An incompressible Eulerian method for fluid-structure interaction with mixed soft and rigid solids
我们提出了一个通用的不可压缩流体-结构相互作用的模拟方法，在一个完全欧拉框架使用参考映射技术（RMT）。该方法适用于对一个或多个刚性或有限变形对象或具有与流体相互作用以及彼此相互作用的刚性组件的软对象进行建模。它也被扩展到控制流体中结构的运动学。该模型是基于我们以前的欧拉流体-软求解器，并推广到刚性结构的约束变形率张量的投影框架。几个数值例子来说明该方法的能力。
2021-11-18 physics.flu-dyn
Exact Solutions for the Fluid Impulse for Incompressible and Compressible Flows
Kuz'min [1]和Oseledets [2]考虑了Euler（和Navier-Stokes）方程的冲量公式，不同的冲量公式由各种规范变换产生（Russo和Smereka[3]）。Tur和Yanovsky [4]和Shivamoggi [5]考虑了将Kuz'min-Oseledets公式推广到可压缩正压情况。本文构造了不可压缩和可压缩正压流的流体脉冲密度的精确解，并讨论了它们的物理意义。
2019-07-22 physics.flu-dyn
Numerical schemes for the coupling of compressible and incompressible fluids in several space dimensions
本文提出了一种求解一个可压缩相和一个不可压缩相的不混溶两相流的数值方法。特别强调的是在可压缩和不可压缩的欧拉方程的耦合策略来模拟无粘液-汽流动的讨论。为了进一步减少计算量，我们还引入了两种近似耦合策略。将所得格式与完全可压缩格式进行了数值比较，结果表明，该格式与标准算法在较低的数值代价下具有良好的一致性。
2015-12-09 physics.flu-dyn
Acoustic modes of rapidly rotating ellipsoids subject to centrifugal gravity
旋转流体填充腔的声学模式可用于确定流体的有效旋转速率（因为共振频率被流动修改）。为了准确起见，这种方法需要旋转流体中的声学模式的先验知识。与科里奥利力相反，离心引力在实验中受到的关注要少得多。受旋转椭圆体中正在进行的实验的启发，我们研究了全球旋转和浮力如何改变等温（或等熵）流体静力平衡中充满流体的椭圆体的声学模式。我们超越了标准的声学方程，它忽略了固体旋转和重力，推导出一个精确的声波速度波动方程。然后，我们解决了波的问题，使用多项式谱方法在椭球体，这是比较原始的流体动力学方程的有限元解。我们表明，离心加速度有可测量的影响时的声频$M_Ω\gtrsim 0.3$，其中$M_Ω$是旋转的马赫数定义为比率的声波和旋转的时间尺度。通过用高度可压缩气体（例如SF $_6$或C $_4$ F $_8$）替换空气，在几十Hz下旋转的实验可以达到这样的状态。
2021-08-31 physics.flu-dyn
Second harmonic generation and vortex shedding by a dipole-quadrupole and a quadrupole-octupole swimmer in a viscous incompressible fluid
涡脱落的游泳球在粘性不可压缩流体的表面调制的特点是由一个叠加的偶极和四极，以及四极和八极位移，随时间变化的谐波研究。随时间变化的游泳速度和流速计算的表面调制的振幅的二阶为两个模型。这些模型对于讨论鸟类的飞行也是有用的。
2019-03-28 physics.flu-dyn
On the initial conditions of the 1-point PDF for incompressible
Navier-Stokes fluids
流体动力学的一个方面在于寻找由不可压缩纳维-斯托克斯方程（INSEE）的经典解描述的纳维-斯托克斯（NS）流体的可能的统计模型。这特别是指基于所谓的逆动力学理论（IKT）的统计模型。这种方法允许通过合适的1点速度概率密度函数（PDF）来描述流体系统，该1点速度概率密度函数（PDF）根据合适的“矩”来确定定义流体状态的流体场的完整集合。一个基本的相关问题在于初始PDF的独特构造问题。本文的目的是提出一种NS流体的解决方案。我们的主张是，初始PDF可以通过施加一组合适的物理可实现性约束来唯一确定。
2010-03-07 physics.flu-dyn
Unique representation of an inverse-kinetic theory for incompressible Newtonian fluids
不可压缩纳维-斯托克斯方程的逆动力学理论的基本方面[Ellero和Tessarotto，2004，2005]包括唯一定义这种模型下的动力学方程的可能性，此外，还包含能量方程的动力学理论的构建。后者的条件是一致的要求，流体场的结果的流体方程的经典解。这些问题似乎潜在的相关性，无论是从数学的观点和物理解释的理论。本文的目的是证明在适当的条件下，逆动力学理论可以满足这样的要求。
2006-02-21 physics.flu-dyn
Sub-Riemannian geometry applied to incompressible, inviscid fluids
流体动力学的一个领域涉及对变分原理的研究。到目前为止，哈密顿观点和黎曼几何已经被应用于寻找流体力学系统的测地线。与黎曼几何相比，亚黎曼几何可以应用于搜索受约束系统的测地线，例如涡流，其中涡流运动受到由涡流相关守恒律表示的旋转的限制。不可压缩、无粘流体动力学的Nambu公式为二维和三维流体提供了一个幂零李代数，称为涡-海森堡代数，这使得应用亚黎曼几何变得很自然。作为第一种方法，我们考虑离散模型。二维不可压缩、无粘离散点涡的涡测地线是一种已知的特殊点涡星座，即平衡点涡。我们还概述了三维涡流测地线的推导概念。
2022-03-06 physics.flu-dyn
Blowing-up solutions of the axisymmetric Euler equations for an incompressible fluid
1934年的一份文件由勒雷提出的问题的规律性的解决方案的动力方程的不可压缩无粘流体光滑的初始数据。因为已经有很多尝试来回答这个问题。勒雷研究了自相似解在有限时间内在一个确定的时空位置上变得奇异的可能性。我们重新审视这个问题，根据一个彻底的分析方程的自相似的解决方案，在轴对称几何形状的依赖对数的时间，除了一个由于自相似变量的转换。
2019-01-27 physics.flu-dyn
Coaxial collisions of a vortex ring and a sphere in an inviscid incompressible fluid
本文从欧拉运动方程出发，研究了在无粘不可压流体中圆形薄涡环和沿涡环对称轴运动的球体的动力学问题。涡环的位置和半径的运动方程和球的位置和速度的运动方程通过流体动力学相互作用耦合。方程被转换成哈密顿形式，由此可见总能量和动量守恒。四个哈密顿运动方程数值求解各种初始条件。
2017-03-21 physics.flu-dyn
Steady-state two-phase flow of compressible and incompressible fluids in a capillary tube of varying radius
本文研究了稳态条件下变半径毛细管内可压缩流体和不可压缩流体的不混溶两相流动。不可压缩流体是牛顿流体，可压缩流体是无粘理想气体。与两种流体之间的界面相关联的表面张力引入了由于管半径的变化而沿着管变化的毛细力。由于毛细管力和可压缩性的影响之间的相互作用，在一组属性，是不同于不可压缩的两相流。当流体朝向出口移动时，可压缩流体的气泡由于压力降低而体积增大。可压缩气泡的体积增长使得出口处的体积流率高于入口处的体积流率。增长不仅是管两端压降的函数，而且是环境压力的函数。此外，毛细力产生有效阈值，低于该阈值则没有流动。在阈值以上，系统显示出流速和有效压降之间的弱非线性，其中非线性还取决于管两端的绝对压强。
2022-07-21 physics.flu-dyn
An H-theorem for incompressible fluids
基于逆动力学方法的不可压缩流体动力学描述的一个基本方面是满足H定理的可能性。这一性质实际上与在适当的相空间中用概率密度识别动力学分布函数有关。本研究的目的是分析最近由Ellero和Tessarotto [2004，2005]提出的逆动力学理论的H-定理的有效性条件。它被发现，依赖于时间的贡献的动力学压力，这种动力学模型的特点，总是可以唯一地定义在这样一种方式，以保证恒定的熵。
2006-02-20 physics.flu-dyn
Surface Forces on a Deforming Ellipsoid in Shear Flow
我们提出了一个模型，用于计算在简单剪切流中的流体椭球体上的表面力密度，我们通过耦合现有的模型的形状的流体液滴和固体椭球体上的表面力密度。这种耦合的主要贡献是开发了一种方法来计算作用在与椭球相交的平面上的力，我们称之为破碎力。该模型可用于模拟剪切流中液滴和胶体聚集体的运动、形状、表面力密度和破碎。
2016-10-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Acoustic and inertial modes in planetary-like rotating ellipsoids
旋转的充满流体的椭球体的有界振荡可以提供物理洞察变形行星内部的流动动力学。由科里奥利力维持的惯性模式在快速旋转的流体中普遍存在，并且Vantieghem（2014，Proc. R. Soc. A，470，20140093，doi：10.1098/rspa.2014.0093）开创了一种在不可压缩流体椭圆体中计算它们的方法。然而，考虑到密度（和压力）的变化是需要精确的行星应用，这在很大程度上被忽略了椭球模型。为了超越不可压缩的理论，我们提出了一个在刚性无芯椭球的Galerkin方法，基于一个整体的多项式描述。我们应用该方法来研究完全可压缩，旋转和无扩散流体的正常模式。我们考虑一个理想化的模型，它公平地再现了地球的液体核心和类星体的气体行星的密度变化。我们成功地对标准的有限元计算结果进行基准测试。值得注意的是，我们发现，准地转惯性模式可以显着修改的压缩性，即使在中等可压缩的内部。最后，我们讨论了使用正常模式建立简化的动力学模型的行星流。
2021-08-31 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Effective surface shear viscosity of an incompressible particle-laden fluid interface
如果剪切速率足够小，在受剪切作用的含颗粒流体界面处即使存在少量的表面活性剂也会使表面流不可压缩[T。M. Fischer等人，J.Fluid Mech.558，451（2006）]。本文计算了分离两种不混溶流体的平坦、低浓度、含颗粒的不可压缩界面的有效表面剪切粘度。结果发现，得到的值是7.6%，大于没有考虑表面不可压缩性得到的值。
2014-03-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Simulating dynamics of ellipsoidal particles using lattice Boltzmann method
本文提出一种基于格子玻尔兹曼方法和四元数隐式更新方案的椭球颗粒-流体耦合模拟算法，并通过平动、漂移、Jeffrey轨道及微型游泳者自推进等算例验证了其准确性与鲁棒性。
2024-05-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Generic equations for long gravity waves in incompressible fluid with finite amplitude
本文基于Euler方程和动压定义推导了不可压缩流体中有限振幅长重力波的通用方程，给出耗散效应的充分必要条件，并求得准周期解与孤立波解，提升了长重力波理论的精度。
2024-11-16 nlin.PS physics.flu-dyn
Lagrangian dynamics of incompressible thermofluids
流体动力学的一个关键方面是正确定义的\textit{% phase-space}拉格朗日动力学的特点是任意流体元素的不可压缩流体。除了是一个未解决的理论问题的根本重要性，这个问题是相关的展示流体动力学和经典动力学系统之间的联系不可压缩和非等温流体，通常建立在：a）一个\textit{configuration-space}拉格朗日描述的流体元素的动力学; b）一个动力学描述的分子动力学，基于离散表示的流体。本文的目的是表明，精确的拉格朗日动力学可以建立在不可压缩流体的逆动力学理论（IKT）的基础上最近指出（\textit{et al.}，2004-2006，\cite{Ellero2004}）。该结果是通过采用基于流体的\textit{restricted phase-space representation}的IKT方法得到的，其中位形空间与物理流体域一致。该结果在应用流体动力学和计算流体力学中具有潜在的重要意义。
2008-06-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A unified algorithm for interfacial flows with incompressible and compressible fluids
界面两相流的大多数可用的数值算法要么将两个流体相视为不可压缩（恒定密度），要么将两个相视为可压缩（可变密度）。这对许多两相流（例如亚音速燃料喷射）的预测提出了限制，因为由于液体的非常刚性的压力-密度-温度耦合，将两相都视为可压缩的在计算上昂贵。一个框架的能力，治疗一个阶段的可压缩和其他阶段的不可压缩的，因此，有一个显着的潜力，以提高计算性能，仍然捕捉所有重要的物理机制。我们提出了一种数值算法，可以模拟界面流在所有马赫数制度，范围从$M=0$到$M > 1$，包括界面流中的可压缩和不可压缩流体相互作用，在同一个压力为基础的框架和保守的有限体积离散。对于只有不可压缩流体或只有可压缩流体的界面流，建议的基于压力的算法和有限体积离散化减少到数值框架，已经在文献中提出。典型的算例被用来验证所提出的算法，包括混合的可压缩-不可压缩界面流与声波，冲击波和稀疏风扇。
2022-01-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Exact pressure evolution equation for incompressible fluids
计算流体动力学的一个重要方面是确定等温不可压缩流体中的流体压力。特别地，这涉及用于流体压力的精确演化方程的构造，其取代泊松方程并产生作为泊松求解器的算法，即，它允许时间提前完全相同的流体压力\textit{without solving the Poisson equation} %。实际上，不可压纳维-斯托克斯方程是双曲型和椭圆型偏微分方程的混合，无论是解析还是数值研究都非常困难。在本文中，我们打算表明，这个问题的精确解可以实现采用的方法的基础上逆动力学理论（IKT）最近开发的不可压缩流体的Ellero和Tessarotto（2004-2007）。特别是，我们打算证明，流体场的演化可以通过一个合适的动力系统来实现，被识别与所谓的Navier-Stokes（NS）动力系统。结果发现，流体压力服从一个定义明确的演化方程。这一结果似乎与流体动力学的拉格朗日方法的建立有关。
2008-06-30 physics.class-ph physics.flu-dyn
Analytical Solution For Navier-Stokes Equations In Two Dimensions For Laminar Incompressible Flow
将求解描述不可压缩流体的层流的纳维-斯托克斯方程。导出了层流不可压缩流体纳维-斯托克斯方程的不同通解组。
2006-09-21 physics.class-ph physics.flu-dyn
Driven spheres, ellipsoids and rods in explicitly modeled polymer solutions
了解复杂流体中驱动纳米和微米颗粒的传输与许多生物和技术应用相关。在这里，我们进行流体动力学多粒子碰撞动力学模拟的球形和细长的颗粒驱动通过聚合物流体含有不同浓度的聚合物。我们确定的平均粒子速度大于预期的斯托克斯定律的所有颗粒形状和聚合物密度。此外，我们还测量了流体流场和颗粒周围的局部聚合物密度和聚合物构象。我们发现，聚合物耗尽区域接近的颗粒负责的表观切向滑移速度占测得的流场和运输速度。一个简单的两层流体模型给出了一个很好的匹配的模拟结果。
2019-01-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the classification of incompressible fluids and a mathematical analysis of the equations that govern their motion
在本文的第一部分中，我们提供了一个新的分类不可压缩流体的速度梯度和柯西应力之间的连续单调关系的特点。所考虑的类包括欧拉流体，Navier-Stokes流体，经典幂律流体以及应力幂律流体，以及它们的各种概括，包括我们称为激活流体的流体，即在激活之前表现为欧拉流体的流体，一旦激活发生，表现为粘性流体。我们还提出了一个分类有关的边界条件，被视为本构关系的边界。在本文的第二部分中，我们开发了一个强大的数学理论，激活欧拉流体与不同类型的边界条件，从无滑移到自由滑移，包括Navier的滑移以及粘滑。本文分析了这类流体在三维区域内的定常和非定常流动。
2019-09-13 math.AP physics.flu-dyn
Existence of Weak Solutions for a Diffuse Interface Model for Two-Phase Flows of Incompressible Fluids with Different Densities
证明了二维和三维空间中两种粘性不可压缩牛顿流体在有界区域内流动的扩散界面模型的弱解的存在性。与以前的工作相比，我们研究了Abels，Garcke和Grün最近开发的一种新模型，用于具有不同密度的流体，这导致了螺线管速度场。该模型是由一个非均匀的Navier-Stokes系统与修改后的对流项耦合到Cahn-Hilliard系统。混合物的密度取决于序参量。
2012-09-19 math.AP physics.flu-dyn
A lattice Boltzmann method for binary fluids based on mass-conserved quasi-incompressible phase-field theory
在本文中，基于准不可压缩相场模型[J.Shen et al，Comm.Comp.Phys.13，1045（2013）]，提出了用于二元流体的晶格玻尔兹曼方程（LBE）模型。与其他基于不可压相场论的不可压LBE模型相比，准不可压模型具有局部质量守恒的特点。通过一系列数值模拟验证了该模型的有效性，并与不可压LBE模型[H. Liang等人，Phys.Rev.E89，053320（2014）]。结果表明，该模型能准确地跟踪界面，在化学势分布均匀的情况下，准不可压模型和不可压模型的预测结果定性一致，在化学势分布不均匀的情况下，两者的预测结果相差较大。
2015-10-14 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Thermodynamic inadmissibility of the incompressible hydrodynamics description of turbulent stratified fluid flows at low Mach numbers
不可压缩的纳维-斯托克斯方程是目前描述低马赫数下分层湍流流动的主要模型。然而，不可压缩假设的有效性迄今为止仅严格地建立在绝热运动上。在这里，我们从第一原理表明，将可用的能量学和热力学考虑应用于与分层剪切流不稳定性有关的湍流混合事件，这一结果反驳了当非绝热不可逆效应很重要时不可压缩假设也是有效的这一普遍观点。主要结果是动力学和热力学在分层湍流中是强耦合的。这与目前公认的观点大相径庭，需要对低马赫数时控制分层紊流的物理过程进行全面的重新研究。
2007-11-19 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Precession-driven flows in stress-free ellipsoids
出于对行星流体层中旋转湍流的建模，我们研究了无应力边界条件（SF-BC）下椭球体中的进动驱动流。SF-BC确实可以解开与无滑移边界条件（NS-BC）相关的数值约束，但也与一些天体物理应用相关。尽管SF-BC已经被用于Lorenzani和Tilgner的开创性工作（J. Fluid Mech.，2003年，第492页。363- 379），由于发现了一些与角动量守恒有关的特定数学问题，它们几乎没有被使用。我们重新审视的问题，在低粘度制度，这是验证与数值模拟的渐近分析。首先，我们扩展了简化模型的均匀涡度流椭球占SF-BC。我们表明，长期演化的角动量的粘度在三轴几何形状的影响，但也在轴对称椭球体时，流体的平均旋转轴是不对称轴。在一个政权有关的行星，我们解析地获得三轴几何形状，表现出第二无粘共振的主要强迫流。然后，我们研究了旋进椭球中存在的体不稳定性。我们表明，使用SF-BC将是有用的，以探索非粘性不稳定性（例如，Kerswell，地球物理学。占星术。流体动力学，1993年，第72页。107-144），这可能与行星应用有关，但在NS-BC的实验或模拟中经常受到阻碍。
2023-01-09 physics.flu-dyn physics.geo-ph
An exact pressure evolution equation for the incompressible Navier-Stokes equations
在本文中，在不可压缩流体中的流体压力的确定的问题是解决，特别是参考搜索的算法，允许提前的流体压力，而实际上没有解决数值的泊松方程。基于最近提出的求解不可压纳维-斯托克斯方程的逆动力学方法，我们试图证明可以得到一个精确的发展方程，它使流体压力在时间上自洽地向前推进。新方程易于在拉格朗日CFD模拟代码中数值实现。
2006-12-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Stochastic formulation of incompressible fluid flows in wall bounded regions
本文建立了一个数学框架，它可用于设计一类时间不可逆动力系统的蒙特卡罗模拟，如不可压缩流体流动，包括壁面有界区域的湍流，以及其他一些（非线性）动力系统。得到了前向抛物方程解的路径积分表示，并结合涡量输运方程，导出了（前向）McKean-Vlasov随机微分方程（SDEs）形式的纳维-斯托克斯方程解的概率表达式，为壁面湍流的蒙特卡罗模拟提供了数学框架.
2022-10-08 math.PR physics.flu-dyn
On the Hamiltonian formulation of incompressible ideal fluids and magnetohydrodynamics via Dirac's theory of constraints
利用Dirac的约束哈密顿系统理论，研究了不可压缩理想流体的哈密顿结构，包括熵平流和磁流体动力学.通过假设一个常密度的初等约束，构造了这些系统的Dirac括号.由此产生的括号被认为是自然投影到螺线管速度场。
2011-10-31 nlin.CD physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Canonical description of incompressible fluid -- Dirac brackets approach
提出了一种新的不可压缩流体动力学正则描述。这种描述使用的动力学约束，在我们的情况下，反映“不可压缩性”的假设，并导致取代通常的流体动力学泊松括号的密度和速度场与狄拉克括号。由此产生的方程是已知的非线性的，并且在空间中是非局部的，不可压缩流体速度的方程。
2010-09-09 math-ph math.MP physics.class-ph
Multisymplectic variational integrators for barotropic and incompressible fluid models with constraints
我们提出了一个结构保持离散化的基本时空几何结构的流体力学的拉格朗日描述在2D和3D。在此基础上，发展了正压不可压流体模型的多辛变分积分器，满足离散形式的Noether定理。我们展示了如何几何积分器可以处理经常在真空中的流体运动与自由边界和约束，如对一个障碍物的流体在表面上流动的影响。我们的方法是适用于广泛的模型，包括Boussinesq和浅水模型，适当选择的拉格朗日。
2021-02-22 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
The Poincaré Recurrence Problem of Inviscid Incompressible Fluids
Nadirashvili提出了一个漂亮的例子，表明庞加莱递归不会发生附近的特解的二维欧拉方程的无粘不可压缩流体。不幸的是，Nadirashvili的相空间的设置是不合适的，并且缺少证明的细节。这张纸条解决了这个问题。
2007-07-30 math-ph math.AP math.DS
Maximal mixing by incompressible fluid flows
本文考虑了一个在不可压缩流动下的粘性流体混合模型。我们证明了有限粘性耗散流在有限时间内不可能完全混合。作为混合性的度量，我们考虑Monge-Kantorovich-Rubinstein运输距离，更经典的是$H^{-1}$范数。我们推导出严格的先验下界，这些混合规范表明，混合不能进行速度比指数的时间。指数衰减的速率在初始数据中是均匀的。
2013-09-02 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Black Holes as Incompressible Fluids on the Sphere
考虑p+2维Schwarzschild几何的有限变形，它服从真空Einstein方程，在距离视界$λ$的球面上保持平均曲率和诱导共形度规，并且在未来视界上是正则的.我们微扰表明，在极限$λ$接近0的变形给出的非线性不可压缩的纳维-斯托克斯方程的解决方案的p-球。这种关系提供了p维不可压缩Navier-Stokes流体的整体存在性与p+2维广义相对论中宇宙审查的一种新形式之间的联系。
2011-06-15 gr-qc hep-th physics.flu-dyn
Monte-Carlo method for incompressible fluid flows past obstacles
本文利用扩散过程的条件律对偶性建立不可压缩壁面流动的随机泛函积分表示，并据此提出基于精确随机涡量公式的蒙特卡洛方案，通过绕过边界层计算的数值实验验证其有效性。
2023-04-18 cs.NA math.NA math.PR
Thermodynamically consistent diffuse-interface mixture models of incompressible multicomponent fluids
本文导出了一类不可压缩多组分流体的扩散界面混合模型。这类混合物模型与混合物的连续介质理论是完全相容的。所得到的混合物模型可以以组分或混合物量来公式化。这允许与具有非匹配密度的Navier-Stokes Cahn-Hilliard模型进行直接比较，这揭示了后者的关键建模简化。
2023-02-18 math-ph math.AP math.MP
Incompressible viscous fluid flows in a thin spherical shell
本文利用球上二维Navier-Stokes方程斯托克斯方程研究了不可压缩粘性流体在薄球壳中流动的线性化稳定性。球上的定常流在球的北极和南极有两个奇点（汇和源）。本文对线性化的Navier-斯托克斯方程解析地证明了定常流是渐近稳定的。当球形层被截断在两个对称环之间时，我们用幂级数解数值研究了线性化方程的特征值，并表明定常流动对所有雷诺数都保持渐近稳定。
2006-07-20 math.CA math.SP physics.flu-dyn
