Eddy diffusivity of quasi-neutrally-buoyant inertial particles
本文研究了不可压缩零平均周期性或定常各态历经流中准中性浮力惯性粒子的大尺度输运性质。我们展示了如何计算大规模的指标，如惯性粒子的终极速度和涡流扩散系数的第一原理在周围的附加质量因子接近统一的限制微扰膨胀。在物理上，该极限对应于颗粒的质量密度恒定并且在值上接近于也恒定的流体的质量密度的情况。我们的方法不同于通常的过阻尼膨胀，因为我们不假设热化和小尺度对流效应之间的时间尺度的分离。对于一般的不可压缩流，我们推导出封闭形式的细胞方程的辅助量确定的终极速度和有效扩散。在平行流的特殊情况下，这些方程有明确的解析解.我们使用平行流表明，我们的方法能够阐明的行为的终极速度和有效扩散的斯托克斯数的顺序的团结。
2017-12-28 physics.flu-dyn
Cinlar Subgrid Scale Model for Large Eddy Simulation
本文构造了一种新的亚网格尺度应力模型，用于不可压流动的大涡模拟中的小尺度效应。我们使用的协方差张量表示的雷诺应力，并包括克拉克的交叉应力模型。雷诺应力是从Cinlar随机速度场，这是基于在海洋中观察到的涡结构在亚网格尺度上的分析。用OpenFOAM软件计算的槽道湍流验证了模型的有效性。通过DNS数据将其与常用的Smagorinsky和单方程涡动SGS模式进行了比较。
2015-12-31 math.PR physics.flu-dyn
Spectral Modeling of Magnetohydrodynamic Turbulent Flows
基于涡阻尼拟正态马尔可夫近似，提出了一种用于不可压磁流体动力学方程大涡模拟的动力学谱模型。该模型扩展了经典的频谱大涡模拟的纳维-斯托克斯方程，将一般（非Kolmogorovian）的频谱以及涡噪声。我们推导出MHD模型，并表明，引入一个新的涡流阻尼时间的频谱张量的动力学之间的速度和磁场均分的情况下，导致更好的协议与直接的数值模拟，发电机计算的一个重要点。
2008-03-31 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Validating the Boltzmann approach to the Large-Eddy simulations of forced homogeneous incompressible turbulence
University of Rome “Tor Vergata”（罗马托尔维加塔大学）；Italian Institute of Technology（意大利理工学院）；Harvard University（哈佛大学）
本文验证了LBM-Smagorinsky LES在强制均匀各向同性湍流中处于流体动力学范围，通过量化Knudsen数确认其行为与传统LES一致。
2026-08-17 physics.flu-dyn
Fluid turbulence and eddy viscosity in relativistic heavy-ion collisions
本文导出了具有相对论性状态方程的可压缩湍流的涡粘性。可压缩性允许的声音模式，但在剪切模式中的涡粘性被发现是相同的不可压缩流体。对于两个空间维度（这是相对论性重离子碰撞动力学的相关情况），剪切模式中的涡动粘度为负，将有效粘度降低到其微观值以下。这可以解释在RHIC中发现的微小粘度。推测了大型强子对撞机实验上可获得的椭圆流系数的含义。
2007-10-01 hep-ph nucl-ex nucl-th
Model of incompressible turbulent flows via a kinetic theory
State Key Laboratory of Coal Combustion, School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室）；Institute of Interdisciplinary Research for Mathematics and Applied Science, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学数学与交叉科学研究院）；College of Energy Engineering, Zhejiang University（浙江大学能源工程学院）
本文扩展并分析了Chen等人提出的不可压缩湍流动力学模型，通过重新选择弛豫时间并改进近壁流动处理，提升了湍流输运系数的一致性，并验证了模型在湍流平面Couette流中的有效性。
2026-03-12 physics.flu-dyn
A systematic approach for modeling a nonlocal eddy diffusivity
本研究针对空间变化的不可压缩流被动标量输运，开发了一种基于匹配矩逆算子的系统且更具成本效益的非局部涡扩散率建模方法，能捕获前导阶非局部效应并转化为易求解的偏微分方程。
2023-06-28 physics.flu-dyn
Investigation of wakes generated by fractal plates in the compressible flow regime using large-eddy simulations
本文采用大涡模拟方法研究了在可压缩区域内，在亚音速和超音速上游条件下，马赫数下，正方形和分形多尺度结构与流动的相互作用。我们还旨在确定这些相互作用的相似性和差异，在典型的不可压缩流问题与相应的相互作用。考虑到与分形结构相关的几何复杂性，我们采用浸没边界法来模拟固体表面的无滑移边界条件，在小分形特征附近具有足够的网格分辨率。我们通过与低马赫数下的实验风洞测量结果的广泛比较来验证数值结果。与不可压缩流情况下的结果类似，我们发现分形板的流动结构的破碎和下游方向的湍流混合的增加。随着马赫数的增加，我们观察到明显的尾流弯曲和尾流在垂直于流向-展向平面的横向方向上的更高的扩展速率。虽然不显著，我们用两点速度相关性在整个马赫数范围内量化了正方形和分形板之间的差异。在可压缩状态下，分形板产生的尾流显示出较低的湍流动能（TKE）和能谱水平相比，那些正方形的情况。此外，近场压力谱的结果似乎表明，分形板有潜力，以减少气动噪声。
2020-09-08 physics.flu-dyn
A physics-inspired alternative to spatial filtering for large-eddy simulations of turbulent flows
大涡模拟（LES）是计算高雷诺数湍流的一种常用方法。LES的空间滤波理论并非没有缺点，包括如何定义壁边界流的滤波，非均匀滤波器的换向误差，以及对具有额外复杂性的流（如多相流）的可扩展性。在本文中，大涡模拟的理论是重新想象使用一个粗糙的过程，模仿自然。这种物理启发的方法相当于单相无壁流动的高斯滤波，但即使在这种简单的情况下，也为建模开辟了新的见解。有界和非均匀分辨率可以在这个框架中无条件地处理，没有交换错误，和无发散条件被保留为不可压缩流。介绍了Germano恒等式的一种替代方法，并用于定义一个动态过程，而无需测试过滤器。更复杂的物理学的潜在扩展进行了简要讨论。
2021-10-14 physics.flu-dyn
Implicit LES with high-order H(div)-conforming FEM for incompressible Navier-Stokes flows
Georg-August University Göttingen（哥廷根乔治-奥古斯特大学）
本文研究了高雷诺数下不可压缩纳维-斯托克斯流的隐式大涡模拟，采用高阶H(div)-符合有限元方法，在周期域衰减湍流和壁面受限通道流两种情况下进行验证。
2018-09-18 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Magnetic eddy viscosity of mean shear flows in two-dimensional magnetohydrodynamics
磁雷诺数（Rm）小于~1的磁流体中的磁感应早就被认为会引起磁阻力。在这里，我们表明，当$\mathrm{Rm} \gg 1$和流体是在流体力学为主的制度，其中的磁能是远远小于的动能，感应由于平均剪切流导致磁涡粘性。磁粘性是从简单的物理参数，其中相干响应由于剪切流建立在磁场，直到解相关的湍流运动。动态粘性系数近似为$(B_p^2/2μ_0) τ_{\rm corr}$，即极向磁能密度乘以相关时间。我们通过二维不可压缩磁流体力学的数值模拟证实了磁涡粘性。我们也考虑三维的情况下，在圆柱或球形几何，理论上的考虑类似地指向一个非零粘度时，有差异的旋转。因此，这些结果作为动力学推广的费拉罗的等旋定律。磁涡粘性导致角动量的输运，可能是重要的天体物理领域，如一些气体巨星内部的纬向流。
2019-08-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Optimal Nonlinear Eddy Viscosity in Galerkin Models of Turbulent Flows
我们提出了一个变分的方法来识别一个最佳的非线性涡粘性作为POD模型的一个子尺度湍流表示。给出了涡粘性系数的解析表达式，并给出了涡粘性系数的解析表达式。该函数被发现作为成本函数的最小值，该成本函数测量来自流的解析直接或大涡模拟的目标数据与其基于POD模型的重建之间的差异。优化是用数据同化方法推广的4D-VAR方法。给出了二维不可压混合层$Re=500$（基于初始涡量厚度和高速来流速度）和三维Ahmed体尾迹$Re=300,000$（基于体高和自由来流速度）的最佳涡粘性POD模型。变分优化配方阐明了一些有趣的物理见解有关的涡粘性anadium使用。混合层的20维模型揭示了一个负涡粘度制度，在低波动水平，提高了对吸引子的瞬态时间。与Östh等人（2014）最近提出的非线性模态涡流粘度基准相比，100维尾流模型产生更准确的能量分布。我们的方法可以应用于构建相当任意的封闭关系，更一般地说，本构关系优化统计特性的一类广泛的降阶模型。
2015-01-05 math.DS physics.flu-dyn
A quasi-dynamic one-equation model with joint constraints of kinetic energy and helicity fluxes for large eddy simulation of rotating turbulence
本文提出一种由动能和螺旋度通量联合约束的准动态单方程SGS模型（QCM），通过动态获取系数并引入双通道螺旋度通量理论，显著提升了强螺旋度影响下的旋转流预测及转捩过程处理能力。
2024-01-04 physics.flu-dyn
Combined role of molecular diffusion, mean streaming and helicity in the eddy diffusivity of short-correlated random flows
我们分析研究的有效扩散率张量的示踪粒子在流体流动赋予一个短的相关时间。通过功能演算和多尺度扩展，我们写下的主要贡献，由于每个单一的物理效应和它们的相互作用的涡扩散。也就是说，除了分子扩散率和恒定的均匀平均流，我们考虑到（不可压缩的，高斯的，固定的，均匀的，各向同性的）湍流波动打破奇偶不变性的可能性。关于三角洲相关流的经典湍流驱动扩散率放大，我们发现，即使与此类效应相结合，短时间相关性的存在也会导致扩散率减弱，但有两个主要例外。值得注意的是，扩散率是-微扰-扩大，不仅由螺旋贡献本身，但也由分子扩散和平均流量之间的干扰。
2016-06-15 nlin.CD physics.flu-dyn
Negative magnetic eddy diffusivity due to oscillogenic $α$-effect
本文用多尺度稳定性理论的渐近方法研究了仅涉及小空间尺度的不可压缩流体稳态镜像反对称流的大尺度运动发电机作用。事实证明，由于磁$α$ -效应在这样的流动，大尺度平均场经历谐波振荡的时间尺度O（$\varepsilon t$）没有增长或衰减。这里，$\varepsilon$是空间尺度比，而$t$是流周转时间量级的快时间。伴随的波动磁场与流动的相互作用引起各向异性的磁涡流扩散率，其对大尺度波矢量的方向的依赖性一般表现出奇异行为，因此对于任何分子的磁扩散率都是负的涡流扩散率。因此，这样的流动总是作为运动发电机的时间尺度O（$\varepsilon^2t$）;在涡扩散率是无限的方向，大规模的平均场增长率是有限的尺度O（$\varepsilon^{3/2}t$）。我们研究数值两个样本流的发电机机制。
2019-05-07 astro-ph.SR math.AP nlin.CD
An implicit large-eddy simulation perspective on the flow over periodic hills
周期性丘陵模拟案例是计算流体动力学求解器的一个成熟的基准，因为它的复杂特征来自于从曲面分离出的湍流。我们研究的情况下，与开源隐式大涡模拟（ILES）软件Lethe。Lethe通过应用稳定的连续有限元离散来求解不可压缩的纳维-斯托克斯方程。通过与Re = 5600的文献中的实验和计算数据进行比较，验证了结果。我们研究了时间步长，平均时间，和全球网格细化的效果。ILES方法使用比参考数值解更少的自由度，对平均速度和雷诺应力显示出良好的精度。当使用粗网格时，时间步长对精度有较大影响，而对于细网格，当使用隐式时间步长方法时，结果迅速与时间步长无关。用几种网格得到了很好的再附着点预测，随着网格的细化，该值接近实验基准值。我们还运行模拟雷诺数等于10600和37000，并观察有前途的结果ILES的方法。
2023-03-01 physics.flu-dyn
Skeleton-stabilized divergence-conforming B-spline discretizations for highly advective incompressible flow problems
我们考虑一种稳定化方法的发散一致的B样条离散的不可压缩Navier-Stokes问题，其中跳跃的高阶正常的导数的速度场的内部网格面的处罚。我们证明了这种方法是压力强大的，一致的，和能量稳定的，我们展示了如何选择的稳定参数出现在方法中，以避免过度的数值耗散在侧风方向和扩散为主的制度。我们研究的方法，使用一套数值实验的有效性，我们发现该方法产生最佳的$\textbf{L}^2$和$\textbf{H}^1$收敛速度的速度场，消除了虚假的小规模结构污染Galerkin近似，是有效的隐式大涡模拟（ILES）方法。
2022-01-27 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A mean field dynamo from negative eddy diffusivity
利用直接数值模拟，我们验证了Roberts（1972）的“流IV”表现出由水平平均大尺度磁场主导的发电机作用。用试验场方法计算了湍流磁扩散系数，发现它是负的，并克服了分子扩散系数，从而定量地解释了磁雷诺数大于$\approx8$时的大尺度发电机现象。正如对这种发电机所预期的那样，但与$α$效应发电机相反，两个水平场分量彼此独立地增长，并具有任意的幅度比和相位差。小长度尺度的平均磁场被证明是稳定的湍流磁扩散率成为积极的在较大的波数。振荡衰减或增长的解决方案也被发现在某些波数间隔和足够大的值的磁雷诺数。对于磁雷诺数低于$\approx0.5$的湍流磁扩散率被证实是积极的，预期所有不可压缩流。早期声称的发电机驱动的修改泰勒-格林流通过负涡扩散率不能得到证实。
2013-05-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Tracking Brownian fluid particles in large eddy simulations
Zhongtai Securities Institute for Financial Studies, Shandong University（山东大学鲁泰证券金融研究院）；Mathematical Institute, University of Oxford（牛津大学数学研究所）；OSCAR, Suzhou（苏州奥斯卡）
本文结合随机涡方法与LES核心原理，利用滤波函数和抛物型方程积分表示定理构建封闭数值格式，克服三维核非局部可积困难，通过蒙特卡洛方法高效模拟壁面约束层流与湍流。
2025-11-10 math.AP math.PR physics.flu-dyn
LESnets (Large-Eddy Simulation nets): Physics-informed neural operator for large-eddy simulation of turbulence
本文提出 LESnets，将大涡模拟方程作为物理约束嵌入 FNO 和 IFNO 神经算子，无需标签数据即可高效模拟三维湍流，并自动学习亚格子模型系数，精度与传统 LES 及数据驱动模型相当且计算更快。
2025-04-09 physics.flu-dyn
A coupled approximate deconvolution and dynamic mixed scale model for large-eddy simulation
采用基于van Cittert方法的近似解卷积模型对不可压牛顿流体流动进行了大涡模拟。采用勒让德谱元法对滤波后的纳维-斯托克斯方程进行空间离散。提出了一种新的变体的近似反褶积模型混合的混合尺度模型，使用动态评估的亚网格粘度常数。在雷诺数为12'000时，通过比较大涡模拟和直接数值模拟的结果，验证了该模型的正确性。亚网格模拟的情况下，共存的层流，过渡区和湍流区，如盖驱动的立方腔流是一个具有挑战性的问题。此外，耦合的谱元方法具有非常低的数值耗散和色散，建立了一个非常适合的框架，分析效率的亚网格模型。一阶和二阶统计使用这个新模型得到的直接数值模拟显示出非常好的协议。过滤操作依赖于在模态基础上应用的可逆过滤器，并保持跨元素的C0连续性。为了保持数值稳定性，不需要对动态参数进行裁剪。
2007-09-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Computation of kinematic and magnetic $α$-effect and eddy diffusivity tensors by Padé approximation
我们提出的例子Padé近似的$α$的效果和涡流粘度/扩散系数张量在各种流动。在标准的多尺度形式主义的框架中导出的张量的表达式。从代数上讲，最简单的情况是二维宇称不变的六重旋转对称流，其中涡动粘度为负，表示流的大尺度不稳定性的间隔。转向三维流动的不可压缩流体的运动发电机问题，我们探讨应用Padé近似计算张量的磁$α$效应，宇称不变流，磁涡流扩散。我们构造了在$1/η=0$周围的逆分子扩散系数$1/η$中按幂级数展开的张量的Padé近似。由于$α$效应或涡流扩散率的作用，这产生了主导增长率的值，对于$η$，其精度令人满意，比阈值小几十倍，高于阈值幂级数收敛。对于一个样本流，我们观察到涡扩散趋于负无穷大时，$η$往往从上面的小规模发电机行动的发病点在一个中性的小规模的磁模式驻留在一个不变的子空间。然而，在$1/η$中的幂级数中的49个第一系数证明Padé逼近不足以再现这种行为。我们在Fortran中以标准的“double”（实数 *8）和扩展的“quadriple”（实数 *16）精度进行计算，并在Mathematica中执行符号计算。
2019-06-04 math.AP nlin.CD physics.flu-dyn
Multigrid sequential data assimilation for the large-eddy simulation of a massively separated bluff-body flow
本文评估了数据驱动应用于湍流尺度分辨模拟的潜力。本文采用多重网格序列数据同化算法对高雷诺数下纵横比为5：1的矩形柱绕流的大涡模拟进行了数值模拟。选择此测试用例是因为许多物理复杂性，这些复杂性无法使用降阶数值模拟进行准确表示。速度和压力流场的统计矩的结果表明，所采用的数据驱动技术，这是基于包围卡尔曼滤波器，能够显着提高求解器的预测功能，降低网格分辨率。此外，据观察，尽管在数据驱动的过程中的稀疏和不对称分布的观察，数据增强的结果表现出完美的对称统计和显着提高的精度也远离传感器的位置。
2022-12-28 physics.flu-dyn
A Semi-Implicit All-Mach Numerical Method for Implicit Large Eddy Simulations
AWE Nuclear Security Technologies（AWE核安全技术有限公司）
针对宽马赫数范围湍流，提出一种受CFL速度约束但独立于声速的半隐式全马赫数数值方法，采用有限体积离散，在高低马赫数及分层大气中验证，并与已有ILES模拟结果对比良好。
2026-10-06 physics.flu-dyn
Influence of a thin compressible insoluble liquid film on the eddy currents generated by interacting surface waves
最近在实验上观察到由相互作用的表面波产生涡流。该现象提供了操纵浸没在流体中的颗粒的可能性。分析表明，在自由表面情况下，由定常表面波产生的涡流的振幅不依赖于流体粘度。在流体表面被几乎不可压缩的薄液膜（即剪切弹性为零）覆盖的情况下，电流在参数上变得更大，与流体粘度的平方根成反比，所述薄液膜由不溶性试剂形成，与流体本体中的耗散相比具有可忽略的内部粘性损失。在这里，我们扩展了理论的薄不溶性膜的剪切弹性为零，剪切和扩张粘度的情况下，任意的弹性压缩模量。我们发现这两个贡献到拉格朗日运动的被动示踪剂，这是由欧拉垂直涡度和斯托克斯漂移平流。而斯托克斯漂移的贡献保持其值的自由表面的情况下外的一个薄的粘性子层，欧拉垂直涡强烈依赖于流体粘度在高值的膜压缩模量。斯托克斯漂移获得了很强的依赖于粘性子层内的流体粘度，然而，这种变化是由欧拉垂直涡量的相反变化补偿。结果，涡电流强度的垂直依赖性由两个衰减指数之和给出，其中两个衰减都是波数的量级。的减量是数值上不同的，所以欧拉的贡献成为主导在某些深度的表面膜与任何压缩模量。
2018-06-08 physics.flu-dyn
On the performances of standard and kinetic energy preserving time-integration methods for incompressible-flow simulations
该研究针对不可压缩湍流槽道大涡模拟，对比伪辛与标准RK时间积分方法，发现高阶伪辛法时间误差更低，三级RK格式会畸变惯性区能谱，且伪辛法可降本达等效精度。
2024-09-13 physics.flu-dyn
Magnetic field generation by pointwise zero-helicity three-dimensional steady flow of incompressible electrically conducting fluid
本文介绍了六类三维空间周期定常螺线管流，它们的动力学螺旋度密度在任意点都为零。四个家庭是分析定义。四个族中的流动具有零螺旋度谱。从五个家庭的样本流被用来证明数字，无论是零动力学螺旋密度，也不是零螺旋谱禁止产生大规模的磁场由两个最突出的发电机机制：磁$α$效应和负涡扩散。我们的计算还证明，这种流动往往产生足够小的磁分子扩散率的小尺度场。这些发现表明，动力学螺旋度和螺旋度谱不是控制流的发电机特性的量，无论尺度分离是否存在。
2018-04-05 math.AP nlin.CD physics.flu-dyn
Flux-controlled wall model for large eddy simulation integrating the compressible law of the wall
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出了一种基于流量控制的壁模型用于大涡模拟，通过整合压缩性壁定律，提高了可压缩湍流通道流的模拟精度并降低了计算成本。
2025-12-24 physics.flu-dyn
Underlying mechanism of numerical instability in large eddy simulation of turbulent flows
本文扩展了我们最近的理论工作，涉及使用大涡模拟稳定和精确计算湍流的可行性[Ida和Taniguchi，Phys.Rev.E68，036705（2003）]。在我们以前的论文中，它被证明，基于一个简单的假设，瞬时流向速度，高斯滤波器的应用程序的不可压缩的纳维-斯托克斯方程可以导致出现一个数值不稳定的条款，可以分解为积极和消极的粘度。这一结果提出了一个问题，即是否可以通过一个数值稳定的亚网格尺度模型实现精确的解决方案。在本文中，基于统计平均速度的假设，我们提出了类似的理论研究表明，在几种情况下，剪切出现在统计平均速度场数值不稳定的波动分量，因为推导出一个数值不稳定的长期代表在一个固定的方向负扩散。这一发现可以解释有壁流动的大涡模拟中遇到的数值不稳定性问题。本文的结果表明，这种数值问题在大涡模拟中具有普遍性，如果模拟没有失败，得到的亚网格尺度模式仍然具有不稳定性，即现有的几种亚网格尺度模式的已知不稳定性问题不是可以简单地通过人工技术消除的，而是必须认真对待，以便准确地处理它们。
2004-04-13 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Characterization of Model-Based Uncertainties in Incompressible Turbulent Flows by Machine Learning
这项工作确定了使用雷诺平均Navier Stokes（RANS）湍流模型在过渡到湍流状态的不准确性，通过预测基于模型的RANS和大涡模拟（LES）模型之间的差异，然后结合机器学习算法的能力，以表征的差异被定义为一个函数的平均流量性能的RANS模拟。首先，三维计算流体力学模拟使用k-ω剪切应力传输（SST）和动态一方程亚网格尺度模型进行了在壁面有界通道包含一个圆柱体的RANS和LES，分别识别湍流动能的差异。其次，从RANS的平均流动特性计算了几个流动特征，如粘度比、基于壁距的雷诺数和旋涡拉伸。然后使用随机森林回归算法将这些流特征回归到差异上。最后，使用训练好的算法预测测试流程的偏差。结果表明，RANS和LES模拟之间存在显著差异，ML算法成功地预测了k-ω SST湍流模型对转捩流体流动造成的模型不确定性增加。
2018-09-07 physics.flu-dyn
The contribution of dilatational motion to energy flux in homogeneous compressible turbulence
本研究推广不可压缩湍流能量通量分解方法，揭示可压缩湍流中膨胀运动影响能量传递的三类机制，经中等马赫数模拟验证其标度关系，并指出常用涡粘性假设存在的偏差。
2025-02-11 physics.flu-dyn
Study on the Resolution of Large-Eddy Simulations for Supersonic Jet Flows
本文研究了超声速喷流的大涡模拟。工作地址，特别是，一个完全扩展的自由射流与出口马赫数为1.4和出口温度等于环境温度的模拟。计算采用节点间断伽辽金法。目前的努力研究网格和多项式细化的解决方案的影响。本计算考虑计算网格和多项式阶数，使得解中的自由度（DOF）的数量在5000万至4.1亿的范围内。平均速度的结果和均方根（RMS）值的速度波动表明更好的协议与实验数据的分辨率增加。所产生的数据提供了一个很好的理解的效果，增加离散化细化LES计算的射流。研究结果对今后类似流场的数值模拟具有指导意义。
2023-01-04 physics.flu-dyn
Robust and efficient discontinuous Galerkin methods for under-resolved turbulent incompressible flows
基于高阶间断Galerkin方法，提出了一种求解不可压湍流的高精度离散方法。不可压纳维-斯托克斯方程的DG离散采用局部Lax-Friedrichs通量作为对流项，采用对称内点罚方法作为粘性项，采用中心通量作为速度-压力耦合项。欠解决，湍流问题的离散化方法的稳定性实现了一个纯粹的数值稳定化方法。一致的惩罚条款，强制执行不可压缩性约束，以及在弱意义上的速度场的单元间连续性，使数值方法在欠分辨制度的一个强大的离散化方案。罚参数是通过量纲分析使用1阶罚因子导出的。在后处理步骤中应用这些惩罚项导致湍流的有效解算法。所提出的方法是适用的独立的解决方案的战略，用于解决不可压缩的纳维-斯托克斯方程，即，它既可用于投影型求解方法，也可用于整体求解方法。由于我们的方法是基于一致的惩罚条款，它是通用的定义，并提供最佳的收敛速度时，适用于层流问题。Orr-Sommerfeld稳定性问题，泰勒-格林涡问题，和湍流通道流的鲁棒性和准确性进行了验证。此外，高阶离散的精度相比，低阶离散这些流动问题进行了研究。与大涡模拟的最新计算方法的比较表明，所提出的方法是湍流求解器非常有吸引力的组件。
2018-01-24 physics.flu-dyn
Singularity formation in the incompressible Euler equation in finite and infinite time
一些经典的和最近的结果欧拉方程管理完美的（不可压缩和无粘）流体运动的收集和审查，与一些小的新奇分散在整个。通过无限维动力系统的镜头，将给出的角度和重点，并列出和讨论各种开放的问题。
2022-09-27 math-ph math.AP math.MP
Ensemble data assimilation-based mixed subgrid-scale model for large-eddy simulations
本文提出基于集合卡尔曼滤波数据同化的EnKF-MM混合亚格子模型，以fDNS动能谱为目标优化系数，并在HIT和TML大涡模拟中优于DSM、DMM和VGM。
2023-07-06 physics.flu-dyn
Large-eddy simulations of turbulent flow for grid-to-rod fretting in nuclear reactors
压水堆中的栅-棒微动（GTRF）问题是一种导致核组件中燃料棒磨损和失效的流致振动问题。为了了解GTRF的流体动力学，并建立一个档案数据库的各种配置的湍流统计，隐式大涡模拟的时间相关的单相湍流已在3 × 3和5 × 5棒束与一个单一的网格间隔。为了评估计算网格和分辨率要求，描述了一种定量评估具有无滑移壁的非结构网格的方法。计算是使用Hydra-TH进行的，Hydra-TH是洛斯阿拉莫斯为美国能源部创新中心轻水反应堆高级模拟联盟开发的热工水力代码。Hydra-TH采用二阶隐式增量投影法求解单相不可压纳维-斯托克斯方程。模拟明确解决大尺度运动的湍流场使用第一性原理和依赖于单调性保持数值技术来表示未解决的尺度。针对3x 3和5x 5棒束几何形状的每个系列模拟都是对流场统计数据的分析，并结合了网格细化研究和可用实验数据的验证。我们的主要重点是加载燃料棒的力的时间历史和统计数据。这些流体动力被认为是导致棒振动和GTRF磨损的关键因素，这是导致核燃料泄漏的主要原因之一，这使得电力公司在预防措施方面花费数百万美元。我们证明了隐式大涡模拟的棒束流是一种可行的方法来计算的GTRF问题的激励力。
2013-07-17 physics.flu-dyn
Solving two dual problems of splicing vortex and potential flows with Goldshtik's variational method
本文给出了具有涡区和变常涡量的理想不可压缩流体运动的一般问题。文学硕士本文用Goldshtik变分法研究了描述分离流的有涡势区流动和理想不可压缩流体在科里奥利力场中的运动模型的对偶问题。
2013-07-04 math.AP physics.flu-dyn
Large-eddy simulation and modeling of Taylor-Couette flow with an outer stationary cylinder
本文采用壁面分辨的大涡模拟方法（LES）对不可压Navier-Stokes方程进行了数值模拟，并对Taylor-Couette（TC）流动进行了经验模拟，其中内圆柱以角速度$Ω_i$旋转，外圆柱静止。一个简单的经验模型的湍流，TC流的开发组成的近壁，日志状的湍流壁层分离的恒定角动量的环。该模型是封闭的建议的缩放关系的壁层的厚度内圆筒。模型结果包括努塞尔数$Nu$（保持流动所需的扭矩）和作为泰勒数$Ta$和$η$函数的壁层厚度的各种测量值。这些同意合理的实验测量，直接数值模拟（DNS）和本LES在范围内的$Ta$和$η$。特别是，该模型表明，在固定的$η<1$，$Nu$的增长像$Ta^{1/2}$除以平方的朗伯，（或产品日志）函数的变量成比例的$Ta^{1/4}$。这不能用对$Ta$的幂律依赖性来表示。同时，壁层厚度相对于气缸间隙缓慢减小。这表明一个渐近的，非常大的$Ta$状态，由恒定的角动量在圆柱间隙与$u_θ= 0.5\,Ω_i\,R_i^2/r$，其中$r$是半径，与消失薄湍流壁层在圆柱表面。该模型的扩展，粗糙壁湍流壁内圆柱表面的流动进行了说明。这显示了一个渐近的完全粗糙壁状态，其中扭矩与$Re_i/Ta$无关，并且其中$Nu\sim Ta^{1/2}$。
2019-08-19 physics.flu-dyn
Maximal mixing by incompressible fluid flows
本文考虑了一个在不可压缩流动下的粘性流体混合模型。我们证明了有限粘性耗散流在有限时间内不可能完全混合。作为混合性的度量，我们考虑Monge-Kantorovich-Rubinstein运输距离，更经典的是$H^{-1}$范数。我们推导出严格的先验下界，这些混合规范表明，混合不能进行速度比指数的时间。指数衰减的速率在初始数据中是均匀的。
2013-09-02 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Forest density is more effective than tree rigidity at reducing the onshore energy flux of tsunamis: Evidence from Large Eddy Simulations with Fluid-Structure Interactions
世界各地的社区对基于自然的解决方案越来越感兴趣，以缓解沿海森林等沿海风险，但目前尚不清楚植被能提供多少保护效益，特别是在海啸影响后高能水流的限制下。目前的研究，使用三维不可压缩的计算流体动力学模型与流体-结构相互作用的方法，旨在量化的能量反射和耗散的变化与不同程度的刚性和植被密度的沿海森林。我们将树干表示为圆柱体，并使用硬木树（如松树或橡树）的弹性模量来表征这些圆柱体的刚度。数值结果表明，仅对于单个圆柱，能量反射随刚度的增加而增加。在存在多个圆柱体的情况下，随着圆柱体数量的增加，由不同刚度产生的能量反射的差异减小。而不是刚性，我们发现，阻塞区域的存在下，多个树干占主导地位的能量反射。当树干被水动力变形时，它们改变了它们周围的流场，导致尾流区域中湍流动能的产生。因此，树木会消散流动能量，突出显示沿海森林通过反射和消散的方式减少海啸的陆上能量通量。
2022-07-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Large Eddy Simulations of Supersonic Jet Flows for Aeroacoustic Applications
当前的设计约束鼓励了可压缩射流周围的气动声学场的研究。本文对主发动机火箭羽流的非定常湍流喷流进行了数值研究。发展了一种新的大涡模拟（LES）工具，用于再现可压缩喷流的高保真度结果，为Ffowcs Williams和Hawkings方法的气动声学研究提供了依据。数值求解器是一个现有的雷诺平均Navier-Stokes求解器以前开发的组的升级。原始框架以现代方式重写，并在代码中添加了密集的并行计算能力。LES制定使用有限差分法。能量方程被仔细离散，以模拟过滤的Navier-Stokes公式的能量方程。经典的Smagorinsky模型是目前的工作所选择的亚网格尺度封闭。为了验证新的求解器，进行了完全膨胀射流的数值模拟，并与文献进行了比较。此外，加速比和计算性能的代码进行了评估和讨论。流场结果用于对火箭羽流辐射噪声的初步评价。
2022-12-23 physics.flu-dyn
Turbulence calculation based on the extended Navier-Stokes equations
本研究基于扩展纳维-斯托克斯方程提出一种湍流计算方法，通过考虑涡旋影响改进经典方程，无需额外湍流模型即可统一描述层流与湍流，并经立方体绕流模拟验证。
2023-06-17 physics.flu-dyn
Connecting transonic buffet with incompressible low-frequency oscillations on aerofoils
在跨音速范围内刚性翼型上的自持低频流动非定常性称为跨音速抖振。虽然这种现象背后的确切物理机制尚不清楚，但通常认为这是跨音速区所特有的。通过对NACA 0012剖面上各种流动条件下的流动进行大涡模拟，证明这种假设是不正确的。在零攻角和足够高的自由飞行马赫数M时，跨音速抖振发生，气流中出现激波。然而，在较低的M下观察到以类似频率发生的自持振荡，其中不存在激波，并且整个流场始终保持亚音速。在更高的入射角下，振荡在逐渐降低的M下持续。振荡被观察到的M低至0.3，压缩性的影响是小的。谱本征正交分解表明这些振荡的空间结构（即，振型）对于所有情况基本相同。这些结果表明，翼型抖振不一定需要激波的存在。此外，随着迎角的增加所看到的趋势表明，翼型上的跨音速抖振和不可压缩状态下的低频振荡（Zaman等人，1989年，《流体力学杂志》，第202卷，第202页。403- 442）有类似的起源。因此，专门依靠激波来解释跨音速抖振的模型是不正确的。这些见解可能有助于理解“跨音速”抖振的起源，并通过将重点从冲击波转移来重新制定减缓战略。
2023-01-20 physics.flu-dyn
Targeted computation of nonlocal closure operators via an adjoint-based macroscopic forcing method
本文提出一种基于伴随的宏观强迫方法（MFM），通过单次模拟高效计算特定位置的涡粘性，揭示了局部近似的局限性。
2023-10-12 physics.flu-dyn
A new turbulence model based on scale decomposition
基于湍流的多尺度性和不同尺度下的相似性，提出了求解不可压缩牛顿流体湍流问题的尺度分解方法。将解域分解为两个尺度，大尺度分量代表平均流和大尺度涡，小尺度分量代表湍流脉动。用运动方程求解大尺度问题，用等效涡近似计算湍流脉动对平均流场的影响。将等效涡效应分解为对流效应和扩散效应，并将其表示为大尺度平均量的函数。建立了修正的Naiver-Stokes方程，保证了方程在大尺度下的封闭性。最后，通过数值模拟验证了修正的Naiver-Stokes方程的正确性。对圆柱绕流进行了数值研究，获得了从低雷诺数到高雷诺数的流动特性。本研究建立了一个具有工程应用价值的通用湍流模型。
2023-02-03 physics.flu-dyn
CaLES: A GPU-accelerated solver for large-eddy simulation of wall-bounded flows
CaLES是基于CaNS的GPU加速有限差分求解器，用于不可压缩壁面流动的大涡模拟，通过OpenACC实现高效多GPU扩展，单GPU算力约等于15个CPU节点，并在多个湍流案例中验证了其预测能力与网格收敛特性。
2024-11-15 physics.flu-dyn
Disperse two-phase flows, with applications to geophysical problems
在本文中，我们研究的几个分散的粒子的浓度很小（小于$10^{-3}$）的流体的运动，与可能的应用程序来从物理学，气象学和海洋学的问题。我们考虑重粒子在准不可压缩流体（低马赫数）中的非常稀的悬浮。在我们的例子中，斯托克斯数很小，而且正如多相湍流理论所指出的那样，我们可以用欧拉模型代替拉格朗日模型。低浓度的假设允许我们忽略粒子-粒子相互作用，但我们考虑粒子对流体的影响（双向耦合）。通过这种方式，我们可以研究粒子惯性（而不仅仅是被动示踪剂）的物理效应，模型类似于Boussinesq方程。所得模型用于直接数值模拟和大涡模拟的溃坝（锁交换）问题，这是一个著名的学术测试情况。关键词：稀悬浮，欧拉模型，直接和大涡模拟，轻微可压缩流，溃坝（锁交换）问题。
2014-03-21 math.AP physics.ao-ph physics.comp-ph
Predictive Compressibility Transformation for Hypersonic Turbulent Boundary Layers with Cold Walls
University of Missouri（密苏里大学）
本文提出了一种更严格的压缩性变换条件，通过高马赫数DNS验证，开发了新的正向和逆向变换框架，以提高冷壁高马赫数湍流边界层的近壁建模精度。
2025-12-09 physics.flu-dyn
Assessment of Large Eddy Simulation (LES) Sub-grid Scale Models Accounting for Compressible Homogeneous Isotropic Turbulence
本文评估了四种SGS模型在可压缩均匀各向同性湍流中的表现，通过PeleC求解器进行数值模拟，发现现有模型能捕捉总体趋势但需改进以更准确描述可压缩湍流动力学。
2023-09-11 cs.DC math-ph math.MP
A new approach to wall modeling in LES of incompressible flow via function enrichment
Technische Universität München（慕尼黑工业大学）
本文提出一种新的壁模方法，通过函数增强空间在粗网格上预测湍流边界层梯度，适用于中等和大雷诺数流动。
2015-05-21 cs.NA math.NA physics.ao-ph
A high-order semi-explicit discontinuous Galerkin solver for 3D incompressible flow with application to DNS and LES of turbulent channel flow
Technische Universität München（慕尼黑工业大学）
本文提出一种高阶半显式DG求解器，用于模拟不可压缩纳维-斯托克斯方程，通过一致惩罚项减少局部散度误差，提升湍流通道流DNS和LES的稳定性与可扩展性。
2016-07-05 cs.NA math.NA physics.ao-ph
Wall-modelled large-eddy simulation of turbulent channel flow with unstable stratification
Institute of Extreme Mechanics, School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学航空学院极端力学研究所）；National Key Laboratory of Aircraft Configuration Design, Key Laboratory for Extreme Mechanics of Aircraft of Ministry of Industry and Information Technology（飞机总体设计全国重点实验室、工业和信息化部飞机极端力学重点实验室）
本研究提出浮力修正的对数-二次壁面模型，用于不稳定分层湍流槽道流动的壁面模化大涡模拟，在高达Reτ≈6000和Ra=10^10下显著减少网格数量，并准确预测平均速度、温度及全局输运量。
2026-09-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Anisotropic Minimum Dissipation Subgrid-Scale Model in Hybrid Aeroacoustic simulations of Human Phonation
本文论述了大涡模拟的三维不可压缩喉流，其次是声学模拟的五个主要英语元音/u，i，\textipa{A}，o，/人的发音。分别在OpenFOAM和内部代码openCFS中进行流动和气动声学模拟。考虑到流动和声学中的各种尺度，模拟分为两个步骤：（1）在2.2M细网格上使用有限体积法计算喉部中的流动，然后（2）在33 k粗声学网格上使用有限元法分别计算声源和到口周围辐射区的波传播。数值结果表明，各向异性最小耗散模型，这是不为人所知，因为它是不是在常见的CFD软件，预测更强的声压水平在高次谐波，特别是在前两个共振峰比壁适应局部涡粘性模型。我们在OpenFOAM中将该模型作为一个新的开放库来实现，并将该模型部署在喉部的湍流上，对模拟元音的质量产生了积极的影响。数值模拟结果与实测共振峰的位置吻合得很好。
2023-01-02 physics.flu-dyn
Deep Learning Closure Models for Large-Eddy Simulation of Flows around Bluff Bodies
University of Oxford（牛津大学）；University of Notre Dame（圣母大学）
针对钝体绕流大涡模拟近壁网格成本高的问题，提出基于伴随PDE优化训练的深度学习闭合模型，在粗网格下样本外预测精度优于动态Smagorinsky模型，且长时稳定可估算稳态统计量。
2022-08-10 cs.LG physics.flu-dyn
