Direct Measurement of Turbulent Shear
介绍了一种测量湍流肥皂膜中剪切速率张量分量的光子相关方法。这种新的计划，这也是适用于三维流动，示出了激光多普勒测速仪相同的结果，但统计噪声较小。该技术产生平均剪切速率s、其标准偏差以及剪切速率本身的概率密度函数P（s）的简单数学变换。
2011-10-10 nlin.CD physics.flu-dyn
Modelling turbulent fluxes due to thermal convection in rectilinear shearing flow
我们沿着最初由Gough（1965）提出的路线重新讨论了湍流热对流的唯象描述，在该路线中，涡旋仅仅通过从不稳定分层平均态中提取能量而增长，随后被内部剪切不稳定性破坏。这项工作是正在进行的调查的一部分，寻找一个程序来计算湍流通量的热量和动量的剪切背景流的存在下，在恒星。
2010-11-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Structure of the velocity gradient tensor in turbulent shear flows
湍流小尺度特性的普遍性意味着在很大的雷诺数极限下速度梯度张量的各向同性特性。使用直接的数值模拟，我们确定的张量形成的n = 2和3的速度梯度在一个单一的点在湍流均匀剪切流，并在日志层的湍流通道流，我们的特征在于这些张量从相应的各向同性预测的偏离。具体来说，我们分离的张量，不变的反射下的所有轴，从奇数的，这完全消失在没有剪切的偶分量。结果表明，三阶速度梯度关联函数的奇次分量，尤其是沿流向速度分量法线方向导数的三阶矩，对各向同性的偏离最大。在所考虑的雷诺数（R_lambda ~ 140）下，我们观察到这些二阶和三阶关联函数在湍流槽道流中明显大于在均匀剪切流中。总的来说，我们的工作表明，平均剪切导致相对简单的结构的速度梯度张量。在非常大的雷诺数极限下各向同性如何恢复还有待了解。
2017-07-01 physics.flu-dyn
Nonlocal model for the turbulent fluxes due to thermal convection in rectilinear shearing flow
我们沿着Gough（1977）提出的路线重新讨论了湍流热对流的唯象描述，在该路线中，涡旋仅仅通过从不稳定分层的平均态中提取能量而增长，随后被内部剪切不稳定性破坏。这项工作是正在进行的调查的一部分，寻找一个程序来计算湍流通量的热量和动量的剪切背景流的存在下，在恒星。
2011-11-30 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Relation between shear parameter and Reynolds number in statistically stationary turbulent shear flows
本文研究了近似均匀的统计定常剪切湍流的剪切参数S^* 与雷诺数Re之间的关系。参数研究与最近概述的关于剪切流中局部各向同性的回归的广义观点一致[Schumacher，Sreenivasan and Yeung，Phys. Fluids，vol.15，84（2003）]。因此，系统地改变两个参数，即恒定剪切速率S和由能量注入速率epsilon_{in}规定的初始湍流波动水平。研究表明，剪切参数的水平为更大的雷诺数，这是由尺寸参数支持。结果发现，偏度的横向导数表现出不同的衰减行为，相对于雷诺数时，模拟运行的序列遵循不同的途径在两个参数的平面。该研究可以为高雷诺数实验中奇阶矩衰减的不同解释提供新的思路。
2004-07-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Large density stratification stabilizes Rayleigh-Taylor instability in presence of shear
本文研究了剪切对瑞利-泰勒不稳定性（RTI）的影响。即使是简单的均匀剪切强烈影响的不稳定性;较长的波完全稳定时，密度分层是大的（高阿特伍德数）。这个明显违反直觉的结果是由于剪切项中存在阿特伍德数。当不稳定的密度界面嵌入在剪切层中时，剪切再次被发现稳定RTI。然而，这种配置在较低波数区域引入了额外的不稳定剪切不稳定模式。一种新型的剪切不稳定性，其增长率与阿特伍德数增加，起着主导作用，而开尔文-亥姆霍兹不稳定性（KHI），这是以前被认为是唯一可能的剪切不稳定性在这种情况下，没有什么意义。因此，在RTI的非线性阶段观察到的波涛，这通常归因于KHI，实际上可能是这种新的不稳定性的非线性表现。
2017-10-22 physics.flu-dyn
Derivative moments in turbulent shear flows
我们提出了一个广义的角度在湍流剪切流的高阶导数矩的行为，考虑到小尺度的不稳定性和平均剪切的作用，除了雷诺数。两个渐近制度进行了讨论相对于剪切效应。通过这些方法，一些现有的分歧雷诺数依赖的导数矩可以解释。横向速度导数的奇数阶矩并不像从基本尺度考虑所预期的那样趋于消失，这并不一定意味着小尺度各向异性在所有雷诺数下都存在。
2002-10-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Enhancement of small-scale turbulent dynamo by large-scale shear
小尺度发电机普遍存在于大尺度切变的湍流中，从太阳和银河系的磁性到吸积盘、宇宙学和结构形成。使用高分辨率的直接数值模拟，我们表明，在非螺旋强迫湍流与零平均磁场，大规模的剪切支持小规模的发电机行动，即，发电机增长速率随着剪切而增加，剪切增强或甚至产生湍流，这又进一步增加发电机增长速率。当生产率的湍流动能由于剪切和强迫是可比的，我们发现缩放的增长率$γ$的小规模发电机和湍流速度$u_{\rm rms}$与剪切率$S$是独立的磁性普朗特数：$γ\propto |S|$和$u_{\rm rms} \propto |S|^{2/3}$。对于大的流体和磁雷诺数，$γ$，由其无剪切值归一化，仅取决于剪切。在补偿了剪切引起的湍流速度的影响后，我们发现小尺度发电机的归一化增长率具有标度，$\widetildeγ\propto |S|^{2/3}$，仅由给定速度场的诱导方程产生。
2017-08-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Geometry of stratified turbulent mixing: local alignment of the density gradient with rotation, shear and viscous dissipation
本文提出基于速度梯度张量构造两个正交基的几何分析方法，研究分层湍流中密度梯度与旋转、剪切及黏性耗散的局部对齐，并利用分层倾斜管道实验揭示高剪切区密度梯度优先沿最小耗散方向且垂直于rotex-剪切平面的规律。
2023-09-19 physics.flu-dyn
Shear-Improved Smagorinsky Model for Large-Eddy Simulation of Wall-Bounded Turbulent Flows
基于Toschi等人（2000）关于壁面湍流剪切效应的最新研究结果，引入了剪切改进的Smagorinsky模型。Smagorinsky涡粘性修正减去的瞬时分辨应变率张量的大小的平均剪切的大小。在两种不同雷诺数下，对平面通道流动进行了大涡模拟，并对该亚网格模型进行了检验。与动态Smagorinsky模型和直接数值模拟，包括平均速度，湍流动能和雷诺应力分布的第一个比较，是非常令人满意的。所提出的模型，除了是物理上的声音，具有较低的计算成本，并具有较高的潜力，推广到更复杂的非均匀湍流。
2006-06-01 nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulent bifurcations in intermittent shear flows: from puffs to oblique stripes
局部湍流结构，如泡芙或斜条纹的亚临界壁边界剪切流的不稳定性制度的基石。这些湍流结构的不可压缩的压力驱动的环形管流在长域中使用直接数值模拟进行了研究。对于足够低的半径比$η$，这些相干结构具有与圆柱形管流中的喷流相当的动力学。对于大于0.5的$η$，它们采取相对于轴向方向倾斜的螺旋条纹的形状。从喷流到条纹的过渡集中在相关的大尺度流的轴对称特性进行统计分析。它示出的过渡是渐进的：作为方位角限制放松，允许一个方位角大规模的组件，斜条纹出现在平面极限预测。这种过渡机制的一般性进行了讨论的背景下，亚临界剪切流。
2017-05-08 physics.flu-dyn
Laminar, turbulent and inertial shear-thickening regimes in channel flow of neutrally buoyant particle suspensions
这封信的目的是描述有限惯性下粘性流体中有限尺寸刚性颗粒悬浮液的流动状态。我们探讨了系统的行为作为粒子的体积分数和雷诺数（流量和颗粒的惯性粘性力的比率）的函数。与层流和湍流状态之间存在明显区别的单相流不同，在存在颗粒相的情况下可以识别三种不同的状态，它们之间具有平滑的过渡。在低体积分数下，当雷诺数增加时，流动变得湍流，从由粘性力主导的层流状态过渡到以湍流涡流增强动量传输为特征的湍流状态。在更大的体积分数，我们确定了一个新的制度，其特征在于更大的增加壁摩擦。壁面摩擦力随雷诺数（惯性效应）而增加，而湍流输运的影响很弱，如在强烈的惯性剪切增稠状态。这种状态可能会阻止过渡到一个充分的湍流状态在任意高速度的流动。
2014-11-14 physics.flu-dyn
The evolution of coherent vortical structures in increasingly turbulent stratified shear layers
我们研究了欧拉涡结构的形态及其与密度界面的相互作用，在日益动荡的稳定分层剪切层。本文分析了在分层倾斜管道实验室中得到的三维同时速度场和密度场。我们跟踪，在15个数据集，相干结构的演变，从前湍流Holmboe波，通过间歇性湍流，充分的湍流和混合。我们使用的Rortex-剪切分解的涡度场成一个纯旋转的部分（的Rortex矢量），和一个非旋转的部分（剪切矢量）。我们描述了无处不在的发夹状涡结构（揭示的rottex）的形态，类似于那些通常观察到的边界层湍流。这些都是作为相对较弱的涡流周围的强三维剪切结构的封闭Holmboe波，并逐渐加强和变形下增加湍流，转化成对向上和向下指向的发夹传播方向相反的剪切层的顶部和底部边缘。每个发夹的一对腿是反向旋转的，并在横向和垂直方向上夹带流体，它们的拱形“头”是横向涡流，垂直夹带流体。然后，我们阐明了这种大规模的旋涡形态搅拌和混合的密度场。基本上，位于混合层（主要是发夹头）的任一边缘上的尖锐密度界面处的涡流将未混合的流体团吞没到混合层中，而混合层（主要是发夹腿）内部的涡流进一步搅拌它，产生强烈的小尺度剪切，增强混合。这些发现提供了新的见解剪切驱动的分层混合中的湍流相干结构的作用。
2022-03-21 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
Two regimes of dilute turbulent settling suspensions under shear
本文数值研究了剪切流中稀释非惯性沉积物的湍流沉降，发现根据沉降速度可分为均匀弱分层湍流和顶部湍流底部间歇边界层两种状态，中等沉降速度下流动层流化。
2025-05-27 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Goldilocks mixing in oceanic shear-induced turbulent overturns
我们提出了一个新的物理动机的参数化，基于索普和Ozmidov尺度的比例，不可逆的湍流通量系数$Γ_{\mathcal M}= {\mathcal M}/ε$，即不可逆率${\mathcal M}$在分层流中的背景势能增加，由于宏观运动的湍流动能耗散率的比例。我们的参数化涵盖了所有三个关键阶段（至关重要的是，在时间上）的剪切诱导分层湍流生命周期：初始，“热”的增长阶段，中间大力强迫阶段，和最后的“冷”的tetralization衰减阶段。涵盖所有三个阶段使我们能够突出中间阶段的重要性，我们称之为“金发姑娘”阶段，因为它显然是最佳的（因此既不太热也不太冷，但刚刚好）平衡，其中从背景剪切到湍流混合的能量传递是最有效的。$Γ_{\mathcal M}$在此阶段接近1/3，我们证明，这似乎与持续湍流$\sim 0.2-0.25$的临界或边际Richardson数的调整有关。
2021-08-11 physics.flu-dyn
Crossover between Rayleigh-Taylor Instability and turbulent cascading atomization mechanism in the bag-breakup regime
液体雾化（或粉碎）是否诉诸不稳定动力学（通过瑞利-高原，瑞利-泰勒或开尔文-亥姆霍兹机制的改进）或湍流级联类似理查森和柯尔莫哥洛夫第一想法的问题似乎仍然是开放的。在本文中，我们报告的实验证据表明，这两种机制都需要解释从工业喷嘴获得的喷雾液滴PDF。Rayleigh-Taylor类型的不稳定性控制最大液滴的尺寸，而最小液滴服从由湍流级联机制给出的PDF，导致稳定性参数接近1.68的对数Lévy稳定定律。这个值非常接近弗洛里指数的倒数，可能与最近的一个模型有关，该模型用于自避免随机涡旋拉伸的不稳定性建模。
2010-05-31 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Studying edge geometry in transiently turbulent shear flows
在中等Re的线性稳定剪切流中，尽管存在称为混沌边缘的余维一流形，但湍流自发地衰减，该流形将衰减扰动与触发湍流的扰动分开。我们统计分析了平面Couette流中的衰变，量化了自持反馈回路的破裂，并证明了可能的衰变路径的整个连续体的存在。绘制平行低维模型和监测相对于衰减轨迹的边缘的位置，我们提供的证据，混沌的边缘分离状态空间，而不是全球。相反，它包裹在湍流产生结构周围，而不是一个独立的动力学结构，而是混沌鞍的一部分。因此，衰减轨迹不需要穿过边缘，而是在从湍流鞍形物展开的同时环绕它。
2013-12-10 physics.flu-dyn
Shear-banding instability in arbitrarily inelastic granular shear flows
颗粒流中的一个原型不稳定性是剪切带不稳定性，其中均匀的颗粒剪切流破裂成分别具有低剪切力和高剪切力（剪切应力或剪切速率）的颗粒的密集和稀簇的交替带。本文通过对具有Navier-Stokes本构关系的颗粒流体力学方程组的线性稳定性分析，研究了任意非弹性颗粒剪切流中的剪切带不稳定性。结果表明，选择合适的本构关系在预测剪切带失稳中起着重要的作用。进行了参数研究，研究恢复系数，通道宽度和平均密度的影响。两个全球性的标准有关的控制参数被发现的剪切带不稳定性的发病。
2019-08-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Instability of a smooth shear layer through wave interactions
波相互作用理论可以用来理解和预测各种均匀和分层剪切流中的不稳定性。然而，它通常限于剪切层背景速度的分段线性剖面，其中稳定的涡量波模式可以很容易地识别，它们的相互作用量化。本文将这种理解剪切流不稳定性的方法扩展到光滑剪切层剖面。我们描述了一种方法，通过该方法可以确定稳定的涡波模式，并表明它们的相互作用的结果在一个很好的描述的稳定性的光滑剪切层，从而证明了波的相互作用机制在光滑剪切流的存在。
2019-07-25 physics.flu-dyn
Neural network-based modelling of unresolved stresses in a turbulent reacting flow with mean shear
随着计算能力和数据存储能力的不断提高，流体力学中用于建模目的的数据驱动方法是一种有前途的替代方法。高度非线性的流动，包括湍流和反应是具有挑战性的模型，和精确的封闭的大涡模拟的这种流动的未解决的条款是很难获得。在这项研究中，我们调查使用人工神经网络建模的一个重要的未闭合项，即未解决的应力张量，在一个高度要求的湍流和反应流，其中还包括平均剪切。基于神经网络的建模方法的性能进行了先验的粗化网格的方法，并与其他八个经典模型在文献中，其中包括静态和动态配方的预测。
2019-04-17 physics.flu-dyn
Aerodynamically-driven rupture of a liquid film by turbulent shear flow
本文用流体体积法研究了气相同向剪切湍流引起的液膜破裂。为了模拟这个多相问题，我们使用一个简化的数值设置，其中的液膜是“夹”在两个充分发展的边界层从湍流通道模拟。膜在由共流产生的剪切区内变形并最终破裂。这种有效的设置允许系统的物理参数的变化，以衡量他们的作用，在空气动力学驱动的变形和破裂的液膜下充分发展剪切湍流。目前的工作提出了一个详细的研究的发展压力场的变形膜和相关的空气动力学效应，如以前所建议的其他作者，特别是无粘升力和阻力的作用。引入累积升力以捕获在膜上形成的交替压力最小值和最大值的效果，所述交替压力最小值和最大值放大并最终使膜破裂。由升力引起的阻力导出的速度标度反映了膜上的紊流边界层的状态，并使这种累积升力的时间发展以及膜变形的幅度崩溃，对于不同的膜厚度和雷诺数取得了一定的成功。
2020-08-11 physics.flu-dyn
Experimental studies of liquid-liquid dispersion in a turbulent shear flow
本文研究了在两个反向旋转的同轴圆柱体之间产生的湍流泰勒-库埃特流中的液-液分散。在纯水和反向旋转中，雷诺数可达1.4 × 10^5。我们首先描述的单相流，在过渡到湍流的阈值，缩放的扭矩和测量的平均流量和雷诺应力的立体PIV。然后，我们研究了两相流中耗散的增加，发现单位质量的扭矩可以是单相流扭矩的两倍。长期行为也有报道。
2008-06-19 physics.flu-dyn
Feedback Control of Turbulent Shear Flows by Genetic Programming
湍流剪切流引发了非线性动力学的基础研究，如转捩情景，斑图形成和动力学建模。特别是，非线性动力学的控制是几十年来研究的主题。在该出版物中，致动湍流剪切流用作非线性闭环控制策略的试验台，该策略可以以自动自学习的方式优化任意成本函数。这是促进遗传编程提供了一个分析治疗的控制律。与基于PID法则或神经网络的控制不同，不需要预先指定控制法则的结构。该策略首先适用于低维动力系统的湍流方面，线性控制方法失败。这包括稳定非线性耦合振荡器模型的不稳定固定点和最大化混合，即强迫洛伦兹方程的李雅普诺夫指数。对于第一次，我们证明了遗传编程控制的适用性，四个剪切流实验具有较强的非线性和固有的噪声测量。这些实验包括湍流剪切层中的混合增强、后向台阶后回流区的减少以及分离边界层的优化再附着。遗传编程控制已经超过了测试优化国家的最先进的控制，甚至发现了新的驱动机制。
2015-05-05 physics.flu-dyn
The effect of Prandtl number on turbulent sheared thermal convection
在湍流壁面剪切热对流中，根据热强迫和壁面剪切的相对相关性，存在三种不同的流动状态。在本文中，我们报告了在固定瑞利数$Ra=10^6$的情况下，在$0 \leq Re_w \leq 4000$和普朗特数$0.22 \leq Pr \leq 4.6$范围内改变壁雷诺数，对这种剪切瑞利-贝纳德对流进行直接数值模拟的结果，扩展了Blass等人（2020）的先前工作，其中$Pr$保持不变，热强迫（$Ra$）变化。我们涵盖了广泛的散装理查森数$0.014 \leq Ri \leq 100$，并表明普朗特数强烈影响的形态和动力学的流动结构。特别是，在固定的$Ra$和$Re_w$，高普朗特数导致更强的动量传输从壁，因此产生更大的影响的流动结构上的壁剪切，导致增加的效果$Re_w$的努塞尔数。此外，我们分析了热和动力学边界层厚度，并将它们的行为与所得的流态。对于最大的剪切速率和$Pr$数，我们观察到的普朗特-冯卡门对数层的出现，在边界层的湍流动力学的发病信号。最后，我们的结果允许扩展Grossmann-Lohse理论的瑞利-Bénard对流的热传输剪切的情况下，普遍描述$Nu(Ra,Pr,Re_w)$。
2020-07-06 physics.flu-dyn
Signature of Pressure Gradient History on Wall Shear Stress in Turbulent Boundary Layers
本文通过实验研究顺逆压力梯度序列对湍流边界层壁面切应力的历史效应，发现上游顺压力梯度对下游逆压力梯度区域具有持久影响，且该效应在低雷诺数下更显著。
2025-07-01 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
Resonance enhanced turbulent transport
本文在E。Kim [ \emph{Physics of Plasmas}，{ \bf 13}，022308，2006]。湍流扩散被发现至关重要地依赖于抑制之间的竞争，由于剪切和增强，由于共振，取决于剪切流和湍流的特征时间和长度尺度。由于多普勒和参数共振，具有有限记忆时间的湍流会增强传输。在不同的参数空间中提供了湍流振幅和传输的标度。结果表明，振荡剪切流不仅在调节湍流的效率较低，但也可以提高湍流扩散的价值，加速湍流输送。
2008-12-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The multi-scale nature of Wall shear stress fluctuations in turbulent Rayleigh-Benard convection
本文报道了在一个直径2.5 m、高2.5 m的瑞利-贝纳德（RB）室的加热底板上，对空气中的湍流Rayleigh-Benard（RB）对流在很长时间尺度（$\ge$ 1900自由落体时间单位）上的壁面剪应力波动的测量结果。新型传感器同时捕获壁面剪应力矢量$\boldsymbolτ(t)$的大小和方向的波动，具有高分辨率的慢气流。结果表明，持续的翻滚型结构，这是在一个双稳态，因为它有规律地振荡的时间尺度，与典型的涡流周转时间的平均取向。平均取向可以持续几乎数百个涡流周转，直到这种结构的重新取向的形式，一个缓慢的进动设置，而一个临界弱化的平均壁面剪应力的大小-分别平均风-被观察到。流向壁面剪应力$τ_x$沿平均风向的湍流脉动幅值呈现高度偏态的Weibull分布，而在较大时间尺度上的脉动则服从对称的高斯分布。极端事件，如负$τ_x$的局部流动逆转恢复为罕见的事件，并与壁面剪应力矢量的快速角扭转。这些事件-与表面摩擦力场的临界点相关-与两种概率分布中尾部信号的重合相关。
2019-01-19 physics.flu-dyn
Absolute linear instability in laminar and turbulent gas/liquid two-layer channel flow
本文研究了两相分层流动，其中底层是薄层液体，上层是充分发展的气体流。气流可以是层流或湍流。为了确定对流和绝对不稳定之间的边界，我们使用Orr-Sommerfeld稳定性理论，以及线性模态分析和射线分析的组合。对于湍流气流，密度比r=1000，我们发现大区域的参数空间，产生绝对不稳定。这些参数范围涉及与油/气流直接相关的粘度比。相反，如果气体层是层流的，则对于密度比r=1000，绝对不稳定性持续存在，尽管对流/绝对稳定性边界出现在比湍流情况小一个数量级的粘度比处。另外两个不稳定的时间模式存在于层流和湍流的情况下，其中之一可以排除绝对不稳定。我们将我们的结果与实验确定的流态图进行比较，并讨论了本方法在非线性分析中的潜在应用。
2012-08-03 physics.flu-dyn
Laminar-Turbulent Patterns in Shear Flows : Evasion of Tipping, Saddle-Loop Bifurcation and Log scaling of the Turbulent Fraction
本文用一维反应-平流-扩散模型解释剪切流层流-湍流模式，通过 Busse 气球、鞍环分岔和孤立脉冲阐明波长对数发散规律。
2024-07-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Quantum-assisted tracer dispersion in turbulent shear flow
本文提出一种量子辅助生成算法，利用参数化量子电路生成湍流速度联合概率密度函数，并通过经典方法与真实量子设备验证，为量子计算机在复杂湍流输运参数化中的应用奠定基础。
2025-06-17 physics.flu-dyn quant-ph
Asymmetry of temporal cross-correlations in turbulent shear flows
我们调查的空间和时间之间的交叉相关性流向和正常的速度分量在三个剪切流：低维模型的涡条纹相互作用，直接数值模拟的近均匀剪切流和湍流边界层的实验数据。流向涡对流向条纹的驱动导致了短时关联的时间不对称性。在自由滑动情况下，靠近壁或边界表面，识别这种不对称性。进一步远离边界的不对称性变得较弱，并改变性质，表明其他过程的流行。非对称性测量的系统变化可以用作分离湍流剪切流中不同层的补充指标。不同流向位移处的极值位置可用于读出平均平流速度;由于结构正常延伸的不对称性，平均平流速度不同于平均流向速度。
2005-09-28 nlin.CD physics.flu-dyn
Transitions between turbulent states in a two-dimensional shear flow
本文采用直接数值模拟的方法研究了大尺度射流在受迫剪切流湍流区的分叉现象。在最大尺度模式的概率密度函数（PDF）中可以看到分叉，其中控制参数是基于表示为$Rh$的摩擦系数的雷诺数。当在湍流状态下增加$Rh$时，大尺度模式的PDF首先从高斯行为分叉为双峰行为，这表明出现了大尺度流的反转，其中流在两个不同的湍流状态之间波动。进一步增加$Rh$导致从双峰到单峰PDF的分叉，这表示最大尺度模式的反转消失。我们把后一种转变归因于大尺度流动表现出的与低频$1/f^α$型噪声（具有$0 < α< 2$）相关的长时间记忆。我们还证明了一个极小模型，15个模式，从截断的欧拉方程，是能够捕捉到的纳维-斯托克斯方程所表现出的大尺度射流的分叉。
2020-06-09 physics.flu-dyn
Mechanism of Roll-Streak Structure Formation and Maintenance in Turbulent Shear Flow
在壁面剪切流动中，主要拟序结构是流向滚纹（R-S）。在没有相关不稳定性的情况下，R-S被归因于平均流和扰动之间的非正态介导的相互作用。这种相互作用可以直接由于瞬态增长扰动的激发而发生，也可以间接由于湍流雷诺应力引起的R-S不稳定而发生。直接机制和间接机制之间的一个基本区别是，在直接机制中，R-S本身就是增长结构，而在间接机制中，R-S作为自组织结构出现。在突现R-S理论中，基本机制是由雷诺应力条纹组织起来的，这些条纹被配置成通过提升过程来支持其相关的滚动。这需要条纹组织湍流扰动，例如产生被配置为加强条纹的雷诺应力。在本文中，我们提供了详细的分析，解释物理为什么这种正反馈发生，是一个普遍的性质，湍流剪切流。DNS数据从相同的湍流中使用的理论研究（Poisseullle流在R=1650）也进行了分析，验证这种机制在DNS中运行。
2022-05-16 physics.flu-dyn
Navier-Stokes-driven analysis of mean and fluctuating wall shear stress in turbulent channel flow
CNRS（法国国家科学研究中心）
本文提出基于纳维-斯托克斯方程分析湍流通道流中平均和脉动壁面剪应力的方法，揭示了湍流生产与扫过现象对剪切加速度协方差的影响。
2026-02-04 physics.flu-dyn
Turbulent transport by diffusive stratified shear flows: from local to global models. Part II: Limitations of local models
本文继续本系列第一部分开始的扩散剪切不稳定性的系统研究。在这项工作中，我们主要集中在量化的影响，非本地混合，这是不考虑在Zahn的混合模型\citep{Zahn92}。我们提出了一个新的模型设置，旨在包含共存的层流和湍流剪切层的直接数值模拟的结果。与第一部分一样，我们使用\citet{Lign1999}的低Péclet数近似来模拟扰动的演化。我们的主要发现有两个方面。首先，湍流不一定是在满足Zahn的非线性准则\citep{Zahn1974} $J{\rm Pr} < (J{\rm Pr})_c$时产生的，其中$J=N^2/S^2$是局部梯度Richardson数，${\rm Pr} = ν/ κ_T$是普朗特数，而$(J{\rm Pr})_c \simeq 0.007$。我们已经证明，在这个极限中，湍流混合的存在或不存在滞后地取决于剪切层的历史。第二，Zahn的非线性不稳定性准则仅大致定位于湍流层的边缘，并且混合超出$J{\rm Pr} < (J{\rm Pr})_c$也可以以类似于对流过冲的方式发生的区域。我们发现，湍流动能在剪切不稳定区的边缘外大致呈指数衰减，其长度尺度$δ$与湍流涡旋的尺度成正比，而湍流涡旋的尺度本身是赞恩尺度的量级（见第一部分）。我们的研究结果表明，混合扩散剪切不稳定性应建模更小心比目前标准的恒星演化代码。
2018-06-07 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Prediction of Turbulent Shear Stresses through Dysfunctional Bileaflet Mechanical Heart Valves using Computational Fluid Dynamics
全世界每年有超过300，000个心脏瓣膜植入，其中约50%是机械瓣膜。心脏瓣膜置换术通常是严重瓣膜疾病的常见治疗方法。然而，瓣膜可能功能障碍，导致不良的血液动力学状况。当前的计算研究调查了在0%、50%和100%的不同瓣叶功能障碍水平下的双叶机械心脏瓣膜周围的流动，并记录了相关的流动特征，例如旋涡结构和湍流剪切应力。研究这些阀门在正常操作和功能障碍期间的流动特性，可以更好地了解其性能，可能改进设计，并帮助识别可能增加血细胞损伤潜在风险的条件。结果表明，最大流速增加功能障碍从2.05至4.49 ms-1，这是伴随着不断增长的漩涡和速度波动。这些波动导致更高的湍流剪切应力从90至800 N.m-2的功能障碍增加。这些应力值超过了溶血和血小板活化风险升高对应的阈值。应力升高的区域集中在功能瓣叶周围和下游，其中存在高射流速度和更强的螺旋结构。
2018-03-09 physics.flu-dyn
Aerodynamic sound of turbulent time-developing shear layer as the outcome of the flow linear non-modal instability
本文的目的是证实非正规的剪切流线性算子及其后果-非模态动力学的扰动-在形成声波输出的时间发展的自由剪切/混合层的重要性。首先，空间傅立叶谐波的线性瞬态动力学被认为是在一个三维的同熵平行无界无粘恒定剪切流，可以模拟剪切层的中心/身体部分。非模态方法允许捕获声波产生的唯一线性机制-- \textit{the linear vortex-wave mode coupling induced by the shear flow non-normality}。我们描述的具体/关键功能的生成过程中，应该留下痕迹的进一步动态生成的波。然后，给出了中等对流马赫数（具体为$M_c=0.7$）下可压缩湍流时间发展混合层的直接数值模拟结果，以及具有固定流向和剪切方向长度（$L_x=100, L_y=200$）和不同流向展向展弦比（$L_x/L_z=0.5,1,2$）的模拟箱$(L_x,L_y,L_z)$。模拟识别的声波输出的起源：一个\emph{linear generation process of acoustic waves in the shear layer core region, induced by the flow non-normality}的主导地位，可观察到在近场的声波发射的流动。
2021-04-19 physics.flu-dyn
Shear instability of an axisymmetric air-water coaxial jet
本文研究了环形快速气流对圆形液体射流的不稳定性。我们测量几个几何形状和空气/水的速度的剪切不稳定波的频率。然后，我们进行了线性稳定性分析，并表明，有三个竞争机制的不稳定：对流不稳定，绝对不稳定的表面张力驱动，和绝对不稳定的约束驱动。我们比较这个分析与实验结果的预测，并提出在每个政权的波频率的标度律。最后，我们介绍的标准来预测这三个政权之间的界限。
2018-02-07 physics.flu-dyn
Stretching of polymers around the Kolmogorov scale in a turbulent shear flow
我们提出的数值研究拉伸的虎克哑铃在湍流的Navier-Stokes流的线性平均配置文件，<u_x>=Sy。除了粘性Kolmogorov尺度η之外的湍流特征之外，哑铃的平衡延伸处的动力学显著低于η也得到了很好的解决。恒定剪切率S的变化引起所有尺度上的湍流速度波动的变化，从而引起平流的局部拉伸率的强度的变化。后者是由最大李雅普诺夫指数λ da_1来衡量的，发现λ da_1随着λ_1 ~ S^{3/2}而增加，这与量纲参数一致。布朗动力学模拟结合湍流剪切流的伪谱积分，推进了高达2 × 10^6被动平流哑铃的系综。拉伸的各向异性通过方位角$ϕ$和极角θ的统计来量化，方位角$ϕ$测量与x-y剪切平面中的平均流动轴的对准，极角θ确定相对于剪切平面的取向。φ的概率密度函数（PDF）的不对称性随着剪切速率S的增加而增加。此外，PDF在平均流向（phi= 0）附近逐渐达到峰值。相反，极角θ的PDF是对称的，并且对S的变化不太敏感。
2006-01-03 nlin.CD physics.flu-dyn
Optimal control of diffuser shapes for confined turbulent shear flows
湍流剪切流的发展模型，在一个封闭的通道中的非均匀的平行流创建的，是用来识别的扩散器的形状，最大限度地提高压力恢复时，流入是不均匀的。宽扩压器角度会加剧不均匀流动，导致压力恢复差。另一方面，浅扩压器角度产生具有大壁阻力的较长区域，这也不利于压力恢复。因此，最佳的扩散器形状在两种效果之间取得平衡。我们使用一个简单的模型，它描述了一个近似的流量分布和压力的扩散器的演变。模型方程形成了最优控制问题的动力学，其中控制是扩压器通道形状。数值优化方法是用来解决的最优控制问题，我们用分析结果来解释在某些限制情况下的数值。将优化结果与计算流体动力学的计算结果进行比较。
2018-04-06 physics.flu-dyn
Transition from shear-dominated to Rayleigh-Taylor turbulence
自然界中的湍流混合层通常以两股不同速度的流体之间存在平均剪切和不稳定浮力梯度为特征。取决于剪切力与浮力的相对强度，前者或后者可能主导两股流之间的湍流和混合。在本文中，我们提出了一个唯象理论，导致识别两个不同的湍流制度：早期制度，占主导地位的平均剪切，和后来的制度占主导地位的浮力。主要的理论结果包括识别的交叉时间尺度，区分剪切和浮力为主的湍流。这个交叉时间取决于三个大规模的流动常数，即浮力差，两股流之间的速度差，和重力加速度。我们验证我们的理论对直接数值模拟（DNSs）的时间湍流混合层与不稳定的分层复合。我们观察到，交叉时间正确地预测从剪切浮力驱动的湍流的过渡，在湍流动能生产，能谱标度和混合层厚度。
2021-06-17 physics.flu-dyn
Lagrangian and Eulerian accelerations in turbulent stratified shear flows
采用直接数值模拟的方法研究了均匀剪切湍流和均匀稳定层结中流体质点的拉格朗日（LA）和欧拉加速度（EA）特性。Richardson数从对应于非分层剪切流的$Ri=0$变化到对应于强分层剪切流的$Ri=1$。LA和EA的概率密度函数（pdf）都具有拉伸指数形状，并且它们对Richardson数具有强烈且相似的影响。EA的极值比LA观察到的极值更强。几何统计学解释说，由于欧拉和对流加速度的相互抵消，EA的幅度大于其拉格朗日对应物，因为这两个矢量在统计上显示出反平行的偏好。一个基于小波的尺度相关分解的LA和EA进行。对于较小尺度的湍流运动，加速度pdf的尾部变得更重。因此，平坦度随着尺度的减小而增加，这表明在较小尺度下具有更强的不稳定性。LA和EA的联合PDF表明，随着理查森数的增加，在更大尺度的湍流运动的趋势更强的相关性。对纳维-斯托克斯方程中各项的考虑表明，LA主要由压力梯度项决定，而EA主要由非线性对流项决定。
2021-07-21 physics.flu-dyn
An instability criterion for a finite amplitude localized disturbance in a shear flow of electrically conducting fluids
本文研究了有限振幅三维局部扰动下导电流体剪切流的稳定性。的流体脉冲积分的时间演化，表征这种干扰，为低磁雷诺数的情况下，通过分析积分的涡度方程。分析所得到的方程揭示了一个新的不稳定性准则。
1997-05-20 physics.flu-dyn
Mean velocity profiles and total shear stress profiles in adverse-pressure-gradient turbulent boundary layers considering history effect
本研究提出一种考虑历史效应的预测模型，通过引入由Clauser参数修正的摩擦速度尺度恢复流向自相似性，并开发估计-修正模型显式捕捉压力梯度流向导数，将总剪切应力分解为四部分，准确预测了逆压梯度湍流边界层的平均速度剖面和总剪切应力剖面。
2025-10-31 physics.flu-dyn
Toward a structural understanding of turbulent drag reduction: nonlinear coherent states in viscoelastic shear flows
非平凡的稳定流最近被发现，捕获的湍流缓冲层的主要结构。我们研究了在平面Couette流中聚合物的加入对这些“精确相干态”的影响。尽管ECS流的简单性，这些效果密切反映了实验观察到的：结构转移到更大的长度尺度，壁正常的波动被抑制，而流向的增强，阻力减少。阐明了这些影响的机制。这些结果表明，ECS是密切相关的缓冲层湍流。
2002-11-20 nlin.CD physics.flu-dyn
Flow organization and heat transfer in turbulent wall sheared thermal convection
我们进行直接数值模拟壁面剪切瑞利-贝纳德（RB）对流瑞利数$Ra=10^8$，普朗特数单位，壁面剪切雷诺数高达$Re_w=10000$。使用Monin-Obukhov长度$L_{MO}$，我们确定了三种不同的流动状态，浮力为主的制度（$L_{MO} \lesssim λ_θ$ ;与$λ_θ$的热边界层厚度），过渡制度（$0.5H \gtrsim L_{MO} \gtrsim λ_θ$ ;与$H$域的高度），和剪切为主的制度（$L_{MO} \gtrsim 0.5H$）。在浮力占主导地位的政权的流动动力学是类似的湍流热对流。过渡状态的特征在于随着剪切力的增加而逐渐伸长的辊。在剪切为主的制度的流动包括非常大规模的曲折卷，类似于传统的库埃特流中发现的。作为这些不同的流动状态的结果，对于固定的$Ra$并且随着剪切的增加，由于热辊的破碎，热传递首先降低，然后在剪切主导的状态开始时增加。对于$L_{MO} \gtrsim 0.5H$，努塞尔数$Nu$有效地缩放为$Nu \sim Ra^α$，其中$α\ll 1/3$，而我们发现$α\simeq 0.31$处于浮力主导的状态。在过渡区的有效标度指数是$α> 1/3$，但在这个区域的温度和速度的轮廓还不是对数，从而表明瞬态动力学，而不是热对流的最终制度。
2019-09-23 physics.flu-dyn
Non-axisymmetric instability of shear-banded Taylor-Couette flow
最近的实验表明，剪切带流的半稀释蠕虫状胶束在泰勒-库埃特几何形状表现出流动的泰勒涡的形式不稳定。在这里，我们进行非轴对称的线性稳定性分析的扩散剪切带的Johnson-Segalman模型，并表明，这种不稳定性的性质取决于所施加的剪切速率。对于实验相关参数，我们发现，在应力平台的开始不稳定性是由带之间的界面，而大部分的应力平台是由高剪切速率带的体不稳定性。我们的工作显着改变了最近提出的剪切带流的轴对称分析的基础上的稳定性图。
2012-01-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Turbulent burning velocity and thermo-diffusive instability of premixed flames
本文报道的结果，非定常三维直接数值模拟层流和湍流，贫氢-空气，复杂化学品火焰在强制湍流中传播的一个盒子。为了探索层流火焰热扩散不稳定性对湍流燃烧速度的最终影响，（i）通过逐渐减小计算区域的宽度Λ直到获得稳定的层流火焰，数值确定了边界不稳定和稳定层流燃烧区域的临界长度尺度Λn;（ii）通过改变计算区域的宽度Λ < Λn来模拟湍流火焰（在这种情况下，不稳定性被抑制）到Λ > Λn（在这种情况下，不稳定性可能增长）。此外，模拟进行使用混合物平均传输性能（低路易斯数火焰）或设置所有物种的扩散率等于混合物的热扩散率（equidiffensive火焰），与所有其他的东西是相等的。结果表明，在弱湍流条件下，当越过边界线Λ = Λn时，湍流燃烧速度UT显著增加，而在Karlovitz数等于或大于3.4的中等湍流条件下，当Λ < Λn和Λ > Λn时，UT值几乎相等。这些结果意味着层流预混火焰的热扩散不稳定性仅在弱湍流中显著影响燃烧速度，这与Chomiak和Lipatnikov（Phys. Rev. E 107，015 - 102，2023）提出的简单准则一致。
2023-02-23 physics.flu-dyn
Wall bounded turbulent shear flow: Analytic result for an universal amplitude
在平板上方的紊流边界层中，速度剖面的形式为v=v_0[（1/κ）ln z +常数]。以无量纲单位表示的到壁的距离是z，并且v_0是唯一定义的速度尺度。数κ是普适的，几十年来的测量表明它接近0.42。我们使用湍流的随机搅动模型来推导上述定律，发现κ= \sqrt{\frac{108} {125 π}} \simeq 0.52。
1999-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech 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
Direct velocity measurement of a turbulent shear flow in a planar Couette cell
在一个平面库埃特池中，由水组成的薄流体层在雷诺数为300至1400的透明带之间被剪切。与膜分离相比，细胞流动通道的长度较大。为了提取实验中的流速，相关图像测速（CIV）方法被用于高速摄像机记录的图像。以允许分析与膜分离尺寸相似的流型的分辨率记录流动。然后通过计算流速自相关函数来研究流体流动。在临界雷诺数Re=360以上的尺度上出现的湍流模式显示出用计算出的速度自相关函数证明的特征模式。这些模式是亚稳态的，并在整个实验中的不同位置和时间重新出现。通常，这些图案是湍流辊，其在带移动的方向的流动方向上伸长。虽然流动状态是亚稳态的，但它们与已知出现在圆形泰勒库埃特单元中的稳定泰勒涡具有相似之处。
2014-03-12 physics.flu-dyn
Experimental properties of continuously-forced, shear-driven, stratified turbulence. Part 1. Mean flows, self-organisation, turbulent fractions
我们研究了分层倾斜管道（SID）中的交换流的实验性质，这些交换流同时是湍流的，由平均垂直密度梯度强烈分层的，由平均垂直剪切驱动的，并且连续地由重力强迫。我们专注于核心剪切层远离管道壁，这些流量是优秀的实验可实现的近似规范双曲正切分层剪切层，其迫使允许平均和湍流特性达到准稳态。我们分析了国家的最先进的数据集的时间分辨密度和速度在三维子体积的管道在16个实验，涵盖了一系列的流态（霍姆波，间歇性湍流，全湍流）。在第1部分中，我们首先揭示了多维参数空间（雷诺数，体理查森数，速度密度层厚度比）中的允许区域，以及它们与实验可控参数的联系。哈罗德平均余额，然后揭示了微妙的动量强迫和耗散机制，在每一层中，扩大或锐化的密度接口，以及这些流量的流向非周期性的重要性。平均流量表明自相似的速度和密度分布的趋势，增加湍流，梯度理查森数统计支持以前的内部混合理论的平衡理查森数，边际稳定性和自组织临界。湍流体积分数拟能和翻转阈值的基础上量化不同制度之间的湍流的性质，同时突出了在时空间歇性流动中获得代表性统计数据的挑战。这些见解可能会刺激和协助发展的数值模拟与更高程度的实验现实主义。
2021-03-16 physics.flu-dyn
