Wall modeled large-eddy simulations of flow over the Sandia Axisymmetric Transonic Bump
该研究对桑迪亚轴对称跨音速凸包流动进行壁面模化大涡模拟，验证了模拟与实验的一致性，并强调了入流湍流边界层的重要性及平衡壁面模型在顺压区的分辨率限制，提出压力梯度修正以改善分离泡内摩擦系数预测。
2023-05-09 physics.flu-dyn
Optimal array of sand fences
沙栅栏在荒漠化地区广泛应用于防止土壤风蚀。沙栅栏还提供了一种减少灰尘颗粒排放率的方法，灰尘颗粒主要是由风吹沙粒对土壤的影响引发的，并影响地球的气候。多年来，人们设计了许多不同类型的栅栏，并研究了它们对泥沙输移动力学的影响。然而，寻找最佳的栅栏阵列在很大程度上仍然是一项经验性的任务。为了使用最少量的栅栏材料实现最大限度的土壤保护，需要对包括所有栅栏在内的待保护区域的地形上的水流剖面进行定量了解。在这里，我们使用计算流体动力学来计算通过栅栏阵列的平均湍流气流作为栅栏的孔隙率、间距和高度的函数。具体而言，我们调查的因素控制土壤面积的分数，超过基础平均风切变速度下降到阈值以下的沙运输时，围栏。我们引入了一个成本函数，由建造围栏所需的材料量给出。我们发现，对于典型的沙子移动的风速，最佳的栅栏高度（最小化这个成本函数）是大约$50\,$厘米，而使用栅栏的高度约$1.25\,$米导致最大的成本。
2017-02-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The generation and sustenance of electric fields in sandstorms
沙尘暴经常伴随着强烈电场和闪电的产生。在靠近地面的非常狭窄的区域中，沙粒经历电荷交换机制，由此较大的（分别为：更小）尺寸的砂粒变成正的（相应地，带负电荷的），然后被湍流流体运动夹带。我们的中心假设是，不同大小的沙粒得到差异运输的湍流导致大规模的电荷分离，因此大规模的电场。我们利用我们的模拟框架，包括大涡模拟的湍流大气边界层随着沙粒输送和静电泊松求解器，研究物理的电场在沙尘暴，从而确认我们的假设。我们利用模拟框架来研究电场在弱到强的沙尘暴，其特征是由沙粒的数密度。我们的模拟再现观测测量的平均值和RMS波动值的电场。我们提出了一个尺度律，其中的电场的规模为三分之二的权力的数量密度，适用于弱到中等的沙尘暴。
2020-01-30 astro-ph.EP physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effects of Coal Particles on Microbubble-Enhanced Bitumen Separation in the Concentrated Slurry Flow of Oil Sands Tailings
University of Alberta（阿尔伯塔大学）；Indian Institute of Technology Dharwad（达尔瓦德印度理工学院）
本研究通过实验和CFD模拟，发现煤颗粒降低沥青回收率，但联合H2O2产生的微泡可显著提升分离效率，为油砂尾矿处理提供新策略。
2025-10-11 physics.flu-dyn
Flow topology during multiplexed particle manipulation using a Stokes Trap
捕获和操纵小颗粒是许多科学和技术应用的基础。最近，多个小颗粒的精确操纵被证明使用斯托克斯阱，仅依赖于流体流动，而不需要光学或电场。主动流动控制在捕集过程中围绕悬浮颗粒产生复杂的流动拓扑，然而控制算法和流动结构之间的关系还没有很好地理解。在这项工作中，我们描述了使用斯托克斯陷阱对颗粒轨迹进行主动控制期间的流动拓扑结构。我们的研究结果表明，两个粒子的最优控制出乎意料地依赖于零或一个停滞点的流型，而不是使用两个不同的停滞点定位两个粒子。我们的特点的系统相对于控制目标函数中的参数的灵敏度，从而提供了一个系统的理解的捕获过程。总体而言，这些结果将是有用的指导应用涉及控制操纵的多个胶体颗粒和精确变形的软颗粒在定义的流场。
2019-08-05 physics.flu-dyn
Local Wind Regime Induced by Giant Linear Dunes: Comparison of ERA5-Land Reanalysis with Surface Measurements
沙丘的形成和发育是地形、风、沙相互作用的结果。虽然这些变量之间的反馈在一个单一的和相对较小的沙丘的规模进行了很好的研究，一个周期性的大规模沙丘模式对大气流动的平均影响仍然受到很大的限制，由于迫切缺乏数据在主要沙海。在这里，我们比较当地的地面风的ERA 5-土地气候再分析的预测在纳米比亚的四个地点，无论是内部和外部的纳米布沙海的巨大的线性沙丘领域。在沙海以北的沙漠平原上，观察结果和预测结果非常一致。白天沙海沙丘间地区也是如此。然而，在夜间，一个额外的风分量与巨大的沙丘方向一致的测量，与ERA 5-土地再分析预测的东风相反。对于给定的沙丘方向和测得的风况，我们将观测到的风偏差（超过50 \textdegree）与湍流大气边界层的日循环联系起来。在夜间，一个浅的边界层在巨大的沙丘上方引起流动限制，导致大的流动偏差，特别是对于较慢的东风。在白天，由于边界层较厚，风速较高，巨型沙丘对大气流动的反馈要弱得多。最后，我们建议，约束机制和相关的风偏转引起的巨型沙丘可以解释较小规模的次级沙丘，它在沙丘间地区的主要沙丘模式的倾斜伸长的发展。
2022-08-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Stochastic dynamics of particles trapped in turbulent flows
对两种非均匀剪切湍流中大颗粒的长时间动力学进行了实验研究。这两种流动都有一个共同的特征，即剪切区将两个相互碰撞的环流分开，但具有不同的空间对称性和时间行为。由于大颗粒是越来越不敏感的流动波动，因为它们的大小增加，我们观察到出现一个缓慢的动态对应于两个吸引子之间的来回运动，和一个超慢的制度与流动逆转时，他们存在同步。这样的动态基本上再现了一个过阻尼粒子被困在一个两阱势，被迫由色噪声的一维随机模型。还提出了一个扩展的模型，再现所观察到的动态和捕获没有潜在的障碍：关键成分是噪声相关性和粒子动力学的时间尺度之间的比率。与实验的总协议需要引入空间非均匀的波动和合适的约束强度。
2015-12-24 physics.flu-dyn
Trapping microswimmers in acoustic streaming flow
本研究通过理论流场模拟，揭示声流中活性粒子可横向迁移并被困于涡旋中心附近的有界轨道，被动粒子仅沿流线运动，并找到最大化聚集的流配置，为微游泳者操控与微流控芯片设计提供依据。
2025-04-24 physics.flu-dyn
Spectral Methods for Coastal-Trapped Waves and Instabilities in a Background Flow
本文提出一种基于谱方法的数值方法，用于求解背景流和复杂地形下的非静力沿岸陷波及不稳定性特征值问题，并在三个算例中验证了其可靠性，成功识别出东南格陵兰陆架模拟中的沿岸陷波。
2024-06-11 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of Taylor--Couette turbulence: the effect of sand grain roughness
粗糙度研究的进展，映射任何给定的粗糙度几何形状，其流体动力学行为，一直受到阻碍，缺乏准确和直接的测量表面摩擦阻力，特别是在开放系统。泰勒-库埃特（TC）系统的好处是一个封闭的系统，但其潜力的特点是不规则的，现实的，3-D粗糙度尚未被深入考虑。在这里，我们提出了直接数值模拟（DNSs）的TC湍流与沙粒粗糙度安装在内缸。对Scotti提出的模型（\textit{Phys. Fluids}，vol.18，031701，2006）进行了改进，以模拟单分散砂粒的随机粗糙表面，其特征在于等效砂粒高度$k_s$。泰勒数的范围从$Ta = 1.0\times 10^7$（对应于$Re_τ= 82$）到$Ta = 1.0\times 10^9$（$Re_τ= 635$）。我们专注于过渡粗糙政权的粗糙度高度$k_s^+$的影响，通过模拟TC与粗糙表面，从$k_s^+=5$到$k_s^+ = 92$，其中上标“$+$”表示无量纲粘性单位。我们发现，对数层的下移，由于过渡粗糙的沙粒表现出显着相似的行为的Nikuradse（\textit{VDI-Forschungsheft} 361，1933年）的数据的沙粒粗糙度在管流中，无论泰勒数依赖常数的对数层。
2018-12-05 physics.flu-dyn
Size-dependent particle migration and trapping in 3D microbubble streaming flows
声致动固着气泡可以用作操纵微粒、囊泡和细胞的工具。在这项工作中，使用声学驱动的无座半圆柱形微泡，我们实验证明，有限尺寸的微粒进行尺寸敏感的迁移和捕获在三维空间中的特定位置具有高的再现性。颗粒的轨迹成功地再现被动平流的颗粒在一个稳定的三维流场增强与体积排斥的限制边界。对于不同的颗粒尺寸，这种体积排阻机制导致三个制度的性质不同的迁移行为，建议应用程序的分离，捕获和分选的颗粒在三维空间。
2020-11-19 physics.flu-dyn
Enhancing the capture efficiency and homogeneity of single-layer flow-through trapping microfluidic devices using oblique hydrodynamic streams
本文研究单层微流控捕获器件中流动方向对捕获性能的影响，发现斜向流相比平行流能显著提高捕获均匀性，并通过实验和模拟给出定性解释。
2021-09-16 physics.flu-dyn
The probability distribution of a trapped Brownian particle in plane shear flows
本文研究了一个过阻尼布朗粒子被简谐势捕获并同时暴露于线性剪切流或平面Poiffille流中的统计性质。其概率分布是通过相应的Smoluchowski方程，这是线性剪切流解析求解。在一个平面Poiffille流的情况下，解析近似的分布得到的扰动分析，并证实了数值结果。有一个很好的协议之间的两种方法的参数范围很广。
2010-11-05 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Quantifying Sand Transport Sensitivity to Dune Shape: Field-Validated CFD with AirSketcher
本文提出AirSketcher现场验证CFD流程，通过图像自动检测沙丘轮廓并计算近地表流场，以速度三次方线积分作为输沙代理指标，量化不同沙丘形状对输沙的影响，发现顶部削减和背部削减分别使输沙减少17%和40%。
2025-09-23 physics.flu-dyn
Dynamics of a trapped Brownian particle in shear flows
本文研究了简谐势场中粒子的布朗运动，该势同时受到线性剪切流和平面Poiffille流的作用。在剪切平面的两个流的粒子的概率分布变得各向异性和动态变化的特征相比，在一个静态的流体中的被困粒子的方式。颗粒分布采取椭圆形或降落伞形状或两者的叠加，这取决于剪切平面中的平均颗粒位置。同时，在剪切平面内沿正交方向的颗粒涨落之间存在剪切诱导的互相关，它们在时间上是不对称的。在Poiffille流中，垂直于剪切平面中的流动方向的热粒子波动引起粒子的平均位置远离潜在最小值的移位。两个互补的方法，建议测量沿正交方向的粒子波动之间的剪切引起的互相关。
2010-04-21 physics.flu-dyn
Numerical insights from population balance model into the distribution of bitumen residues in industrial horizontal pipes during the hydrotransport of oil sands tailings
本研究采用耦合PBM的三维瞬态欧拉-欧拉CFD模拟，探究油砂尾矿水力输送管道内沥青残渣分布规律，验证模型准确性并揭示流速、沥青含量、气泡尺寸对分布的影响，为优化沥青回收工艺提供支撑。
2024-01-31 physics.flu-dyn
Particle-turbulence interaction in High-Reynolds-number Sand-laden Turbulent Boundary Layer
采用两相粒子图像/跟踪测速技术（PIV/PTV）对水平光滑平板上含颗粒湍流边界层（TBL）进行了同步测量。实验探索了相对较高雷诺数（Reτ=5500，基于摩擦速度uτ和边界层厚度δ）的大视场风沙TBL。随着四个高分辨率的CCD相机沿流动方向排列，这个实验可以解决广泛的频谱范围从小尺度的高能涡旋大尺度运动（LSMs）在TBL。离散相为中位粒径为203μm、体积分数为O（10-5）的稀相沙漠砂。提出了一种改进的相分离离散粒子匹配法用于两相流速度测量。本文的结果提供了有关稀浓度高惯性颗粒对壁面湍流影响的新信息，特别是在高Re下。沙粒的存在通过抑制近壁区的小尺度扫掠-喷射循环来衰减湍流脉动，且这种抑制作用随着颗粒浓度的增加而增强。发现临界层（y/δ=0.12或y+=670）将沙粒局部浓度和流向平均速度的流向演化分为空间发展的近壁区和准平行的外部区。此外，在这一层达到了沙粒的扫掠和喷射事件之间的强度和概率的平衡。这样一个关键层可能是一个很好的指标的上限的粒子跃移过程中，LSM被认为是发挥重要作用。
2018-11-16 physics.flu-dyn
Numerical Simulation of Power-Law Fluid Flow in a Trapezoidal Cavity using the Incompressible Finite-Difference Lattice Boltzmann Method
本研究采用IFDLBM结合坐标变换开展梯形腔幂律流体流动数值模拟，系统考察了Re、幂律指数n和竖直角θ对流动特性的影响，揭示了不同参数下涡结构演化及流态转变规律。
2023-06-13 physics.flu-dyn
Particle Dynamics and Rapid Trapping in Electro-Osmotic Flow Around a Sharp Microchannel Corner
在这里，我们研究了好奇的粒子动力学产生的电渗流周围的微通道交界处的角落，其电介质壁是弱极化。流体动力学速度场通过与微通道和颗粒表面的平衡zeta电位和非线性感应电荷电渗流相关联的线性无旋项的叠加而获得，所述非线性感应电荷电渗流源自于外部施加的电场对它在固液界面处感应的电荷云的相互作用。粒子动力学分析考虑介电泳力通过添加一个迁移率项的流场在斯托克斯阻力定律的限制。前一个非发散自由项负责颗粒向尖锐的微通道接合角迁移，在那里它们可能积聚。各种应用的电场和微粒尺寸的粒子捕获的实验观察合理化的介电泳力和诱导电荷的贡献，随着外部施加的电场的强度增加的全球速度场的增长的相对重要性。
2014-04-29 physics.flu-dyn
The Granule-In-Cell Method for Simulating Sand--Water Mixtures
本文提出胞内颗粒（GIC）方法，结合离散元与胞内粒子方法，将沙粒视为宏观输运流实现双向耦合，以保持体积一致性地模拟复杂沙水相互作用，并在溃坝实验中捕捉不同渗透程度下沙子的独特物理特性。
2025-09-22 cs.GR physics.flu-dyn
Optothermal Molecule Trap
热泳使分子沿温度梯度移动，通常是从热到冷。我们叠加流体流动与热泳分子流在良好定义的微流体条件下，通过荧光显微镜成像。在两种流动方向相反的区域，DNA被捕获并积累了16倍。预期有800倍的强蓄积，但捕获动力学缓慢。实验同样描述了一个三维和一维的分析模型。作为一个应用程序，我们展示了如何径向收敛的温度场限制短DNA到一个10微米的小斑点。
2006-06-14 physics.bio-ph physics.flu-dyn
The Evolution of Turbulence Producing Motions in the ABL Across a Natural Roughness Transition
本研究通过大涡模拟考察白沙国家公园沙丘场自然粗糙度过渡区ABL中IBL发展对输沙湍流的影响，发现IBL厚度决定湍流最大尺度并增强扫掠/喷射事件，为景观与ABL协同演化耦合提供机制。
2024-12-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Heavy particles in a persistent random flow with traps
本文研究了可压缩流体中重粒子的一维模型。流体速度场由一个持续的高斯随机函数建模，并假设粒子是弱惯性的。由于一维流体速度场总是可压缩的，该模型表现出空间捕获区域的颗粒往往积累。我们确定在这些陷阱附近的流体速度梯度的统计数据，并显示如何允许确定空间的李雅普诺夫指数和苛性形成率。我们比较我们的分析结果与模型的数值模拟，并探讨理论的有效性的限制。最后，我们讨论了高维系统的影响。
2019-08-05 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Can aerosols be trapped in open flows?
气溶胶在开放流中的命运与各种物理环境有关。以前的结果是一致的假设，这样的有限尺寸的颗粒总是逃脱开放的混沌平流。在这里，我们证明了不同的行为是可能的。我们分析了气溶胶的动力学在重力效应的存在和不存在下，以及流体粒子的动力学是双曲和非双曲的。永久捕获的气溶胶比平流流体重得多，显示发生在所有这些情况下。这种现象是由流动中的多个涡流的发生所决定的，并且预测会发生现实的颗粒-流体密度比。
2008-01-22 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Optical Trapping by Radiometric Flow
浸没在粘性流体中的微米大小的中性非电介质粒子可以被捕获在高斯光束的焦平面中。粒子可以从具有大的径向强度梯度的这种束吸收能量，导致相当大的温度梯度和辐射扭矩，该辐射扭矩使其围绕垂直于辐射能通量的轴快速旋转。粒子也被观察到围绕光轴的轨道。在这里，我们调查这个系统的基本物理，辐射粒子阱，并讨论其使用气体动力学理论的法律。
1998-12-13 cond-mat.soft physics.class-ph physics.flu-dyn
Microfluidics for Hydrodynamics Investigations of Sand Dollar Larvae
本研究结合微流控与荧光显微镜构建微型PIV，研究沙钱幼虫纤毛水动力学，发现纤毛速度（佩克莱数30-60）有助于克服扩散边界层，实现高效氧气运输。
2023-12-29 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.QM
