Tractor beam on the water surface
一个人能发出一个波把一个物体从远处带过来吗？一般的想法是受到最近成功地利用光移动微粒和牵引光束概念的发展的启发。然而，对于流体表面，唯一已知的范例是斯托克斯漂移模型，其中线性平面波在波传播的方向上推动颗粒。在这里，我们展示了如何从一个大的距离，通过发送一个表面波朝它，我们开发了一种新的方法，形成向内和向外的表面射流，静止的漩涡，和其他复杂的表面流动，使用非线性波产生的垂直振荡柱塞远程操纵的浮子。可以通过改变造波机的几何形状和功率以及水流消散来设计水流。新方法是强大的，工程长重力和短毛细波。我们使用一种新的方法，可视化的表面上的3D粒子轨迹。这封信介绍了一个新的概念框架来理解波驱动流。研究结果为流体表面物体的远程操纵奠定了基础，并将有助于更好地理解海洋表面漂浮物的运动和波浪驱动射流的产生。
2014-07-02 physics.flu-dyn
Time persistency of floating particle clusters in free-surface turbulence
本文研究了湍流明渠中无剪切平面上漂浮的光的光的色散。这种配置模拟了当表面波浪和波纹平滑或不存在时水体中浮力物质（例如浮游植物、污染物或营养物）的运动。考虑不同的剪切雷诺数（Reτ = 171和509）和Stokes数（粘性单位为0.06 < St < 1），采用拉格朗日粒子追踪法对湍流进行了直接数值模拟。结果表明，颗粒浮力诱导集群，朝着一个长期的分形分布的时间比拉格朗日积分流体时间尺度长得多，这表明，这样的集群过的表面湍流结构，产生它们。我们量化集群动态，在自由表面流湍流建模时的分散至关重要，通过集群关联维数的时间演变。
2013-05-31 physics.flu-dyn
Liquid-gas-solid flows with lattice Boltzmann: Simulation of floating bodies
本文提出了一种用格子Boltzmann方法模拟液-气-固流动的模型。该方法是建立在以前的工作的模拟液-固颗粒悬浮液的一方面，和液体-气体自由表面模型的另一方面。我们展示了如何这两种方法可以统一的一套新的动态细胞转换规则。为了评估，我们集中在旋转稳定性的非球形刚体漂浮在一个平面的水面上-一个经典的流体静力学问题，从船舶建筑。我们表明，我们的方法在这种流动的一致性，并获得收敛到理想的解决方案的测量横倾稳定性的浮箱。
2012-01-01 cs.CE physics.flu-dyn
Straightforward integration for free surface Green function and body wave motions
本文提出了一种求解深水浮体振动引起的规则水波的辐射和绕射的经典线性化问题的方法。结果表明，三维自由面格林函数$G$及其梯度$\nabla G$的奇异波积分可视为规则波积分，并可直接积分。通过与经历振荡波动的浮体或淹没体的基准数据进行比较，验证了该方法的有效性。比较表明，评价是足够准确的实用目的。作为该方法的重要意义，证明了梯度$\nabla G$的数值逼近稳定性与$G$的数值逼近稳定性相同。
2018-10-26 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Resonance of an object floating within a surface wavefield
本研究针对实验室尺度下漂浮体共振现象影响研究不足的问题，通过光学重建技术探究不同尺寸漂浮圆柱的共振频率及入射波场中的波衍射、辐射特性，发现共振频率下波生成量极小，可为海冰浮冰等大结构波场行为研究提供参考。
2025-10-03 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
Effects of microplastics and surfactants on surface roughness of water waves
在本文中，我们研究了最近开发的遥感检测海洋微塑料的能力，这是基于可测量的表面粗糙度减少微塑料在海洋表面上的存在引起的流动物理。特别是，我们感兴趣的是这种粗糙度的降低是由作为漂浮颗粒的微塑料引起的，还是由遵循与微塑料相似的传输路径的表面活性剂引起的。为此，我们实验测试的影响，浮动颗粒和表面活性剂对表面粗糙度，量化的均方斜率（MSS），与波产生的机械波制造商或风。对于微塑料，我们发现它们对波能和MSS的影响主要取决于覆盖的表面积分数，而与测试范围内的颗粒尺寸无关。仅在高于$O(5-10\%)$的分数下观察到颗粒阻尼，这比实际海洋条件高得多。对于表面活性剂，其对机械产生的不规则波的阻尼效果一般随表面活性剂的浓度而增加，但没有观察到对应于最大阻尼的最佳浓度，与以前基于单色波的研究相反。在风浪实验中，表面活性剂的存在抑制了波浪的产生，这是由于减小的风切应力和增加的波浪阻尼的综合效应。对于相同风速，风应力与表面活性剂浓度呈幂律关系。这些研究结果的影响，遥感进行了讨论。
2021-11-13 physics.flu-dyn
Impact force reduction by consecutive water entry of spheres
自由下落的物体撞击到水池上时会受到非常高的初始冲击力，在突破自由表面时最大。许多人直觉地想知道，在撞击水面之前将另一个物体扔到一个重要物体（比如你自己）前面是否可以减少这种高冲击力。在这里，我们通过允许两个球体连续进入水中并测量尾随球体上的力来测试这个想法。我们发现，对尾随球的冲击加速度的减少取决于由第一个球和第二个球的影响的相对定时所创建的腔的动力学。这些综合效应被无量纲的“Matryoshka”数捕捉，它将观察到的现象分为四个主要区域。在这些制度中的三个，我们发现，第二个球体上的冲击加速度减少了高达78%，相对于在静止的水面上的冲击。令人惊讶的是，在其中一种情况下，在观察到的最坏情况下，拖尾球体上的力急剧增加超过400%。我们解释了如何在观察到的变化，在这个多体入水问题的冲击力的空腔演变的各个阶段的结果。
2020-07-03 physics.flu-dyn
Reducing water entry impact forces
物体撞击水的力在入水的早期是极端的，可能对生物和人造物体造成结构性破坏。这些早期的力主要来自于附加的质量，当淹没远小于一个体长时达到峰值。我们通过实验研究了一种方法，通过使水射流在物体撞击之前撞击静止的水面来减少刚性球体上的撞击力。水射流加速池中的液体，并形成一个球落入其中的空腔。通过板上加速度计测量和高速成像，我们量化的力减少的情况下，一个球体进入一个静止的池。最后，我们发现一个临界射流量的出现，以最大限度地减少力的临界体积是合理的使用近表面粒子图像测速（PIV）数据的缩放参数。
2018-06-29 physics.flu-dyn
Freezing-damped impact of a water drop
我们用实验研究了冻结对水滴扩散的影响。每当水滴撞击温度低于0°C的冷表面时，在扩散过程中就会形成一层薄薄的冰层。这种冻结有一个显着的影响：在给定的雷诺数和韦伯数，我们表明，降低表面温度降低下降的最大程度。利用这一冰层和粘性边界层之间的类比，它也在扩散过程中增长，我们能够模拟冻结的效果作为一个有效的粘度。为粘性液滴冲击设计的比例律因此可以应用于这样的固化问题，避免求助于完整和复杂的热动力学建模。
2020-09-05 physics.flu-dyn
Confined floating active carpets generate coherent vortical flows that enhance transport
该研究结合解析与数值方法，将气水界面的微生物菌落建模为活性毯，发现表面微层厚度与菌落尺寸的最优几何受限比可产生相干涡环流以增强粒子输运，揭示了受限环境中微生物集体活动与非平衡输运的相互作用机制。
2025-10-29 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Ill-posedness of waterline integral of time domain free surface Green function for surface piercing body advancing at dynamic speed
在浮体以动态速度前进的线性时域计算中，通常使用水动力问题的速度势源公式，使得速度势被表示为分布在二维湿体表面和一维水线上的时域自由表面源的积分，一维水线是湿体表面和平均自由水面的交点。时域自由面源对应于与适当的源强度相关联的时域自由面格林函数，该格林函数由体边界条件和源列式的法向速度边界积分方程求解。法向速度边界积分方程包含水线上时域自由表面格林函数法向导数的积分。证明了水线积分是不适定的。因此，速度势的源强是无法获得的。
2018-07-18 math-ph math.MP physics.flu-dyn
The Impact of a Deep-Water Plunging Breaker on a Partially Submerged Cube
在装有可编程造波装置的造波水槽中，对倾翻式破碎机对部分淹没立方体的冲击进行了实验研究。实验进行与立方体（尺寸$L=30.48$ cm）定位在一个流向位置相对于造波机和三个高度相对于未受干扰的水位。使用一个单一的、可重复的造波机运动，产生标称波长为1.18 m的破碎机。采用电影激光诱导荧光技术测量了立方体流向垂直中心面处的水面轮廓，采用压电动态压力传感器测量了立方体正面的冲击压力。表面轮廓测量和冲击压力测量是同步的。当立方体垂直放置，使其底面位于未扰动水面以下的$0.5L$或$0.25L$时，水面剖面特性基本相似，立方体前表面上的水接触点与波峰之间形成近似圆弧。随着冲击的进行，该弧收缩到零尺寸，并以类似于先前关于波浪对底部安装的垂直壁的冲击的研究中所发现的方式产生快速移动的垂直射流。在立方体四分之一浸没的情况下，在顶部也形成小射流，并在圆弧达到零尺寸之前撞击立方体的正面。当立方体的底部位于未扰动水位时，波浪的影响显著不同。在这种情况下，看起来在撞击期间捕获了一包空气，并且表面压力随后以约2,000 Hz的频率振荡。
2017-12-17 physics.flu-dyn
CyberDiver: an untethered robotic impactor for water-entry experiments
本文介绍无系绳机器人冲击器CyberDiver，通过高带宽控制器实现可编程结构耦合，实验证明阻尼或非线性结构定律可降低冲击载荷，并可通过位移控制改变水花大小，服务于航空航天损伤缓解与跳水技术研究。
2025-03-26 physics.flu-dyn
Still water: dead zones and collimated ejecta from the impact of granular jets
当密集的颗粒射流撞击目标时，它会形成一个大的死区，并形成一个高度准直的锥形片，具有明确的开口角。使用实验，模拟和连续建模，我们发现，这个开放的角度是不敏感的精确的目标形状和在流中的耗散机制。我们表明，这种令人惊讶的不敏感性，因为密集的颗粒射流的影响，虽然高度耗散，但控制的限制，完美的流体流动。
2013-04-17 physics.flu-dyn
Spray Formation during the Impact of a Flat Plate on a Water Surface
在船舶水动力学中，关于船体对水面冲击的研究主要集中在绘制船体上的力，而很少关注浪花的形成。后者是本工作的主题，在那里的平板在静止的水面上的冲击所产生的喷雾进行了研究，通过实验和模拟在不同的影响弗劳德数。总体上形成两种类型的喷雾：I型，其是在板的前缘与水面的冲击时产生的液滴和韧带的云，以及II型，其在板的后缘进入局部水面之后形成。详细分析的实验数据的II型喷雾显示，喷雾包络线和根点轨迹是独立的弗劳德数接近后缘，而更远的地方达到更高的弗劳德数的垂直位置。数值模拟捕捉的一般行为的II型喷雾，并同意有利的实验结果。一系列的计算与一个灵活的板也报道，它表明，增加灵活性降低了喷雾的高度，并抑制液滴的形成。
2018-04-03 physics.flu-dyn
Deep water wave cloaking using a multi-layered buoyant plate
重力加速度、海水密度和海床深度对势流区表面重力波的运动轨迹有很大影响。当重力加速度和水密度近似为常数时，水深对表面重力波的影响随水深的增加呈指数衰减。在浅水中，通过改变海底地形来使物体免受表面波的影响是可能的，然而，随着水深的增加，隐身变得具有挑战性，因为没有需要设计的物理参数，从而影响波的传播。为了建立一个全向圆柱形隐身装置有限深度/深水波，我们提出了一个多层弹性板，浮动在表面上的周围要隐形的圆柱。浮力弹性板由轴对称、均匀和各向同性的层制成，其提供可调节的自由度以影响波的传播。首先，我们发展了一种伪谱方法来有效地确定波的多层浮板的解决方案。接下来，我们优化的物理参数的浮力板（即弹性和质量的每一层）使用实数编码的进化算法，以最大限度地减少从对象的散射波的能量。我们表明，优化的斗篷减少散射波的能量高达99.2%的目标波数。我们还量化的波浪漂移力施加在结构上，并表明，浮力板减少了99.9%的作用力。
2022-04-08 physics.flu-dyn
Air-water cavity in multi-plunging jet impacts
Université Lyon 1, LMFA, UMR5509, CNRS, École Centrale de Lyon, INSA Lyon（里昂第一大学，法国国家科学研究中心联合研究实验室5509，里昂中央理工学院，里昂国立应用科学学院）
本研究发现紧密排列的多射流冲击会形成穹顶状气水空腔，阐明其气泡产生等机制，测量不同参数下的空腔尺寸，提出其由液体卷吸形成的机制。
2026-08-14 physics.flu-dyn
Triple condensate halo from water droplets impacting on cold surfaces
了解水滴在固体表面上沉积的动力学从基础和实践的观点都是重要的。虽然水滴在加热表面上的沉积被广泛研究，但在冷表面上沉积水滴的特性以及导致这种行为的现象仍然难以捉摸。在这里，我们报告的形成过程中观察到的水滴沉积到一个冷的表面上的三重冷凝晕，由于液滴的冲击动力学和蒸汽扩散之间的相互作用。两个随后的冷凝阶段发生在液滴扩散和冷却过程中，产生了这个独特的冷凝晕与三个独特的带。我们进一步提出了一个尺度模型来解释每个带的大小，并通过不同的碰撞速度和不同的衬底温度的液滴的实验验证了模型。通过对液滴碰撞动力学和凝结过程的实验和理论研究，揭示了液滴、蒸汽和基体之间的传质和传热规律，为换热装置的设计提供了新的思路。
2018-06-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drop impact on wet granular beds: water-content effects on the cratering
本文通过实验研究液滴撞击不同粒径和含水量的湿颗粒床，发现飞溅与成坑行为由基底断裂及撞击、穿透、接触时间尺度的竞争决定。
2024-04-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
