Undulatory underwater swimming: Linking vortex dynamics, thrust, and wake structure with a biorobotic fish
Institut Universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）
研究通过生物仿生鱼实验，揭示了涡旋动力学、推力生成与尾迹结构之间的关系，建立了基于斯特劳哈尔数的通用模型。
2025-01-16 physics.flu-dyn
A Machine Learning Approach to Classify Vortex Wakes of Energy Harvesting Oscillating Foils
一个机器学习模型的开发，以建立后面的振荡翼的运动学的能量收集制度的尾流模式。由于非定常尾流对下游翼型的性能影响很大，因此尾流结构的作用对于振荡翼型的阵列部署特别重要。这项工作探讨了46振荡翼运动学，与参数化的基础上输入的运动学变量和分组涡尾涡场通过图像分析的目标。开发了卷积神经网络（CNN）与长短期记忆（LSTM）单元的组合，以将尾流分类为三组。为了充分验证翼型运动学之间的物理尾流差异，使用卷积自动编码器结合k-means++聚类，发现了四种不同的尾流模式。未来的工作可以使用这些相关性来预测放置在尾流中的翼片的性能，并建立用于潮汐能收集的最佳翼片布置。
2022-11-05 physics.flu-dyn
Interference and heat transfer between hairpin vortices in wakes behind staggered hills
本文对层流边界层内锯齿形凸起尾迹中发卡涡的干扰和换热进行了数值模拟。发夹涡周期性地在一排山丘的尾迹中脱落，导致发夹涡之间的干扰。当两个小山丘之间的展向距离减小时，干扰增加，发夹涡变得更强。此时，由于发夹涡的支腿与Q2喷射之间的干扰变强，每个发夹涡的头部急剧上升。当凸起间距减小时，第二排凸起产生的发夹涡头部和两侧引起的湍流度显著增大。此外，二次涡也产生湍流。发夹涡和二次涡被相邻的发夹涡吸引，在壁面附近沿展向产生广泛的高湍流。无论丘间距如何，由于发夹涡的存在，都会产生Q2喷射和Q4扫掠，并在发夹涡周围形成二次涡，激活了尾流中的热传输，提高了换热系数。当峰间距变窄时，发卡涡之间的干涉加强了各发卡涡和二次涡的支腿，壁面附近的热输运变得非常活跃。由于下游发夹涡的分支沿展向扩展，因此在大范围的尾流中，热传递增加。
2022-07-04 physics.flu-dyn
Multiple vortex structures in the wake of a rectangular winglet in ground effect
本文用SPIV方法研究了嵌入湍流边界层中的单个矩形小翼（涡发生器）尾迹的涡量分布。小翼通常安装在一个平面上，与迎面气流成一定角度。改变小翼高度（恒定展弦比）和角度的参数研究表明，与通常的经典单叶尖涡概念相反，尾流通常由多涡结构的复杂系统组成。先前已经发现主涡包含轴向流和旋转流之间的直接耦合。在目前的工作中，即使是从测量流向涡量检测到的纵向次级结构也显示出类似的行为。描述观察到的多个涡流的稳定远尾流状态作为小翼高度和角度的函数的状态图揭示了不仅具有主梢涡的流拓扑结构的复杂模式，而且还具有附加的二级结构。分叉图显示了各种次级结构的不同区域，以及在某些情况下初级涡如何受到它们的存在的显著影响。这些数据应作为灵感的过程中产生的纵向涡的增强传热和传质的工业设备，因为多涡制度可以帮助改善这些交换的条件。此外，这些结果指出了现有无粘性模型的弱点，没有考虑到尾流中多涡结构的可能性。
2019-06-14 physics.flu-dyn
On the wake meandering of a model wind turbine operating in two different regimes
采用风洞实验和大涡模拟研究了模型风力机在两种工况下的绕流特性。模型风力机实验的测量结果表明，功率系数和涡轮机尾流受运行状态的影响。模拟采用一类新的执行器表面的方法，参数化的涡轮叶片和机舱与和没有机舱模型进行了每一个操作条件，研究的影响，操作制度和机舱。对于采用短舱模型的模拟，平均流场由外部尾流（由涡轮机叶片从来风中提取能量引起）和短舱正后方的内部尾流组成，而对于没有短舱模型的模拟，尾流的中心区域被射流占据。采用短舱模型的模拟显示了一个不稳定的螺旋形轮毂涡向外扩展到外尾流;而不采用短舱模型的模拟显示了一个稳定的圆柱形轮毂涡。在区域3中运行的涡轮机的轮毂涡流保持紧密的螺旋形，并且与在区域2中运行的涡轮机相比，在下游更远的几个直径处拦截外尾流。对于所有模拟，尾流蜿蜒在高湍流强度区域开始，表明短舱模型和不稳定轮毂涡流都不是尾流蜿蜒的必要条件。然而，使用滤波技术和动态模式分解对尾流弯曲的进一步分析表明，不稳定的轮毂涡激发了尾流弯曲。涡轮机运行状态影响轮毂涡流的形状和膨胀，从而改变尾流弯曲的起始位置及其振荡强度。不稳定的轮毂涡流促进了能量弯曲，如果没有短舱模型，则无法预测能量弯曲。
2018-02-11 physics.flu-dyn
Classification of vortex patterns of oscillating foils in side-by-side configurations
本文研究了在一定的Strouhal数和分离距离范围内，两个同相俯仰翼并排（平行）布置的非定常流体动力学。在Strohual数-分离距离相位图中识别出三种不同的涡型，包括分离尾迹、合并尾迹和过渡合并尾迹。此外，一个新的模型引入的基础上的基本流动变量，包括速度，位置，和环量的偶极子结构，定量区分涡模式的尾流。并阐明了尾流合并过程的物理机制。当振荡翼型发生射流偏转现象时，次级结构通过与其母涡列成一定角度而从主涡列中脱落。对于平行翼型，在一定的运动学条件下，来自下部翼型的涡街的次级结构与上部翼型的主涡街相互作用。这种相互作用通过影响尾流上部相干结构的环流来触发尾流合并过程。结果表明，尾流的合并可以在不显著改变功率要求的情况下，通过增加推力产生来提高推进效率。这是由于合并后的涡街形成了一个高动量射流，由于涡的合并，它具有显着更大的环流，并在前缘涡的演变的重大改变。因此，这里彻底探讨的流动物理学是至关重要的，为未来发展的流动控制技术的生物启发水下推进器的有效设计提供新的见解。
2021-12-31 physics.flu-dyn
Unsupervised Clustering and Performance Prediction of Vortex Wakes from Bio-inspired Propulsors
提出了一种无监督的机器学习策略，用于将仿生推进器的涡流尾流自动聚类到具有相似推进力和效率指标的组中。通过改变频率、起伏幅度和俯仰幅度，利用$121$独特的运动学，通过计算流体动力学模拟俯仰和起伏翼型。采用雷诺平均Navier-Stokes（RANS）模型模拟了$Re=10^6$上振荡翼型的绕流，计算了推进效率、推力系数和非定常涡量尾迹特征。使用成对皮尔逊相关性，发现斯特劳哈尔数最强烈地影响推力系数，而相对迎角，定义为中间冲程和最大值对推进效率的影响最显著。接下来，各种运动学被自动聚类成不同的组，专门使用尾流中的涡量足迹。卷积自动编码器的开发，以减少涡流尾流图像的最重要的功能，和k-means++算法进行聚类。通过比较集群的推力与推进效率的地图，这证实了类似的性能指标的唤醒成功地聚集在一起的结果进行评估。这种自动聚类具有识别尾流中复杂涡度模式和传统分类方法不易识别的推进模式的潜力。
2021-06-07 physics.flu-dyn
Vortex Shedding in the Wake of a Dual Step Cylinder
双级圆柱体由具有低纵横比（L/D）的大直径圆柱体（D）同轴地附接到小直径圆柱体（d）的中间跨度组成。本研究中提供的流体动力学视频用于说明Re = 2100、D/d = 2和0.2 < L/D < 3时展弦比对双阶圆柱尾迹发展的影响。此外，视频还提供了展向涡的相互作用、流向涡丝的发展和开尔文-亥姆霍兹滚柱的形成等流动现象的可视化。实验是在滑铁卢大学的水槽中进行的。采用氢气泡流场显示技术对每个圆柱体模型下游的旋涡结构进行了可视化。用高速Photron相机获得流的高分辨率图像，并使用Adobe Photoshop CS4进行后处理。结果表明，双台阶圆柱尾迹中存在大量的涡系。当1 < L/D < 3时，大、小圆柱在不同频率下发生展向涡脱落。然而，对于较小的L/D，大圆柱涡脱落停止，小圆柱涡在大圆柱尾迹中相互作用。
2012-10-12 physics.flu-dyn
Reversal of a flat plate into its wake: a minimal model for wake capture
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
该研究以平板为对象，建立尾流捕获最小模型，揭示翼-尾流相互作用机制，发现反转前移动距离对阻力峰值及尾流作用力衰减的影响规律。
2026-07-30 physics.flu-dyn
Modelling vortex ring growth in the wake of a translating cone
涡环具有长距离输送流体的能力。它们通常是通过圆形孔或喷嘴喷射一定体积的流体而产生的。当喷射流体的体积和速度已知时，可以通过弹状流模型来估计旋涡的循环、冲量和能量。涡环也在加速的轴对称物体的尾流中形成。在这种配置中，被注入到涡流中的流体的体积和速度不是先验已知的。在这里，我们提出了两个模型来预测后面的磁盘或锥涡的增长。第一个模型使用保角映射，并假设产生的所有涡量最终都在涡流中。涡环量是通过在盘尖处施加库塔条件来确定的。涡的位置是从Fraenkel给出的涡速度的近似值积分得到的。该模型很好地预测了旋涡的最大环量，但不能预测实验观察到的尾部脱落。第二个模型是基于离散涡方法的轴对称版本。在锥尖处形成的剪切层由点涡离散，点涡卷起形成相干涡环。该模型准确地捕捉到了环流和无量纲能量的时间演变。通过尾部脱落过程，涡量从涡中的脱散被模型定性地捕获，但对数值参数仍然定量敏感。
2021-07-19 physics.flu-dyn
A Machine Learning Approach to Classify Kinematics and Vortex Wake Modes of Oscillating Foils
机器学习技术在预测、聚类和分类复杂流动物理方面受到了流体动力学的关注。一种应用是对从诸如圆柱体或扑翼的非流线体发出的各种尾流结构进行分类或聚类，从而产生特定于物体的流动条件、几何形状和/或运动学的丰富多样的涡流形成。当利用振荡翼从潮汐或河流中获取能量时，了解扑翼运动学和下游涡流尾流结构之间的复杂和非线性关系对于阵列的最佳选址和操作至关重要。本文开发了一个分类模型，以获得组的运动学，包含类似的唤醒模式内的能量收集制度。数据是通过模拟27个独特的振荡翼运动学获得的，总共有13，650个尾流涡量场样本。在这些样品中，基于相对迎角目视标记三组。利用将卷积神经网络（CNN）与长短期记忆（LSTM）单元相结合的机器学习方法来将唤醒自动分类为三组。当使用三个视觉标记组进行分类时，五个测试数据子集的平均准确率为80%。在分析测试子集的最低精度，组划分边界的更新提出。通过这次更新，该算法实现了90%的平均准确度，表明这三个组能够在能量收集运动学范围内辨别不同的尾流结构。
2021-08-04 physics.flu-dyn
Hairpin vortices and heat transfer in the wakes behind two hills with different scales
该研究数值分析层流边界层中两座山丘尾流干扰产生的发夹涡与热输运，揭示尺度比、展向间距及涡腿发展对传热系数的影响。
2023-07-13 physics.flu-dyn
Aerodynamic Forces on a Wing Surfing in a Two-dimensional Vortex Wake
本研究通过风洞实验，利用PIV和力测量技术，揭示了二维涡旋尾涡中翼板的气动力变化规律，结合经典不稳定性气动学理论，有效预测了升力波动相位。
2025-12-09 physics.flu-dyn
Strongly-coupled aeroelastic free-vortex wake framework for floating offshore wind turbine rotors. Part 2: Application
这篇由两部分组成的论文介绍了自由涡尾流方法（FVM）与气动弹性框架的集成，该框架适用于模拟运行中漂浮式海上风力机（FOWT）转子产生的转子-尾流相互作用。本文的第一部分介绍了气动弹性框架的数值开发和验证。由于缺乏FOWT的实验气动弹性基准，针对国家可再生能源实验室（NREL）5-MW参考风力机的转子气动和结构性能进行了一系列验证研究。本文的第二部分着重于建模和仿真FOWT的不同气动弹性工作条件。当前框架的数值结果一致地捕获了波诱导俯仰FOWT的气动转子性能，例如功率、推力和扭矩。此外，所提出的气动弹性框架产生额外的信息，功率，推力和扭矩波动，由于异相叶片通过频率和相应的叶片偏转。所提出的框架的保真度表明，第一次，一个基于有限体积法的气动弹性方法能够进行调查的转子尾流相互作用和相关的气动弹性现象的FOWT。
2019-10-21 physics.flu-dyn
Vortex-Stretching based Large Eddy Simulation Framework for Wind Farms
在大型风电场中，风力涡轮机后面的尾流分布导致下游风力机的风速显著降低，从而导致大量的功率损失。因此，对风力机尾流进行有效的预测是非常重要的。因此，我们提出了一个大涡模拟（LES）方法，它采取涡量拉伸模型瞬态风力机尾流。此外，我们提出了一个改进的致动器盘模型，该模型考虑了大气和尾流之间的双向反馈。首先，我们表明，与新模型预测的平均风的垂直廓线有一个很好的协议与实验测量。接下来，我们验证预测的雷诺应力对风洞数据，并表明，分散应力约占40%的雷诺应力。最后，我们表明，所提出的LES方法准确地预测特性的风力机唤醒。比较LES的结果与以前报道的数据，我们发现，新的LES框架准确地预测在近尾流和远尾流区域的流量统计。
2022-05-03 physics.flu-dyn
Effect of inflow conditions on tip vortex breakdown in a high Reynolds number wind turbine wake
实验研究不同来流条件下高雷诺数风力机尾流叶尖涡破裂，发现湍流强度和叶尖速比显著影响涡破裂，而平均剪切影响较弱。
2025-02-28 physics.flu-dyn
Optimal control of circular cylinder wakes using long control horizons
在基于伴随的最优控制框架下，重新讨论了利用物体旋转抑制圆柱尾迹涡脱落的经典问题。圆柱体的不稳定和完全不受约束的旋转速率在雷诺数为75和200之间进行优化，并且在比以前的研究更长的范围内进行优化，在以前的研究中，它们通常是涡脱落周期或更短的顺序。在最佳配置中，阻力降低了19%，有效地抑制了涡脱落，并且在瞬态后以最小的圆柱旋转保持这种低阻力状态。与开环控制不同，最优控制被示出为保持致动和脱落之间的特定相位关系，以稳定尾流。还比较了不同雷诺数、成本函数和水平长度的优化性能。结果表明，为了有效地稳定旋涡脱落，所使用的长视野是必要的。
2015-08-27 physics.flu-dyn
Wake dynamics of a square cylinder while moving upward in quiescent water
本研究通过实验和PIV技术揭示了方形圆柱体在静水中上升时尾流由持久反向旋转涡旋主导，环量对Froude数呈两区域依赖，卷吸增强源于旋转加剧而非涡旋面积扩大。
2025-11-02 physics.flu-dyn
Transient growth of a wake vortex and its initiation via inertial particles
本研究数值证实了粘性临界层特征模对强旋转尾迹涡最优瞬态增长的关键贡献，并发现通过在涡核外围分布惯性粒子引发双向耦合，能在非线性系统中实现最优瞬态增长。
2025-02-24 physics.flu-dyn
Experiments on the vortex wake of a swimming knifefish
刀鱼通过从尾鳍产生反向卡门街来推进自己，而不会显著移动身体。这一独特的特征使得这个物种的推进方法非常有效（Blake，1983）。有人认为，有一个最佳的游泳范围的基础上的振幅和频率的反向卡门街的鱼。实验测量了刀鱼尾流中旋涡的振幅与波长之比。建议通过优化反向卡门街所产生的推力，可以估计波效率为一个给定的间距比，目前的观测有0.89的平均值。间距比和波效率之间建立的关系，除了测量的参数，将是非常宝贵的生物灵感的设计的基础上刀鱼。
2012-10-30 physics.flu-dyn
Active attenuation of a trailing vortex inspired by a parabolized stability analysis
设计有效的控制复杂的三维流场被证明是不平凡的。通常，直观的控制策略导致次优控制。为了导航控制空间，我们利用线性抛物化稳定性分析来指导NACA 0012半翼在迎角$α= 5^\circ$和基于弦的雷诺数$Re = 1000$下尾部涡流场的控制方案的设计。稳定性结果表明，增长率最小的不稳定模态（第五尾迹模态）提供了一条激发涡不稳定性的途径，而主要的不稳定模态则保留在机翼的尾迹中。受这一发现的启发，我们进行直接的数值模拟，激发每个模式与体力匹配的形状功能的稳定性分析。相对于基线非受控情况，主尾流模式减小了涡长度，而第五尾流模式进一步缩短了叶尖涡。类似地，尾涡的流向环量被发现显着减少。从这些结果中，我们得出结论，一个基本的线性稳定性分析可以提供关键的洞察基础物理和帮助工程师设计更有效的控制。
2018-06-19 physics.flu-dyn
Bistability in the wake of a wavy cylinder
我们研究了完全抑制卡门涡脱落的优化设计的波浪圆柱的尾流动力学。这种波状圆柱体被迫在横流方向上以正弦运动振荡。升力谱的检验表明，存在一个临界强迫频率，低于该频率时，波浪形圆柱体的流动控制有效性得以保留，超过该频率时，固有的旋涡脱落又复活。此外，即使没有持续的强迫，复活的非定常涡脱落也会持续存在，导致控制效能的损失。这表明，除了从均匀初始条件发展的定常状态外，如果初始状态被充分扰动，则在波状圆柱的尾流中存在振荡状态。在更复杂的来流条件下，波动状态的发现要求检验波动圆柱的流动控制有效性。
2019-09-12 physics.flu-dyn
A unified framework for prediction of vortex-induced vibration based on the nonlinear data-driven identification of general wake oscillator modeling
本文提出基于一般尾流振子的涡激振动预测统一框架，通过灰箱非线性系统辨识结合CFD数据，提出单振子独立辨识与耦合方程整体辨识两种策略，在Re=100层流圆柱VIV中验证高精度，并展望覆盖宽雷诺数范围的框架发展。
2024-08-06 physics.flu-dyn
Optimal waveform for fast synchronization of airfoil wakes
本研究基于相位降阶方法求解最优驱动波形，实现了低至两个周期的翼型尾流快速同步，显著优于传统正弦驱动，为非定常流动控制提供了高效手段。
2023-11-17 physics.flu-dyn
On the characteristics of the turbulent wake behind a wall-mounted square cylinder
采用Spalart-Allmaras改进的延迟分离涡模拟（S-A IDDES）和本征正交分解（POD）方法，对高宽比为4的方柱绕流进行了湍流数值模拟。雷诺数等于12，000（基于自由流速度和障碍物宽度）。本文着重分析了障碍物尾迹的涡结构和沿障碍物高度的涡脱落过程。一阶和二阶流动统计与现有的实验和直接数值模拟数据的定量比较被用来验证数值结果。数值模型与产生湍流入流条件的涡方法（VM）相结合，可以成功地再现障碍物周围和后面的流场，具有值得称赞的精度。利用数值模拟得到的时均和瞬时流动参数，详细讨论了尾流形成区附近的流动结构和旋涡脱落特性。分析了偶极型平均流向涡和半圈发夹型瞬时涡的能量运动。一个连贯的脱落结构沿障碍物使用两点相关性。两种类型的涡脱落的时间间隔，即低振幅波动（LAFs）和高振幅波动（HAF）。对尾迹的POD分析表明，在障碍物高度的0.25 ~ 0.5之间，前两个POD模态代表交替脱落，对动能的贡献在66.6%~ 57.6%之间。一个简单的低阶模型的基础上的涡脱落相位角和从POD获得的时间系数的频谱被开发来预测的尾流动力学的高度范围内的交替脱落占主导地位。
2020-12-21 physics.flu-dyn
Vortex shedding in high-Reynolds-number axisymmetric bluff-body wakes: local linear instability and global bleed control
我们研究了大规模的螺旋涡脱落制度在高雷诺数的轴对称体与钝后缘的尾流，无论是实验和本地，线性，时空稳定性分析。在不稳定性分析中，我们考虑了体底后基流的详细下游演变。研究证实了尾流近场中第一个方位角数的绝对不稳定性存在一个有限区域。这种不稳定性被认为是触发回流区下游的大尺度螺旋涡脱落的原因。通过将给定流速的流体吹过细长体的基部来检查对旋涡脱落的抑制。流动的局部绝对区域的范围是作为泄放系数$C_b=q_b/(πR^2u_\infty)$的函数计算的，其中$q_b$是泄放流速，$R$是底部半径，$u_\infty$是入射自由流速度。结果表明，基本流成为对流不稳定的$C_b^*\sim 0.13$的排放系数的临界值的任何地方，这样没有自激制度预计$C_b>C_b^*$。此外，我们报告的流动可视化和热线测量的实验结果，增加值的出血系数。当应用足够量的底部排气时，流动显示表明，涡脱落被抑制，平均流变为轴对称。线性不稳定性分析预测的临界泄放系数在本文分析的雷诺数范围内落在实验值之内。
2019-12-15 physics.flu-dyn
Transitions in the wake of a flapping foil
利用二维粒子图像测速技术（PIV）对流体动力风洞中翼型拍动产生的涡街进行了实验研究。根据扑动频率-振幅相空间进行分析，可以确定：1）从著名的Bénard-von Kármán（BvK）尾流到表征推进尾流的反向BvK涡街的过渡，以及2）这种反向BvK模式的对称性破缺导致非对称尾流。我们还表明，从一个BvK唤醒反向BvK唤醒的过渡之前，实际的阻力-推力过渡，我们讨论的意义，目前的研究结果在分析扑翼系统的性质。
2008-01-25 physics.flu-dyn
The wake of a transversely oscillating circular cylinder in a flowing soap film at low Reynolds number
在$Re =235 \pm 14$实验台上，采用倾斜的重力驱动肥皂膜通道研究了横向振荡圆柱后形成的尾流场。静止圆柱体涡脱落的固有频率$f_{\text{St}}$用于识别感兴趣的振荡频率。圆柱体运动的（无量纲）频率$f^*=f/{f_{\text{St}}}$和振幅$A^*=A/D$在基本同步区域的大部分上变化（即，对于$f^* \approx 1$），并在${(f^*, A^*)}$空间中构造尾流模式的“地图”。在此参数空间的大范围内，观察到圆柱体运动频率与所得涡流尾流主频率之间的锁定，主要表现为同步的“2S”和“2 P”尾流模式。在参数空间的较小区域也发现了同步的“P+ S”、“2 T”和“过渡”尾流。当振荡频率与$f_{\text_{St}}$相差很大时，观察到非同步的“聚结”和“扰动von~ \karman”尾流。在这项研究中发现的尾流模式和涡流形成过程，特别是对于2 P模式的尾流，是更相似的观察到的\cite{Williamson1988}在三维实验比那些发现的\cite{Leontini2006}在二维模拟，尽管从肥皂膜，防止三维效果的物理约束。
2021-12-11 physics.flu-dyn
End boundary effects on wakes dynamics of inclined circular cylinders
我们进行直接的数值模拟来表征三维尾流动力学的长倾斜圆柱与非均匀的端部边界条件。三个雷诺数，$\Rey=100$，200和300被认为是揭示的内在的二次不稳定性和外在的端部边界效应在塑造三维流动的作用。在$\Rey=100$，通过诱导斜向涡脱落，在整个圆柱体跨度上都能感受到端部边界效应，与平行脱落相比，斜向涡脱落与尾流中更强的展向流有关。在考虑倾斜角和倾斜角的情况下，斜向开口的斯特劳哈数与直圆柱体平行开口的斯特劳哈数之间存在余弦关系。在$\Rey=200$，内在的二次不稳定性导致大尺度的旋涡位错，阻止了端部边界效应向更远跨度的传播。然而，对于倾斜的情况下，仍然可以观察到从上游端边界的有限跨度内的斜向脱落。从余弦定律的观点来看，斜涡与$\Rey=200$的二维流动有关。进一步沿翼展方向，斜涡随着小尺度涡的形成而不稳定，并且流动过渡到典型的模式A* 尾流。在$\Rey=300$，端部边界附近的高度三维流动产生沿圆柱体跨度传播的扰动，在小倾角情况下产生涡流位错。对于大倾角，斜涡脱落再次观察到的圆柱跨度，并没有被破坏的涡位错的内在或外在的原因。
2022-08-25 physics.flu-dyn
Nonlinear Unsteady Vortex-Lattice Vortex-Particle Method with Adaptive Wake Conversion for Rotorcraft Aerodynamics
Polytechnique Montréal（蒙特利尔高等理工学院）
本文提出一种非线性不稳涡格-涡粒子方法，通过自适应尾涡转换策略提升旋翼气动模拟的鲁棒性与计算效率，实现高精度预测并显著降低计算成本。
2026-03-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Numerical Simulation of Wakes in a Weakly Stratified Fluid
本文介绍了用大涡模拟对全尺寸潜艇尾流进行的一些初步数值研究。潜艇尾流是由光滑细长体产生的尾流和由各种操纵面和其他身体附件产生的大量叠加涡对的组合。对于这个初步的研究，我们试图获得一些洞察到全尺寸潜艇尾流的行为，分别计算的演变细长体的自推进尾流和运动的一个单一的涡对在非分层和分层的环境。模拟的一个重要方面是使用迭代过程来放松初始湍流场，使得湍流产生和耗散平衡。
2014-10-07 physics.flu-dyn
Wake Effects on Drift in Two-Dimensional Inviscid Incompressible Flows
本文分析了在二维不可压缩无粘流体中，旋涡尾迹对障碍物通过引起的颗粒拉格朗日位移的影响。除了单个粒子的轨迹，我们还研究了它们的漂移和相应的总漂移面积在Föppl和Kirchhoff势流模型。我们的研究结果，这是得到数值计算，并在某些制度也支持渐近分析，无尾势流作为参考相比。我们表明，在存在的Föppl涡尾流的一些粒子遵循更复杂的轨迹具有第二个循环。在Föppl流中出现一个额外的驻点被认为是这种效应的一个来源。它还表明，虽然总漂移面积增加的尾流的大涡强度的大小，它实际上是减少了小循环值。另一方面，基尔霍夫流模型被证明有一个无界的总漂移区。通过提供一个系统的帐户上的漂移尾流的影响，这项研究的结果将允许更准确的建模的流体动力搅拌。
2014-11-26 physics.flu-dyn
Effects of Annulation on Low-Reynolds-Number Flows over an Orthocone
本文数值研究锥面横向环纹对直锥低雷诺数绕流的影响，发现其改变涡脱落转捩临界雷诺数、降低主导频率并增大阻力，且借助POD与SPOD揭示了尾流相干结构差异。
2023-04-25 physics.flu-dyn
On the Association of Kinematics, Spanwise Instability and Growth of Secondary Vortex Structures in the Wake of Oscillating Foils
该研究数值模拟 Re=8000 下沉浮俯仰耦合振荡翼尾流，揭示 Stc、相位偏移与展向不稳定性及二次涡增长之间的转捩机制。
2023-07-13 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of Vertical-Axis Wind Turbine Near-Wake Dynamics
School of Engineering, Newcastle University（纽卡斯尔大学工程学院）
通过高保真直接数值模拟，研究了叶片数对垂直轴风力机近尾流中动态失速涡演化的影响，发现叶片-涡相互作用加速涡破裂并促进尾流向钝体动力学过渡。
2026-05-26 physics.flu-dyn
Vortex wake patterns in superfluid $^{4}He$
本文研究超流体 $^{4}He$ 中量子化涡旋环激发的干涉，预测匀速运动源产生的涡旋尾流随速度呈现类似 Kelvin 船舶尾流的结构变化。
2023-10-17 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Rather than drafting, vortex capture dictates efficiency in three-hydrofoil schools
Lehigh University（利哈伊大学）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）；Brown University（布朗大学）；University of California, Riverside（加州大学河滨分校）
研究通过三维实验探讨三片水翼学校集体推力与效率提升机制，发现紧凑结构中涡旋捕获效应显著，而非传统划桨策略，且需主动控制维持高效性能。
2026-04-22 physics.flu-dyn
Adjoint Optimisation for Wind Farm Flow Control with a Free-Vortex Wake Model
风力发电场流控制旨在通过减少涡轮机之间的气动尾流相互作用来提高风力涡轮机性能。基于物理的动态风电场流模型对于探索尾流重定向和动态感应控制等控制策略至关重要。自由涡方法可以提供一种计算效率高的方法来模拟风力涡轮机尾流动力学，以实现控制优化。我们提出了一个面向控制的自由涡尾流模型的二维和三维致动器盘代表风力涡轮机尾流。离散伴随方程的新颖推导允许在经济的模型预测控制算法中用于基于梯度的优化的有效梯度评估。在两个涡轮机的情况下，研究平均功率最大化的初步结果。一个感应控制信号被发现使用的2D模型是大致周期性的，并支持以前的结果动态感应控制，以刺激尾流混合。3D模型公式有效地模拟了偏航失准下的卷曲尾流。在随时间变化的风向下，优化找到了演示尾流转向和到贪婪控制的平滑过渡的解决方案。具有梯度信息的自由涡尾流模型显示了有效优化的潜力，并为进一步探索动态风电场流量控制提供了一种有前途的方法。
2022-10-27 cs.SY eess.SY physics.flu-dyn
Destruction of wall-bounded vortices using synthetic jet actuators
University of Delaware（特拉华大学）；Illinois Institute of Technology（伊利诺伊理工学院）；Hofstra University（霍夫斯特拉大学）
合成喷嘴通过破坏涡流相干性减少其旋转，有效抑制靠近墙壁的涡流结构。
2026-03-02 physics.flu-dyn
Leading edge vortex formation and wake trajectory: Synthesizing measurements, analysis, and machine learning
研究了俯仰-升沉水翼（弦$c$）形成的前缘涡的强度和运动轨迹。LEV的识别使用的$Q$标准的方法，这是从PIV测量获得的二维速度场计算。中冲程的相对迎角${α_{T/4}} $被证明是一种有效的方法，它将升沉幅度（$h_0/c$）、俯仰幅度（$θ_0$）和折合频率（$f^*$）合并为一个单一变量，预测在宽范围的工作条件下的最大值$Q$。一旦LEV与箔片分离，它就会向下游移动并迅速减弱和扩散。LEV的下游轨迹具有两种特征形状。当${α_{T/4}}$值较低时，它在与翼型分离后直接向下游移动，而当${α_{T/4}} $值较高时，伴随的后缘涡（TEV）形成，诱导速度产生涡轨迹的横流分量。使用LEV和TEV的势流模型可以准确预测这种行为。监督机器学习算法，即支持向量回归和高斯过程回归，用于创建回归模型，预测生长期间和分离后的涡流强度、形状和轨迹。回归模型成功地捕捉到了在不同的${α_{T/4}} $值下观察到的两种涡区的特征。然而，预测的LEV轨迹比实验中观察到的要平滑一些。涡旋的强度经常被低估。这两个缺点都可以归因于训练数据集的相对较小的大小。
2022-05-25 physics.flu-dyn
On the formation of three-dimensional flows over finite-aspect-ratio wings under tip effects
我们进行DNS的流动在有限展弦比NACA 0015机翼上的尾流动力学的尖端效应的特征。本文着重研究机翼上三维分离流的发展，并讨论在机翼表面以及远场尾迹中形成的流动结构。涡量主要以二维方式引入流中。来自翼尖的涡面绕自由端卷起形成翼尖涡。在其开始时，叶尖涡是弱的，其影响是有限的空间。随着叶尖周围的气流分离，叶尖效应在展向方向上延伸得更远，在尾流中产生明显的三维性。对于小展弦比机翼，由于在整个翼展上有很强的下洗，尾流保持稳定。增加展弦比可以使非定常涡流在足够大的攻角下从叶尖流出。这些不稳定的涡流脱落并形成闭合的涡流环。对于大展弦比机翼，翼尖效应延迟了近翼尖脱落过程，该过程在翼展中部区域从二维脱落中分离出来，产生涡流位错。在大迎角时，由于与非定常脱落涡的强相互作用，叶尖涡呈现出明显的波动。力系数的展向分布与三维尾流动力学和叶尖效应有关。尾流中负责产生升力和阻力的涡元通过力元分析确定。我们注意到，在大迎角下，在靠近翼尖的前缘处形成了一个静止的旋涡结构，引起局部的高升力和阻力。本文的分析揭示了叶尖周围的涡流对分离物理、整体尾流动力学和展向力分布的影响。
2019-09-10 physics.flu-dyn
Sparse sensor reconstruction of vortex-impinged airfoil wake with machine learning
本研究利用机器学习方法，从稀疏传感器数据中重构涡-翼型尾迹的瞬态流场，准确估计气动力、压力分布和涡量场，并展现出对噪声的鲁棒性。
2023-05-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Vortex Shedding From a Flexible Hydrofoil
由聚甲醛C型（POM C）制成的Naca0009水翼尾流中的旋涡脱落视频。这段视频是作为2011年流体运动画廊的一部分提交的，该画廊展示了流体动力学视频。
2011-10-14 physics.flu-dyn
A minimal wake-vortex model explains formation flight of flapping birds
Center for Fluid Mechanics, School of Engineering, Brown University（布朗大学工程学院流体力学中心）
本文提出一种简化模型，解释了扑翼鸟类编队飞行中涡流相互作用的空气动力学机制，揭示了编队飞行能减少11%的机械功率。
2026-07-23 physics.flu-dyn
Compressibility Driven Wake Transition and Hysteresis over Cargo Aircraft Aftbodies
Oklahoma State University（俄克拉荷马州立大学）；Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Air Force Research Lab（空军研究实验室）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
本研究通过壁面解析大涡模拟，揭示了可压缩性对运输机后体尾流转捩的影响，发现45°上反角后体在马赫0.5时存在涡对到宽分离湍流尾流的迟滞现象，两种状态拓扑由马赫数历史决定。
2026-08-18 physics.flu-dyn
Locally linear embedding for transient cylinder wakes
研究了圆柱尾流瞬变系综的降阶表示。局部线性嵌入识别一个二维流形，与新的快照数据的最大误差为1%。这种表示优于50维POD扩展从相同的数据，是不可用基于聚类的粗粒化类似的顺序。该流形解决了定常解、稳定性本征模、第一瞬态后POD模、中间涡脱落结构以及高次谐波。快照数据是由雷诺数为100的圆柱后面的二维尾流的直接数值模拟产生的。16个瞬态的初始条件开始于定常解附近，并收敛于周期涡脱落。许多振荡流可以被期望在二维或低维流形上表征，这些流形可以用局部线性嵌入来识别。这些流形具有未开发的预测，估计和控制潜力。
2019-06-18 physics.flu-dyn
Galerkin spectral estimation of vortex-dominated wake flows
提出一种结合降阶建模和谱本征正交分解的方法，无需时间分辨率即可从空间流场数据准确估计周期、准周期和宽带涡旋尾流的谱含量。
2023-07-27 physics.flu-dyn
Generation of an isolated vortex gust through a heaving and pitching foil
University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Brown University（布朗大学）
研究提出一种通过上下和俯仰运动的翼片生成孤立涡激波的方法，适用于数值模拟和实验，展示了涡激波生成的可控性和对涡翼相互作用的系统研究价值。
2026-03-22 physics.flu-dyn
Data-Driven Discovery of a New Ginzburg-Landau Reduced-Order Model for Vortex Shedding
针对圆柱周期性二维涡旋脱落，采用数据驱动方法发现新Landau变量，结合时滞嵌入与SINDy学习可解释的CGLE耦合实偏微分方程，构建局部同质与全局异质降阶模型并验证其有效性。
2024-11-13 physics.flu-dyn
Meandering dynamics of streamwise vortex pairs in afterbody wakes
上掠后体的尾流常以反向旋转的流向涡对为特征。这些涡的非定常动力学检查与时空分辨的大涡模拟数据集上的一个代表性的配置组成的一个圆柱体与上扫的基底表面。重点放在理解的曲折运动的涡对，包括涡核位移，频谱内容，稳定性机制和整体的秩行为。通过时间分辨涡度场的本征正交分解（POD）获得的前两个能量排列模式揭示了一对彼此相对垂直排列的涡偶极子。动态成功地映射到一个匹配的巴彻勒涡对的空间和时间的稳定性分析表明类似的偶极子结构与|m| =1椭圆模式对。这种短波椭圆不稳定性主导着曲折运动，由于轴向速度的应变在击穿中起着关键作用。不稳定模式的低频（Strouhal数StD =0.3，基于圆柱体直径）与LES中蜿蜒的谱分析一致。尾流的秩行为进行了检查;再现给定精度的流动所需的模态数在底部附近之外迅速减少。在下游两个直径之外，仅需要两个领先的POD模式来重建LES数据中的主要弯曲运动和空间结构，性能损失< 15%，而十个模式几乎完全恢复流场。这种低秩行为可能在构建用于控制目的的降阶模型方面有希望。
2020-12-31 math.DS physics.flu-dyn
Decomposition of wake dynamics in fluid-structure interaction via low-dimensional models
本文对层流和湍流条件下的流固耦合系统中的尾流进行了动力分解分析。特别感兴趣的是提供低维尾流特征及其相互作用动力学的意义，以维持在相对低的质量比的方柱体的自由振动。为了获得高维数据，我们采用了一个身体符合变分的流体-结构相互作用求解器的基础上最近开发的分区迭代格式和动态亚网格尺度湍流模型为中等雷诺数。采用本征正交分解（POD）将高维流固耦合模拟的快照数据投影到低维子空间。我们利用每一个相应的POD模式检测功能：涡街，剪切层和近尾泡。我们发现，涡脱落模式只对升力的贡献，而近尾流和剪切层模式起着主导作用的阻力。我们进一步研究了这种动力学行为的基本机制，并提出了通过低维近似的力分解技术。我们定量地确定了在尾-体同步过程中，剪切层向尾涡和近尾泡输送涡量通量。基于尾流动力学的分解，我们提出了一个相互作用周期的频率锁定在尾流-物体相互作用，它提供了高振幅运动和主导的尾流特征之间的相互关系。通过对临界雷诺数范围内尾流体同步的研究，我们发现钝体由于柔性引起的非定常性，可以发生同步的高幅振动。尾迹同步的相互作用周期被发现是有效的湍流尾迹流。
2018-06-01 physics.flu-dyn
Investigation of Wake Dynamics of a Slender Symmetric Trailing Edge Hydrofoil
NTNU — Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）
本研究通过LES与PIV结合，分析了零攻角下对称钝尾缘水翼的尾涡动力学，揭示了相干结构与涡街的关联，验证了尾涡建模对振动控制的适用性。
2026-01-29 physics.flu-dyn
Contribution of spanwise and cross-span vortices to the lift generation of low-aspect-ratio wings: Insights from force partitioning
本文研究了小展弦比矩形机翼上低雷诺数流动中涡诱导升力产生的机理。我们使用一个严格的力分割方法，它允许的压力引起的气动载荷的估计，由于不同的流动特征或涡结构的机翼周围的流动。这项工作的具体重点是区分展向和跨展向涡结构对压力诱导升力产生的影响。我们量化了由这些不同的涡流在机翼上引起的升力，并且还估计了它们在机翼周围和尾流中的流场的不同区域内的影响。通过改变机翼的展弦比和迎角，我们表明，在大多数情况下，展向涡的总升力的贡献小于跨展向涡。此外，近尾流中的展向涡量能够在机翼上产生净负升力，这可以通过分离和量化尾流中涡核和应变区的影响来解释。计算结果表明，力分配方法在分析涡主导流动的流动物理特性方面是有效的。
2022-11-21 physics.flu-dyn
Parametric Reduced-Order modeling and Closed-Loop Control of Tandem-Cylinder Wakes
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文提出一种闭环控制框架，用于抑制串联圆柱在共脱落 regime 中的涡街，通过参数化降阶模型和模型预测控制器实现低雷诺数下涡街的完全抑制。
2026-04-02 physics.flu-dyn
