Piezoelectric coupling in energy-harvesting fluttering flexible plates : linear stability analysis and conversion efficiency
本文利用压电材料研究了轴向流场中板的颤振所获得的能量。推导了流固耦合系统和电耦合系统的线性动力学方程。当板的变形特征长度比压电片的长度大时，考虑了连续极限。耦合系统的线性稳定性分析，从局部和全局的角度来看。压电能量收集增加了柔性板的运动的刚度和阻尼，并且对于在介质中传播的负能量波观察到耗散的不稳定。这一结果在有限长板颤振模态的全局分析中得到了证实。最后观察到，波或模式不稳定的压电耦合最大化的能量转换效率。
2011-04-19 physics.flu-dyn
Shape Deformation and Drag Variation of a Coupled Rigid-flexible System in a Flowing Soap Film
实验研究了带有封闭细丝的刚性平板绕流问题。研究了由于其可变形的形状和相应的动力学引起的复杂的流固耦合问题。我们发现后体的形状是由细丝长度和气流速度决定的。通过调节长丝长度，可实现高达9.0%的显著减阻。通过描述可变形后体的形状和尾流特性，分析了阻力机制。我们的实验和模型表明，这种有利的流动控制和阻力减少预计会发生在一个特定的流速制度时，适当地添加柔性后体。
2020-01-30 physics.flu-dyn
Transient Dynamics of Elastic Hele-Shaw Cell Due to External Forces with Application to Impulse Mitigation
本文研究了刚性表面与平行弹性板之间窄缝中粘性液体的瞬态动力学。弹性板由于外部施加的时变压力场而变形。我们模拟流场通过润滑近似，和板变形的Kirchhoff-Love板理论。我们获得了一个自相似的解决方案的情况下，外部点力作用在弹性板。推导了施加外力前后的压力场和变形场，并给出了封闭形式的表达式。我们研究一个均匀的外部压力作用在弹性板上的有限区域内，并在有限的时间内，类似于粘弹性相互作用的时间尺度。弹性和粘度之间的相互作用示出，以减少由数量级的Hele-Shaw细胞内的压力相比，外部施加的压力，从而表明这种配置可用于减轻影响。
2017-05-15 physics.flu-dyn
Buckling of a monolayer of plate-like particles trapped at a fluid-fluid interface
本研究通过实验和理论模型探讨了流体界面处板状颗粒单层在单轴压缩下的屈曲力学，发现其屈曲波长与颗粒尺寸同阶，区别于球形颗粒，并提出了表面压力模型及弯曲刚度分析，为2D纳米材料界面流变与屈曲动力学建模提供依据。
2023-07-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamic interactions between an aerodynamic flow and a flexible flat plate
本研究通过高保真流固耦合模拟，探究柔性平板与涡脱落气动流的动态相互作用，发现流动诱发不稳定性引发结构运动，并依据模态动力学划分不同耦合状态。
2024-11-05 physics.flu-dyn
Effect of floating flexible plate on the dynamics of flow over a mild-slope
本文研究了重力驱动下沿斜面流动的流体动力学不稳定性，其中在流动的顶面上放置了一个浮动的弹性板。线性不稳定性的系统相对于无穷小的干扰被捕获使用正常模式分析。利用长波近似和小膜厚比，得到了不稳定的临界条件。进一步，利用弱非线性稳定性分析方法分析了非线性发展方程的分支。推导了扰动流的Orr-Sommerfeld方程组，并采用谱配置法进行了数值求解。描绘了一系列无量纲流动参数的边际稳定性曲线和不稳定波的时间增长的行为。此外，还计算和分析了各种结构和流动构型下的表面压力和剪应力。研究表明，关键的结构参数，如刚度和单位长度的质量起着至关重要的作用，抑制和促进不稳定的表面波的流动。数值结果表明，弹性浮板有助于稳定表面流场，并对高振幅波起到阻尼作用。
2020-03-14 physics.flu-dyn
Global stability of rigid-body-motion fluid-structure-interaction problems
在欧拉框架下对刚体运动问题的线性流固耦合方程进行了严格的推导和验证。我们证明了Fanion等人（2000）公式中的附加刚度项在一阶近似下在FSI界面处消失。几个数值试验与刚体运动进行比较的线性和非线性方程的时间演化时，底部流是由相同的小振幅扰动的显示推导的公式的有效性。在所有情况下，不稳定性的增长率和角频率都在$0.1\%$精度范围内匹配。推导的公式被用来研究对称破缺现象的旋转圆柱与附加分裂板。结果表明，对称性破缺的发生可以用流固耦合系统零频率线性不稳定模态的存在来解释。最后，研究了振动圆柱的最小稳定特征值的结构灵敏度，发现当流体和结构频率接近共振时，最小稳定特征值的结构灵敏度发生显著变化。
2019-10-21 physics.flu-dyn
Aerodynamic noise from rigid trailing edges with finite porous extensions
本文研究了有限的平板多孔扩展到半无限的不可渗透平板的效果，试图通过生物启发的适应来控制后缘噪声。特别考虑了均匀平均定常流中阵风对流产生的声在后缘和可渗透-不可渗透交界处的散射问题。该设置假设，任何实际的后缘适应叶片将足够小，以便湍流边界层封装多孔边缘和渗透-不渗透交界处，因此，在这两个不连续边界处产生的声学相互作用是重要的。声学问题是通过使用Wiener-Hopf方法解析解决的。一个二维矩阵Wiener-Hopf问题出现，由于两个相互作用点（后缘和渗透-不渗透交界处）。本文讨论了一种新的迭代方法求解这个矩阵Wiener-Hopf方程，它扩展到进一步的二维问题，特别是那些涉及的解析项，指数增长的上半平面或下半平面。该方法是常用的“极点去除”技术的扩展，避免了对全矩阵分解的需要。这种迭代方法的收敛到一个精确的解决方案被证明是特别快时，在第二步中被忽略的条款正式小于所有其他条款保留。最后的声学解决方案突出的渗透性，不可渗透的交界处所产生的噪声的影响，特别是如何影响高频阵风产生的远场噪声，通过创建一个干扰典型的后缘散射。当与完全不可渗透板相比时，这种效应导致部分多孔板预测比完全多孔板更低的降噪。
2017-12-04 math.AP physics.app-ph physics.flu-dyn
Liquid meniscus friction on a wet plate: Bubbles, lamellae and foams
许多微流体装置、涂覆工艺或两相流涉及液体弯月面在湿壁上的运动。该运动引起特定的粘性力，其在弯月面速度中表现出非线性依赖性。我们提出了一个简单的界面性质的理论和实验工作，对这种粘性力。界面实际上被假定为完全可压缩（移动界面）或完全不可压缩（刚性界面）。我们表明，在第二种情况下，由壁对弯月面施加的粘性力是两个幂律的组合，缩放像$Ca^{1/3}$和$Ca^{2/3}$，与$Ca$的毛细管数。我们提供了一个预测的应力施加在湿固体上的泡沫滑动，并将其与实验数据进行比较，对于不可压缩的情况。
2013-05-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Excess shear force exerted on oscillating plate due to a nearby particle
本文从理论上研究了在无限大水平面上存在刚性悬浮颗粒时，该平面上的剪切力在横向快速振荡时的作用。这项研究主要是由石英晶体微天平（QCM-D）技术，它依赖于分析响应（复阻抗）的快速振荡（在MHz范围内）的石英晶体盘在液体介质中，由于在其表面吸附的小物质。事实上，悬浮在振荡晶体附近的液体介质中的小物质也可能有助于阻抗，因为它们改变了悬浮液体施加在石英晶体上的局部剪切力。对于一个稀悬浮液的贡献的单个颗粒是添加剂，因此，我们的分析是有限的，由于一个单一的球形颗粒位于任意距离以上的平面上的过剩剪切力。三种不同的情况被认为是：（i）高固体惯性的极限情况下，而重粒子可以被认为是固定的;（ii）任意质量的自由悬浮粒子，进行流体介导的时间周期性旋转和平移和（iii）吸附粒子移动与板作为一个整体，而不旋转。对于小振幅平面振荡，非定常Stokes流动方程适用。我们使用反射的方法构造这些方程的级数解，而其项被显式地写出。由于离开振荡板的流动的指数衰减，仅包含少量低阶项的截断序列显示出与严格的数值结果对于宽范围的颗粒尺寸和分离距离的极好的一致性。目前的研究结果支持的概念，悬浮的小物质的流体动力学的贡献，测量阻抗是不可忽略的，甚至占主导地位。
2022-10-19 physics.flu-dyn
Symmetry and plate-like convection in fluids with temperature-dependent viscosity
我们探讨的不稳定性发展的流体中的粘度取决于温度。特别是，我们认为一个依赖模型非常粘（因此，而刚性）岩石圈对流地幔。为此，我们研究了一个二维对流问题，其中粘度取决于温度突然改变其值的一个因素400内的一个狭窄的温度差距。我们进行了一项研究，结合分叉分析和时间相关的模拟。解决方案，如极限环发现，从根本上与对称性的存在。自发的板状行为，迅速演变成一个停滞的盖政权出现零星通过突然爆发在这些周期。板块状的演变交替运动向左或向右，从而引入暂时的不对称对流风格。进一步的时间依赖性制度与停滞和板状盖子被发现和描述。
2014-02-12 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Flow-Induced Deformation of a Flexible Thin Structure as Manifestation of Heat Transfer Enhancement
薄结构的流动诱导变形与对流热传递耦合在能量收集中具有潜在的应用，并且对于理解几个生物系统的功能是重要的。我们用数值方法证明了大尺度流动诱导变形是一种有效的被动强化传热技术。内部，强耦合的流体-结构相互作用（FSI）求解器，其中流动和结构求解器的基础上尖锐的界面浸没边界和有限元法，分别。在目前的工作中，我们验证对流传热模块的内部流固耦合求解器对几个基准的传导和对流传热的例子，包括移动结构边界。研究了刚性圆柱背风面弹性薄板在加热通道层流中流动诱导变形的热增强效应，并对其进行了定量分析。我们发现，过去的板尾涡扫通道壁上产生的高的涡源进入高速区域，促进流体的混合。板的自持运动有助于对流混合，增强本体和壁附近的对流，从而减小热边界层厚度以及提高通道壁处的努塞尔数。我们量化的热改善相对于通道流没有任何钝体和分析的作用的雷诺数，普朗特数和材料性能的板在热增强。
2015-01-08 physics.flu-dyn
Droplet impact onto a spring-supported plate: analysis and simulations
液滴在柔性基底上的高速冲击是具有实际重要性的高度非线性过程，其在流体-结构相互作用的背景下提出了强大的建模挑战。我们提出了两种方法，旨在调查规范系统的液滴撞击到刚性板支持的弹簧和阻尼器：匹配渐近展开和直接数值模拟（DNS）。在前者中，我们推导出一个概括的无粘瓦格纳理论近似的流动行为在早期阶段的影响。在后者中，我们执行了详细的DNS，旨在验证分析框架，并提供了对所提出的数学模型无法达到的后期的洞察。从这两种方法中，我们观察到强烈的影响，板的质量，阻尼器的电阻和弹簧的刚度对固体的运动，经历强迫阻尼振荡。此外，我们研究如何板运动影响的液滴的动力学，主要是通过改变其内部的流体动力学压力分布。我们建立在这些技术之间的相互作用，证明了一种混合的方法，导致改进的模型和计算的发展，以及结果的解释，在多个长度和时间尺度。
2020-09-21 math.AP physics.flu-dyn
Impact of a floating flexible plate on the stability of double-layered falling flow
本文研究了顶面带有漂浮柔性板的双层降膜流动稳定性，通过数值求解广义Orr-Sommerfeld特征值问题识别出四种线性稳定性模态，发现柔性板在有限波数区影响显著，提高其刚度可抑制低波数区的不稳定性。
2023-05-17 physics.flu-dyn
A critical-layer instability of structural acoustic wall modes in a two-flexible-plate channel with Poiseuille flow: closed-form low-Mach corrections and parity-protected absorption
Birla Institute of Technology and Science Pilani（比拉理工学院皮拉尼校区）
本文研究带泊肃叶流动的双柔性板通道中结构声壁模的临界层不稳定性，推导闭式低马赫数修正，发现对称模式为对流不稳定、反对称模式受宇称保护不被吸收，该不稳定性与托尔明-施利希廷等机制不同。
2026-10-09 physics.flu-dyn
Hydrodynamic fluctuation-induced forces in confined fluids
我们研究热，波动引起的流体动力相互作用力在一个经典的，可压缩的，粘性流体限制在两个刚性，平面壁与无滑移边界条件。我们使用线性化的随机Navier-Stokes形式的Landau和Lifshitz计算流体动力学波动。在这个系统中，作用在流体边界上的平均波动引起的力为零，因此我们评估了两点，时间相关的力的相关性。作用在单个壁上的力的等时关联函数给出了力的方差，我们证明了力的方差是有限的，并且在大的板间距离处与板分离无关。另一方面，等时间，跨板力的相关性，衰减与板间距离的倒数，是独立的流体粘度在大的距离，它原来是负的，在整个范围内的板分离，表明两个边界板进行反相相关。我们发现，随时间变化的力的相关性表现出阻尼的时间振荡小的板分离和更不规则的振荡行为在大的分离。这里报告的长程水动力相关性代表了“二次卡西米尔效应”，因为平均波动诱导力，这代表了主要的卡西米尔效应，是缺席的。
2015-12-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A new engineering theory describing oblique free surface impact by flexible plates
本文针对柔性板斜向入水砰击问题，利用隐式分区流固耦合模拟揭示冲击力与变形机制，并提出一种新的简化工程理论。
2021-11-02 cs.CE cs.NA math.NA
Elasto-capillary adhesion: The effect of deformability on adhesion strength and detachment
我们研究了毛细力和变形之间的相互作用的可变形的毛细粘合剂的上下文中：夹紧，紧张的膜粘附到刚性基板的液滴的表面张力。我们发现，这种弹性毛细粘合剂的平衡粘附力显着增强相比，刚性板之间的毛细粘附。特别地，当膜充分变形以接触基底时，平衡粘附力大几个数量级。然而，从动态的角度来看，流体填充的凹坑的形成减慢了这种接触的方式，并且意味着只有在粘附保持最短时间的情况下才能实现稳定的附着。包含可变膜张力（作为修改可变形性的手段）对系统提供了额外的控制，允许探索新的分离策略。
2019-02-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
