Concave-wall turbulent boundary layers without and with free-stream turbulence
对凹壁上无自由流湍流和有自由流湍流的湍流边界层进行了直接数值模拟。曲率开始附近的逆压力梯度导致表面摩擦力的急剧减小和间歇性分离。自由流湍流的存在降低了回流的可能性，加速了下游零压力梯度区边界层的恢复，并导致表面摩擦力持续和明显的增加。强迫也促进了曲壁边界层对数层相干Görtler结构的放大。从统计学上看，展向和壁面法向雷诺应力随着Görtler结构的扩展而增强，并且它们的峰值之间的径向距离在下游增加。雷诺剪应力系数在对数层中也增加，而在平板边界层中则减小。此外，强迫流中更连贯和更有活力的滚动运动促进了自由流和边界层流体的混合，其中前者更经常出现在缓冲层的深处。
2021-01-08 physics.flu-dyn
Scaling of boundary-layer disturbances exposed to free-stream turbulence
The University of Sheffield（谢菲尔德大学）
本文针对Matsubara与Alfredsson2001年的实验结果，基于边界区方程的拟稳态渐近解等，建立模型解释自由来流湍流产生的Klebanoff模态能量谱的尺度律，给出理论结果。
2026-09-02 physics.flu-dyn
Boundary layer of elastic turbulence
本文从理论上研究了高分子稀溶液在大Weissenberg数极限下弹性湍流的近壁区。正如它是建立在实验上，弹性湍流具有边界层的流体速度场可以近似由一个稳定的剪切流与相对较小的波动在它的顶部。假设在底部的边界层的溶解的聚合物可以被认为是被动的对象，我们研究分析和数值统计的聚合物构象，这是高度不均匀的壁法线方向。接下来，施加的条件，即被动制度终止于边界的边界层，我们得到的平均流量的比值的流量波动的大小的估计。该比率由聚合物浓度、聚合物的回转半径和它们在完全伸展状态下的长度决定。渐近分析的结果再现了有限Weissenberg数下弹性湍流的定性特征。
2018-01-03 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
Leray-alpha model and transition to turbulence in rough-wall boundary layers
在本研究中，我们使用一个五阶常微分方程，一个概括的Blasius方程来自Leray-alpha模型，研究过渡到湍流粗糙壁边界层流动。这个方程，结合一个较弱的制定冯卡门对数法修改，包括表面粗糙度的影响，提供了一个家庭的湍流速度分布与两个自由参数：动量厚度为基础的雷诺数和粗糙度函数。结果得到了表面摩擦系数的关联式，并根据粗糙度函数预测了过渡雷诺数和最大表面摩擦系数。
2007-07-03 physics.flu-dyn
Data-driven decomposition of the streamwise turbulence kinetic energy in boundary layers. Part 2. Integrated energy and $A_1$
第一部分考虑了紊流边界层中流向速度能谱的定标。光谱分解分析提供了一种手段，分离出附加和非附加涡流的贡献，并被用来产生三个光谱子组件，其中之一是一个密切的代表性的自相似，附壁湍流引起的光谱签名。由于流向湍流强度$\overline{u^2}$的子分量来自于速度能谱的积分，因此我们在这里集中于前者的标度。壁正常的配置文件和雷诺数趋势的三个人，添加剂的流向湍流强度的子组件进行检查。与评估总流向湍流强度相比，这允许在更深处重新审视湍流强度的缩放。根据所有考虑的雷诺数的普遍趋势，给出了$A_1 = 0.98$的Townsend-Perry常数的一些证据，该常数将描述根据Townsend的附着涡假设的湍流强度的壁面法向对数衰减。它也证明了这个常数可以是一致的，在近壁区域的流向湍流强度的增加的雷诺数。
2019-12-03 physics.flu-dyn
On the Trajectory Dependence of Atmospheric Boundary Layer Turbulence Sensing using Small Unmanned Vehicles
大气湍流，特别是近地面边界层中的大气湍流，由于需要捕获长度和时间尺度上的宽间隔以及传感器数量的限制，已知是欠采样的。在过去的十年中，无人机系统（UAS）技术的使用正在接近各种应用的普遍比例，特别是最近FAA放宽了飞行限制。从地球物理科学的角度来看，这种技术将允许感测大规模的大气流动，特别是大气边界层（ABL）湍流，城市环境中的空气质量监测，其中大量的小型，微创和移动传感器可以大大改变我们研究这种复杂现象的能力。目前，大气边界层物理观测资料非常稀少，这大大限制了分析。利用无人机群所能测量的数据量和分辨率，对大气边界层湍流相干结构进行三维重建和推导是可行的。然而，关键的挑战仍然存在于确定最佳轨迹的形式飞行的无人机系统，以获得相关的量化的湍流，从移动传感器的传感器数据的解释和理解如何代表是整个湍流边界层的稀疏测量。这导致了许多根本上有趣的问题，如果其中一些是在这篇文章中探讨。
2018-07-11 physics.flu-dyn
Effects of Urban Boundary Layer Turbulence on Firebrand Transport
本研究探讨地形诱导的湍流的作用，产生一个理想化的城市地区，在运输的火把和风险的斑点。利用大涡模拟，研究了大气边界层湍流中数万个质量和尺寸变化的单个燃烧物的飞行扩散、沉积和阴燃状态。火种被认为是阴燃的球形粒子的斯托克斯数范围从30至175。结果表明，城市地形的存在显着影响纵火犯的飞行行为，着陆分布，和发现的风险。与平坦地形的情况下，水平分散的最小尺寸的火把显着增强时，城市地形，而最大的火把降落更接近彼此和更接近的释放点。因此，一个显着不同的和更紧凑的斑点风险地图实现。在城市的边界层湍流，火把有较短的飞行和阴燃时间相比，平面的情况下。因此，火把降落时的温度较高，这导致在城市地形存在的情况下发现火把的风险较高。
2022-12-20 physics.flu-dyn
Data-Driven Turbulence Modeling Approach for Cold-Wall Hypersonic Boundary Layers
针对传统RANS模型无法准确模拟冷壁高超声速边界层近壁湍流行为的问题，提出基于迭代集合卡尔曼方法的数据驱动湍流建模方法，利用神经网络模型和稀疏观测数据训练，提升模型泛化能力。
2025-04-16 physics.flu-dyn
Turbulence Spectra in the Stable Atmospheric Boundary Layer
在高雷诺数下，层化会导致湍流谱偏离Kolmogorov的各向同性-5/3幂律标度。然而，关于光谱的确切形状还没有达成共识。本文在前人研究的基础上，通过理论推导，提出了水平波数下湍流动能谱和温度谱的形状，并将其划分为三个区域：浮力子区、过渡区和各向同性惯性子区。这些制度证实了在大气边界层的各种观测。我们还表明，DNS可能不适用于非常稳定的大气边界层在非常高的雷诺数的研究，因为他们不能正确地代表所观察到的光谱制度，因为缺乏尺度分离的限制，目前的计算能力。此外，在过渡区的光谱解释了为什么Monin-Obukhov相似理论不能完全描述的稳定大气边界的行为。
2018-10-19 physics.flu-dyn
Analytical modelling of wind-turbine wake turbulence in neutral atmospheric boundary layers
IFP Energies nouvelles（IFP能源新动力）；Durham University（杜伦大学）
本文提出一种新的尾涡附加湍流强度模型，基于TKE和流体方向雷诺应力预算，结合经典RANS假设和远尾涡近似，实现简单实用且与LES和风洞实验一致的风场建模工具。
2026-04-30 physics.flu-dyn
Comparison of turbulence profiles in high Reynolds number turbulent boundary layers and validation of a predictive model
Vassilicos等人（2015年）修改后的Townsend-Perry附加涡流模型结合了rms流向湍流速度剖面的外部峰值/平台特性和这些剖面在离壁更远距离处的Townsend-Perry对数衰减。这些作者针对高雷诺数湍流管流数据对该模型进行了验证，并在此显示，该模型同样能够很好地描述来自四个不同设施和宽雷诺数范围的湍流边界层流数据，且参数值大致相同。该模型具有预测价值，当外推到极高的雷诺数的SLTEST数据在大盐湖沙漠大气测试设施，它匹配这些数据相当不错。
2018-09-14 physics.flu-dyn
A dynamical equation for the distribution of a scalar advected by turbulence
本文提出了一个唯象模型来描述由于流体运动引起的应变引起的标量涨落的耗散。一个显式方程的粗粒标量浓度的概率分布函数的时间演化。该模型依赖于自卷积过程。我们首先提出了这个模型中的巴彻勒政权，然后经验扩展我们的结果的湍流情况。列入该模型在更一般的传输方程，包括空间梯度，讨论与二维湍流和分层流。
2006-03-27 physics.flu-dyn
Realizing the ultimate scaling of the convection turbulence by spatially decoupling the thermal and viscous boundary layers
湍流对流在许多自然环境中起着至关重要的作用，从地球海洋、地幔和外核到各种天体物理系统。对于这种具有极强热驱动的流动，提出了热流和速度的极限标度。尽管有许多实验和数值研究，最终制度的结论性观察尚未达成。在这里，我们表明，最终的缩放可以完美地实现一旦热边界层是完全解耦的粘性边界层，并位于湍流体内部。热通量可以大大提高一个数量级。我们的结果提供了具体的证据，当整个热边界层嵌入在湍流区，这可能是在许多自然对流系统的情况下，最终状态的外观。
2021-01-17 physics.flu-dyn
DNS Study on Physics of Late Boundary Layer Transition
本文是我们最近对边界层转捩物理的DNS研究的一个综述。这包括大的相干涡结构的形成机制，小长度尺度的产生和流动随机化。广泛传播的概念涡破裂湍流，这被认为是流动转变的最后阶段，没有观察到，发现理论上是不正确的。本文对边界层转捩的经典理论提出了挑战，提出了一个新的转捩理论，它包括五个步骤：感受性、线性不稳定性、大涡形成、小尺度产生、对称性丧失和湍流随机化。我们还提出了一种新的湍流产生理论。新理论表明，所有小尺度湍流都是由剪切层不稳定性产生的，而剪切层不稳定性是由层流亚层附近的多层涡环、多层掠射和多层正、负尖峰的大涡结构产生的，因此，湍流不是由涡破裂产生的，而是由正、负尖峰和随之而来的高剪切层产生的。剪切层不稳定性被认为是湍流的根源。这一新理论可能给出湍流产生和维持的普遍机制，即能量是由大涡结构通过多层扫掠带来的。
2014-02-25 physics.flu-dyn
Wake Turbulence of Two NREL 5-MW Wind Turbines Immersed in a Neutral Atmospheric Boundary-Layer Flow
该流体动力学视频考虑了在中性大气边界层（ABL）中由七个转子直径分开的两个NREL 5 MW涡轮机的阵列。中性大气边界层流动数据是通过使用OpenFOAM中的大涡模拟（LES）框架的前体ABL模拟获得的。轮毂高度平均风速8 m/s，表面粗糙度0.2m。采用激励线法（ALM），通过在动量方程中加入体积力，对风力机叶片进行建模。流体动力学视频从不同的角度显示了叶片产生的根部和尖端涡流。旋涡变得不稳定，并分解成大尺度的湍流结构。随着风力机的尾流向下游进一步平流，产生较小尺度的湍流。显然，由于上游风力机的尾流产生的湍流水平增加，下游风力机的叶片产生的涡流更快地分解。
2013-10-11 physics.flu-dyn
A symmetry-based theory for the mean velocity profiles of turbulent boundary layers subjected to pressure gradient and historical turbulence effects
提出一种对称性理论，通过修正总应力亏损律并扩展结构系综动力学中的应力长度多层幂律，解析预测含压力梯度与历史湍流效应的完整平均速度剖面。
2023-11-03 physics.flu-dyn
A Comparison of Various Turbulence Models for Analysis of Fluid Microjet Injection into the Boundary Layer over a Flat Surface
本工作研究了在将流体微射流注入湍流的边界层的问题中预测湍流的各种模型。为此，采用单方程Spalart-Allmaras（SA）、双方程k- $ε$和k- $ω$、多方程转捩k-kL- $ω$、转捩剪切应力输运（SST）和雷诺应力模型求解定常流。此外，过渡SST，尺度自适应模拟（SAS）和分离涡模拟（DES）模式被用于瞬态流。结果的比较表明，稳定的解决方案的方法执行足够好的这个问题。此外，它被发现，四方程转捩SST模式是最准确的方法来预测湍流在这个问题。该模型预测了近喷流和远喷流位置沿x轴的速度，误差分别约为1%和5%。它在预测雷诺应力方面也优于其他方法，特别是在中心（误差约为5%）。
2022-06-11 physics.flu-dyn
Mean turbulence statistics in boundary layers over high-porosity foams
本文报道了在开孔网状泡沫材料（$ε\approx 0.97$）上进行的湍流边界层测量，该泡沫材料具有不同的孔径和厚度，但孔隙率恒定。将泡沫齐平安装到平板上的切口中。使用激光多普勒测速仪（LDV）测量多孔部分上游的平均流向速度和湍流强度，以及沿多孔基材的多个测量站。多孔部分上游的摩擦雷诺数为$Re_τ\approx 1690$。对于除最厚泡沫外的所有受试泡沫，多孔过渡区下游的$<10 δ$完全形成了内部边界层，其中$δ$为边界层厚度。充分发展的平均速度分布显示存在大量的滑动速度在多孔界面（$>30\%$的自由流速度）和平均速度赤字相对于规范的光滑壁轮廓进一步从壁。虽然平均速度赤字的大小随着平均孔径的增加而增加，但滑动速度保持近似恒定。拟合的平均速度曲线表明，对数区域相对于光滑的壁移动，并且这种移动随着孔径的增加而增加，直到它变得与基板厚度$h$相当。对于所有泡沫，湍流强度被发现进一步提高到边界层的$y/ δ\approx 0.2$。对于最大孔径，强度的外峰也是明显的。速度谱表明，这个外峰与大尺度结构有关，类似于Kelvin-Helmholtz涡，具有流向长度尺度$2δ-4δ$。偏度分布表明，这些大尺度结构可能有一个振幅调制的界面湍流的影响。
2017-12-03 physics.flu-dyn
Droplet dynamics in homogeneous isotropic turbulence with the immersed boundary-lattice Boltzmann method
本研究开发了一种结合格子玻尔兹曼与浸没边界方法的数值方案，并引入网格正则化以模拟均匀各向同性湍流中小尺度液滴的动力学，报告了变形与取向的统计结果及与理论模型的对比。
2024-05-23 physics.flu-dyn
Transition in pipe flow: the saddle structure on the boundary of turbulence
层流-紊流边界S是分离初始条件的集合，该初始条件从变得紊流的初始条件中平静地再层化。相空间轨迹在这个超曲面上的圆柱管流看起来是混乱的，并显示出连贯结构的反复出现的证据。一个通用的数值技术的开发，用于识别这些结构的方法，然后用于确定精确的相干解决方案本身。数值证据表明，S上的轨迹组织周围只有几个行波和它们的异宿连接。如果流被适当地约束到具有离散旋转对称性的子空间，则有可能找到嵌入S内的局部吸引行波。使用这种方法发现了四种新类型的行波。
2008-07-01 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulations of Ice-Ocean Boundary Turbulence
University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）；University of Maryland at College Park（马里兰大学帕克分校）；Oregon State University（俄勒冈州立大学）；University of Tasmania（塔斯马尼亚大学）；University of Canterbury（坎特伯雷大学）
研究冰-海洋边界湍流中热和淡水输送机制，通过数值模拟揭示温度、盐度等参数对冰川融化速率的影响，发现对流过程在近水平坡度下仍具重要作用。
2026-03-20 physics.flu-dyn
Inflow turbulence generation for eddy-resolving simulations of turbomachinery flows
提出了一种简单的循环和重标度方法，利用非结构网格计算流体动力学代码生成来流湍流。该方法已在空间发展平板湍流边界层的大涡模拟中得到验证。所提出的重标度算法是基于动量厚度，这是更强大的，基本上消除了需要找到的边缘的湍流边界层在非结构网格代码。本文还讨论了将该算法推广到混合RANS/LES型方法和壁面有界湍流问题。作为一个应用实例，给出了具有不同来流边界层特性的环形扩压器的计算结果。
2014-08-21 physics.flu-dyn
On the enhancement of boundary layer skin friction by turbulence: an angular momentum approach
本文提出角动量积分（AMI）方程，将湍流对边界层表面摩擦的增强效应分解为力矩项，并应用于DNS数据，揭示负法向速度区域在限制峰值摩擦中的作用，为解释湍流和流动控制影响提供直观框架。
2025-10-09 physics.flu-dyn
Evaluation of Turbulence Models and Boundary Conditions for Hybrid Ventilation in Reduced-scale Classroom Model
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本文评估了混合通风中湍流模型和边界条件对空气流预测的影响，发现几何形状和边界条件对喷射速度有显著影响。
2025-12-26 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
Transient inverse energy cascade in free surface turbulence
我们研究了在固定特征强迫尺度下，不同厚度流体层中直接数值模拟产生的大雷诺数下自由表面湍流的统计特性。我们观察到一个瞬态逆级联的生产，其持续时间取决于该层的厚度，随后过渡到三维湍流最初产生接近底部，无滑移边界。通过关闭强迫，我们研究了衰减的湍流制度，我们发现它不能用指数律来描述。我们的研究结果表明，边界条件在薄层中产生的湍流的性质中起着重要的作用，并限制了产生二维现象的条件。
2022-12-09 physics.flu-dyn
Edge of Chaos and Genesis of Turbulence
混沌的边缘分析在一个空间扩展的系统，建模的正则化长波方程，在过渡到永久时空混沌。当存在共存吸引子时，由于光滑分形变形，在盆地边界产生混沌鞍。当控制参数变化时，混沌瞬态通过一系列分形-分形变态演化为发展良好的瞬态湍流。负责混沌的边缘和湍流的起源的边缘状态是一个不稳定的行波在实验室框架中，对应于鞍点躺在盆地边界的傅立叶空间。
2013-12-09 physics.flu-dyn
Adaptive Dissipation in the Smagorinsky Model for Turbulence in Boundary-Driven Flows
本文通过引入随距边界距离动态调整的自适应耗散项改进Smagorinsky模型，解决了近壁过度耗散问题，并给出两个定理保证解的适定性与耗散率界限，以更精确模拟湍流。
2024-11-08 physics.flu-dyn
Near-Surface Boundary Layer Turbulence Along a Horizontally-Moving, Surface-Piercing Vertical Wall
研究了垂直穿透壁面产生的边界层剪切流中湍流与自由表面的复杂相互作用。建立了一个实验室规模的装置，该装置利用表面穿孔不锈钢带，该不锈钢带围绕两个垂直辊成环行进，辊之间的一段带充当水平移动的平壁。带从静止突然加速，直到达到恒定速度，以便产生类似于沿着表面穿透拖曳平板存在的空间演变边界层的时间演变边界层。表面轮廓测量与电影激光诱导荧光系统和亚表面速度场记录使用高速平面粒子图像测速系统。据发现，带最初穿过水没有创建任何显着的波，自由表面的活动接近带表面的爆裂之前。这些自由表面波纹在看起来成为自由传播的波之前离开带。从次表面速度测量，它被发现，靠近表面，过渡到湍流比远离表面发生得更快，导致在自由表面附近的整体较厚的边界层。流向速度波动的第二个峰值伴随着这种向湍流的过渡，该峰值在向外平滑之前的短时间内达到最大值。使用动量厚度作为长度尺度，使用该外峰位置处的流向速度波动作为速度尺度，发现自由表面破裂和空气夹带开始在某种程度上取决于韦伯数，并且发现与Brocchini和Pregrine（J. Fluid Mech.，499，225-254，2001）。
2017-03-28 physics.flu-dyn
Stabilized RANS simulation of surf zone kinematics and boundary layer processes beneath large-scale plunging waves over a breaker bar
本文对双色波群在固定破碎杆上的传播和破碎进行了数值模拟。使用新稳定的雷诺平均Navier Stokes（RANS）两方程湍流封闭，解决了长期存在的问题，过度生产的湍流下表面波在近势流区之前打破。这个模型以前已经测试过小规模的溢出打破规则波，而在这项工作中的重点是全（而不是模型）规模的应用，波群（而不是规则波）和暴跌（而不是溢出）破碎机。此外，本文还特别强调了底边界层动力学，这对跨海岸输沙预测是非常重要的。通过与以前的实验活动的结果进行比较，该模型进行了验证。该模型被证明是预测的表面高程，速度和湍流以及在浅滩和外冲浪区，避免湍流过度生产和不正确的底流结构典型的标准湍流关闭。与浅水位置的详细边界层测量结果的比较表明，该模型能够准确地捕捉整个波边界层的时间动态，包括边界层厚度的演变，速度过冲和相移。在冲浪区的比较还表明，该模型能够准确地捕捉到破碎引起的湍流到波边界层的运输。模型的性能表明，该模型可直接用于近岸泥沙输移和地貌的模拟，也可用于重要水动力过程的研究，有助于提高海岸工程中应用的动力地貌剖面模型的预报能力。
2020-10-28 physics.flu-dyn
Universal scaling laws of boundary-driven turbulence
本研究揭示了边界驱动湍流核心区存在新的1和-2标度律（替代2/3和-5/3律）并保持4/5律不变，发展了唯象框架与概率分布模型，给出了适用于各阶速度结构函数的完整标度指数集，经直接数值模拟与实验数据验证。
2025-04-07 physics.flu-dyn
Mach number and wall thermal boundary condition effects on near-wall compressible turbulence
本文通过高分辨率直接数值模拟研究马赫数与壁面热边界条件对近壁可压缩湍流的影响，发现壁面膨胀量是控制雷诺应力和热通量幂律指数的关键标度参数，并给出普适函数规律。
2023-07-06 physics.flu-dyn
A fractional PDE model for turbulent velocity fields near solid walls
本文提出了一类用分数阶偏微分方程（FPDE）描述的随机载荷作用下的湍流模型。这些FPDE模型的每一个解都是不可压缩的速度场，解的分布是高斯分布。湍流与固体壁的相互作用通过各种边界条件的实施而被纳入。各种边界条件提供了广泛的灵活性，在近壁统计，可以建模。再现充分发展的无剪切和均匀剪切边界层湍流突出作为两个简单的物理应用程序，其中第一个也直接验证与实验数据。非均匀合成湍流入口边界条件的渲染是一个附加的应用，其动机是当代数值风洞模拟。模型参数的校准和有效的数值方法也赋予。
2020-09-10 physics.flu-dyn
Effects of turbulence boundary conditions on Spalart-Allmaras RANS simulations for active flow control applications
本研究评估了SA湍流模型闭合的RANS模拟在分析流体主动流动控制中的适用性，发现通过设定合理的射流湍流边界条件，RANS-SA能以低计算成本准确预测升阻力等宏观量，验证了其作为SJA参数初步优化方法的可靠性。
2024-07-30 physics.flu-dyn
Edge states for the turbulence transition in the asymptotic suction boundary layer
本文证明了渐近吸力边界层纳维-斯托克斯方程精确不变解的存在性。确定的周期性轨道与一个很长的周期几千平流时间单位被发现作为一个本地的动力学吸引嵌入在层流和湍流动力学之间的稳定边界。它的动力学捕获了在许多剪切流中观察到的下游方向的涡对和条纹的相互作用以及边界层的特征能量爆发。通过嵌入到一个家庭的流动，平面Couette流和边界层之间的插值，我们证明了周期轨道出现在鞍结无限周期（SNIPER）分岔的两个相关的行波解的平面Couette流。物理上，长周期是由于一个缓慢的条纹不稳定性，这导致了一个暴力的条纹破裂和重组的条纹在不同的展向位置。我们表明，轨道是结构稳定的雷诺数和域的大小变化时。
2013-04-19 physics.flu-dyn
Self-similar geometries within the inertial subrange of scales in boundary layer turbulence
湍流尺度的惯性子区通常由集合统计中的幂律特征反映，例如能谱和结构函数-无论是在理论上还是从观测中。尽管在湍流中的分形几何的主题有希望的发现，有没有被接受的图像的物理流的功能对应于这个统计签名的惯性子范围。本研究使用边界层湍流测量来评估速度等值面的自相似几何特性，并调查它们对速度信号统计的影响。流向速度等值面的分形维数，表示沿每个等值面的“皱纹”的大小的统计自相似性，被证明是恒定的尺度的惯性子范围内。对于惯性子范围和生产范围之间的过渡，据推断，最大的皱纹变得越来越局限于大规模的相干速度区域，如均匀动量区的整体尺寸。等值面的自相似性在随后的一维统计中产生幂律趋势。例如，结构函数的理论2/3幂律指数可以通过考虑大量等值面水平集的集体行为来恢复。结果表明，惯性子区涡的物理存在表现在等值面的自相似皱纹。
2022-05-05 physics.flu-dyn
Dynamical model of steadily forced isotropic turbulence
提出了一个动力学模型的各向同性湍流驱动的稳定强迫，产生一个粘度独立的小尺度（惯性）制度的动态。这再现了完全发展（静止）阶段中两点速度关联函数的柯尔莫戈罗夫谱，同时预测了高阶时刻的间歇性校正。该模型还产生了一个瞬态阶段的幂律时间演化。完全发展湍流的交叉时间与湍流系统尺寸成比例，为$\sim L^{11/3}$。解释了瞬态行为的物理起源。
2006-01-16 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Slow-growth approximation for near-wall patch representation of wall-bounded turbulence
针对强压力梯度下平均流沿流向变化导致壁面湍流表征复杂化的问题，对Navier-Stokes方程进行渐近分析，提出考虑平均流增长对近壁湍流影响的动态模型，成功解释了边界层增长对小尺度近壁湍流的作用。
2023-09-14 physics.flu-dyn
Mechanism of Wall Turbulence in Boundary Layer Flow
采用能量梯度法分析了转捩边界层流动中湍流的产生。结果表明，对于Blasius边界层流动，能量梯度函数的最大值出现在壁面。在足够高的雷诺数下，在该位置处，即使是低水平的自由流扰动也能引起湍流转变并使流动维持在湍流状态。这是对壁湍流自维持的物理学的极好解释。边界层流动的感受性机制也可以从能量梯度准则来理解。即自由流扰动可以通过“能量梯度”过程向壁面传播，引起湍流转捩，并且当外部扰动水平增加时，边界层中的转捩点可以向前缘前移。
2008-11-10 physics.ao-ph physics.flu-dyn
The Surprising Transition in Atmospheric Boundary Layer Turbulence Structure from Neutral to Moderately Convective Stability States and Mechanisms Underlying Large-scale Rolls
白天大气边界层（ABL）湍流的矢量风结构强烈依赖于水平波动（由中尺度风驱动）的剪切驱动的湍流产生和垂直速度波动（由太阳能加热驱动）的浮力驱动的湍流产生之间的平衡，其特征在于全球不稳定状态参数$-z_i/L > 0$。在完全剪切驱动的中性限制$-z_i/L \rightarrow 0$，表面层是由负流向波动速度（低速条纹）的相干流向拉长浓度为主，而在适度对流状态（$z_i/L \sim 10$）浮力产生集中垂直速度波动的流向拉长热上升气流片。使用大涡模拟（LES），我们研究了中性和中度对流状态之间的转换，通过量化的相关性和积分尺度作为$-z_i/L$的功能，系统地增加地面热通量与固定的地转风。我们发现了一个令人惊讶的突然过渡ABL湍流结构在$-z_i/L \approx 0.40$与流向相干性的显着增强，特别是在混合层，和ABL动态响应的突然变化，进一步增加表面加热。在超临界ABL中，表面热通量的持续增加导致最大相干态，（$z_i/L \sim 1.0-1.5$）与螺旋形大尺度滚动结构和异常相干的热上升气流有关，这一过程由两个关键的动力学效应驱动：（a）流向速度波动和剪切驱动的低速条纹的流向相干性令人惊讶地持续增加，以及（b）增加了下表面层中的相干低速条纹与上混合层中的相干热上升气流之间的空间相关性。
2018-12-07 physics.flu-dyn
Wind farm global blockage as an adverse pressure gradient problem: turbulence amplification and spectral modification in the induction region of a model wind farm
Imperial College London（帝国理工学院）
本研究通过实验将风电场感应区视为逆压梯度湍流边界层问题，发现风电场引起的大尺度湍流增强主要源于逆压梯度，且与转子尺度相当的湍流能量对涡轮疲劳载荷有重要影响。
2026-09-23 physics.flu-dyn
Spontaneous generation of inertial waves from boundary turbulence in a librating sphere
在这项工作中，我们报告的激励惯性波在一个librating球，即使是振动频率，这些波不直接被迫。这种自发产生来自赤道附近Ekman边界层中的离心不稳定性引起的局部湍流，并且不依赖于天平动频率。我们的特点，这些惯性波的关键特征与以前的研究中产生的内部波在分层流从本地化的湍流模式类比。特别地，时间谱表现出优选的激发频率值。这种一阶现象对于存在局部湍流的任何旋转流都是通用的，并且与行星应用完全相关。
2013-09-11 physics.class-ph physics.flu-dyn
Data-driven decomposition of the streamwise turbulence kinetic energy in boundary layers. Part 1. Energy spectra
在有壁湍流中，大量共存的湍流结构形成了从粘性到惯性占主导地位的尺度范围内的流向速度能谱。流向光谱的确定的标度趋势在经验上仍然难以捉摸，尽管一个著名的思想流派源于Perry和Abell的著作（J. Fluid Mech.，第79卷，1977年，第100页。785-799）和Perry等人（J. Fluid Mech.，第165卷，1986年，第165页。163-199），这些理论受到Townsend的附着涡假设（The Structure of Turbulent Shear Flow，Cambridge University Press，1976）的极大启发。在本文中，我们重新审查的湍流动能的流向速度分量的频谱分解的背景下，佩里和同事。两个通用的频谱滤波器通过频谱相干分析的两点速度信号，跨越雷诺数范围$Re_τ\sim \mathcal{O}(10^3)$到$\mathcal{O}(10^6)$，并形成我们的分解的基础上的湍流区域的随机壁分离和附壁部分的能量。后者由大于流向/壁面法线比$λ_x/z \approx 14$的尺度组成。如果分解被接受，则$k_x^{-1}$缩放区域只能在$z^+ = 100$的壁法线位置处出现$Re_τ\geq 80\,000$。在Perry和同事的研究之后，人们假设湍流结构而不是附着涡的光谱贡献掩盖了$k_x^{-1}$标度。当接受的想法，不同的光谱…
2019-12-03 physics.flu-dyn
The dynamical role of vortices in the two-dimensional inverse cascade of turbulence
INFN（意大利国家核物理研究所）
通过高分辨率数值模拟分解涡旋与背景分量，揭示二维湍流逆级联中涡旋分量对能谱及科尔莫戈罗夫标度的影响，推导并验证相关平衡关系。
2026-09-02 physics.flu-dyn
Recent developments and research needs in turbulence modeling of hypersonic flows
本综述系统评估了高超声速流动条件下RANS湍流建模的最新进展与局限性，比较了多种模型在预测关键工程量方面的能力，并指出了验证数据库的空白及未来研究方向。
2025-04-28 physics.flu-dyn
Shock-induced heating and transition to turbulence in a hypersonic boundary layer
采用直接数值模拟（DNS）和壁面模型大涡模拟（WMLES）方法，研究了不同入射角下入射激波与冷壁面上马赫数为6的高超声速层流边界层的相互作用。在足够大的激波入射角下，边界层通过激波冲击下游附近近壁条纹的破裂转变为湍流，而不需要任何来流自由流扰动。过渡导致局部显着增加的斯坦顿数和表面摩擦系数，与高入射角增大的峰值热机械载荷以近似线性的方式。统计分析的边界层下游的相互作用，为每种情况下，量化流向的空间变化的雷诺类比因子，并表示故障的Morkovin的假设附近的墙壁，速度和温度变得相关。一个修改后的强雷诺模拟与一个固定的湍流普朗特数观察到执行最好的。传统的变换不能使不可压缩的对数定律上的平均速度剖面塌陷。WMLES促进过渡和峰值加热，延迟分离，并提前再附着，从而缩短分离泡。当冲击导致过渡，WMLES提供预测的DNS峰值热机械载荷内$\pm 10\%$的计算成本低于DNS的两个数量级。下游的相互作用，在湍流边界层，WMLES同意与DNS结果的雷诺相似因子，速度和温度的平均剖面，包括温度峰值，和温度/速度的相关性。
2020-10-20 physics.flu-dyn
Transition from wave turbulence to dynamical crumpling in vibrated elastic plates
本文基于实验和数值观测研究了振动弹性薄板的波动湍流动力学机制。我们把我们的研究重点放在强非线性政权在以前的信中描述的N。Yokoyama & M.高冈在小强迫下，弱非线性区域与弱湍流理论相容，当耗散局限于高波数时。当强迫强度增加时，一个强非线性区域出现：奇异结构在大尺度上占主导地位，而在小尺度上，弱湍流仍然存在。奇异结构的湍流，褶皱和D-锥，显着改变的能量谱，并导致出现的不稳定性的发展。
2013-07-18 nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulence Modeling of 3D High-speed Flows with Upstream-Informed Corrections
本文针对马赫数8.3双鳍三维激波边界层干扰，提出在二方程湍流模型中引入两个基于上游信息的上游修正系数，以抑制激波后湍流生成和长度尺度的过度放大，从而显著改善表面压力和壁面热流预测。
2022-08-09 physics.flu-dyn
Wall-attached structures of velocity fluctuations in a turbulent boundary layer
壁面湍流是自然界和工程应用中普遍存在的现象，但由于其复杂性，对其进行预测是困难的。高雷诺数湍流，包括大多数实际流动，是特别复杂的，因为它的范围广泛的尺度。虽然Townsend提出的附着涡假设可以用来预测湍流强度，并作为湍流渐近行为的统一理论，但附着结构的存在尚未得到证实。我们通过识别速度脉动的附壁结构来证明湍流强度的对数区域通过对中等雷诺数边界层（$Re_τ\approx 1000$）的直接数值模拟，对$u_i$进行了数值模拟。附壁结构在其高度（$l_y$）方面是自相似的，特别是流向分量的总体密度（$u$）与$l_y$成反比，这让人想起附壁涡流的层次结构。平行壁面分量（$u$和$w$）中的湍流强度呈现对数特性。$u$的高附着结构（$l_y^+ > 100$）由多个流向范围较长的均匀动量区（UMZ）组成，而横流分量（$v$和$w$）的附着结构相对较短，宽度相当，表明存在与多个UMZ相关的高涡结构。在流向湍流强度中观察到的近壁峰的幅度随着$l_y$的增加而增加，反映了附着的$u$结构的嵌套层次结构。这些研究结果表明，所确定的结构是汤森的附着涡流假说的主要候选人，并作为基石，了解高雷诺数边界层的多尺度现象。
2018-04-30 physics.flu-dyn
Nonlinearly most unstable route to high-speed boundary-layer turbulence
采用直接数值模拟方法研究了马赫数为4.5时零压力梯度边界层的层流到湍流转捩。对于给定水平的总扰动能量，流入频谱的设计对应于非线性最危险的条件，导致最早可能的过渡雷诺数。将进气道扰动的合成公式化为约束优化，其中控制矢量由进气道模态的幅值和相对相位组成;约束条件为规定的总能量，且气流演化满足完全非线性可压缩纳维-斯托克斯方程;成本函数为平均壁面摩擦力，该摩擦力一旦最大化，对应于最早可能的转捩位置。一个系综变分（EnVar）技术的发展，以解决优化问题。EnVar在每次迭代结束时使用成本函数的梯度更新控制向量的估计，该梯度是根据可能解决方案的集合的结果计算的。两个流入条件计算，每个对应于不同的能量水平，和他们的频谱进行对比：较低的能量情况下，包括两个正常的声波和一个斜涡扰动，而较高的能量条件包括斜声波和涡波。重点放在前一种情况下，不稳定波，启动快速崩溃的湍流是不存在的入口平面。相反，它出现在下游位置后，一系列的非线性相互作用，刺激最快的湍流发作。非线性最有效入流条件的结果也与仅根据线性理论选择的其他进气道扰动进行了比较，这些进气道扰动都产生相对延迟的转捩起始。
2018-11-30 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation benchmarks for the prediction of boundary layer bypass transition in the narrow sense
本研究构建了狭义边界层旁路转捩的直接数值模拟基准，探究了不同入口湍流强度下自由流湍流衰减特性及湍流斑起始机制，发现中等湍流强度下两种起始机制共存。
2025-03-05 physics.flu-dyn
Synergy of turbulence and thermo-diffusive effects on the intermittent boundary-layer flashback of swirling flames
State Key Laboratory for Turbulence and Complex Systems, College of Engineering, Peking University（北京大学工学院湍流与复杂系统国家重点实验室）；HEDPS-CAPT, Peking University（北京大学高能量密度物理研究所）
研究通过LES-FSD方法揭示了湍流与热扩散效应协同作用下，富氢旋流火焰间歇边界层闪火的形成机制与影响因素。
2024-10-21 physics.flu-dyn
Stochastic anomaly and large Reynolds number limit in hydrodynamic turbulence models
在这项工作中，我们解决了开放的问题，高雷诺数限制在流体动力学湍流，我们修改考虑消失的随机（而不是确定性）粘度。在这个公式中，一个小尺度的噪声传播到大尺度的逆级联，这可以描述使用定性参数的Kolmogorov-Obukhov理论。我们推测，由此产生的概率分布的极限存在$\mathrm{Re} \to \infty$，在有限时间的极限流仍然是随机的，即使强迫，初始和边界条件是确定的。这个猜想证实了数值的Sabra模型的湍流，其中的解决方案是确定性的前和随机后立即爆破。然后，我们推导出一个纯粹的无粘问题制定的随机边界条件施加在惯性区间。
2015-10-26 physics.flu-dyn
