Multiple states in highly turbulent Taylor-Couette flow
湍流在自然界和技术中的普遍存在使得从根本上了解湍流至关重要。Kolmogorov在1941年提出，对于具有多个自由度和大波动的强湍流，只有\emph{one}湍流状态，因为大波动将探索整个高维相空间。在这里，我们报告的第一个决定性的证据，多个湍流状态的大雷诺数$\text{Re}=\mathcal{O}(10^6)$（泰勒数$\text{Ta}=\mathcal{O}(10^{12})$）泰勒-库埃特流在制度的最终湍流，通过探测的相空间跨越的内部和外部的圆柱体的旋转速率。多个湍流状态的表现形式是通过提供组合的全局扭矩和局部速度测量来举例说明的。这一结果证实了在高维流动中也可能发生分叉的观点，即非常大的$\text{Re}$），并对Kolmogorov的范式提出了质疑。
2016-04-15 physics.flu-dyn
Exploring the origin of Turbulent Taylor rolls
自泰勒的开创性论文以来，大尺度准轴对称结构的存在一直是研究泰勒-库埃特流时感兴趣的问题。在这篇手稿中，我们探测它们的形成在高度湍流的制度进行了一系列的数值模拟，在一个固定的雷诺数$Re_s=3.6\times 10^4$，而不同的科里奥利参数，以分析流动特性的结构出现和消散。我们展示了科里奥利力如何引起边界层内的径向和方位角速度场之间的单向耦合，但在散装有一个双向耦合，导致竞争的影响。我们讨论了如何复杂的类比窄间隙泰勒-库埃特其他对流。然后我们将这些统计数据与没有无滑移边界层的类似剪切流进行比较，显示出这种双重耦合如何导致非常不同的效果。最后，我们反思了动荡的泰勒卷的可能起源。
2022-10-13 physics.flu-dyn
Ultimate Turbulent Taylor-Couette Flow
利用高速粒子图像测速技术（PIV）对雷诺数Re_i = 2*10^6的强湍流Taylor-Couette流内圆柱的流动结构进行了实验研究。湍流泰勒涡流的风雷诺数Re_w与Re_w ~ Ta^（1/2）成比例关系，与预测的最终湍流区完全一致，其中边界层是湍流的。无量纲角速度通量的有效标度为Nu_ω ~ Ta ^0.38，这也与极限状态下的湍流相对应。从高速PIV测量中提取的局部角速度通量测量结果证实了Nu_ω的标度性：尽管通量显示出巨大的波动，但其空间和时间平均值与全局扭矩测量结果很好地吻合。
2011-10-31 physics.flu-dyn
Intermittency in 2D soap film turbulence
本文研究了流动肥皂膜中二维湍流的雷诺数依赖性。本文所用的雷诺数为泰勒微尺度雷诺数R_λ，其范围为20 ~ 800。对于逆能量级联和直接涡度拟能级联都发现了强的不稳定性，这可以通过以下方式来测量：（a）惯性标度r下速度差P（δu（r））的pdf，（b）P（\partial_x u）的峰度，以及（c）所谓的不稳定性指数μ的标度来测量，如果不存在不稳定性，则不稳定性指数为零。措施（b）和（c）是定量的，而（a）是定性的。这些测量结果与以前的一些结果不一致，但不是全部。速度导数在所有R_λ处都是非高斯的，但随着R_λ增大到可能达到的最大值，速度导数有变为高斯的迹象。P（δu（r））在不同r下的峰度表明，不稳定性与尺度有关。结构函数标度指数也偏离强烈的Kraichnan预测。对于涡度拟能级联，涡度在R_λ中按幂律衰减。这项研究表明，需要重新审视二维湍流的统计数据。
2013-11-14 physics.flu-dyn
Recent developments of turbulent emulsions in Taylor-Couette flow
乳液在许多自然和工业环境中很常见。近年来，湍流乳状液的动力学研究受到了广泛的关注。本文综述了近年来湍流Taylor-Couette流中乳状液的一些研究，主要集中在分散相的统计和系统的整体动量输运。我们首先研究了低体积分数（稀）的湍流乳液的分散液滴的尺寸分布和破碎机制。对于具有高体积分数的分散相（致密）的系统，我们解决了湍流乳液的全局传输（有效粘度）的详细响应及其与液滴统计的连接。最后，我们将讨论灾难性的相转化，这可能会发生在动态乳化过程中的分散相的体积分数超过一个临界值。最后，我们总结和展望，包括未来研究的一些开放性问题的手稿。这篇文章是主题问题的一部分“泰勒-库埃特和相关的流动泰勒的种子哲学交易文件的百年纪念”。
2022-09-01 physics.flu-dyn
Exploring the phase space of multiple states in highly turbulent Taylor-Couette flow
通过测量整体转矩和局部速度，同时探测由内外圆柱旋转速率所跨越的相空间，研究了在$\mathrm{Ta}=10^{11}$到$9\cdot10^{12}$范围内高湍流Taylor-Couette流中多个湍流态的存在性.发现多个状态是非常稳健的，并且预期持续超过$\mathrm{Ta}=10^{13}$。旋转比是最强烈地控制流动状态之间的转换的参数;转换值仅弱地依赖于泰勒数。然而，相空间中的复杂路径是解锁多个状态的整个区域所必需的。最后，通过绘制泰勒-库埃特装置中不同旋转比的流动结构，该装置具有相等的半径比，但比以前更大的纵横比，再次观察到多个状态。在这里，他们的特点是更丰富的滚动结构的现象，包括，第一次观察到的高度湍流TC流，反对称滚动状态。
2016-04-17 physics.flu-dyn
The Twente turbulent Taylor-Couette (T3C) facility: Strongly turbulent (multiphase) flow between two independently rotating cylinders
本文构造了一个新的湍流Taylor-Couette系统，它由两个独立旋转的圆柱体组成。圆柱体之间的间隙高度为0.927 m，内半径为0.200 m，外半径可变（从0.279 m到0.220 m）。内圆柱体和外圆柱体的最大角旋转速率分别为20 Hz和10 Hz，以水为工作流体时，雷诺数高达3.4 x 10^6。利用该泰勒-库埃特系统，参数空间（Re_i，Re_o，η）扩展到（2.0 x 10^6，{ \pm }1.4 x 10^6，0.716-0.909）。该系统配备了气泡喷射器，温度控制，皮肤摩擦阻力传感器，和几个本地传感器研究湍流单相和两相流。内圆筒测力传感器通过扭矩测量检测皮肤摩擦阻力。透明的丙烯酸外筒允许液体流动和分散相（气泡、颗粒、纤维等）的动力学。在间隙内部，使用专门的局部传感器和非侵入式光学成像技术进行研究。该系统允许在高雷诺数制度的泰勒-库埃特流的研究，和背后的皮肤摩擦阻力改变由于气泡注射，聚合物注射，和表面疏水性和粗糙度的机制。
2011-02-23 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of turbulent Taylor-Couette flow
本文描述了完全湍流状态下Taylor-Couette流动的直接数值模拟（DNS）。数值方法扩展了Quadrio和Luchini（Eur. J. Mech. B / Fluids，v.21，pp.413--427，2002），并且基于使用混合空间离散化（均匀方向上的谱方案，以及径向方向上的四阶、紧凑显式有限差分方案）的并行计算机代码。本文首次用DNS方法模拟了湍流状态下的Taylor-Couette流动。统计量的计算，以补充现有的实验信息，以期比较它的平面，压力驱动的湍流在相同的雷诺数值。平面流和曲壁流之间的流量统计差异的主要来源是由于曲率效应产生的大规模旋转结构的存在。
2007-11-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
Growth rate of Rayleigh-Taylor turbulent mixing layers with the foliation approach
多年来，天体物理学家、等离子体聚变和流体物理学家一直对瑞利-泰勒湍流混合层感到困惑。特别是，强烈的增长率之间的差异已经观察到实验和数值模拟。虽然两种唯象机制（模式耦合和模式竞争）带来了一些洞察这些差异，令人信服的理论论据是缺乏解释观察到的值。在本文中，我们提供了一个与这两种机制兼容的增长率的解析表达式，并适用于自相似的，低Atwood Rayleigh-Taylor湍流混合受到恒定或随时间变化的加速度。在我们的三维数值模拟中，引入了{ \it叶状}平均和{ \it叶状}湍流谱是这项工作的关键。我们表明，瑞利-泰勒增长率的确切值不仅取决于加速的历史，但也绑定到{ \it foliated}光谱在大尺度上的幂律指数。
2014-11-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Torque Scaling in Turbulent Taylor-Couette Flow with Co- and Counterrotating Cylinders
本文分析了独立旋转的外圆柱和外圆柱在强湍流区的Taylor-Couette流的整体输运特性，内圆柱和外圆柱的雷诺数分别达到Re_i = 2 x 10^6和Re_o = 1.4 x 10^6。对于所有Re_i、Re_o，无量纲扭矩G作为泰勒数Ta的函数缩放（其与内圆柱体和外圆柱体的角速度之间的差的平方成比例），具有通用有效标度律G \propto Ta^{0.88}，对应于表征内圆柱体和外圆柱体之间的角速度传输的努塞尔数的Nu_omega \propto Ta^{0.38}。指数0.38对应于类似瑞利-贝纳德系统的最终状态标度。对于沿相空间中的对角线的反向旋转情况，传输是最有效的，其中ω_0 \approx -0.4 ω_1。
2011-02-10 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
Logarithmic boundary layers in highly turbulent Taylor-Couette flow
我们提供了直接测量的边界层特性在高度湍流泰勒-库埃特流高达$\text{Ta}=6.2 \times 10^{12}$使用高分辨率粒子图像测速仪（PIV）。我们发现，在内部和外部圆柱的平均方位角速度分布可以拟合的von卡门对数定律$u^+ = \frac 1κ\ln y^+ +B$。冯卡门常数$κ$被发现依赖于驱动强度$\text{Ta}$和大$\text{Ta}$渐近方法$κ\approx 0.40$。局部方位角速度的方差分布在$y^+ \approx 12$附近具有一个通用峰值，并且当用驱动速度（而不是摩擦速度）重新缩放时会崩溃，显示出$y^+$的对数依赖性，这也适用于通道和管道流[1，2]。
2013-02-25 physics.flu-dyn
Janus spectra in two-dimensional flows
从理论上讲，大尺度大气流、肥皂膜流和其它二维流可能具有两种不同类型的湍流能谱--一种是速度脉动的谱指数$α$等于$3$，并且脉动在小尺度上被耗散;另一种是速度脉动的谱指数。$α=5/3$和波动消散在大尺度上--但下游的障碍物的测量总是揭示了$α= 3$。在这里，我们报告了关于皂膜流的实验，其中障碍物下游存在一个相当大的间隔，其中$α$在流向波动方面从$3$过渡到$5/3$，但在横向波动方面仍然等于$3$，就好像两个相互独立的不同动力学的湍流场在流动中同时活跃。这种湍流能谱，我们称之为Janus谱，从来没有被观测到或理论上预测过。我们的研究结果可能为湍流和地球物理流动的研究开辟新的前景。
2016-08-11 physics.flu-dyn
Dynamics and evolution of Turbulent Taylor rolls
在许多剪切和压力驱动的附壁湍流中，二次运动自发地发展，它们与主流的相互作用改变了整体的大尺度特征和传输特性。Taylor-Couette流动，即在以不同角速度旋转的两个同心圆柱体之间的间隙中发展的流体运动，也不例外，并且从流动的早期发展到完全湍流状态，已经观察到环形泰勒滚转。在这份手稿中，我们表明，在"泰勒辊“的通用名称下，有各种各样的结构，不同的涡度分布的核心，他们被驱动的方式和他们对平均流的影响。我们在高雷诺数的轧辊不离心不稳定性，但剪切和反气旋旋转的组合，表明它们被保存在极限的曲率消失，可以更好地理解为一个固定的周期，表现出类似的特性作为剪切流的自我维持的过程。通过分析计算域的大小的影响，我们表明，这种钉扎是不是一个产品的数值，和辊的位置是由一个随机过程的空间和时间的变化取决于域的大小。
2019-02-02 physics.flu-dyn
Towards direct numerical simulation of turbulent co-current Taylor bubble flow
本文提出了一种湍流并流泰勒泡状流的数值模拟策略。本文是文献[2]中对并流湍流Taylor泡状流的大涡模拟（LES）工作的继续。据观察，主要挑战之一是物理上准确预测泰勒气泡裙的行为，以及相关的气泡脱落。在LES的结果中观察到的泰勒气泡的尾流中的湍流波动的低估。有人认为，这是由于LES网格分辨率不足以准确捕获破碎和气泡形成引起的气泡脱落导致的Taylor气泡空隙损失的过度预测。为了解决这个问题，在目前的工作中，我们提出了一个DNS的方法，并流湍流泰勒气泡流称为RK-Basilisk，Basilisk代码与本地自适应网格细化的基础上。该策略允许在气泡界面附近具有非常高的网格分辨率，而在其他地方允许网格更粗糙。每个时间步，网格是适应的基础上的空隙率标准。Basilisk的底层数据结构基于“八叉树”，与使用更通用的OpenFOAM代码进行的LES模拟相比，它允许更快的求解过程，因此网格点的数量要多得多。我们将结果与相同设置的实验数据以及并行LES OpenFOAM结果进行比较。湍流泰勒气泡流在并流条件下的设置允许低阶湍流模型的开发和更一般的两相建模策略的验证。泰勒泡状流本身也与特定的两相流情况相关。目前的工作有助于提高这种情况下的模拟能力。
2020-10-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Experimental studies of turbulent Taylor-Couette flows: single phase and liquid-liquid dispersions
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Taylor-Couette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。我们使用的液体是低粘度油和纯水或具有与油相匹配的折射率的碘化钠溶液，以获得透明的分散体。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
Calculation of the mean velocity profile for strongly turbulent Taylor--Couette flow and arbitrary radius ratios
泰勒-库埃特（TC）流动是两个同轴独立旋转圆柱之间的剪切驱动流动。近年来，高保真模拟和实验揭示了流向和角速度分布的形状，直到非常高的雷诺数。然而，由于曲率效应，到目前为止还没有理论能够正确地描述给定半径比的湍流流向速度分布，因为经典的普朗特-冯卡门对数定律在平坦表面上的湍流边界层最多只适用于有限的空间区域。在这里，我们解决这个不足之处，通过应用莫宁-奥布霍夫曲率长度的想法湍流TC流。这个长度将湍流动能的产生由纯剪切控制的流动区域与湍流动能与流线曲率结合作用的流动区域分开。我们表明，对于所有的雷诺数和半径比，平均流向和角速度的轮廓崩溃根据这种分离。然后，我们推导出速度分布的函数形式。最后，我们将新导出的角速度分布与边界层高度处的恒定角动量分布相匹配，以获得扭矩对雷诺数的依赖性，或者换句话说，对广义Nusselt数的依赖性（即，无量纲角速度传输）对泰勒数的影响。
2020-03-06 physics.flu-dyn
Catastrophic phase inversion in high-Reynolds number turbulent Taylor--Couette flow
乳液在食品工业、医疗保健和化学合成中无处不在。在这封信中，亚稳油-水乳状液的动力学在高度湍流（$10^{11}\leq\text{Ta}\leq 3\times 10^{13}$）泰勒-库埃特流，远离平衡，进行了研究。通过改变水包油空隙率，可以触发水包油和油包水乳液之间的灾难性相转化，显著改变混合物的形态（包括液滴尺寸和流变性质）。这些不同的状态的表现是通过结合全局扭矩测量和局部原位激光诱导荧光（LIF）显微镜成像。尽管湍流状态的流动和动态平衡的油-水混合物，系统的全球扭矩响应被发现是，如果流体是牛顿的，和混合物的有效粘度被发现是几倍大或小比它的成分。
2020-12-09 physics.flu-dyn
Statistics, plumes and azimuthally traveling waves in ultimate Taylor-Couette turbulent vortices
本文通过实验研究了大尺度泰勒滚对完全湍流泰勒-库埃特流{雷诺数达到$\text{Re}_S=3\times 10^5$ }中小尺度统计和流动组织的影响。本文用平面粒子图像测速仪测量了半径比为$η=0.714$的同轴独立旋转圆柱在不同圆柱高度的水平面内的速度场。比较了有和没有显著泰勒涡的流动区域。我们发现，当地的角动量运输（表示在努塞尔数）主要发生在该地区的涡流和流出，其中的径向和方位角速度分量是高度相关的。有效的动量转移反映在间歇性的爆发，这成为可见的指数尾部的概率密度函数的本地努塞尔数。此外，通过计算方位角能量共谱，揭示了小尺度羽流是这些爆发的潜在结构。这些流动特征与Rayleigh-Bénard对流中观察到的流动特征非常相似，这强调了这两个系统的相似性。通过执行{复正交分解}，我们显着地检测方位行波叠加在湍流泰勒涡，不仅在经典的，而且在最终的政权。在涡中心的轴向位置处最明显的这种非常大尺度的流型{，}类似于众所周知的波浪形泰勒涡流{，}，其具有可比的波速，但方位波数大得多。
2019-08-30 physics.flu-dyn
Velocity profiles in strongly turbulent Taylor-Couette flow
本文导出了一般情况下独立旋转圆柱体在强湍流Taylor-Couette流中的速度分布。该理论基于适当（圆柱）几何形状的纳维-斯托克斯方程。特别是，我们推导出轴向和角速度轮廓作为与气缸壁的距离的函数，并发现两者都遵循对数轮廓，并具有向下弯曲的曲率修正，与轴向速度轮廓相比，角速度轮廓更明显，并且随着内圆柱半径和外圆柱半径之间的比率$η$的减小而强烈增加。相反，方位角速度不遵循对数律。然后，我们比较的角速度和方位角速度的配置文件与最近测得的配置文件在（非常）大的泰勒数的最终状态。虽然{ \em定性}趋势是相同的--对于大的壁距离和（适当移位和无量纲化）角速度剖面$ω^+(r)$比（适当移位和无量纲化）方位角速度剖面$u^+_φ(r)$更接近对数律--对于大的壁距离发现{ \em定量}偏差。我们将这些差异归因于泰勒辊和高度依赖的配置文件，这两者都没有被认为是在理论上的方法。
2013-10-23 physics.flu-dyn
Finite-sized rigid spheres in turbulent Taylor-Couette flow
我们报告的修改阻力中性浮力球形颗粒在高度湍流泰勒-库埃特流。这些颗粒可以用来解开的影响，尺寸，变形能力，和体积分数的阻力，对比时，气泡流的阻力。我们发现，刚性球几乎没有改变系统的阻力超出平凡的粘度效应所造成的取代工作流体与颗粒。颗粒的大小对阻力有边际影响，较小直径的颗粒仅显示出略微较低的阻力。增加颗粒体积分数显示净阻力增加，因为流体的有效粘度也增加。增加颗粒体积分数的阻力的增加是通过执行激光多普勒风速仪，我们发现，湍流速度波动也随着体积分数的增加而增加。与刚性球相比，气泡的有效减阻也随雷诺数的增加而增加。气泡在减少整体阻力方面也更有效。
2018-04-19 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
Influence of global rotation and Reynolds number on the large-scale features of a turbulent Taylor-Couette flow
对同轴独立旋转圆柱间的湍流流动进行了实验研究。我们确定了在不同的角速度比（旋转数）的雷诺数与扭矩的比例，以及在高雷诺数下改变旋转数时壁面剪应力的行为。我们比较的曲线与PIV分析的平均流量，并显示出独特的作用，完美的反向旋转的出现有组织的大尺度结构的平均部分，这非常湍流，出现在一个平稳和连续的方式：过渡类似于超临界分岔的二次平均流量。
2010-01-25 physics.class-ph physics.flu-dyn
Rotating Rayleigh-Taylor turbulence
采用Oberbeck-Boussinesq近似，对旋转参考系中的湍流Rayleigh-Taylor系统进行了直接数值模拟。在理论论证的基础上，我们的模拟支持，我们表明，Rossby数随时间的推移而减少，因此，科里奥利力变得更加重要，因为系统的发展，并产生许多影响瑞利-泰勒湍流。我们发现，旋转降低了湍流速度波动的强度，因此温度混合层的增长率。此外，在存在旋转的情况下，发现势能到湍流动能的转换是不太有效的，并且热传递的效率降低。最后，在混合层的演变过程中，我们观察到的气旋反气旋不对称的发展。
2017-05-15 physics.flu-dyn
Validation and application of the lattice Boltzmann algorithm for a turbulent immiscible Rayleigh-Taylor system
本文利用Shan-Chen赝势在GPU上实现了二维Rayleigh-Taylor湍流的多组分格子Boltzmann（LB）模型。在不混溶的情况下，这种方法能够准确地克服固有的数值复杂性所造成的复杂结构的界面，出现在充分发展的湍流制度。LB模型的准确性进行测试的早期和后期阶段的不稳定性。对于发达国家的湍流运动，我们分析了不同的条款描述的动能和势能的变化之间的平衡。然后分析了界面在能量平衡中的作用，以及界面诱导的涡量在能量耗散中的作用。统计特性进行了比较混溶和不混溶流。我们的结果也可以被认为是第一个验证步骤，以扩大LB模型的应用程序的三维不混溶瑞利-泰勒湍流。
2021-12-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Nonlinear diffusion model for Rayleigh-Taylor mixing
本文用平均温度分布的涡扩散模型研究了瑞利-泰勒对流中湍流混合的复杂演化过程。据发现，一个非线性模型，来自普朗特混合理论的一般框架内，准确地再现从数值模拟获得的湍流廓线的演变。我们的模型可以给出非常精确的预测的湍流热通量和热对流的最终状态制度的努塞尔数。
2010-01-18 nlin.CD physics.flu-dyn
The origins of $k^{-2}$ spectrum in the decaying Taylor-Green magnetohydrodynamic turbulent flows
我们研究了Lee等人（2010）报道的具有零大尺度磁通量的衰减Taylor-Green磁流体动力学流中$k^{-2}$谱的起源。这种标度指数的一个可能的候选者是弱湍流现象。从我们的数值模拟中，我们观察到，在磁泰勒-格林流的电流片形成的区域的磁不连续性。基于这一观察，并通过研究电流片的能量谱的影响，使用过滤技术，我们认为，不连续性是负责的$-2$幂律缩放的能量谱的流。
2013-06-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Physical mechanisms governing drag reduction in turbulent Taylor-Couette flow with finite-size deformable bubbles
通过将气泡注入湍流载流流体中而引起的减阻现象已经被人们知道很长时间了;然而，对支配控制参数和基本物理学还没有很好地理解。在本文中，我们使用三维数值模拟揭示的影响，变形的气泡注入湍流泰勒-库埃特流的总阻力经历的系统。我们考虑两种不同的雷诺数的载体流，即$Re_i=5\times 10^3$和$Re_i=2\times 10^4$ ;通过韦伯数的范围内变化的$We=0.01 - 2.0$的气泡的变形性进行控制。我们的数值模拟表明，增加气泡的变形能力，$We$导致减阻增加。我们看看不同的物理效应，有助于减阻和分析他们的个人贡献，增加气泡变形能力。局部角速度通量的分布表明，在气泡的存在下，湍流增强的内筒附近，而在本体和外筒附近衰减。我们连接的阻力减少的增加，减少耗散的高度变形的气泡附近的内圆筒的尾流。
2018-05-10 physics.flu-dyn
Rough wall turbulent Taylor-Couette flow: the effect of the rib height
在这项研究中，我们结合实验和直接的数值模拟研究的横向肋的高度在湍流泰勒-库埃特流的整体和局部流动特性的影响。我们通过在大范围的肋高度上将多达6个轴向障碍物连接到圆柱体表面来创建肋粗糙度，最多阻塞间隙宽度的25%。在渐近极限状态下，输运与粘性无关，我们发现$Nu_ω \propto Ta^{1/2}$标度的前因子（对应于阻力系数$C_f(Re)$为常数）与肋数$N_r$和肋高$h^{1.71}$成比例。这背后的物理机制是，对扭矩的主要贡献来自作用在肋上的压力，该压力与肋高度成比例。测量的$N_r h^{1.71}$比例关系略小于预期的$N_r h^2$比例关系，可能是因为肋骨不能被视为完全孤立，而是相互作用。在具有光滑壁的反向旋转区域中，湍流泰勒涡增加了动量输送。我们发现，也在横肋的存在下，这些涡持续存在。在反向旋转的制度，即使是大的粗糙度高度，动量传输增强这些涡。
2018-05-02 physics.flu-dyn
Statistics of turbulent fluctuations in counter-rotating Taylor-Couette flows
本文研究了Taylor-Couette湍流速度脉动的统计特性。在保持泰勒数固定为$1.49 \times 10^{12}$（$\mathcal{O}(\text{Re})=10^6$）的同时改变内筒和外筒的旋转速率。使用激光多普勒测速仪（LDA）测量的流量的方位角速度分量。对于每个实验，获得并仔细分析$5\times10^6$数据点。使用扩展自相似（ESS）\cite{ben93b}的纵向结构函数指数提取，并发现弱依赖于旋转速率的比率。对于只有内筒旋转的情况，结果与Lewis和Swinney \cite{lew99}使用热膜风速仪测量的结果非常一致。功率谱显示出对于中间角速度比$-ω_o/ω_i \in \{0.6, 0.8, 1.0\}$的明显的-5/3标度，对于$-ω_o/ω_i \in \{0.2, 0.3, 0.4, 2.0\}$的大约-5/3标度，并且对于$-ω_0/ω_i = 0$没有发现明显的标度律（仅内部圆柱旋转）;谱的局部标度指数具有强的频率依赖性。我们将这些意见的概率密度函数的方位角速度和存在的中性线的形状。
2013-08-16 physics.flu-dyn
Exact coherent structures and shadowing in turbulent Taylor-Couette flow
我们研究了一个理论框架的基础上精确相干结构（ECS）的形式主义的流体湍流建模。虽然很有希望，现有的证据表明，ECS在湍流中的作用主要是间接的，主要来自理想化的数值模拟。特别是，目前还不清楚是否在实验中的三维湍流阴影任何ECS。为了最终回答这个问题，一个层次的ECS应计算域和边界条件完全匹配的实验。本研究在这个方向上迈出了第一步，通过调查一个小的纵横比泰勒-库埃特流与自然周期性边界条件的方位角方向。我们描述的结构的混沌集的基础湍流驱动的反向旋转的圆柱体和提出直接的数值证据的阴影的收集不稳定的相对周期轨道和行波，设置阶段的框架进一步的实验测试。
2021-05-05 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
nsCouette -- A high-performance code for direct numerical simulations of turbulent Taylor-Couette flow
我们提出了nsCouette，一个高度可扩展的软件工具来解决纳维-斯托克斯方程之间的差异加热和独立旋转，同心圆筒的不可压缩流体流动。它是基于伪谱空间离散化和动态时间步进。它是在现代Fortran与混合MPI-OpenMP并行化计划，从而设计计算湍流在高雷诺数和瑞利数。还提供了用于中等问题大小的附加GPU实现（C-CUDA）和用于湍流管流的基本版本（nsPipe）。
2020-01-17 astro-ph.SR nlin.CD physics.ao-ph
Characterizing the turbulent drag properties of rough surfaces with a Taylor--Couette setup
壁面粗糙度在有壁面限制的湍流中引起额外阻力。由于缺乏对蒙皮-摩擦阻力的精确和直接测量，将任何给定的粗糙几何形状映射到其流体动力学行为受到阻碍。Taylor-Couette（TC）系统提供了一个机会，因为它是一个封闭的系统，并允许直接和可靠地测量皮肤摩擦。然而，壁曲率潜在地使壁摩擦和壁粗糙度特性之间的连接复杂化。在这里，我们调查的影响，流体动力学充分粗糙表面上的高度湍流，内圆筒旋转，TC流。我们发现，流体动力学完全粗糙表面对TC湍流的影响，其中粗糙高度k比Obukhov曲率长度Lc小三个数量级（其表征曲率对湍流的影响，参见Berghout等人arXiv：2003.03294，2020）类似于完全粗糙表面对平板湍流边界层（BL）的影响。因此，表征粗糙表面的阻力特性的等效砂粒高度ks的值类似于在平板BL中的可比较砂纸表面所发现的值。接下来，我们得到的扭矩（皮肤摩擦阻力）的雷诺数的依赖性，为给定的壁面粗糙度，其特征在于ks，并发现与实验结果在5%以内的协议。我们的研究结果表明，在TC设施的全球扭矩测量是非常适合可靠地推断壁阻力性能的任何粗糙表面。
2020-09-14 physics.flu-dyn
Spatial Distribution of Inertial Particles in Turbulent Taylor-Couette Flow
本研究通过直接数值模拟和Voronoi分析，揭示了湍流泰勒-库埃特流中惯性粒子在不同斯托克斯数下的聚集与径向分布规律，明确了离心力、偏置采样和湍流泳的主导作用，为工业应用中的粒子控制提供理论依据。
2024-02-27 physics.flu-dyn
Taylor-Couette turbulence at radius ratio $η=0.5$: scaling, flow structures and plumes
使用高分辨率的粒子图像测速仪，我们测量的速度剖面，风雷诺数和泰勒-库埃特流的湍流羽流的特性的半径比为0.5和泰勒数高达$6.2\cdot10^9$。由于该$η=0.5$设置的强曲率，所提取的角速度轮廓比方位角速度轮廓更紧密地遵循对数律。风雷诺数与泰勒数的标度与理论上预测的经典湍流状态的3/7标度一致，这比充分探索的$η=0.71$情况更明显，对于后者，最终状态在低得多的Ta下设置。通过在不同轴向位置的测量，发现滚动结构的反向旋转，而没有看到明确的相干结构的纯内圆筒旋转。此外，还研究了来自内、外圆柱的湍流羽流。对于纯内柱旋转，径向速度的羽流主要远离内柱，而方位速度的羽流主要远离外柱。对于反向旋转，滚动结构中的平均径向流强烈地影响湍流羽流的方向和强度。此外，实验证实，在羽流发射的区域中，创建具有对数签名的边界层轮廓。
2015-08-24 physics.flu-dyn
Suppression of Rayleigh-Taylor turbulence by time-periodic acceleration
通过对Boussinesq方程的直接数值模拟，研究了存在交替时间周期性加速度时Rayleigh-Taylor湍流对流的动力学。在这个框架内，我们发现了一个新的机制的再层化的湍流：交替加速，最初产生一个不断增长的湍流混合层，在较长的时间抑制湍流波动和驱动系统向渐近稳定的配置。量纲参数和线性稳定性理论被用来预测的混合层的宽度在渐近状态作为一个函数的周期的加速度。我们的研究结果提供了一个简单的控制和抑制湍流对流的例子，在不同的领域具有潜在的应用。
2018-07-10 nlin.CD physics.flu-dyn
Sodium chloride inhibits effective bubbly drag reduction in turbulent bubbly Taylor-Couette flows
使用泰勒-库埃特几何，我们实验研究盐对流动中存在的气泡引起的减阻效果。我们将扭矩测量与光学高速成像相结合，将气泡尺寸与流动所经历的阻力相关联。以前的研究结果表明，一小部分空气（4%）可以导致显着的阻力减少（40%）。与以前主要使用淡水的实验室实验不同，我们将改变淡水的盐度到海水的平均盐度。我们发现，随着盐浓度的增加，减阻越来越受到抑制;从淡水的40%到海水的15%。存在于工作流体中的盐抑制聚结事件，导致流动中的较小气泡，并且由此降低减阻。在临界盐度以上，增加盐度对流中的气泡尺寸没有进一步的影响，因此对流所经历的阻力没有进一步的影响。我们的新发现证明了NaCl对气泡减阻机制的重要性，并将进一步挑战海军建筑师在海洋船舶上实施有前途的空气润滑系统。
2022-10-28 physics.flu-dyn
Clustering in laboratory and numerical turbulent swirling flows
我们研究的三维集群的速度停滞点，零的涡量和拉格朗日加速度，和惯性粒子在湍流在固定的雷诺数，但在不同的大规模流动的几何形状。为此，我们结合直接数值模拟均匀和各向同性湍流和泰勒-格林流，粒子跟踪测速在冯卡门实验。虽然流动有不同的拓扑结构（因为零粒子的聚集方式不同），但粒子的行为在所有情况下都是相似的，这表明泰勒尺度的中性浮力粒子聚集为惯性粒子。
2022-08-16 physics.flu-dyn
Effect of gap width on turbulent transition in Taylor-Couette flow
Faculty of Mechanical Engineering, Zhejiang Sci-Tech University（浙江理工大学机械工程学院）；School of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Water Resources and Electric Power（浙江水利水电学院机械工程学院）；School of Mechanical Engineering, Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学机械工程学院）
研究圆筒间隙宽度对泰勒-科氏流湍流转变的影响，发现间隙增大使流动更稳定，能量梯度函数最大值减小，延迟湍流转变，需考虑半径比影响。
2026-04-14 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech nlin.PS
Marginally stable and turbulent boundary layers in low-curvature Taylor-Couette flow
边缘稳定性参数被用来描述泰勒-库埃特（TC）流的扭矩的旋转数依赖于半径比$η\geq 0.9$和剪切雷诺数$Re_S=2\times 10^4$。用分段线性函数近似表示的平均轮廓，其特征在于在内部和外部圆柱体的边界层厚度和在中心的角动量，轮廓和扭矩提取的要求，即边界层代表边际稳定TC子系统和扭矩在内部和外部圆柱体一致。然后，该模型将扭矩中的宽肩解释为$R_Ω\approx 0.2$附近旋转数的函数。对于旋转数$R_Ω< 0.07$，TC稳定性条件预测剪切雷诺数非常大的边界层。假设TC不稳定性被一些剪切不稳定性绕过，出现第二个最大扭矩，与数值模拟非常一致。结果表明，尽管边际稳定性理论在其他情况下存在不足，但它能定量地解释转矩随转速的非单调变化，无论是在宽极大值还是窄极大值情况下。
2016-09-02 physics.flu-dyn
High Reynolds number Taylor-Couette turbulence
Taylor-Couette流--两个同轴同向或反向旋转的圆柱之间的流动--是流体物理学中的典型系统之一。（无量纲）的控制参数是雷诺数的内部和外部的圆筒，圆筒半径的比率，和纵横比。系统的响应是保持恒定角速度所需的扭矩，其可以与通过间隙的角速度传输相关联。在上世纪80年代和90年代，低雷诺数区域已经得到了很好的研究，而在完全湍流区域，主要的研究活动只是在最近十年才发展起来。在本文中，我们回顾了这一最新进展，在我们的理解充分发展的泰勒-库埃特湍流，从实验，数值和理论的角度来看。我们将集中在参数依赖的全球扭矩和当地的流动组织，包括速度剖面和边界层。接下来，我们将讨论不同（湍流）流动状态之间的转换。我们还将详细说明这个系统与天体物理盘（开普勒流）的相关性。最后，对未来湍流泰勒-库埃特流研究的挑战进行了总结。出版于ARFM：Annu. Rev. Fluid Mech.48：53-80（2016）。
2019-03-30 physics.flu-dyn
Reactive Rayleigh-Taylor Turbulence
瑞利-泰勒（RT）不稳定性的发展，并导致湍流时，一个重的流体通过一个轻的重力作用下下降。我们认为这种现象伴随着流体之间的反应转化，并研究与直接数值模拟（DNS）的反应（火焰）如何影响的湍流混合在Boussinesq近似。我们讨论“慢”反应的特征反应时间超过了RT不稳定的时间尺度。在早期的湍流阶段，火焰的影响分布在一个成熟的混合区，其发展是弱的反应的影响。在稍后的时间，完全混合区转变成一个规模与混合区宽度成比例的纯流体斑块的聚集体。在这种“搅拌火焰”状态下，温度波动被分离纯流体斑块的区域中的反应所消耗。这种基于DNS的定性描述之后的现象表明，薄湍流火焰是一个单一的分形字符，因此，温度场的分布是强烈的间歇性。
2008-07-24 physics.flu-dyn
The memory of Rayleigh-Taylor turbulence
本研究通过直接数值模拟生成数据集，利用物理信息神经网络构建代理模型并结合贝叶斯推断，解决了从0D湍流量反推Rayleigh-Taylor混合区初始条件的问题，揭示了湍流转变中的记忆遗忘机制并提出了建模策略。
2024-03-26 physics.flu-dyn
Deformation and orientation statistics of neutrally buoyant sub-Kolmogorov ellipsoidal droplets in turbulent Taylor-Couette flow
在许多工业和科学应用中，底层流动拓扑结构对分散在湍流中的亚柯尔莫哥洛夫液滴的形状和尺寸的影响是相当感兴趣的。在这项工作中，我们研究了亚Kolmogorov液滴分散到湍流泰勒-库埃特流的变形和取向统计。连同载体相的直接数值模拟（DNS）和分散液滴的拉格朗日跟踪，我们求解由Maffettone和Minale（\emph{J. Fluid Mech.} 78，227-241（1998））提出的现象学方程以跟踪近似$10^5$椭圆形液滴的形状演变和取向。通过改变液滴的毛细管数$Ca$和粘度比$\hat μ$，我们发现液滴的变形随着毛细管数$Ca$的增加而增加，并且这种效应在边界层区域更加明显。这表明，随着毛细管数的影响，也有一个很强的相关性之间的空间位置和程度的变形的液滴。无论毛细管数$Ca$，椭球的长轴往往与流向方向和拉伸应变率本征方向在边界层区域，而分布是高度各向同性的散装。当液滴和载液之间的粘度比增加时，我们发现不存在优先拉伸轴，这是由于旋转对拉伸和松弛的影响增加。因此，与低粘度比系统中的高度变形的扁长（雪茄状）液滴相比，高粘度比系统中的液滴较少变形和扁（盘状）。
2016-06-13 physics.flu-dyn
The effect of roll number on the statistics of turbulent Taylor-Couette flow
为了研究湍流Taylor-Couette（TC）流动中Taylor滚的空间特征鲁棒性，在大计算区域内进行了一系列直接数值模拟。后者是两个同轴独立旋转圆柱体之间的流动，其半径分别为$r_i$和$r_o$。使用大的轴向纵横比$Γ= 7$ - $8$（具有$Γ= L/(r_o-r_i)$，$L$为域的轴向长度）和具有$Γ=14$的模拟，以便允许系统选择最不稳定的波数并可能发展多个状态。半径比取$η=r_i/r_o=0.909$，内缸雷诺数固定为$Re_i=3.4\cdot10^4$，外缸保持静止，导致摩擦雷诺数为$Re_τ\approx500$，但$Γ=14$模拟除外，其中$Re_i=1.5\cdot10^4$和$Re_τ\approx240$。大型轧辊被发现保持轴向销的所有模拟。根据不同的初始条件，稳定的解决方案与不同数量的辊$n_r$和辊波长$λ_z$被发现$Γ=7$。量化$λ_z$和$n_r$对统计学的影响。扭矩和平均流量的统计被认为是独立的$λ_z$和$n_r$，而速度波动和能量谱表现出一定的盒子大小的依赖性。最后，轴向速度谱被发现有一个非常尖锐的下降波长大于$λ_z$，而对于小波长，他们崩溃。
2017-04-20 physics.flu-dyn
Turbulence decay towards the linearly-stable regime of Taylor-Couette flow
Taylor-Couette（TC）流被用来探测天体物理学中吸积盘的流体动力学稳定性。关于TC亚临界稳定性的实验数据与湍流的存在相矛盾（参见。Ji等人，Nature，444，343-346（2006）和Paoletti等人，A $\&$ A，547，A64（2012）），差异归因于终板效应。在本文中，我们数值模拟TC流与轴向周期性边界条件，探讨存在亚临界过渡到湍流时，没有端板。我们在不稳定状态下以完全湍流状态开始模拟，并通过突然开始（稳定）外圆柱旋转进入线性稳定状态。湍流初始状态的剪切雷诺数为$Re_s \sim10^5$，半径比为$η=0.714$。这种稳定性使系统表现为阻尼振荡器，相应地，湍流衰减。的扭矩和湍流动能的演变进行了分析和周期性和阻尼的振荡被量化和解释为剪切雷诺数的函数。虽然最初的湍流状态衰减，令人惊讶的是，系统被发现在此衰减过程中吸收能量。
2013-11-11 physics.flu-dyn
Drag reduction in boiling Taylor-Couette turbulence
我们创建了一个高度受控的实验室环境，可进行全球和本地监测，以分析湍流沸腾流，特别是统计稳定状态下的剪切应力。也就是说，通过精确监测强湍流泰勒-库埃特流（两个同轴旋转圆柱之间的流动，雷诺数$\textrm{Re}\approx 10^6$）从非沸腾到沸腾的过渡过程中的阻力，我们表明，直观的预期，即几个体积百分比的蒸汽气泡将相应地改变几个百分点的整体阻力，是错误的。相反，我们发现，在这些条件下，发生了高达45%的显着的全球阻力减少。我们将这个全球性的结果，我们的本地观测，表明，主要减阻的蒸汽泡变形是至关重要的，对应于韦伯数大于一。我们将我们的研究结果与气泡湍流的结果进行了比较，气泡遵循与蒸汽气泡非常不同的物理学。尽管如此，我们还是发现了显著的相似之处，并对它们进行了解释。
2019-09-09 physics.flu-dyn
Turbulent Taylor-Couette flow with stationary inner cylinder
对同轴圆柱间的Taylor-Couette流动进行了一系列直接数值模拟。考虑了外圆柱雷诺数$Re_o$为$Re_o=5.5\cdot10^4$、$Re_o=1.1\cdot10^5$和$Re_o=2.2\cdot10^5$的三种情况。半径比$η=r_i/r_o$与$η=0.909$固定，以减轻曲率的影响。垂直纵横比$Γ$固定为$Γ=2.09$。外圆柱旋转TC流是线性稳定的，与纯内圆柱旋转TC流相比具有非常不同的特性。在这里，我们发现，尽管如此，流成为湍流，但所需的扭矩驱动的气缸和速度波动的水平被发现是小于那些纯内缸旋转在可比的雷诺数。平均角动量分布在本体中显示出大的梯度，而不是纯内柱旋转的恒定角动量分布。近壁的平均和波动的速度分布被发现，以符合只有非常接近的墙壁，显示大的偏差，从纯内圆筒旋转配置文件和经典的冯卡门定律的墙壁在其他地方。最后，角速度的传输被发现主要是通过间歇性的爆发，而不是通过附壁大尺度结构的情况下，纯粹的内圆筒旋转。
2016-06-06 physics.flu-dyn
Salts promote or inhibit bubbly drag reduction in turbulent Taylor-Couette flows
本研究通过湍流Taylor-Couette流实验考察不同盐类对气泡减阻的影响，发现抑制气泡聚并的盐类会削弱减阻效果，而不抑制聚并的NaCH3COO反而增强减阻，并揭示气泡可变形性对有效减阻至关重要。
2024-11-20 physics.flu-dyn
Self-similar decay of high Reynolds number Taylor-Couette turbulence
本文研究了高雷诺数Taylor-Couette湍流的衰减，即两个同轴旋转圆柱间的湍流。为此，内圆筒的旋转（Re $_i=2 \times 10^6$，外圆筒处于静止状态）在12秒内停止，从而完全去除输入到系统的能量。使用激光多普勒风速仪和粒子图像测速测量的组合，可以捕获的动能的六个衰减十年。首先，在没有圆柱旋转的情况下，在衰减期间的流速不发展任何高度依赖性，与众所周知的泰勒涡状态相反。第二，径向轮廓的方位角速度被发现是自相似的。尽管如此，这种有壁边界的非均匀湍流的衰减并不像衰减的均匀各向同性湍流那样遵循严格的幂律，但是由于边界壁施加的强粘性阻力，衰减更快。我们从理论上描述的衰减在一个定量的方式，考虑在墙壁上的额外摩擦的影响。
2016-10-27 physics.flu-dyn
Evolution of a double-front Rayleigh-Taylor system using a GPU-based high resolution thermal Lattice-Boltzmann model
我们研究了湍流的演变起源于一个系统受到瑞利-泰勒不稳定性的双重密度在高分辨率的2维几何图形使用高度优化的热格子玻尔兹曼代码的GPU。我们的调查的新颖性源于初始条件，由三个不同密度的三层叠加，导致两个瑞利-泰勒前线的发展，向上和向下扩展，并在细胞的中间碰撞。通过使用高分辨率的数值数据，我们突出的两个湍流锋的碰撞在长时间渐近制度所引起的影响。我们还提供了在GPU集群上运行的优化的Lattice-Boltzmann代码的详细信息
2015-02-12 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
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
