关注于在振荡流条件下对此进行调查，因为在许多生理流中，流逆转是主要发生的情况，并且在脑脊液（CSF）流研究中具有特别的相关性。在以前的工作中，75%的狭窄进行了研究，这方面的贡献是一个详细的调查的作用，狭窄程度的过渡在振荡流。本文研究了轴对称和偏心圆柱形截面收缩率分别为25%、50%和60%的圆柱管在三种不同脉动频率下的纯振荡流转捩。循环平均雷诺数在1800和2100之间的步骤100进行了研究，每个配置导致72个模拟76800 CPU核心的现代超级计算机上进行。结果发现，更高程度的狭窄和偏心率的振荡流导致早期过渡到湍流。结果进一步表明，较高的振荡频率导致流动中较大的流体动力学不稳定性，这在较小程度的狭窄中更为突出。
2022-03-28 physics.flu-dyn
Conditional vorticity budget of coherent and incoherent flow contributions in fully developed homogeneous isotropic turbulence
本文研究了充分发展的三维均匀各向同性湍流在相干和非相干流作用下的条件涡量收支。基于正交小波的相干涡量提取可以将涡量场分解为相干和非相干贡献，其中非相干贡献是类噪声的。充分发展的湍流中观察到的涡结构的统计平衡方程的影响进行量化考虑的条件涡预算。从而评估了流动中存在的基本结构与其统计含义之间的联系。的结果进行比较，获得的大规模和小规模的贡献，使用傅立叶分解，这揭示了显着的差异。
2012-03-20 physics.flu-dyn
Transition to turbulence in pulsating pipe flow
在自然界和实际应用中，流体流动经常受到周期性的速度调制。令人惊讶的是，即使对于流经直管的一般情况，关于脉动对湍流过渡阈值的影响也几乎没有共识：虽然大多数研究预测阈值随脉动频率单调增加（即Womersley数，$α$），但其他研究观察到相同参数的阈值降低，并且仅在低$α$时观察到阈值增加。在本研究中，我们应用最新进展的了解过渡稳定剪切流脉动管流。对于中等的脉动幅度，我们发现，遇到的第一个不稳定性是亚临界的（即需要有限振幅的扰动），并引起局部补丁的湍流（“泡芙”）类似于稳定的管流。通过监测脉动对湍流寿命的影响，我们在参数空间中映射湍流的发生。脉动流的转捩可分为三种状态。在小Womersley数的动力学是占主导地位的衰减湍流遭受在较低的部分周期，因此过渡显着延迟。如该状态所示，阈值与基于仅考虑喷烟衰减率的准稳定流假设的估计值非常一致。在零$α$极限下预测的转捩点等于由振荡雷诺数偏移的稳定管流的临界点。在高频率极限中，抽吸寿命与稳定管流中的寿命相同，因此过渡阈值似乎不受流量脉动的影响。在中频范围内，过渡阈值从衰减主导（准稳态）阈值急剧下降（随着$α$的增加）到稳态管流水平。
2017-09-12 physics.flu-dyn
Energy dissipation rates in low-$\Re_m$ MHD turbulence with mean shear: Results for channel flow with spanwise field
本文研究了在展向磁场作用下槽道湍流动能耗散的变化。数值研究是基于我们的模拟数据[Krasnov，Zikanov，Schumacher，Boeck，Phys.Fluids 20，095105（2008）]通过直接和大涡模拟获得。我们发现，焦耳耗散可以超过粘性耗散在弱耗散体区域，但仍然相对较小的产生湍流的近壁区域。
2009-02-12 physics.flu-dyn
Data-driven turbulence modelling for magnetohydrodynamic flows in annular pipes
针对磁流体流动中标准湍流模型描述效果差的问题，提出结合改进TBNN与扩展广义涡假设的数据驱动湍流闭合建模方法，可降低平均流误差并具备跨Hartmann数的泛化能力。
2025-02-22 physics.flu-dyn
The lift-up effect: the linear mechanism behind transition and turbulence in shear flows
横向扰动引起的流向速度扰动的形成和放大在剪切流中是普遍存在的。1975年Ellingsen和Palm明确指出的扰动增长机制是向湍流和自持湍流转变的关键过程。在这篇综述中，我们首先介绍了原始的推导和早期的研究，然后讨论了非模态增长的条纹，结果的提升过程中，在过渡和湍流剪切流。在第二部分中，对流体中的添加剂和第二相的提升过程的影响进行了讨论，并提出了新的结果，重点是颗粒负载的剪切流。对于所考虑的所有情况，我们认为提升过程是一个非常稳健的过程，总是作为亚临界转变的第一步。
2014-03-19 physics.flu-dyn
Decay of turbulence in a liquid metal duct flow with transverse magnetic field
通过直接数值模拟研究了蜂窝状湍流在横向静态磁场作用下的衰减规律。模拟遵循Sukoriansky等人（1986）的揭示性实验研究，特别是高振幅速度波动的矛盾观察，当强横向磁场施加在包括蜂窝出口的整个管道中时，这种波动存在于流动的下游部分，而不是在其他配置中。结果表明，波动所造成的大规模的准二维结构中形成的流在衰减的初始阶段和幸存的磁抑制。统计湍流特性，如能量衰减曲线，两点相关和典型的长度尺度计算。研究表明，湍流衰减在存在磁场是一个复杂的现象，关键取决于在该领域的时刻被引入的流的状态。
2019-02-20 physics.flu-dyn
Transition to turbulence in slowly divergent pipe flow
本文通过实验与数值模拟研究缓慢扩张管道中的流动，发现轴对称锥形回流区及临界速度，并揭示其湍流转捩是突扩与直圆管流动中多个阶段的组合。
2013-11-30 physics.flu-dyn
Effect of Expansion Geometry on Turbulence in Axisymmetric Pipe Flows
Faculty of Mechanical Engineering, Technion - Israel Institute of Technology（以色列理工学院机械工程学院）
研究通过比较突扩和渐扩管道流动，分析扩张几何对湍流结构的影响，发现渐扩能产生更高湍流水平和更强的湍流生成机制。
2025-09-26 physics.flu-dyn
On the nature of laminar-turbulence intermittency in shear flows
在管道、槽道和边界层流动中，湍流首先在空间和时间上间歇地发生：在中等雷诺数下，无序湍流运动的区域被静止层流区域分隔开。基于管流的直接数值模拟，我们在这里认为，空间不稳定性有其起源于最近邻湍流区之间的相互作用。我们进一步表明，在这种制度下，湍流本质上是间歇性的一个定义良好的平衡湍流分数，但从来没有假设一个稳定的模式。这种过渡情况类似于在简单模型中发现的情况，例如耦合映射格子。所观察到的缩放意味着湍流的层流间歇将持续到任意大的雷诺数。
2013-06-25 physics.flu-dyn
New directions and perspectives in elastic instability and turbulence in various viscoelastic flow geometries without inertia
我简短地描述了在粘弹性无惯性流动中的弯曲流线的弹性驱动不稳定性和弹性湍流的主要结果。然后，我们描述了弹性湍流理论和Re< >1时弹性波的预测<1 and Wi>，它的速度取决于弹性应力，类似于磁流体力学中的Alfven波，而与所有其他流体流动的波速取决于介质弹性相反。由于已经建立并得到验证的曲线粘弹性流弹性失稳机制在零曲率下失效，因此平行剪切流与牛顿平行剪切流一样是线性稳定的。然而，平行剪切流的线性稳定性并不意味着它们的全局稳定性。在这里，我切换到主要的主题，即最近的发展，在惯性较小的平行剪切通道流动的聚合物溶液。在这样的流动中，我们发现了一个弹性驱动的不稳定性，弹性湍流，弹性波，和阻力减少到再层化，矛盾的线性稳定性预测。在这方面，我讨论短期正常与非正常的分叉在这样的流量，流动阻力，速度和压力波动，空间和频谱速度作为Wi的函数在一个高弹性数。
2022-04-21 physics.flu-dyn
A few-shot and physically restorable symbolic regression turbulence model based on normalized general effective-viscosity hypothesis
Beihang University（北京航空航天大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；University of Hong Kong（香港大学）
本文提出基于归一化通用有效粘性假设的少样本和物理可恢复符号回归湍流模型，通过有限训练数据在多种湍流场景中优于基线模型。
2026-02-09 physics.flu-dyn
Model for transitional turbulence in a planar shear flow
Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；University of Warwick（华威大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本文提出一个简化模型，用于描述平面剪切流中过渡湍流的现象，通过推导纳维-斯托克斯方程并分析湍流起始的模式和机制。
2026-02-23 physics.flu-dyn
Span effect on the turbulence nature of flow past a circular cylinder
在二维和三维流动中，湍流演化和能量级联是显著不同的。研究已经调查了无障碍湍流中的这些差异，但是固体边界对3D到2D湍流动力学之间的交叉具有重要影响。在这项工作中，我们调查的跨度效应的湍流性质的流动通过一个圆柱在Re=10000。据发现，即使是高度各向异性的几何形状，3D小规模的结构脱离墙壁。此外，卡门涡的自然大尺度旋转迅速二维化的结构，如果跨度是直径的50%或更少。我们表明，这是与跨度短于模式B不稳定波长。相互冲突的3D小尺度结构和2D Kármán涡导致2D和3D湍流动力学，根据域几何各向异性，这些湍流动力学可以在尾流的某些位置共存。
2020-08-20 physics.flu-dyn
Turbulence unsteadiness drives extreme clustering
本文通过直接数值模拟证明湍流非定常性会显著增强颗粒聚集，并揭示聚集与瞬时雷诺数正相关、与瞬时耗散常数负相关，其强度超过平均惯性湍流效应的预期。
2024-02-22 physics.flu-dyn
Learning neural-network-based turbulence models for external transonic flows using ensemble Kalman method
本文提出基于集成卡尔曼方法的神经网络湍流模型，用于跨音速外部流动，通过张量基神经网络和输入归一化处理可压缩性与激波，并在RAE2822翼型和ONERA M6机翼上验证了其准确性。
2023-05-11 physics.flu-dyn
Alternative physics to understand wall turbulence: Navier-Stokes equations with modified linear dynamics
尽管壁湍流的非线性性质，有证据表明，能量-压射机构维持壁湍流可以归因于线性过程。不同的情况源于线性稳定性理论，包括平均流量拐点的指数不稳定性，非正常运营商的瞬态增长，以及时间平均流量变化的参数不稳定性等。这些机制，每一个潜在的能够导致观察到的湍流结构，植根于简化的理论和概念的争论。目前尚不清楚这种流动是否遵循其中任何一种或几种的组合。在本研究中，我们设计了一系列数值实验，其中纳维-斯托克斯方程被合理地修改，以量化不同的线性机制的作用。这是通过直接数值模拟的湍流槽道流与约束能量提取从流向平均的平均流量。我们表明，（i）瞬态增长本身是不足以维持壁湍流和（ii）的流动保持湍流时，指数不稳定性被抑制。另一方面，我们表明，（iii）瞬态增长与随时间变化的平均流的参数不稳定性相结合，是能够维持湍流。
2019-12-13 physics.flu-dyn
Pulsatility delays the transition to sustained turbulence in quasi-two-dimensional shear flows
本研究发现，在准二维剪切流中，引入振荡基流分量虽能增大二维初始扰动的瞬态增长，但主要由模态周期内增长构成，反而会延迟向持续湍流的转变，非振荡驱动力才是最有效策略。
2025-02-01 physics.flu-dyn
Transition and self-sustained turbulence in dilute suspensions of finite-size particles
本文研究了低体积分数下有限尺寸颗粒悬浮液（$Φ\approx 0.001$）槽道流向湍流的转变。在存在少量颗粒的情况下，与初始条件无关，维持湍流的临界雷诺数降低到$Re \approx 1675$，该值低于相应的单相流，即$Re\approx1775$。在稀悬浮液中，颗粒的初始排列对于在固定的雷诺数和颗粒体积分数下触发转变是重要的。在单相流中，最初在流动中诱导流向细长扰动。如果粒子在一定时间内产生足够高能量的斜向扰动，则条纹将被破坏，流动将经历向湍流的转变，粒子的运动轨迹将变得混沌。否则，条纹随时间衰减，并且颗粒以层流向通道芯迁移。
2015-01-26 physics.flu-dyn
