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
A model for drift velocity mediated scalar eddy diffusivity in homogeneous turbulent flows
本文针对含漂移速度的均匀湍流中被动标量输运问题，提出一个描述涡扩散率衰减的新模型，并结合欧拉场测量方法与直接数值模拟验证其准确性和理论一致性。
2023-10-25 physics.ao-ph 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
Techniques for improved statistical convergence in quantification of eddy diffusivity moments
本研究针对宏观强迫法计算涡扩散率高阶矩时统计收敛慢的问题，提出对所有强迫MFM模拟使用同一DNS并结合半解析分解法，将二维Rayleigh-Taylor不稳定性案例的收敛所需模拟数从O(1000)降至O(100)，显著提升了涡扩散率量化效率。
2025-10-14 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
Eddy diffusivity in convective hydromagnetic systems
在多尺度分析框架下，导出了对流磁流体系统中涉及大尺度的线性不稳定模的本征值方程。我们考虑一个水平层与导电边界，保持在固定的温度和自由表面的速度场的边界条件，在水平方向的周期性假设。定态必须对短（快）尺度扰动稳定，并具有关于垂直轴的对称性，允许涉及大（慢）尺度的不稳定性发展。我们展开的模式和它们的增长率在尺度分离参数的幂级数，并得到了一个方程组，数值求解。二阶可解性条件产生的渐近展开和各自的增长率，其起源是在（组合）涡扩散现象的领先条款的封闭方程。对于约10%的随机产生的稳定对流磁流体制度，负涡扩散率。
2007-02-21 nlin.CD 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
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
Eddy thermal diffusivity model and mean temperature profiles in turbulent vertical convection
Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学物理系）
本文提出了一种空间依赖的涡旋热扩散系数模型，用于描述流体在不同温度垂直壁间湍流自然对流的平均温度剖面，通过该模型推导出解析结果，揭示了不同雷诺数和普朗特数下的温度剖面由两个通用尺度函数描述，且与直接数值模拟数据一致。
2026-02-20 physics.flu-dyn
Large eddy simulations of turbulent thermal convection using renormalized viscosity and thermal diffusivity
本文利用重整化粘滞系数和热扩散系数建立了一个亚网格湍流热对流大涡模拟模型。对于大涡模拟，我们将$ν_\mathrm{ren} \propto Π_u^{1/3} (π/Δ)^{-1/3}$添加到运动粘度中;这里$Π_u$是湍流动能通量，$Δ$是网格间距。在我们的模型中，湍流普朗特数是1。我们在$128^3$网格上进行了湍流热对流的大涡模拟，并将结果与$512^3$网格上的直接数值模拟（DNS）进行了比较。在动能和熵的演化、速度场和温度场的谱和通量以及温度等值面等方面，LES和DNS的结果有很好的一致性。我们还显示了我们的LES模拟热对流在非常高的瑞利数的能力，并展示了一些结果$\mathrm{Ra=10^{18}}$。
2018-06-15 physics.flu-dyn
Negative magnetic eddy diffusivities from test-field method and multiscale stability theory
在没有α效应的情况下，在运动学制度的大规模磁场的产生进行了研究，通过以下两种不同的方法，即测试场的方法和多尺度稳定性理论依赖于均匀化技术。我们分析表明，前者，适用于磁涡流扩散率的评价，产生的结果，完全同意与后者。我们的计算的磁涡扩散张量的宇称不变流-IV的G. O。Roberts和修正的Taylor-Green流在合适的参数值范围内证实了前人的研究结果，也解释了他们的一些明显矛盾。这两种流动具有大的对称群，这是用来大大简化涡扩散张量。最后，提出了一个新的分析结果：在表示的涡流扩散张量的伴随算子的辅助问题的解决方案，我们推导出磁涡流扩散张量之间的关系，出现相反的小尺度流v（x）和-v（x）。
2015-07-09 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
Large eddy approximation of turbulent flow in DSC schemes
本文在离散奇异卷积（DSC）计算流体动力学框架下，通过周期性细胞粗粒化实现湍流的大涡近似，避免节点流动堆积并保留大尺度模式，且粗粒化操作与DSC近场相互作用原理一致，边界处理简单，数值算例验证了方法的有效性。
2008-08-28 cs.NA math-ph math.MP
A sensor-restrained artificial shear diffusivity for large-eddy simulations of vortex-dominated compressible flows
提出一种传感器限制的LAD人工剪切粘性模型，仅在低压核心涡区添加扩散率，在抑制非物理振荡的同时避免过度扩散，实现可压缩涡主导流稳定准确的大涡模拟。
2025-04-30 physics.flu-dyn
Nonlocality of Mean Scalar Transport in Two-Dimensional Rayleigh-Taylor Instability Using the Macroscopic Forcing Method
本文利用宏观强迫方法测量二维瑞利-泰勒不稳定性中涡扩散率核的高阶矩，证明纯局域模型不足，并提出匹配矩的隐式算子构造以改进平均标量输运建模。
2024-05-02 physics.flu-dyn
A framework of the transport model for high-order eddy viscosity tensor in two-dimensional turbulent flow
基于改进Boussinesq假设中的涡粘张量概念，从二阶矩模型出发，通过张量分析，推导出了高阶涡粘张量在2D-3C湍流结构中的输运模型.
2023-02-11 physics.flu-dyn
Velocity-vorticity correlation and turbulent diffusivity in buoyancy driven fluid dynamics
速度-涡度相关积分（Chkhetiani不变量）是粘性Karman-Howarth方程的不变量。在三维空间中，该不变量可以自然地确定湍流扩散率（粘性）。直接数值模拟的结果表明，由该积分控制的分布混沌可以充分描述Prandtl数$Pr \sim 1$下的湍流Rayleigh-Bénard对流、稳定分层湍流和Rayleigh-Taylor混合.
2019-02-18 physics.flu-dyn
The contribution of kinetic helicity to turbulent magnetic diffusivity
使用数值模拟的强制湍流，它表明，磁雷诺数大于单位，即，在准线性理论的范围之外，湍流磁扩散率获得在动力学螺旋度中为二次的附加负贡献。特别是，对于大的磁雷诺数，没有螺旋度的湍流磁扩散率约为螺旋度值的两倍。这样的贡献是以前没有预料到的，但是，正如我们所讨论的，它原来是重要的，当需要准确估计的湍流磁扩散率。
2017-08-24 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Lagrangian chaos and turbulent diffusivity
本文研究了由三个准点涡的准周期（可积）运动和三个准点涡和六个准点涡的混沌运动产生的拉格朗日混沌所产生的被动标量混合，并与二维和三维定常各向同性均匀湍流以及网格后和圆柱后湍流尾迹中被动标量的湍流混合进行了比较。数值和实验室实验的结果已被使用和有效的扩散近似以及分布式混沌方法已被应用到这个问题。
2019-04-11 physics.flu-dyn
Direct Measurement of Effective Magnetic Diffusivity in Turbulent Flow of Liquid Sodium
本文报道了在磁雷诺数Rm >> 1的条件下，导电流体湍流中有效磁扩散率（即所谓的β效应）的首次直接测量结果。测量是在封闭的环形通道中产生的液体钠的非平稳湍流中进行的。雷诺数的峰值达到Re \approx 3 10^6，这对应于磁雷诺数Rm \approx 30。通过测量感应磁场和外加磁场之间的相移来确定液态金属的磁扩散率。磁扩散率与其基本值（层流）的最大偏差达到约50%。
2010-09-22 physics.flu-dyn
Identify the diapycnical eddy diffusivities by salt fingers and turbulence with vertical microstructure measurements
根据一个简单的事实，即对于同一参数，不同的公式是相同的，从物理关系式中推导出了双循环涡扩散系数的公式。发现色散比Γ是一个关键参数。当大于某个临界值（约0.2）时，流动为盐指型;否则，流动为湍流。所有的密度比$R_ρ=1/(1-Γ^2)$、涡动通量比$γ=1/(1+Γ)$和涡动扩散率比$R_k=1-Γ$都简单地取决于扩散率比γ r。我们将这些关系应用于热带大西洋西部的测量数据。有效扩散系数为$0.96*10^{-4} m^2/s$，与示踪剂从0.8到$0.9*10^{-4} m^2/s$的观测结果相当一致。
2014-06-23 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Relative dispersion and eddy diffusivity in laboratory experiments of $β$-plane turbulence
University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, IRPHE（艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、中央马赛学院、IRPHE）；Department of Geosciences, University of Oslo（奥斯陆大学地球科学系）
该研究给出纬向地转流态下快速旋转湍流中相对扩散和湍流扩散的首次实验测量，通过合成拉格朗日轨迹计算相关统计量，揭示了不同区域转变，还能据此测量湍能耗散率和湍流扩散率，测量结果与相关理论大致相符。
2026-07-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Wavelet Cross-Correlation Analysis of Turbulent Mixing from Large-Eddy-Simulations
本文用小波互相关分析方法研究了钝体稳定火焰中湍流与混合之间的复杂相互作用。结合的方法可以更好地指出典型的特征，通过表征的过程中所涉及的时间和尺度的非定常湍流混合。小波互相关分析的速度和混合分数波动的时间信号可以是一个有效的工具，研究湍流混合流动的过程中，在燃烧问题的极大兴趣。
2000-03-14 physics.flu-dyn
Physically-consistent subgrid-scale models for large-eddy simulation of incompressible turbulent flows
假设湍流应力与局部大尺度速度梯度的本构关系是一般的，我们构造了一类符合重要物理和数学性质的亚网格尺度大涡模拟模型。特别是，它们保持了纳维-斯托克斯方程的对称性，并表现出适当的近壁标度。此外，它们还表现出理想的耗散行为，并能够描述非耗散效应。我们提供了这样的物理一致的模型的例子，并表明，现有的亚网格尺度模型并不都满足所需的属性。
2015-10-27 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
Optimal Eddy Viscosity in Closure Models for 2D Turbulent Flows
我们考虑的问题的涡粘性封闭模型的湍流的性能的基本限制，重点对2D {大涡模拟}的Leith模型。取决于涡度梯度的大小的最佳涡流粘度取决于最小假设，通过求解PDE约束的优化问题来确定，所述PDE约束的优化问题被定义为使得相应的最佳大涡模拟最佳地匹配过滤的直接数值模拟。首先，我们认为逐点匹配的物理空间和主要发现是，与一个固定的截止波数$k_c$，性能的大涡模拟系统地提高了正则化的优化问题的解决方案减少，这是实现与最佳涡流粘度表现出越来越不规则的行为与快速振荡。由于最佳的涡流粘度不收敛到一个明确定义的限制为正则化消失，我们得出结论，在这种情况下，找到一个最佳的涡流粘度的问题实际上没有一个解决方案，因此不适定。我们认为，这一观察是一致的物理直觉有关关闭问题。我们考虑的第二个问题涉及匹配的时间平均涡度谱小波数。它被证明是更好的表现，并产生物理上合理的最佳涡流粘度。我们的结论是，虽然更好的表现，因此实际上更有用的涡粘度可以得到更强的正则化或匹配量定义在统计意义上，相应的大涡模拟将不会达到其理论性能极限。
2022-03-27 physics.flu-dyn
Optimal eddy viscosity for resolvent-based models of coherent structures in turbulent jets
响应模式计算通过线性预解式分析的湍流平均流场已被证明定性捕捉所观察到的湍流相干结构的特性，在壁有界和自由剪切流。为了使这种预解模型具有预测性，非线性强迫项必须闭合。这样做的策略包括强加自洽的三元相互作用集，提出各种源模型，或通过湍流建模。对于后者，一些研究者已经提出使用线性作用于波动场的平均场涡动粘性。在这项研究中，数据驱动的方法是采取定量改善线性预解模型推导出最佳的涡粘性场，最大限度地提高投影的主导预解模式的能量最优相干结构推导出使用光谱适当的正交分解（SPOD）的数据高保真模拟。我们使用大涡模拟数据库在亚音速，跨音速和超音速条件下的圆形等温射流，并表明，最佳的涡流粘度大大提高了resolvent和SPOD模式之间的对齐，达到90%以上的对齐在这些频率的射流表现出低秩响应。然后，我们考虑一个固定的模型的涡流粘度和表明，与一个单一的常数的校准，结果一般接近最佳的。特别是，使用一个标准的雷诺平均Navier-Stokes（RANS）涡粘性解算模型，与一个单一的系数，提供了大量的协议SPOD和解算模式的三个湍流射流和最具活力的波数和频率。
2021-01-08 physics.flu-dyn
Parameterizing Vertical Mixing Coefficients in the Ocean Surface Boundary Layer using Neural Networks
本文利用神经网络学习二阶矩闭合方案的涡动扩散率廓线，并稳定嵌入海洋环流模型，在保持守恒的同时减小混合层深度和上层海洋层结偏差。
2023-09-06 physics.ao-ph 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
Evidence on the incompatibility of smoothed particle hydrodynamics and eddy viscosity models for large eddy simulations
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；German Aerospace Center（德国航空航天中心）；Helmholtz Institute Ulm for Electrochemical Energy Storage（赫尔霍茨乌尔姆电化学储能研究所）
本文通过粗粒化视角论证了SPH方法与涡粘性模型在大涡模拟中的不兼容性，指出SPH本质上是拉格朗日大涡模拟，但重叠元素导致隐含子滤波应力，影响湍流过渡过程。
2026-01-15 physics.flu-dyn
Triple Hill's Vortex Synthetic Eddy Method
再现真实湍流统计特征的初始或流入合成湍流速度或标量场的生成仍然是一个挑战。先前在大涡模拟的入流条件中介绍的合成涡方法是基于这样的假设，即湍流可被视为相干结构的叠加。本文提出了一种新的合成涡方法，其中基本涡是由三个轴向正交的Hill涡叠加而成。希尔涡的分布是用来合成一个各向异性的湍流速度场，满足不可压缩性条件，并匹配给定的雷诺应力张量。通过从物理参考系到主轴参考系的变换，从已知的雷诺应力分布计算形成基本涡流的三个涡的振幅。通过这种方式，获得了无发散的各向异性湍流速度场，该速度场可以再现给定的雷诺应力张量。该模型进行了测试，各向同性和各向异性的湍流速度场，在网格湍流衰减和湍流槽道流的框架，分别。在考虑的所有测试用例中，发现流入边界附近从人工湍流到真实湍流的过渡很小。
2021-11-26 physics.flu-dyn
Turbulence enhancement of coagulation: the role of eddy diffusion in velocity
给出了一个Smoluchowski型的湍流流体中的凝聚模型，首先表示通过一个随机模型，然后在一个合适的比例限制作为一个确定性模型，在速度分量中的增强扩散。通过数值模拟得到了平均湍流速度场强度与混凝强化之间的精确联系，并通过一种新的方法证明了与气体动力学模型一致的平均速度差公式。
2023-03-14 math-ph math.MP math.PR
A simple eddy viscosity formulation for turbulent boundary layers near smooth walls
本研究的目的是通过使用一种简单的方法来改进近壁平均流向速度分布$U^+$的预测。$U^+$轮廓通过求解被写成常微分方程的动量方程而获得。基于近壁湍流动能$k^+$函数（R. Absi，Analytical solutions for the modeled $k$ -equation，ASME J. Appl. Mech. \textbf{75}，044501，2008）和van Driest混合长度方程（E.R. van Driest，关于壁面附近的湍流，J. Aero。Sci. \textbf{23}，1007，1956）。从$k^+$曲线获得的参数用于计算$U^+$（上标为+的变量是由壁摩擦速度$u_τ$和运动粘度$ν$无量纲化的变量）。与$109 < Re_τ < 2003$的充分发展的湍流槽道流的DNS数据的比较显示出良好的一致性（其中$Re_τ$表示由$u_τ$、$ν$和槽道半宽$δ$定义的摩擦雷诺数）。
2011-06-06 physics.flu-dyn
On the convergence of statistics in simulations of stationary turbulent flows
当从统计平稳混沌现象的模拟中报告统计数据时，重要的是要验证模拟是时间收敛的。这种情况与统计错误或数字的数量有关，统计数字可以可靠地报告。在这项工作中，我们考虑均匀和各向同性湍流作为一个模型问题，调查统计收敛有限的模拟时间。具体来说，我们调查的时间积分的要求，允许有意义的报告的统计误差与有限的时域。我们解决了两个关键问题：1）在大涡时间单位中，采样频率的合适范围是什么？（2）为了可靠地报告统计误差，用大涡时间进行模拟需要多长时间。结果表明，合适的采样频率为10个大涡时间尺度量级。更重要的是，我们发现，可靠的统计误差报告需要模拟持续时间的数量级长于通常执行。均匀各向同性湍流采样频率的观测结果也适用于槽道湍流。
2021-11-23 math-ph math.MP physics.flu-dyn
On the use of eddy viscosity in resolvent analysis of turbulent channel flow
湍流槽道流的预解式分析的预测进行评估的摩擦雷诺数Retau = 550。除了标准的预解算子与运动粘度，被认为是一个预解算子增强与Cess涡粘性。添加涡动粘度显着改变的低秩行为的预解式。无论选择的波的速度，涡预解式是低秩的展向波长的ly+ = 80和ly/h = 3.5相比，其低秩的行为取决于波的速度的标准预解式。领先的涡流模式有更高的投影到领先的模式，从光谱适当的正交分解相比，标准的预解模式。然而，这两种分析都不能可靠地预测最具能量的波速。标准预解式倾向于高估它，而涡旋预解式则低估它，当最大能量波速被低估时，涡旋模态的能量过于靠近壁面。然而，涡解算，正确地识别最具活力的波的速度和模式形状的结构与近壁周期或最具活力的z/h = 0.5。这些结构可能是正确的预测任何摩擦雷诺数由于缩放的Cess涡粘度分布。最后，它表明，涡流预测的准确性依赖于正确的平衡之间的积极和消极的能量转移。尽管涡动粘性主要增加耗散，但其壁面法向梯度在近壁区域注入能量，从而导致附着在壁面上的模态形状。对于某些尺度，预测的正能量传递太强，从而使结构偏向壁。Cess涡动粘度剖面模拟正能量和负能量转移的能力表明，它可以针对各个尺度进行优化。
2022-05-23 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
Impact of Wind Direction on Flow and Turbulent Statistics Over a Realistic Urban Area: A Large-Eddy Simulation Study
Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）；Barcelona Supercomputing Center（巴塞罗那超级计算中心）
通过对巴塞罗那某城区开展大涡模拟，探究风向对真实城市区域流动与湍流统计特征的多尺度影响，采用高分辨率网格与16个风向模拟，获取城市结构的全向响应。
2026-08-06 physics.flu-dyn
Complete eddy self-similarity in turbulent pipe flow
对于有壁面的湍流，Townsend的附加涡假设提出对数层由一组能量和几何自相似的涡填充。这些漩涡的尺度只有一个长度尺度，即它们到壁面的距离，而它们的速度尺度在它们的尺寸范围内保持不变。为了研究这种结构在充分发展的湍流管流中的存在，在两个平行的横截面平面中进行立体粒子图像测速测量，所述两个平行的横截面平面间隔开从0到9.97 $R$的变化距离，对于$Re_τ= 1310$、2430和3810。瞬时湍流结构排序的宽度使用方位傅立叶分解，使我们能够创建一组平均涡流速度剖面通过执行方位对齐过程。得到的涡流剖面在$(r,θ)$ -平面中表现出几何自相似行为，其展向长度尺度（$λ_θ/R$）从1.03到0.175。使用两个平面之间的两点相关性进一步研究了流向相似性，其中结构表现出长度尺度（$λ_θ/R$）从大约$0.88$到$0.203$的自相似行为。候选结构从而建立具有$1:80$体积比的结构的完全三维几何自相似性。除了几何相似性，速度大小也表现出自相似性在这些范围内。然而，速度尺度依赖于涡的大小，并遵循的趋势的基础上提出的缩放参数\cite{Perry1986}。
2019-11-24 physics.flu-dyn
Turbulent Flame Speed Scaling for Expanding Flames with Markstein Diffusion Considerations
在这项工作中，我们澄清的作用Markstein扩散湍流火焰速度和它的缩放，从分析和实验测量近各向同性湍流中传播的恒压膨胀火焰。对于所有的C 0-C4烃-空气混合物在这项工作中，最近发表的C8数据从利兹，归一化的湍流火焰速度数据的个别混合物大致遵循最近的理论和实验$Re_{T,f}^{0.5} $缩放，其中的平均半径是长度尺度和热扩散率的传输属性。我们观察到，对于一个常数$Re_{T,f} $，归一化的湍流火焰速度随Markstein数的增加而减小。这可以用Markstein扩散系数作为大波数火焰表面波动耗散机制来解释。正如理论最初所建议的那样，在上述湍流雷诺数定义中用Markstein扩散率代替热扩散率，可以通过新的$Re_{T,M}^{0.5} $来缩放当前和Leeds数据集，而不管所考虑的燃料、当量比、压力和大范围Damköhler数上正Mk火焰的湍流强度。
2013-09-03 physics.flu-dyn
Consistency between the attached-eddy model and the inner-outer interaction model: a study of streamwise wall-shear stress fluctuations in a turbulent channel flow
内外相互作用模型（Marusic，Mathis & Hutchins，Science，vol.329，2010，193-196）和附着涡模型（Townsend，Cambridge University Press，1976）分别是描述多尺度湍流相互作用和高雷诺数壁边界湍流对数区域中含能运动组织的两个基本模型。本文将附加描述与附壁涡模型耦合，描述了附壁涡引起的流向壁面剪切脉动的产生过程。然后，借助于内外相互作用模型，分离了槽道湍流中由附着涡产生的流向壁面切应力脉动。通过对这两个模型的统计数据进行直接比较，可以看出它们是一致的，并且可以相互补充。同时，通过验证强自相似性和扩展自相似性的有效性，进一步证明了附加涡的叠加严格遵循一个可加性过程。此外，我们提出了一个高斯模型来表征瞬时分布的流向壁面切应力，从附着涡叠加。这些研究结果对发展先进的壁面降阶模型具有重要意义。
2022-05-16 physics.flu-dyn
Direct Calculation of the Eddy Viscosity Operator in Turbulent Channel Flow at Re$_τ$=180
本研究针对Re_tau=180的湍流槽道流，用两种宏观强迫策略结合DNS直接计算涡粘性算子，揭示了其各向异性与非局域特性，为壁面湍流动量输运闭合建模提供依据。
2024-11-04 physics.flu-dyn
A General Method for Large Eddy Simulation in Different Range of Turbulent Flows
传统的大涡模拟是基于Kolmogrov假设，在惯性范围内进行的。在惯性范围内，LES模型系数是尺度不变的。在很多情况下，如在边界层中计算时，滤波尺度不在惯性范围内，模型系数随滤波尺度变化剧烈，尺度不变性的假设是不恰当的。本文提出了一个一般性的约束原则，并根据已有的谱理论和先验数据推导出两个具体的约束条件。约束动力学Smogorinsky模型能较好地预测不同受迫范围和衰减范围内的湍流能谱。结果表明，在不同的湍流范围内，动态混合模型在预测能谱和SGS耗散方面比经典模型有更好的效果，并且与实际应力有很强的相关性。
2014-08-15 physics.flu-dyn
Physical consistency of subgrid-scale models for large-eddy simulation of incompressible turbulent flows
本文研究了不可压湍流大涡模拟的亚网格模型的构造。特别是，我们的目标是巩固一个系统的方法，构建亚网格尺度模型的基础上的想法，这是可取的，亚网格尺度模型的数学和物理性质的纳维-斯托克斯方程和湍流应力是一致的。为此，我们首先详细讨论了纳维-斯托克斯方程的对称性，以及湍流应力的近壁标度行为、可实现性和耗散特性。此外，我们总结了亚网格尺度模型必须满足的要求，以保持这些重要的数学和物理特性。以这种方式，模型约束的框架出现，我们应用于分析的行为，现有的一些亚网格尺度模型的基础上，当地的速度梯度。我们发现，这些亚网格尺度模型不满足所有所需的属性，之后，我们解释说，这部分是由于模型的约束条件和基于速度梯度的亚网格尺度模型的局限性之间的不兼容性。然而，我们也认为，目前的框架表明，有改进的余地的属性，因此，现有的亚网格尺度模型的行为。我们还展示了如何兼容的模型约束可以结合起来，构建新的亚网格尺度模型，有理想的属性内置到他们。我们提供了一些这样的新模型的例子，其中一个新的模型的涡粘性类型，即基于涡拉伸幅度，成功地测试在大涡模拟衰减均匀各向同性湍流和湍流平面通道流。
2017-01-27 physics.flu-dyn
Modelling of the subgrid scale wrinkling factor for large-eddy simulation of turbulent premixed combustion
本文提出了一个计算湍流预混燃烧大涡模拟中未解决的扰动因子的模型。它基本上依赖于一个幂律依赖的过滤器的尺寸和一个原始的表达式的积极波纹应变率的波纹因子。后者被写为一个产品的效率函数，占粘性效应和运动约束的彼得斯，最近的表达式的湍流应变强度。产生的分形维数和内部截止长度尺度的函数表达式，后者是（i）过滤器大小独立和（ii）在大和小Karlovitz数与Damköhler渐近行为一致。进一步提出了一种新的考虑有限雷诺数效应的湍流因子表达式。最后，该模型是成功地评估实验过滤数据库。
2014-12-28 physics.flu-dyn
Large eddy simulations of turbulent channel flow based on interscale energy transfer
一个以前开发的建模过程大涡模拟（LES）的扩展，允许物理空间实现非均匀流动。该方法的灵感来自于均匀，各向同性湍流的成熟的理论分析和数值研究。一个一般的程序，侧重于恢复完整的亚网格尺度（SGS）耗散从解决领域制定，结合建模的结构和功能策略的优势。尺度间的能量传递是从测试过滤的速度场，相应的子过滤尺度（SFS）应力，或等效地，相似模型被用来计算总SGS耗散。然后，能量传递以涡流粘度的形式进行，使其能够保持所需的总SGS耗散，并使该方法作为后向散射控制的自动步骤在数值上具有鲁棒性。该方法能够在实际的低分辨率LES运行中提供适当的总能量耗散。新方法具有通用性和完备性，适用于不同的滤波核、雷诺数和网格分辨率。
2022-10-26 physics.flu-dyn
Parallel optimization for large eddy simulations
提出了一种适用于大涡模拟的并行贝叶斯优化算法。这些模拟对优化方法提出了挑战，因为它们需要数小时或数天的计算时间，并且它们的目标函数包含在有限时间内平均的湍流统计噪声。基于代理的优化方法，包括贝叶斯优化，已经显示出对噪声和昂贵的目标函数的承诺。在这里，我们适应贝叶斯优化，以最大限度地减少在湍流通道流的阻力和设计的涡轮叶片的后缘，以减少湍流传热和压力损失。我们的优化同时运行多个模拟，每个模拟并行到数千个核心，以便利用当今超级计算机提供的额外并发性。
2014-11-03 physics.flu-dyn
PeleLM-FDF Large Eddy Simulator of Turbulent Combustion
发展了一种新的计算方法PeleLM-FDF，并用于复杂湍流燃烧系统的高保真大涡模拟（LES）。这种方法是通过一个混合方案相结合的欧拉PeleLM基流求解器与拉格朗日蒙特卡罗模拟器的过滤密度函数（FDF）的次网格尺度反应标量。由此产生的方法是能够模拟一些最复杂的物理复杂的燃烧相互作用。这是证明了一个非预混CO/H $_2$时间演变射流火焰的LES。通过骨架动力学模型的化学建模，并通过详细的后验比较对同一火焰的直接数值模拟（DNS）数据的结果进行评估。观察到良好的协议的各种统计的热化学量的时间演化，包括多标量混合的流形。新的方法是能够捕捉复杂的现象的火焰熄灭和重新点燃的计算成本的DNS的1/512。新的PeleLM-FDF求解器的高保真度和计算负担能力保证其考虑实际湍流燃烧系统的LES。
2022-01-03 physics.flu-dyn
Atwood effects on nonlocality of the scalar transport closure in three-dimensional Rayleigh-Taylor mixing
本文将 MFM 扩展至三维变密度问题，测量不同 Atwood 数下 RT 混合的涡扩散核矩，发现随 A 增大非局域性增强，为有限 Atwood 数 RT 闭合建模提供了依据。
2025-10-31 physics.flu-dyn
Length scales and eddy viscosities in turbulent free shear flows
本文利用轴对称尾流和湍流平面射流的实验数据，讨论了纵向积分长度尺度（$L$）与特征平均流宽度（$δ$）之间的比例关系这一重要问题。这是一个基本的假设时，推导自相似标度律在自由剪切流，湍流耗散标度无关。我们表明，$L/δ$确实是恒定的，至少在特征入口尺寸（$L_{ref}$，喷嘴宽度或尾流发生器尺寸）的15和50倍之间的流向距离的范围内。此外，我们重新审视湍流闭合模型，如普朗特混合长度\cite{prandtl1925}和恒定涡粘性的光的非平衡耗散标度。我们发现，混合长度模型，与$l_m\sim δ$，不符合缩放产生的非平衡版本的理论，我们反而得到$l_m\sim δ\sqrt{Re_G/Re_{0δ}}$，其中$Re_G$和$Re_{0δ}$是一个全球和当地的雷诺数，分别。类似地，涡流粘度模型在理论的非平衡版本的情况下保持不变，只要涡流粘度在任何地方都是恒定的，而不仅仅是在平衡情况下垂直于流向方向的截面。我们得出结论，相互比较不同的模型的结果，并与实验数据和改进的模型（以下汤森），占流动的不稳定性，并纠正跨流动边界的涡流粘度变化。
2018-11-06 physics.flu-dyn
Large eddy simulation of a low pressure turbine cascade with turbulent end wall boundary layers
我们给出了MTU T161低压涡轮在雷诺数为90，000和马赫数为0.6时隐式大涡模拟的第一批结果，两者均基于等熵出口条件，采用高阶间断Galerkin方法。其目的是验证的数值设置与现有的实验数据。我们讨论了在端壁边界层厚度和自由流湍流强度方面创建真实流入边界条件所采取的步骤。这是通过将雷诺应力和湍流长度尺度的输入分布定制到基于傅立叶级数的合成湍流发生器来实现的。叶片载荷和中跨处的总压损失都与测量结果非常吻合。在对由于进入的边界层和涡轮叶片的相互作用而出现的二次流结构进行简短讨论之后，我们表明，该模拟还能够在整个通道高度上再现叶片后面的损失分布。
2022-12-16 physics.flu-dyn
Large Eddy Simulation, Turbulent Transport And The Renormalization Group
在大涡模拟中，非线性项的雷诺平均值不能直接根据解析变量计算，需要闭合假设或模型，称为亚网格尺度项。受重整化群（RNG）的启发，我们引入了一个展开的未封闭的条款，进行明确的所有订单。在领先的顺序，这种扩展定义了次网格尺度未封闭的条款，我们涉及到动态次网格尺度闭合模型。扩展，概括了伦纳德应力封闭分析，建议系统的高阶确定的模型系数。RNG的观点揭示了无限雷诺数极限的非唯一性。对于N种物质的混合，我们看到一个N+1参数族的无限雷诺数的解决方案标记的无量纲参数的限制欧拉方程，在RNG本身固有的方式。大涡模拟采用了Leonard应力模型和动态亚网格模型，打破了这种非唯一性，并在理论的基础上预测了唯一的模型系数。从这个意义上说，大涡模拟超越了RNG方法，RNG方法通常不能预测模型系数。
2013-09-24 physics.flu-dyn
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
Influence of geometric structure, convection, and eddy on sound propagation in acoustic metamaterial with turbulent flow
降低交通噪声问题是预防交通事故、为人们提供一个文明环境的重要研究领域。最近在降噪研究中引起关注的一种材料是声学超材料，迄今为止的研究项目大多局限于静态介质无流动的情况。为了开发应用于交通运输领域的声学超材料，我们研究了湍流作用下声学超材料的声传输特性。本文研究了声超材料在湍流作用下的几何结构、对流效应和涡流效应对声传播的影响，并分析了它们之间的关系。对流效应和涡流效应都降低了由声学晶体的独特几何形状引起的声音传输损耗的谐振强度，但是在相反的方向上移动谐振频率。此外，当气流的对流效应和涡流效应，以及声学超材料独特的几何结构所产生的固有相互作用效应不可忽略时，它们会表现出相互竞争的现象，导致共振峰的加宽。结果，这三个效应导致声音传输损耗的谐振频率的偏移和谐振峰值的加宽。本研究结果显示，即使在湍流的情况下，只要适当地控制声超材料的几何尺寸和形状，声超材料也可以用于传输。
2020-12-22 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Turbulent diffusivity and effective rise velocity of buoyant particles in a free-surface boundary layer
University of Washington（华盛顿大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
该研究针对海洋表面浮粒输运模型的偏差问题，通过实验测量浮粒扩散率与上升速度，验证了轨迹交叉理论，修正了湍流施密特数的取值，为浮粒输运模型提供了实验依据。
2026-08-28 physics.flu-dyn
Large-eddy simulations of geophysical turbulent flows with applications to planetary boundary layer research
本文综述了大涡模拟（LES）数值方法在行星边界层（PBL）研究和气候研究中的应用，并着重介绍了大涡模拟（LES）数值方法在PBL研究和气候研究中的主要应用。事实证明，LES对于理解大气和海洋湍流交换以及最终改进传统气象模型的参数化非常有用。大涡模拟在认识地球物理湍流中以前被忽视的自组织结构的重要性方面发挥了关键作用。大涡模拟为理论家和天气/气候模拟者提供了关于对流和切变状态下边界层平均垂直结构的可靠信息，并为模型校准提供了更好的关键边界层参数估计，例如卷吸率。目前，大涡模拟是地球科学中不可缺少的重要组成部分，但大涡模拟研究的主流仍然是较为简单的微观物理概念的理想化研究。
2009-07-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
