Effect of a polymer additive on heat transport in turbulent Rayleigh-Bénard convection
测量的热传输，表示为努塞尔数$Nu$，报告的湍流瑞利-贝纳德对流的水含有高达120 ppm的聚-[环氧乙烷]的分子量为$4\times10^6$克/摩尔。在瑞利数范围内，$ 5\times 10^9 \alt Ra \alt 7 \times 10^{10}$ $Nu$比纯水小10%。
2009-10-19 physics.flu-dyn
Turbulent heat transfer enhancement by compliant walls
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
研究柔性壁面在黏弹性壁面通道流中湍流热传递的影响，通过直接数值模拟分析壁面弹性与热扩散率变化对动量与热传递的增强作用，揭示扫动与喷射事件的物理机制。
2026-04-01 physics.flu-dyn
Prandtl-, Rayleigh-, and Rossby-number dependence of heat transport in turbulent rotating Rayleigh-Benard convection
实验和数值数据的传热作为一个功能的瑞利，普朗特，和Rossby数在湍流旋转瑞利-贝纳德对流。对于相对小的$Ra ~ 10^8$和大的Pr，适度的旋转可以将传热提高高达30%。在较大的Ra有较少的传热增强，并在小Pr = 0.7。根本没有传热增强。我们认为，小Pr的行为是由于故障的传热增强Ekman泵，因为更大的热扩散。
2008-11-04 physics.flu-dyn
Spectral analysis on dissimilarity between turbulent momentum and heat transfers in plane Couette turbulence
湍流中不同尺度间的非线性相互作用导致了湍流能量的尺度间和空间输运，这种尺度间的相互作用在湍流传热机制中的作用从工程角度看也具有重要的实际意义。在本研究中，我们调查了一个湍流平面Couette流与被动标量传热在普朗特数0.71，为了解决速度和温度场的尺度相互作用之间的相似性/差异。采用等温差边界条件，使平均速度和温度廓线相似，然后比较了尺度间和空间输运对湍流能量谱输运预算和温度统计的作用。我们发现，湍流传热发生在相对较小的流向长度尺度相比，动量传递，虽然分子扩散是更显着的温度场的普朗特数小于1。对温度相关谱的输运收支的详细分析表明，温度场中的尺度相互作用比速度场中的尺度相互作用为小尺度提供了更多的能量。这种显著的温度级联导致小尺度下更强的温度涨落，最终导致湍流热传递和动量传递谱的不相似。
2022-04-06 physics.flu-dyn
Chaos from turbulence: stochastic-chaotic equilibrium in turbulent convection at high Rayleigh numbers
结果表明，湍流热对流产生的平均风速的关联函数（Rayleigh数$Ra \sim 10^{11}$）在很长的相关时间内呈指数衰减，而相应的最大李雅普诺夫指数肯定为正。这些结果与重建的相位图一起表明在所研究的平均风中存在混沌分量。电报近似也被用来研究混沌和随机分量的平均风波动的相对贡献和这些组件之间的平衡已被详细研究。
2009-12-16 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Transition between Boundary-Limited Scaling and Mixing-Length Scaling of Turbulent Transport in Internally Heated Convection
湍流热对流中的热传输随着热强迫的增加而增加，但在几乎所有的研究中，这种增加的速率都比如果传输变得独立于分子扩散率的话慢-热传输缩放比混合长度（或“终极”）缩放慢。在由热边界条件或内部加热驱动的配置中，热边界层反而导致边界限制（或“经典”）缩放。在不同区域的净零内部加热和冷却，混合长度缩放可以发生，因为热量不需要穿过边界。我们报告的数值模拟中，加热和冷却是不平等的，在各种自然系统中，在普朗特数的团结。随着加热和冷却速率的接近，热传输的标度指数从其边界限制值变化到其混合长度值。
2022-07-11 physics.flu-dyn
Crossover of the relative heat transport contributions of plume ejecting and impacting zones in turbulent Rayleigh-Bénard convection
湍流热对流的特点是形成大尺度结构和强烈的空间不均匀性。本文研究了大尺度羽流喷射与羽流影响区在湍流瑞利-贝纳德对流中的相对热输运贡献。基于直接数值模拟的二维（2-D）的问题，我们表明存在一个交叉的壁热传输从最初的影响为主，最终喷射为主的瑞利数为$Ra\approx 3 \times 10^{11}$。这与在较低Ra的3-D对流中观察到的趋势一致，因此我们预计在那里也会发生类似的交叉。我们确定了一个湍流混合区的发展，连接到热羽流排放，作为交叉的主要机制。混合区逐渐垂直和水平延伸，因此对整个热传递变得越来越占主导地位。
2021-04-08 physics.flu-dyn
Generalization of machine-learned turbulent heat flux models applied to film cooling flows
Stanford University（斯坦福大学）；Citrine Informatics（Citrine Informatics公司）
气膜冷却系统的设计在很大程度上依赖于雷诺平均纳维尔-斯托克斯（RANS）模拟，该模拟求解平均量并模拟所有湍流尺度。大多数湍流热流模型都是基于各向同性扩散和固定的湍流普朗特数（$Pr_t$），不能准确地预测气膜冷却流动中的传热。在本工作中，使用各种数据集作为训练集来训练机器学习模型以预测非均匀$Pr_t$场。这些模型的能力，以概括超出他们被训练的流量进行了探讨。此外，可视化技术被用来比较不同的数据集，并帮助解释交叉验证结果。
2019-10-07 cs.LG physics.flu-dyn
Heat transfer increase by convection in liquid-infused surfaces for laminar and turbulent flows
液体注入表面（LIS）可以减少层流和湍流中的摩擦阻力。然而，这种多相表面的传热性能仍然没有得到很大程度的研究。本文采用数值模拟的方法研究了充液槽的共轭传热。结果表明，由于表面纹理中的再循环，层流和湍流液体流动的传热可以增加。为了使增加显著，固体的导热率必须与流体的导热率相似，并且凹槽中的再循环必须足够强（Péclet数大于1）。表面空腔与系统高度的比率是再循环的直接贡献的上限。虽然该比率对于微通道中的层流可能是显著的，但是其对于湍流是有限的，其中系统尺度（例如通道高度）通常远大于纹理高度。然而，在摩擦雷诺数$Re_τ\approx 180$下，在湍流通道流中观察到$10\%$量级的传热增强（具有净阻力减小）。结果表明，槽道内的回流可以间接地增强体块内的湍流对流。
2021-12-09 physics.flu-dyn
Heterogeneous Turbulent Jets of the Mutually Immiscible Liquids: the Mixing and Heat Transfer Processes
许多自然过程和技术过程都涉及互不相溶液体射流中的湍流混合和传热，它们代表了现代多相系统动力学的一类重要内容。对于自由射流和受限射流，考虑了轴对称二维定常流的微分方程和柱坐标系中的积分关联式。对自由射流和燃烧室内两相流的湍流混合参数进行了模拟和分析。最后，以核电站严重事故模拟中水冷金属熔体的高温流动为例进行了计算，并与实验数据进行了比较。该算法和所得结果可能对某些研究和工业任务感兴趣，其中多相湍流混合和传热参数的计算是重要的。
2018-03-26 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 High-Order Analytical Extension of the Corrected Smagorinsky Model for Non-Equilibrium Turbulent Flow
该研究提出修正Smagorinsky模型的高阶解析扩展，利用高阶Sobolev空间改进能量耗散机制，并推导多分形湍流能量正则化理论，以提升非平衡湍流模拟的准确性。
2024-11-08 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Enhanced heat transport by turbulent two-phase Rayleigh-Bénard convection
本文报道了乙烷（C $_2$ H $_6$）样品的湍流传热测量结果，当外加温差$ΔT$跨越液-气共存曲线$T_ϕ(P)$时，从下面加热乙烷样品。当样品顶部温度$T_t$降低到$T_ϕ$以下时，液滴发生凝结，蒸发潜热$H$提供了额外的传热机制，有效电导率$λ_{eff}$随$T_t$的降低而线性增加，并达到最大值$λ_{eff}^*$，比单相$λ_{eff}$大一个数量级。当$P$接近临界压力时，即使$H$消失，$λ_{eff}^*$也急剧增加。我们把这种现象归因于接近临界点时液滴成核速率的提高。
2008-12-13 cond-mat.stat-mech 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
Modeling and computer simulation of the mixing and heat transfer in heterogeneous turbulent two-phase jets of mutually immiscible liquids by the method of Professor Alfred I. Nakorchevskii. Part 1
本文研究了两相湍流非均质射流中互不相溶液体的混合与传热特性。许多自然过程和技术过程都涉及相互不混溶的液体的湍流射流，这是现代多相系统动力学的一个重要类别。考虑了轴对称二维定常流的微分方程组和柱坐标系中的积分关联式，研究了喷嘴喷入与喷嘴不混溶的另一种流体的射流。对两相射流中的湍流混合参数进行了模拟和分析。计算结果对研究和工业生产具有一定的参考价值，因为多相湍流混合和传热参数的计算是很重要的。
2020-12-07 cs.CE 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
Conjugate heat transfer in turbulent pipe flow with azimuthally non-uniform heating
Institute of Fluid Mechanics, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院流体力学研究所）
本文针对周向非均匀加热湍流管流的共轭传热问题，结合谱分析与高分辨率数值模拟，明确了低普朗特数流体的全局努塞尔数特性及共轭传热对温度场的影响，揭示了湍流普朗特数的各向异性与周向波数相关性。
2026-10-12 physics.flu-dyn
Connecting flow structures and heat flux in turbulent Rayleigh-Bénard convection
本文用数值方法研究了二维Rayleigh-Bénard湍流对流中传热（无量纲形式的努塞尔数Nu）与纵横比（Γ）的关系，其中Rayleigh数为$0.4 \le Γ\le 1.25$，Prandtl数为Pr =0.7（气体）和Pr = 4.3（水）。Nu（Γ）表现出非常丰富的结构，具有突跳和急剧的跃迁。我们将这些结构与样品中流动的组织方式联系起来，并解释了为什么Nu的纵横比依赖性对于小Pr更为明显。即使对于固定的Γ，也可以存在不同的湍流状态（产生不同的Nu），流动可以或不能在这些状态之间切换。因此，在后一种情况下，热传递取决于初始条件。
2011-09-30 physics.flu-dyn
Scale-space energy transport in anisotropic inhomogeneous buoyancy-driven turbulent flows
本文提出新数学框架描述物理与尺度空间中湍流动能和传热收支，推导非均匀各向异性浮力驱动湍流的两个精确输运方程，后处理Rayleigh-Bénard对流数据集并量化非均匀性贡献。
2024-11-26 physics.flu-dyn
Turbulent heat transfer in a channel flow at transitional Reynolds numbers
本文对极低雷诺数下的槽道湍流传热进行了直接数值模拟。研究了两种不同的热边界条件，并将温度视为被动标量。计算是用巨大的计算箱进行的（流向、壁面法线和展向方向分别高达327.7 x 2 x 128）。本文的重点是研究包括标量场在内的间歇湍流中的大尺度结构（喷烟），并给出了过渡雷诺数和临界雷诺数的数值，在此雷诺数以下，湍流分别变为间歇和层流。的统计数据，如表面摩擦和斯坦顿数，也进行了检查：他们建议，粉扑应该是有效的，在维持湍流和传热增强。
2014-06-04 physics.flu-dyn
DNS of heat transfer in a transitional channel flow accompanied by a turbulent puff-like structure
基于摩擦速度和通道半宽$δ$，对摩擦雷诺数在60 ~ 180范围内的充分发展通道流的湍流换热进行了直接数值模拟，重点研究了喷流结构、大尺度空间不稳定性。在雷诺数小于80的情况下，采用51.2 x 2 x 22.5的大计算区域，观察到了湍流烟团，并发现了其对动量和热量传输的显著影响。考虑到两种不同的热边界条件，研究了平衡烟团或局部湍流的空间结构：均匀的热流加热和恒定的壁间温差。结果表明，在流场中存在一个斜带状的局部强湍流区，沿此区域诱导出展向二次流。因此，在目前的最低雷诺数低至60，流动保持湍流和较大的努塞尔数比那些没有喷烟的喷烟的存在下获得。
2014-09-17 physics.flu-dyn
Aspect ratio dependence of heat transfer and large-scale flow in turbulent convection
利用三维直接数值模拟方法研究了湍流Rayleigh-Bénard对流中大尺度环流（LSC）的热输运及其变化与封闭圆柱体长宽比$Γ$和Rayleigh数$Ra$的关系。对于小的和中等的长宽比，全局传热规律$Nu=A\times Ra^β$显示出拟合系数$A$和$β$对长宽比的幂律依赖性。最小努塞尔数与LSC经历从单辊图案到双辊图案的过渡的点一致。随着展弦比的增加，我们检测到复杂的多辊LSC配置。小型和中型$Γ$的湍流传热的纵横比依赖性与LSC中包含的能量的变化量一致，如通过适当的正交分解分析量化的。对于$Γ\gtrsim 8$，热传递变得与纵横比无关。
2010-02-15 physics.flu-dyn
An experimental investigation of the heat and flow features in street canyons: Impacts of the approaching turbulent boundary layer flow
本研究采用PIV-LIF技术在大型水洞中实验探究了三种不同湍流边界层流动对街道峡谷流动与热特征的影响，发现其对通风率（最大差异80%）和排热能力（约45%）及峡谷开口处脉动特征有显著影响。
2023-10-20 physics.flu-dyn
Mutual coherent structures for heat and angular momentum transport in turbulent Taylor-Couette flows
在这项研究中，我们报告的数值结果的热$Nu$和角动量$ν_{t}/ν$在泰勒-库埃特（TC）流受到径向温度梯度的湍流传输。直接数值模拟在TC单元中进行，半径比$η=0.5$和纵横比$Γ=8$为两个瑞利数（$Ra=10^5$，$10^6$）和两个普朗特数（$Pr=0.7$，$4.38$），而雷诺数$Re$在$0 \le Re \le 15000$的范围内变化。随着$Re$的增加，流动经历了两个不同的转变：第一个转变是从对流为主的制度的过渡制度，与大规模的纬向环流演变为螺旋涡;第二个转变发生在旋转为主的制度时，泰勒涡从弱非线性状态变成湍流状态。特别是，当流动由湍流泰勒涡控制时，我们发现这两个传输过程都表现出幂律标度：$Pr=4.38$的$Nu\sim Re^{0.619\pm0.015}$，$Pr=0.7$的$Nu\sim Re^{0.590\pm0.025}$和两个$Pr$的$ν_{t}/ν\sim Re^{0.588\pm0.036}$。这些标度指数表明，热和角动量的径向传输的类似机制，这是进一步证明了湍流粘度与扩散率的比率是独立的$Re$的事实。为了说明湍流输运的基本机制，我们通过分析热通量和动量通量密度的空间分布来提取相干结构。我们的研究结果揭示了相互湍流结构，通过该结构，热量和角动量被有效地传输。
2021-11-24 physics.flu-dyn
Heat transport measurements in turbulent rotating Rayleigh-Benard convection
我们目前的实验测量湍流瑞利-贝纳德对流与旋转的垂直轴的热传输。流体，即普朗特数（$σ$）约为6的水，被限制在具有7.3 cm $\times$ 7.3 cm和9.4 cm高的正方形横截面的单元中。测量瑞利数$2\times 10^5 <$ Ra $ < 5\times 10^8$和泰勒数$0 <$ Ta $< 5\times 10^{9}$的热传递。我们显示的归一化热输运的变化，努塞尔数，在固定的维旋转速率$Ω_D$，在固定的Ra变化Ta，在固定的Ta变化Ra，并在固定的Rossby数Ro。在$10^7$到大约$10^9$的范围内的热传递的标度大约为0.29，具有Ro相关系数，或者等效地也通过形式为$a Ra^{1/5} + b Ra^{1/3}$的幂律的组合很好地拟合。Ra的范围不足以区分单一幂律或组合幂律缩放。旋转对湍流对流热传输的整体影响进行了评估。
2008-12-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Thermal Waves and Heat Transfer Efficiency Enhancement in Harmonically Modulated Turbulent Thermal Convection
我们研究了瑞利数为4 E8 < Ra <2 E12的40年的湍流瑞利-贝纳德对流，同时对我们圆柱形单元的板的温度进行谐波调制。我们探测的流动放置在细胞内部的温度传感器和嵌入在高导电铜板和检测热波传播调制频率在大部分的对流。我们证实了最近的数值预测[PRL 125，154502（2020）]的努塞尔数的显着增强，并报告其依赖于板的温度调制的频率和幅度。
2021-10-19 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
Tailoring boundary geometry to optimize heat transport in turbulent convection
通过调整湍流Rayleigh-Bénard对流中上边界的几何形状，我们操纵边界层-内部流动相互作用，并使用格子玻尔兹曼方法研究热输运。对于固定的振幅和变化的边界波长$λ$，我们发现，指数$β$的努塞尔-瑞利标度关系，$Nu-1 \propto Ra^β$，是最大化的$λ\equiv λ_{\text{max}} \approx (2 π)^{-1}$，但衰减到平面值在大（$λ\gg λ_{\text{max}}$）和小（$λ\ll λ_{\text{max}}$）的波长限制。指数的变化源于边界层和内部流动之间的耦合的性质。我们提出了一个简单的缩放参数体现这种耦合，它描述了最大的对流热通量。
2015-08-08 physics.flu-dyn
Non-equilibrium turbulence scalings and self-similarity in turbulent planar jets
本文研究了平面湍流射流的自相似性和耗散标度以及理论上隐含的平均流标度。与已经进行此类研究的湍流尾流不同（Dairay等人，2015; Obligado等人，2016），这是一种无边界湍流剪切流，其中局部雷诺数随着距离入口的距离而增加。Dairay等人（2015）修订的Townsend-George理论适用于湍流平面射流。在这个理论中，只有少数轮廓需要自相似。平均流量、湍流耗散、湍流动能和雷诺应力分布的自相似性得到了我们从18到至少54个喷嘴尺寸的实验结果的支持，这是这项工作中研究的最远的位置。此外，在湍流尾流、衰减网格生成湍流、各种周期性湍流和湍流边界层中发现的非平衡耗散标度（Vassilicos 2015，Dairay等人2015，Goto & Vassilicos 2015，Nedic等人2017）也在当前湍流平面射流和Antonia等人（1980）的湍流平面射流中观察到。根据这些观测结果，该理论意味着新的平均气流和喷流宽度定标，这与我们的数据和Antonia等人（1980）的数据是一致的。特别是，它意味着一个迄今为止未知的夹带行为：特征横流中心线流向平均流速的比率衰减为-1/3幂的流向距离在该地区的非平衡耗散缩放举行。
2018-03-28 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
Effect of Microscale Turbulent Structures Dynamics on Forced Convection in Turbulent Porous Media Flow
Department of Mechanical and Aerospace Engineering, North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程系）
该研究采用大涡模拟（LES）探究雷诺数300下多孔介质流动，明确微涡对对流换热的影响，发现其与涡脱压力不稳定性相关，还分析了二次流动不稳定性的作用，为优化多孔介质几何提供依据。
2026-08-21 physics.flu-dyn
Periodic modulation of the space-filling nature of the turbulent flame leads to spiky heat release oscillations
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
研究发现湍流火焰空间填充性质的周期性调制导致尖峰式热量释放振荡，并揭示其与声压振荡的一般同步关系。
2025-11-19 physics.flu-dyn
Effect of temperature-dependent thermophysical properties on turbulent forced convection under constant heat flux boundary condition
在这项研究中，我们进行了高分辨率的大涡模拟（LES）调查的影响，可变属性的强制湍流对流通道。恒定热流边界条件允许壁面温度波动，从而引起流体性质的变化。由于粘度对流动的影响表现出$Re_τ^{-1}$标度，我们在本研究中只考虑了$Re_τ= 180$。结果表明，与定常流动相比，变物性对平均速度和温度分布、雷诺切应力、壁面法向热流密度以及小尺度湍流特性的影响很小。然而，我们还观察到，湍流强度，低速条纹，突发运动，以及预算的温度变化和壁面法向热通量的可变属性修改以可感知的方式。此外，我们表明，经典的壁缩放是一个很好的选择，流动与流体性质的小，中等变化。
2023-01-10 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
Wave-Particle Based Multiscale Modeling and Simulation of Non-equilibrium Turbulent Flows
本文提出一种基于波粒分解的多尺度方法，通过耦合动能、热能与湍流能量演化及粒子非平衡输运，统一模拟层流与湍流，可直接获取雷诺应力，优于传统RANS和LES方法。
2025-03-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Twente Mass and Heat Transfer Water Tunnel: Temperature controlled turbulent multiphase channel flow with heat and mass transfer
设计并建造了一个具有整体温度控制和气泡及局部热质注入可能性的新型垂直水洞。新设备提供了准确研究湍流多相流（气体体积分数高达$8\%$）中的传热和传质的可能性，在室温下的水的情况下，具有从$1.5 \times 10^4$到$3 \times 10^5$的数值范围。隧道由高级不锈钢制成，允许使用超过15 $\%$质量分数的盐溶液。隧道的容积为300升。隧道有三个高度为$1$ m但横截面不同的可互换测量段（$0.3 \times 0.04 m^2$、$0.3 \times 0.06 m^2$、$0.3 \times 0.08 m^2$）。玻璃垂直测量部分允许对流动进行光学访问，从而实现诸如激光多普勒测速、粒子图像测速、粒子跟踪测速和激光诱导荧光成像等技术。本地传感器可以从顶部引入，并且可以使用内置的横移系统进行横移，从而实现例如本地温度、热线或本地相位测量。结合速度同步测量，可以定量、精确地研究单相和两相湍流中的局部热流密度。
2019-02-15 physics.flu-dyn
Heat Flux and Wall Shear Stress in Large Aspect-Ratio Turbulent Vertical Convection
本文对大展弦比湍流垂直对流进行了理论分析，得到了两种热流密度与壁面切应力的关系，分别用努塞尔数来度量（$\text{Nu}$）和剪切雷诺数（$\text{Re}_τ$），根据瑞利（$\text{Ra}$）和普朗特数（$\text{Pr}$）：在$\text{Ra}$高限值中的$\text{Re}_τ^2 \text{Nu} = f(\text{Pr}) \text{Pr}^{-1} \text{Ra}$和$\text{Nu} \approx C \text{Pr}^{\varepsilon} \text{Re}_τ$，对于PDMATHAMT使用$\varepsilon=1/3$，对于$\text{Pr} \ll 1$使用$\varepsilon=1$，其中，$f(\text{Pr})$不是$\text{Pr}$的幂律，$C$是常数。这些关系意味着$\text{Nu} \approx [C^2f(\text{Pr})]^{1/3} \text{Pr}^{-(1-2\varepsilon)/3} \text{Ra}^{1/3}$和高$\text{Ra}$的$\text{Re}_τ\approx[f(\text{Pr})/C]^{1/3}\text{Pr}^{-(1+\varepsilon)/3}\text{Ra}^{1/3}$。
2023-02-02 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Collapse of statistical equilibrium in large-scale hydroelastic turbulent waves
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
研究揭示了大尺度水弹性湍流波在统计平衡状态下的衰减规律，通过实验验证了能量衰减的幂律关系及耗散机制。
2026-01-13 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.ao-ph
Lagrangian studies of coherent sets and heat transport in constant heat flux-driven turbulent Rayleigh-Bénard convection
本研究基于拉格朗日示踪粒子轨迹与时变流动网络，分析了恒定热通量驱动湍流Rayleigh-Bénard对流中的相干集合，发现超颗粒结构在垂直热传输中起关键作用且空间延展更大。
2023-09-14 physics.flu-dyn
Non-equilibrium statistical mechanics of the turbulent energy cascade: irreversibility and response functions
本文通过研究湍流壳模型中的不对称时间关联函数和能量扰动弛豫行为，揭示了能量级联的非平衡特性，并证明平衡与非平衡物理在外力尺度两侧共存。
2023-12-14 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Supergranule aggregation for constant heat flux-driven turbulent convection
自然界中的湍流对流过程通常被发现是以羽流结构和流型的层次结构来组织的。本文报道并分析了对流胞或对流颗粒逐渐聚集成最终充满整个水平层的超颗粒的三维湍流Rayleigh-Bénard对流在纵横比为$60$时的谱元直接数值模拟。该形成过程持续的时间跨度超过$10^4$对流时间单位的最大可访问的瑞利数，只有当湍流是由一个恒定的热通量，这是强加在底部和顶部平面包围对流层驱动。由此产生的逐步逆级联过程中观察到的温度变化和湍流动能。在其高维相空间中的完整湍流轨迹的主导李雅普诺夫矢量场的附加分析表明，在一定尺度下的湍流模式继续局部地产生在湍流情况下具有较长波长的模式。结果，连续的较大的对流模式增长，直到达到层的水平延伸。这种不稳定机制，这是已知的恒定的热通量驱动的对流的发病附近存在，在这里示出的持续到充分发展的湍流流动制度，从而连接弱非线性斑图形成与一个充分发展的湍流。我们讨论了我们的研究可能产生的影响，观察到的，但还没有一致的数值再现，太阳超颗粒，这可能会导致改进的模拟模型，在太阳表面对流。
2021-02-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Transitions between turbulent states in rotating Rayleigh-Benard convection
对弱旋转湍流Rayleigh-Benard对流进行了实验和数值研究。随着旋转和足够大的瑞利数的增加，从一个几乎与旋转无关的热传输的湍流状态到另一个湍流状态与增强的传热观察到在一个关键的逆Rossby数$1/Ro_c \simeq 0.4$。而对于$1/Ro < 1/Ro_c$，取决于参数，大尺度对流卷的强度或者增强或者基本上未被修改，其强度在超过$1/Ro_c$的情况下逐渐减小，在该情况下，其与引起垂直流体输送并因此传热增强的埃克曼涡流竞争。
2009-01-14 physics.flu-dyn
Counter-gradient heat transport in two-dimensional turbulent Rayleigh-Bénard convection
本文对瑞利数范围$10^8 \leqslant Ra\leqslant 10^{10}$和普朗特数范围$0.7\leqslant Pr \leqslant10$内的二维湍流瑞利-贝纳德（RB）对流热输运进行了高分辨率数值研究。我们发现存在强的反梯度局部热通量，其量级远大于系统的整体Nusselt数$Nu$。确定了产生逆梯度热传输的两种机制：一种是由于整体动力学，另一种是由于角流卷和大尺度环流（LSC）之间的竞争。而前者的幅度被发现随着普朗特数的增加而增加，后者的最大值在中等$Pr$。我们进一步揭示了角点LSC竞争导致二维RB对流中$Nu$ - $Pr$关系的异常，即对于中等$Ra$，$Nu(Pr)$在$Pr\approx2\sim3$处最小，而不是像三维圆柱情形中那样最大.
2013-10-31 physics.flu-dyn
Spanwise wall forcing can reduce turbulent heat transfer more than drag
研究通过半槽道直接数值模拟发现展向振荡壁面可使高 Prandtl 数下传热降低超过阻力降低，并基于热统计标度建立预测模型。
2024-10-22 physics.flu-dyn
Heat transfer in rough-wall turbulent thermal convection in the ultimate regime
有壁面湍流中的热量和动量传递以及壁面粗糙度的影响是湍流研究中的突出问题之一。在自然热对流的标准Rayleigh-Bénard问题中，众所周知，很难达到所谓的极限状态，即近壁边界层是湍流的。根据Kraichnan [Phys. Fluids vol 5.，pp. 1374-1389（1962）]和Grossmann & Lohse [Phys. Fluids vol.23，pp. 045108（2011）]，我们反而利用最近的最小通道中粗糙壁上的强制对流的直接数值模拟[MacDonald，Hutchins & Chung，J. Fluid Mech.vol.861，pp. 138- 162（2019）]直接研究这些湍流边界层。我们专注于热传输（无量纲形式，努塞尔数$Nu$）或等效的传热系数（斯坦顿数$C_h$）。扩展Kraichnan和Grossmann & Lohse的分析，我们假设对数温度分布与粗糙度引起的位移来预测$Nu \sim Ra^{0.42}$的有效缩放，其中$Ra$是无量纲温度差，对应于$C_h \sim Re^{-0.16}$，其中$Re$是中心线雷诺数。这明显不同于表面摩擦系数$C_f$，由于压阻占主导地位，在完全粗糙的湍流状态下，表面摩擦系数与$Re$无关。在粗糙壁湍流中，温度平流方程中没有压力阻力的模拟，这是热传递与动量传递相比具有非常不同的标度特性的根源。这…
2019-07-04 physics.flu-dyn
Heat transfer and wall temperature effects in shock wave turbulent boundary layer interactions
在自由飞行马赫数$2.28$和楔形发生器激波角$φ= 8^{\circ}$条件下，对壁面温度对斜激波/湍流边界层干扰行为的影响进行了直接数值模拟。壁温与恢复温度之比（$T_w/T_r$）被认为是五个值，对应于冷，绝热和热壁热条件。我们发现，冷却的主要效果是减少的相互作用的上游影响和程度的分离气泡的特征尺度。在加热的情况下观察到相反的行为，这产生了显着的膨胀的相互作用区域。Stanton数的分布表明，在相互作用的情况下，热传递发生强烈的放大，并且在冷壁的情况下，发现热载荷和动载荷的最大值。分析表明，脉动热通量表现出很强的间歇性行为，其特征在于与平均值相比具有极高值的分散斑点。此外，动量和热传递之间的类比，对于可压缩的、有壁边界的、平衡的湍流是典型的，并不适用于相互作用域的大部分。壁面热通量的预乘谱没有显示出低频激波运动影响的任何证据，并且发现产生峰值加热的主要机制与相互作用区域中的湍流放大有关。
2016-06-14 physics.flu-dyn
Heat and momentum transport in turbulent horizontal convection at low Prandtl numbers
本文用Shishkina，Grossmann & Lohse（SGL）理论分析了在低普朗特数情况下水平对流向新湍流区的转变。沿水平表面的水平梯度驱动的流动，垂直于重力的重力加速度被示出为在羽流和核心中过渡到湍流。这种过渡到湍流设置一个序列的传热和动量输运缩放被发现遵循SGL预测的缩放因子和休斯，格里菲斯和Mullarney（HGM）的预测较大的强迫振幅。这些结果嵌入的SGL理论的HGM模型，同意并扩展了已知的水平对流的制度图，并提供了第一个证据，这两个制度在低和中间普朗特数，并揭示了新的见解HC在地球内核动力学的作用。
2018-05-29 physics.flu-dyn
Combined active-passive heat transfer control using slotted fins and oscillation in turbulent flow: the cases of single cylinder and tube banks
在强化传热的方法中，如径向翅片，强化传热通常导致阻力增加。在本文中，槽插入的鳍，同时降低阻力系数。本文研究了圆柱体和带有径向开槽翅片的振荡管束的湍流对流换热。基于k-ω SST闭合模型，利用OpenFOAM软件对控制方程进行二维求解。研究了不同槽位、槽宽、槽数、鳍片高度和振荡频率的情况。在所有情况下，雷诺数取为等于5000。在鳍片上的三个槽的存在下，阻力系数降低了23%，努塞尔数增加了76%。为了强化管束的传热，采用了管束振动和开槽翅片的方法。最佳情况发生在具有振荡的第三柱的样品中，其相对于固定情况显示出3%的热传递增量。这是同时添加开槽翅片到振荡管组增加传热高达2.5倍。
2021-06-14 physics.flu-dyn
Modelling friction and heat transfer in turbulent forced convection over porous lattices
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）
本研究通过直接数值模拟，提出用Forchheimer系数替代粗糙度高度，将粗糙壁理论扩展至多孔表面，推导出摩擦系数与斯坦顿数公式，验证多孔基底可有效增强湍流传热。
2026-09-22 physics.flu-dyn
Describing the Heat Transport of Turbulent Rayleigh--Bénard Convection by POD methods
Rayleigh-Bénard对流是由浮力引起的封闭在两个水平板之间的流体运动，是研究热对流的理想设置。我们通过计算数值数据的正交分解（POD）来分析板之间传输最多热量的模式。而不是通常的POD anastomosis找到最好的描述能量的模式，我们提出了一种方法，这是最佳的描述热传输。由此，我们可以确定对对流单体中的热传输和相干结构有主要影响的模式。我们还表明，在低维预测的数值对流数据，新开发的模式执行一致优于标准模式。然后，我们使用这种方法来分析的主要模式，三维对流在圆柱形容器以及二维对流与不同的瑞利数和不同的纵横比。
2015-10-23 physics.flu-dyn
The Evolution of Turbulent Micro-vortices and their Effect on Convection Heat Transfer in Porous Media
本文对多孔介质中微尺度涡演化对对流换热的贡献提出了新的见解。研究了多孔介质中微尺度涡对湍流对流换热的影响。微尺度的温度分布进行了分析，使用流线在2D和3D中使用Q结构的流动可视化。相关的观察结果补充了表面表面摩擦和传热的比较，使用：（1）表面表面摩擦线和（2）压力和表面摩擦系数的联合PDF，以及努塞尔数。阻力系数和宏观努塞尔数的频谱特征证实了所观察到的微尺度流动现象。采用大涡模拟技术研究了周期性多孔介质内部的流场。流动的雷诺数为300和500。多孔介质由正方形和圆柱形的固体障碍物组成。两个不同的流动状态表示通过使用0.50和0.87的孔隙率。结果表明，表面努塞尔数分布依赖于微涡是否附着在障碍物表面。宏观努塞尔数和压阻的频谱是相似的，这表明传热动力学和微观湍流结构之间的相关性。涡脱落和二次流不稳定性的观察显着影响努塞尔数。本文所获得的基本见解可以为多孔介质中湍流对流换热的更鲁棒宏观模型的发展提供信息。
2022-02-04 physics.flu-dyn
Lagrangian heat transport in turbulent three-dimensional convection
在完全湍流的三维Rayleigh-Bénard流中，不能与周围环境有效混合的空间区域对热输运的贡献较小，这些空间区域由保持在一起较长时间的拉格朗日轨迹来识别。这些轨迹探测拉格朗日相干集（CS），我们在这里调查的直接数值模拟中的对流单体的纵横比$Γ= 16$，瑞利数$Ra = 10^{5}$，普朗特数$Pr = 0.1, 0.7$和$7$的方形截面。该分析是基于$N=524,288$拉格朗日示踪粒子的平流中的时间相关的流。轨迹的聚类由具有扩散核的图拉普拉斯算子来识别，该扩散核量化轨迹段的连接性，以及随后的用于聚类检测的稀疏本征基近似（SEBA）。与欧拉参考系中的大规模模式相比，图拉普拉斯算子和SEBA的组合导致显着改善的聚类识别。我们发现，检测到的CS贡献的三分之一少的全球湍流热传输的所有调查$Pr$相比，在空间互补的轨迹。这是通过监测沿着示踪剂轨迹系综的努塞尔数来实现的，这是一种无量纲的局部传热测量。
2021-03-17 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of Turbulent Heat Transfer Modulation in Micro-Dispersed Channel Flow
本文的目的是研究分散的微米尺寸的颗粒对湍流传热机制的影响，在有壁流动。当前研究的战略目标是建立一种方法来确定和设计新概念传热流体的尺寸，该传热流体的性质由基础流体的性质给出，该基础流体的性质由动态相互作用的、适当选择的、离散的微米和纳米颗粒的存在来调制。我们运行直接数值模拟（DNS）的流体动力学充分发展，热发展的湍流槽道流在剪切雷诺数Re=150和普朗特数Pr=3，我们跟踪两个大群的颗粒，其特征在于不同的惯性和热惯性。两个阶段的速度和温度统计的初步结果表明，相对于单相流，在壁的传热通量增加了约2%时，流动是充满了较小的颗粒，表现出相当持久的稳定性对非均匀分布和近壁浓度。当较大的颗粒分散到流动中时，观察到相反的趋势（轻微的传热通量降低）。这些结果与以前的实验结果是一致的，并在该领域目前的研究活动的框架进行了讨论。还概述了未来的发展。
2008-02-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An Introduction to Large Deviations and Equilibrium Statistical Mechanics for Turbulent Flows
二维湍流，在某种程度上，地球物理流，是具有大量自由度的系统，虽然波动，但表现出一定程度的组织性：相干结构在大尺度上自发出现。在这个简短的过程中，我们将展示如何平衡统计力学的原则适用于这个问题，并预测在大尺度上的能量凝聚，并允许计算由此产生的相干结构。我们专注于使用大偏差理论的语言的理论的结构。
2017-03-20 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
