Modelling of Interfacial Flows Based on An Explicit Volume Diffusion Concept
提出了一种新的流体体积模型（VoF），即显式体积扩散（EVD）模型，用于模拟包括湍流和初级喷雾雾化在内的界面流动。EVD模型是通过在物理定义的长度尺度上对VoF方程进行体积平均而得出的。这引入了未闭合的子体积通量、子体积应力和体积平均表面张力力。由于湍流运动和其他界面动力学，通常可以发生在层流和湍流中，从而产生子体积波动。这两种类型的波动都被体积平均过程衰减。子体积通量由梯度扩散模型封闭，并且涉及与物理长度尺度相关的显式体积扩散系数。子体积应力封闭引入了一个明确的体积粘度增加的湍流粘度在湍流。体积平均表面张力力闭合是基于褶皱子体积界面的分形性质。这些封闭通过一系列的二维层流和三维湍流界面剪切流的解析流模拟的先验分析进行评估。随后，充分EVD模拟验证这些剪切流和实验室气流喷射。数值收敛表明，保持物理长度尺度不变，同时减少数值网格的大小，使数值扩散减少，并成为压倒显式体积扩散。还进行了灵敏度分析的物理长度尺度的变化，这是比较的边界层厚度的轻流体侧的接口。
2021-04-19 physics.flu-dyn
Suppression of Droplet Breakage by Early Onset of Interfacial Instability
本研究探讨了颗粒包覆液滴撞击超疏水表面的动力学，发现早期发生的界面指状不稳定性通过形成稳定指状物增加能量损耗，从而在原本必然破碎的Weber数范围内抑制液滴破碎，该现象在自清洁等领域具有应用潜力。
2022-09-25 physics.flu-dyn
Theoretical study on the interfacial instability of a spherical droplet subject to vertical vibration
球形液滴在受到外界垂直振动时会产生界面失稳。本文对这种失稳问题进行了线性分析。球坐标系中的极角依赖加速度与表面变形位移的时间和空间分量强烈耦合，这给出了一个递归方程，该方程隐含地表达了生长速率和球模数之间的色散关系。导出了考虑纬向模态（纵向模态数m = 0）的无粘流体的不稳定区（或不稳定舌），并在参数平面上给出了这些不稳定区。与径向振动加速度下的球形Faraday不稳定性解相比，单向振动情况下的谐波不稳定舌区域变窄，亚谐波不稳定舌几乎变为直线。分析表明，在球形液滴表面产生的纬向波应该是简谐振荡，而不是亚谐振荡，这与径向振动加速度下的结果相反。对液滴在垂直振动平板上的运动进行了相应的实验研究，实验结果证实了我们的理论预测。
2022-03-22 physics.flu-dyn
Effect of texture randomization on the slip and interfacial robustness in turbulent flows over superhydrophobic surfaces
超疏水表面在船舶和流体动力学应用中表现出良好的减摩潜力。超疏水表面的最新发展旨在可扩展的应用使用随机分布的粗糙度，如喷涂和蚀刻工艺。然而，大多数以前的分析流动和超疏水表面之间的相互作用研究周期性的几何形状，是经济上可行的，只有在实验室规模的实验。我们进行直接数值模拟的湍流随机图案的界面，考虑一系列的纹理宽度$w^+\approx 4-26$，和固体分数$ϕ_s=11\%$到$25\%$。滑移和无滑移边界条件是在一种模式中实现的，模拟了气液界面和固体元素的存在。我们的研究结果表明，随机分布的纹理下的湍流的滑移约$30\%$小于那些具有相同大小的对齐功能的表面。在小的纹理尺寸限制$w^+\approx 4$，滑移长度的随机分布的纹理在湍流是很好地描述了由先前介绍的斯托克斯流动解决方案的随机分布的无剪切孔。通过比较DNS结果的模式滑移和无滑移边界对相应的均匀化滑移长度边界条件，我们表明，湍流超过随机分布的职位可以表示为各向同性滑移长度在流向和展向方向。气袋上的平均压力波动与具有相同纹理尺寸和气体分数的对齐特征的压力波动相似，但是当纹理随机分布时，粗糙元的前缘处的最大界面变形大约大两倍。
2017-09-27 physics.flu-dyn
A two-phase mixing layer between parallel gas and liquid streams: multiphase turbulence statistics and influence of interfacial instability
平行气液两相流之间形成的两相混合层是多相湍流的一个重要基础问题。这个问题与许多工业应用和自然现象有关，例如燃料喷射系统中的空气喷射雾化器和海洋中的破碎波。气体和液体流之间的速度差触发界面不稳定性，其可以是对流的或绝对的，这取决于流的性质和注入参数。本文对处于绝对不稳定区的气液两相混合层进行了直接数值模拟。在数值模拟中观察到了一个主频率，数值结果与粘性稳定性理论的预测吻合得很好。由于界面波在湍流转捩和发展中起着关键作用，湍流脉动（如涡度拟能）的时间演化也表现出类似的频率。为了研究多相湍流的统计响应，模拟已经运行了很长的物理时间，以便可以进行时间平均，以产生雷诺应力和湍流动能（TKE）预算的统计收敛结果。已经进行了使用800万至约40亿个单元的广泛的网格细化研究。与TKE预算中的其他条款相比，湍流耗散对网格分辨率的要求很高。与最好的网格得到的结果被证明是不远的收敛结果的湍流耗散，使我们能够获得估计的Kolmogorov和Hinze尺度。计算的Hinze尺度明显大于观察到的液滴的尺寸，并且似乎不是描述雾化中形成的液滴的最小尺寸的相关长度尺度。
2018-08-06 physics.flu-dyn
Effect of gas viscosity on the interfacial instability development in a two-phase mixing layer
本文结合界面解析模拟与线性稳定性分析，揭示气体黏性通过改变雷诺数诱发两相混合层界面不稳定性由绝对区向对流区转变，并阐明弱绝对区及波速空间演化特征。
2024-10-27 physics.flu-dyn
Interfacial instability induced by lateral vapor pressure fluctuation in bounded thin liquid-vapor layers
我们研究了由刚性平行壁从下面和上面的薄液-汽层的不稳定性。在该系统中，界面不稳定性是由横向蒸汽压波动引起的，这反过来又归因于相变的影响：蒸发发生在界面的较热部分，冷凝发生在较冷的部分。高蒸汽压向下推动界面，低蒸汽压向上拉动界面。一组方程描述的时间演变的界面的液体-蒸汽层的推导。该模型忽略了界面处质量损失或增加的影响，并保证了液层的质量守恒。线性稳定性分析结果表明，局部饱和温度的压力依赖性的存在减缓了长波扰动的增长。较薄的蒸汽层增强了蒸汽压效应。我们发现的稳定性判据，这表明，只有轻微的温度梯度是足以克服重力作用的水/蒸汽系统。这同样适用于瑞利-泰勒不稳定的情况，如果调节系数低于某个临界值，蒸汽压效应可能会减弱。
2009-07-30 physics.flu-dyn
Effect of translational shear on interfacial structure in the viscous fingering instability
该研究提出通过施加振荡平移剪切来平滑互溶流体界面，从而控制粘性指进不稳定性，实验和模拟表明增加剪切振幅或速度可延迟不稳定性起始并降低指状物生长速率，实现流体稳定。
2025-08-09 physics.flu-dyn
Impact of inlet gas turbulence on the formation, development and breakup of interfacial waves in a two-phase mixing layer
本研究通过直接数值模拟，系统探究入口气体湍流强度对两相混合层界面波形成、发展及破碎的影响，发现湍流增强纵向不稳定性频率与增长率，并改变液膜破碎及液滴统计特性。
2023-11-14 physics.flu-dyn
Interface Fluctuations in a Turbulent Binary Fluid using Data-Driven Methods
Center for Condensed Matter Theory, Indian Institute of Science（印度科学学院凝聚态理论中心）；Centre for Ocean, River, Atmosphere and Land Sciences, Indian Institute of Technology, Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校海洋、河流、大气与陆地科学中心）
本研究利用数据驱动方法分析湍流二元流体中的界面波动，通过比较四种模型发现SLR在预测动力学方程和效率方面表现最佳。
2026-03-02 physics.flu-dyn
Fingering versus stability in the limit of zero interfacial tension
在准二维几何结构中，一种流体侵入另一种粘度较高的流体通常会产生复杂的指进模式。由于界面张力抑制短波长的波动，它的消除使用对可混溶流体将建议产生高度分歧的奇异结构的不稳定性。以往的研究主要集中在不稳定性开始时的波长选择，而忽略了更全球性地出现的显著特征。在这里，我们调查的非线性增长后发生的不稳定性已完全建立。我们发现了丰富多样的图案，其特征在于由内部和外部流体之间的粘度比，$η_{in}$ / $η_{out}$，从最不稳定的波长，这决定了发病的不稳定性不同。随着$η_{in}$ / $η_{out}$的增加，由长的高度分支的分形指状物占主导地位的制度让位于由成比例增长的钝的稳定结构特征占主导地位的制度。同时，完全外部流体位移的中心区域增长，直到其在$η_{in}$ / $η_{out}$ $\approx$ 0.3处包围整个图案。
2014-10-28 physics.flu-dyn
Assessment of a Multiphase Formulation of One-Dimensional Turbulence using Direct Numerical Simulation of a Decaying Turbulent Interfacial Flow
本研究利用一维湍流（ODT）模型研究湍流与表面张力的相互作用，通过与直接数值模拟（DNS）对比验证模型可靠性，并拓展参数范围揭示了柯尔莫哥洛夫临界尺度的普适涨落规律。
2024-04-13 physics.flu-dyn
Absolute linear instability in laminar and turbulent gas/liquid two-layer channel flow
本文研究了两相分层流动，其中底层是薄层液体，上层是充分发展的气体流。气流可以是层流或湍流。为了确定对流和绝对不稳定之间的边界，我们使用Orr-Sommerfeld稳定性理论，以及线性模态分析和射线分析的组合。对于湍流气流，密度比r=1000，我们发现大区域的参数空间，产生绝对不稳定。这些参数范围涉及与油/气流直接相关的粘度比。相反，如果气体层是层流的，则对于密度比r=1000，绝对不稳定性持续存在，尽管对流/绝对稳定性边界出现在比湍流情况小一个数量级的粘度比处。另外两个不稳定的时间模式存在于层流和湍流的情况下，其中之一可以排除绝对不稳定。我们将我们的结果与实验确定的流态图进行比较，并讨论了本方法在非线性分析中的潜在应用。
2012-08-03 physics.flu-dyn
How interfacial tension enhances drag in turbulent Taylor-Couette flow with neutrally buoyant and equally viscous droplets
本文通过直接数值模拟研究Taylor-Couette湍流中中性浮力等黏液滴的阻力增强机制，揭示界面张力对液滴前端的作用阻碍连续相并促进低速条带形成，从而增加系统阻力。
2024-11-20 physics.flu-dyn
Intermittency acceleration of water droplet population dynamics inside the interfacial layer between cloudy and clear air environments
我们使用直接的数值模拟来研究湍流层上的扰动的时间演化，湍流层通常将云与周围的晴朗空气分开。穿过这个无剪切层，自然形成湍流动能梯度。在这里，一个有限的扰动形式的局部初始温度波动被施加到模拟的流体动力学不稳定性内的背景湍流气流。然后求解了两种完全相反类型的液滴总体分布的数值初值问题。具体地，我们考虑半径为15 $μ$ m的单分散液滴群体和半径在0.6 - 30 $μ$ m范围内的多分散分布。对于这两种分布，据观察，蒸发和冷凝有一个显着不同的重量内的均匀的多云区域和界面各向异性混合区域。据观察，液滴碰撞的动力学是高度影响的主机区域的湍流结构。这两个群体在其能量衰减瞬变过程中表现出一个共同的方面。也就是说，界面层中碰撞的概率增加，界面层中存在强烈的各向异性速度波动。事实上，该层引起液滴动能和尺寸的增强的差异。多分散和单分散初始颗粒分布都含有$10^7$液滴，与初始液态水含量$0.8 g/m^3$匹配。给出了粒子数平衡方程中几何碰撞的湍流碰撞核的估计。本文对在云界面区得到的两个非定常非遍历碰撞核的结构作了初步讨论。
2021-01-25 physics.flu-dyn
A local intermittency based Reynolds-averaged transition model for turbulent mixing induced by interfacial instabilities
本文将边界层转捩中的间歇因子 $γ$ 引入 RANS 混合模型，通过局部输运方程约束 Reynolds 应力和浮力源项，并在再冲击 RM 混合案例中验证了转捩预测能力。
2023-09-29 physics.flu-dyn
Discrete Boltzmann modeling of Rayleigh-Taylor instability: effects of interfacial tension, viscosity and heat conductivity
用离散Boltzmann方法研究了具有分子间相互作用的可压缩流中的Rayleigh-Taylor不稳定性。考察了界面张力、粘度和导热系数对界面张力的影响。结果表明，在RTI演化的不同阶段，界面张力对扰动幅度、气泡速度和两种熵产生率的影响都表现出不同的规律。在气泡加速阶段，它抑制RTI的演化，而在渐近速度阶段，它首先促进然后抑制RTI的演化。粘度和热传导抑制RTI的演变。粘度对与热流相关的熵产生率的抑制作用表现在早期阶段，而对与热流相关的熵产生率的抑制作用表现在后期阶段。热传导对与热流有关的熵产率在早期阶段表现出促进作用。尽管如此，它提供了一个第一个促进，然后抑制在稍后阶段的熵产生率与热流。通过引入形态边界长度，我们发现界面长度随时间呈指数增长的阶段对应于气泡加速阶段。界面长度变化率的第一极大点和与粘性应力有关的熵产生率变化率的第一极大点可作为RTI进入渐近速度阶段的新判据。
2022-07-16 physics.flu-dyn
Benjamin-Feir Instability of Interfacial Gravity-Capillary Waves in a Two-Layer Fluid. Part I
本研究针对两层无粘不可压缩流体中界面波包的调制稳定性展开详细分析，通过考察密度比与载波波数参数空间的稳定性图拓扑结构及物理机制，揭示了不同几何构型下稳定与不稳定区域的特征及演变规律。
2025-08-22 physics.flu-dyn
Turbulent burning velocity and thermo-diffusive instability of premixed flames
本文报道的结果，非定常三维直接数值模拟层流和湍流，贫氢-空气，复杂化学品火焰在强制湍流中传播的一个盒子。为了探索层流火焰热扩散不稳定性对湍流燃烧速度的最终影响，（i）通过逐渐减小计算区域的宽度Λ直到获得稳定的层流火焰，数值确定了边界不稳定和稳定层流燃烧区域的临界长度尺度Λn;（ii）通过改变计算区域的宽度Λ < Λn来模拟湍流火焰（在这种情况下，不稳定性被抑制）到Λ > Λn（在这种情况下，不稳定性可能增长）。此外，模拟进行使用混合物平均传输性能（低路易斯数火焰）或设置所有物种的扩散率等于混合物的热扩散率（equidiffensive火焰），与所有其他的东西是相等的。结果表明，在弱湍流条件下，当越过边界线Λ = Λn时，湍流燃烧速度UT显著增加，而在Karlovitz数等于或大于3.4的中等湍流条件下，当Λ < Λn和Λ > Λn时，UT值几乎相等。这些结果意味着层流预混火焰的热扩散不稳定性仅在弱湍流中显著影响燃烧速度，这与Chomiak和Lipatnikov（Phys. Rev. E 107，015 - 102，2023）提出的简单准则一致。
2023-02-23 physics.flu-dyn
Elliptical Instability and Multi-Roll Flow Modes of the Large-scale Circulation in Confined Turbulent Rayleigh-Bénard Convection
细长圆柱单元中的湍流Rayleigh-Bénard对流表现出丰富的大尺度环流动力学（LSC），具有多个相互堆叠的卷。我们建议，椭圆形不稳定性的机制，导致扭曲和破碎的LSC成多个辊和体积平均的热量和动量的传输，所代表的努塞尔数和雷诺数，一般是较弱的较大数量的LSC辊$n$。这得到了$Ra=5\times10^5$、$Pr=0.1$、$H=5D$和$1\leq~n\leq4$的直接数值模拟的支持。
2020-02-17 physics.flu-dyn
Numerical simulation of rolling pad instability in cuboid liquid metal batteries
滚动垫不稳定性是由具有强烈不同电导率的水平层系统中的电磁相互作用引起的。我们分析了液态金属电池（LMB）的简化模型的不稳定性，LMB是一种有前途的大规模固定能量存储装置。使用OpenFOAM进行电磁耦合界面波的流动和动力学的数值模拟。这一工作证实了先前的结论，即不稳定性是影响电池运行的重要因素。阐明了两个界面的密度差之间的比率所起的关键作用。结果发现，该比率决定的稳定性特征和类型（对称或反对称耦合）的主导界面波。
2019-11-26 physics.flu-dyn
Stability of surfactant-laden double-layered viscoelastic fluids flowing over an inclined plane
本文研究含不溶性表面活性剂的双层弱黏弹性流体沿斜面流动的稳定性，推导Orr-Sommerfeld型边值问题并数值求解，揭示三种失稳模式及上下层黏弹性对各模式的差异化影响规律。
2025-10-05 physics.flu-dyn
Simulating fluid-fluid displacement in a soft capillary tube: How compliance delays interfacial instability and bubble pinch-off
本文提出了一种计算模型，研究软毛细管中流体置换过程中柔顺性对界面不稳定性及气泡破裂的抑制作用。
2025-05-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Stochastic modelling of a noise driven global instability in a turbulent swirling jet
本文提出了一种从极限环振荡的测量数据估计湍流中整体流体动力不稳定性的方法。为此目的，流动动力学分离的确定性的贡献代表的全球模式和随机的贡献代表的内在湍流强迫。随机模型的开发，占两者之间的相互作用，并允许确定从静态数据的流的动态特性。确定性的贡献是由一个振幅方程，它描述了振荡动力学的不稳定性，并在第二种方法中的平均场模型，它另外捕获的不稳定性和平均流校正之间的相互作用。随机贡献被认为是色噪声强迫，代表随机湍流扰动的谱特征。该方法适用于一个占主导地位的全球模式的湍流旋转射流。进行PIV测量以确保模式是最主要的相干结构，并且进一步的压力测量为模型校准提供长时间序列。超临界Hopf分岔确定从线性增长率的全球模式和测量和估计的统计数据之间的良好协议表明，该模型捕捉到相关的动态。这项工作表明，唯一的观察极限环振荡是不足以确定湍流的稳定性，因为随机扰动掩盖了实际的分歧点。然而，所提出的分离的动态模型中的确定性和随机性的贡献，允许识别的流动状态从静态测量。
2020-07-15 physics.flu-dyn
Strongly nonlinear nature of interfacial-surfactant instability of Couette flow
最近发现的非线性阶段的不稳定性，由于在两种流体之间的界面处的不溶性表面活性剂的情况下的蠕动平面Couette流的薄膜和另一个厚得多的层进行了研究。耦合膜厚和表面活性剂浓度的强非线性长波演化方程的数值模拟表明，与所有类似的表面自由流动的不稳定性相比，没有量的界面剪切速率可以导致不稳定性的小幅度饱和。因此，当剪切为零时，流动是稳定的，但是对于非零剪切速率，无论多小或多大（同时保持低于由蠕动流动的假设设定的上限），它将达到与基本值的大偏差--后者的量级或更大。据推测，这一演变所需的时间增长到无穷大的界面剪切力接近零。它被证实，小振幅饱和度的缺乏是不是一个奇异的零表面扩散系数的界面表面活性剂。
2006-10-27 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Viscosity scaling of fingering instability in finite slices with Korteweg stress
我们进行线性稳定性分析（LSA）和直接数值模拟（DNS）调查的动态粘度的粘性指进（VF）不稳定性的影响，在互溶切片。选择适当的特征尺度的重要性的动态粘度的大小的VF在互溶切片已被显示在瞬态界面张力的上下文中。此外，我们已经证实了这一结果为不混溶流体和表现VF之间的相似性，在不混溶和混溶切片与瞬态界面张力。在一个更一般的设置，这封信的调查结果将是非常有用的多相粘性流，其中的动量平衡方程包含一个额外的应力项的动态粘度。
2015-02-27 physics.flu-dyn
Linear and nonlinear instability in vertical counter-current laminar gas-liquid flows
我们考虑气液两相流中界面不稳定性的成因和动力学，作为一个模型的二维槽道流的薄降膜剪切逆流气体。该方法是线性稳定性理论（Orr-Sommerfeld分析）与直接数值模拟的两相流的情况下，非线性扰动。我们研究了三个主要流动参数（液体和气体之间的密度对比、膜厚度、驱动气流的压降）对界面动力学的影响。基于Orr-Sommerfeld理论的能量收支分析揭示了在高密度对比度的情况下多种共存的不稳定模式（界面、剪切、内部），这导致模式合并和模式竞争，但对于低密度对比度，只有一种动态相关的不稳定内部模式。相同的线性稳定性方法提供了一个定量预测的开始（部分）液体流动逆转的气体和液体流速。低密度对比度的绝对和对流不稳定性的研究表明，该系统是绝对不稳定的，但两个狭窄的区域的研究参数空间。直接数值模拟相同的系统（低密度对比）表明，线性理论举行了非常好的大振幅波的发病以及弱非线性波的存在。相比之下，高密度对比度对应更密切的空气-水型系统，虽然线性稳定性理论是成功的，在确定最主要的功能，在界面波动力学在早期到中期的时间，由线性理论选择的短波进行二次不稳定性和波列不再是定期的，而是表现出混乱的动力学，并最终，波翻转。
2015-07-16 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of turbulent mixing driven by the Faraday instability in rotating miscible fluids
采用直接数值模拟（DNS）方法研究了旋转对由法拉第不稳定性引起的两种小密度混溶流体湍流混合的影响。通过不可逆混合速率$\mathcal{M}$，我们量化了描述可用势能（APE）向背景势能（BPE）转化的不可逆混合。我们表明，在较低的强迫振幅，湍流动能（$t.k.e.$）增加的科里奥利频率$f$的增加，直到$\left(f/ω\right)^2<0.25$，其中$ω$是强迫频率，在分谐波不稳定相。这种$t.k.e.$的增强归因于更不稳定模式的激发。由于亚谐不稳定相的延长，不可逆混合随着$\left(f/ω\right)^2$的增加而持续一段延长的时间，直到$0.25$，并最终随着不稳定饱和而停止。当$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$时，科里奥利力显著延迟了次谐波不稳定性的开始。强旋转效应导致较低的湍流，因为APE的大部分扩展为BPE，减少了APE，其转化回用于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的$t.k.e.$储层。由于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的不稳定性从未饱和，APE通过$\mathcal{M}$向BPE的转化仍在继续，我们发现了延长的不可逆混合。在较高的强迫振幅下，旋转的不稳定延迟效应可以忽略不计，湍流强度较小且持续时间较短。因此，对于$\left(f/ω\right)^2<0.25$，不可逆混合现象也很快结束…
2023-03-07 physics.flu-dyn
A Kind of Boundary-Layer 'Flutter': The Turbulent History of a Fluid Mechanical Instability
自十九世纪以来，层流向湍流的转变一直是流体动力学中一个臭名昭著的谜。流体动力学不稳定性被认为是湍流发生的原因，但其理论研究导致了矛盾的结果。我主要研究平板层流边界层流动的不稳定性。第二次世界大战期间，美国在实验上发现了边界层振荡（Tollmien-Schlichting波），这证明了德国在20世纪20年代和30年代提出的一个长期存在争议的理论是正确的。然而，引起这些振荡的不稳定性仅标志着湍流开始的初始阶段;为了将分析扩展到更复杂的现象（如“湍流斑”）标志着湍流开始的过渡区区域，必须假设高阶不稳定性。目前还没有一种理论能够以令人满意的方式描述这些过程。然而，对问题的基本特征的强调往往掩盖了推动边界层不稳定性研究的实际利益。有争议的理论在寻求“层流翼型”和其他实际应用中发挥了作用。理论和实践的纠缠比从关于“湍流问题”基本特征的修辞中看起来更密切。
2017-06-01 physics.flu-dyn
About linear threshold of instability Of faraday waves in fluid covered by thin film
从纳维-斯托克斯方程和界面张力作为膜物质浓度的函数的边界条件中找到解。这里使用Chen&Vinals的方法。结果表明，增加系数会导致行驶加速度临界值的增大。
2001-10-03 physics.flu-dyn
Turbulent spot growth in plane Couette flow: statistical study and formation of spanwise vorticity
本文对平面Couette流过渡区中的湍流斑生长进行了直接数值模拟。定量描述的生长过程和周围的四极流的斑点的细节。重点放在展向涡的速度条纹，类似于二次剪切不稳定的形成。的不稳定性（相干长度，平流速度）的主要特征进行了研究的背景下的湍流斑，低于和高于阈值雷诺数的出现的倾斜湍流带的平面Couette流。
2014-01-15 physics.flu-dyn
Streak instability in turbulent channel flow: the seeding mechanism of large-scale motions
经常有人提出，大尺度运动（或隆起）的形成是连续合并和/或近壁发夹涡生长的结果。在本研究中，我们报告我们的直接观察，大规模的运动产生的不稳定性的“放大”条纹运动在外部区域（即非常大规模的运动）。我们设计了湍流槽道流中的数值实验，直到$Re_τ\simeq 2000$，其中由根据先前的线性理论计算的外部区域中的体强迫人工驱动流向均匀的条纹运动（Hwang \& Cossu，J. Fluid Mech.，第664卷，2015年，pp. 51- 73）。随着强迫振幅的增加，发现在流向波长为$λ_x/h\simeq 1-5$（$h$是通道的半高）处出现了一个充满能量的流向涡结构。动态模式分解的应用和湍流统计的检查表明，这种结构是一个后果的曲折模式不稳定的条纹，一个子过程的大规模外部结构的自我维持机制。同时还发现，涡结构的统计特征与外围区域大尺度运动的统计特征非常相似。最后，提出条纹不稳定性的最大流向长度决定了超大尺度运动的流向长度尺度。
2017-09-20 physics.flu-dyn
Analysis of second-moments and their budgets for Richtmyer-Meshkov instability and variable-density turbulence induced by re-shock
利用高分辨率可压缩Navier-Stokes数值模拟的数据，用二阶矩分析方法研究了马赫数为1.45的激波和随后的二次激波在两种高Atwood数理想气体（六氟化硫和空气）交界面上引起的非线性Richtmyer-Meshkov不稳定性和混合转捩。分析首先解决了两个二阶矩的重要性：湍流质量通量和密度比体积协方差，连同他们的运输方程。这些量在该变密度流中Favre平均雷诺应力和湍流动能的发展中起着至关重要的作用。然后，网格的敏感性和时间演变的湍流量，其中包括二阶矩进行了研究，其次是详细研究的传输方程的二阶矩，包括雷诺应力和湍流动能与良好的解决数据前再冲击。再激波后，同样的，但大尺度的湍流量的预算进行了研究的子过滤器尺度应力的影响考虑。这些大规模的数量的预算示出从数值正则化有一个微不足道的影响。最后，还考察了子过滤尺度应力对不同过滤程度下大尺度湍流量收支的影响。
2022-04-15 physics.flu-dyn
The onset and saturation of the Faraday instability in miscible fluids in a rotating environment
我们调查的影响，旋转的法拉第不稳定性的发病和饱和的垂直振荡的两层混溶流体使用的理论模型和直接数值模拟（DNS）。我们的分析方法利用Floquet分析来解决一组从线性稳定性分析得到的Mathieu方程。Mathieu方程的解在三维稳定图中包含稳定区、调和区和次调和不稳定区。我们发现，科里奥利力稳定的流动和延迟的次谐波不稳定性的发病负责湍流混合在较低的强迫振幅。然而，在较高的强迫振幅下，流动的能量足以减轻旋转的稳定效应，并且湍流混合区的演化在旋转和非旋转环境中是相似的。这些结果证实了DNS在不同的科里奥利频率和强迫振幅。我们还观察到，对于$\left(f/ω\right)^2<0.25$，其中$f$是科里奥利频率，$ω$是强迫频率，不稳定性和湍流混合区的大小- $L$饱和。当$\left(f/ω\right)^2\geq0.25$时，湍流混合区尺寸- $L$永远不会饱和并继续增长。
2022-07-27 physics.flu-dyn
Effect of rotation on turbulent mixing driven by the Faraday instability
采用直接数值模拟方法研究了旋转对由Faraday不稳定性引起的两种小密度可混溶流体的湍流混合的影响。我们证明，在较低的强迫振幅，t.k.e.随着f的增加而增加，直到（f/ω \right）^2<0.25，其中ω是次谐波不稳定阶段的强迫频率。t.k.e.的增加。增加B_V，这增加了总势能（TPE）。TPE的一部分是APE。APE的一部分可以通过B_V转化为$t.k.e.$，而其余部分转化为内能，通过BPE_i增加BPE。剩余的TPE也通过透膜通量β_d转化为BPE，导致不可逆混合。随着不稳定性的饱和，不可逆混合停止。当（f/ω \right）^2> 0.25时，科里奥利力显著地延迟了亚谐不稳定性的开始。在此期间，初始浓度分布扩散以增加TPE，其最终在BPE中消耗。强转动效应抑制了t.k.e.。因此，B_V和APE变小，并且TPE的大部分扩展为BPE。由于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的不稳定性从未饱和，因此$B_V$保持非零，导致TPE持续增加。TPE通过$ϕ_d$向BPE的转化继续进行，并且我们发现了延长的不可逆混合。在较高的强迫振幅下，旋转的稳定作用可以忽略不计，湍流强度较低，持续时间较短。因此，对于$\left(f/ω\right)^2<0.25$，不可逆混合现象也很快结束。然而，当使用$\left(f/ω\right)^2>0.25$时，观察到连续混合…
2022-10-18 physics.flu-dyn
Linear instability of turbulent channel flow
层流-紊流斑图形成是亚临界平面剪切流中不稳定区的一个显著特征。通过对平面槽道流进行广泛的数值模拟，我们发现，由于线性不稳定性，图案出现从空间调制的湍流。我们采样了许多实现的线性响应的波动湍流场的时间脉冲，在政权的湍流是稳定的，就在发病前的不稳定性。色散关系是由系综平均弛豫速率构造的。当接近不稳定阈值时，最小阻尼模式的松弛率最终达到零。该方法允许，尽管湍流波动的存在下，没有任何封闭模型，在发病时的调制的波矢量的准确估计。
2022-09-13 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of transient turbulent jets: vortex-interface interactions
界面分裂成级联的液滴及其随后的聚结是对大量工业设置（例如混合、分离和燃烧）具有中心重要性的通用问题。采用混合界面跟踪/水平集方法，在三维笛卡尔坐标域中考虑表面张力，研究了液体射流通过圆柱形喷嘴进入滞止粘性相的破碎过程.数值解的范围内的雷诺数（Re）和韦伯数（We）。我们发现，方位角和流向涡分量之间的相互作用导致不同的界面特征和流态在Re-We空间。结果表明，流向涡量对射流表面三维不稳定性的发展起着关键作用。在高Re和我们的惯性控制制度，我们暴露的细节的时空发展的旋涡结构影响的界面动力学。在射流的前缘处形成蘑菇状结构，从而在其内部产生液体片，该液体片经历破裂以形成液滴。这些液滴由于它们与占主导地位的旋涡结构的相互作用而在蘑菇状结构内旋转。此外，Kelvin-Helmholtz涡的注入点附近形成的变形在流向方向上形成发夹涡，这反过来，触发射流核心的界面波瓣的形成。叶片的变薄引起孔的产生，所述孔膨胀以形成液体线，所述液体线经历毛细管破裂以形成液滴。
2021-05-26 physics.flu-dyn
Turbulent transport and mixing in the multimode narrowband Richtmyer-Meshkov instability
平均动量和重质量分数，湍流动能，和重质量分数的变化领域，以及他们的输运方程的预算，在几次审查的发展过程中的窄带Richtmyer-Meshkov不稳定性启动的马赫数1.84激波穿越扰动界面分离气体的密度比为3。使用Thornber等人的θ组研究[Phys. Fluids 29，105107（2017）]中提出的四种算法的“四分之一尺度”数据计算结果。本研究受到Schilling和Mueschke [Phys. Fluids 22，105102（2010）]使用直接数值模拟数据对瑞利-泰勒不稳定性和混合进行的先前类似研究的启发。除了比较四个隐式大涡模拟代码的数据的预测，预算被用来量化的输运方程中的条款的相对重要性，和平衡的条款被用来推断数值耗散。从流动的可压缩性所产生的条款进行审查，特别是，即，压力膨胀。研究结果对验证Richtmyer-Meshkov不稳定性的大涡模拟和雷诺平均模拟具有重要意义。
2019-10-31 physics.flu-dyn
Benjamin-Feir Instability of Interfacial Gravity-Capillary Waves in a Two-Layer Fluid. Part II. Surface-Tension Effects
本研究拓展两层流体界面波调制稳定性分析框架，结合非线性薛定谔约化与长波渐近方法，量化表面张力对稳定/不稳定区域边界的调控机制，计算得到统一描述非线性色散行为转捩的三维临界曲面。
2025-11-16 physics.flu-dyn
The turbulent dynamo as an instability in a noisy medium
我们研究了一个存在乘性噪声的不稳定性的例子，即湍流介质中自发产生的磁场。这个所谓的湍流发电机问题在实验和理论上仍然具有挑战性。在这个领域，流行的理论是平均场发电机（Krause和Rädler，1980），其中发电机效应由平均磁场（其他可能的选择是能量，通量，.）监控。近年来，在随机振荡器上已经表明，这种方法可能会产生误导。在本文中，我们开发了一个随机描述的湍流发电机效应，使我们能够明确地定义一个阈值的发电机效应，即通过全局分析的概率密度函数的磁场，而不是一个给定的时刻。
2006-12-11 astro-ph physics.flu-dyn
Instability and dynamics of volatile thin films
挥发性粘性流体在部分润湿的固体基底上可以表现出有趣的界面不稳定性和斑图形成。我们研究了在低雷诺数润滑近似下，考虑表面张力、分子间效应和蒸发通量的单侧模型下的蒸汽冷凝和流体蒸发的动力学。确定了蒸发为主和冷凝为主的制度和临界情况下的参数范围。通过线性稳定性分析研究了分离压力和蒸发效应之间的竞争驱动的界面不稳定性。研究了临界条件下近平坦演化膜中瞬态斑图形成的过程。在弱蒸发极限下，有限振幅非均匀稳态的不稳定模式导致丰富的液滴动力学，包括扁平化，对称性破缺和液滴合并。数值模拟表明，长时间的行为，导致蒸发或冷凝是敏感的膜状和滴状动态之间的转换。
2017-08-31 physics.flu-dyn
Evolution of clusters of turbulent reattachment due to shear layer instability in flow past a circular cylinder
本研究通过大涡模拟和复杂网络分析圆柱绕流在临界与超临界状态下由剪切层不稳定性引起的湍流再附着簇的时空演化，发现簇的数量和大小决定阻力系数变化，并服从幂律分布。
2024-01-04 physics.flu-dyn
The role of the `monopole' instability in the evolution of 2D turbulent free shear layers
不稳定性的作用，在一个二维的增长，时间上不断变化的，“湍流”的自由剪切层进行了分析，使用涡气体模拟，冷凝所有的动力学的Biot-Savart关系的运动学。定涡层中扰动的初始演化与Rayleigh的线性稳定性理论是一致的。然后有一个相干结构的非普适演化阶段，它不是由瑞利稳定性理论近似的，而是由单极子的卡门-鲁巴赫-兰姆线性不稳定性近似的，直到相邻的相干结构合并。在几次合并之后，该层最终演变为自我保护的反向级联，其特征在于由Suryanarayanan等人（Phys.Rev.E 89，013009，2014）发现的普适扩散率和结构的主要间距（$Λ_f$）与层厚度（$δ_ω$）的比率的普适值。在这个普遍的，自我保护的状态下，局部放大的扰动振幅准确地预测由瑞利理论为本地存在的“基”流。Morris等人的模型（Proc.Roy.Soc. A 431，219-243，1990.），然而，其通过平衡平均流损失的能量与扰动模式的能量增益（根据瑞利理论的应用计算）来计算层的生长，被示出为提供具有依赖于初始条件的扩展速率和频谱的非通用渐近状态。这是因为对于具有相干结构的流态，Rayleigh不稳定性的预测仅在普适自保持状态下达到的特殊值$Λ_f/δ_ω$时才有效。
2020-08-15 physics.flu-dyn
On Richtmyer-Meshkov unstable dynamics of three-dimensional interfacial coherent structures with time-dependent acceleration
Richtmyer-Meshkov不稳定性（RMI）在科学和工程的许多领域中起着重要的作用，从超新星和聚变到超燃冲压发动机和纳米制造。经典的Richtmyer-Meshkov不稳定性是由定常冲击和脉冲加速度引起的，而在现实环境中，加速度通常是可变的。我们专注于由加速度与幂律时间相关的RMI和应用群论来解决长期存在的问题。对于早期的动力学，我们发现的增长率的依赖于初始条件，并表明它是独立的加速度参数。对于后期的动力学，我们发现一个连续的家庭定期渐近解，包括他们的曲率，速度，傅立叶振幅，和界面剪切，我们研究他们的稳定性。对于每一种解决方案，界面动力学是直接链接到界面剪切，非平衡速度场具有强烈的流体运动界面附近，有效地没有运动的散装。最快稳定解的准不变性表明RMI中的非线性相干动力学的特征在于两个宏观尺度-波长和振幅，与观测结果一致。一些特殊的解决方案的属性进行了概述，这些分别是，阿特伍德，泰勒，收敛，最小剪切，临界气泡，等等。我们还阐述了新的理论基准，为未来的实验和模拟。
2019-11-28 physics.flu-dyn
Effect of confinement on the transition from 2D to 3D fast rotating flows
本文通过直接数值模拟研究大尺度摩擦约束下快速旋转二维湍流的三维线性失稳，揭示离心型与参数型不稳定性阈值、模态标度及纵横比影响。
2023-05-20 physics.flu-dyn
Onset of three-dimensionality in rapidly rotating turbulent flows
本研究针对快速旋转湍流的二维-三维转捩阈值问题，通过对二维湍流基态做线性稳定性分析、借助GPU实现高雷诺数参数扫描，揭示了不同雷诺数区间的两类失稳机制。
2021-01-08 physics.flu-dyn
Critical region in the spatiotemporal dynamics of a turbulent thermoacoustic system and smart passive control
提出了一种抑制钝体稳定预混湍流燃烧室热声不稳定性的被动控制策略。当当量比变化时，燃烧室中存在从燃烧噪声到热声不稳定性的过渡。我们同时进行声压，2D-PIV，和CH $^*$化学发光测量捕获的压力波动，速度场，和热释放率（HRR）场在过渡期间。我们测量的湍流速度的振幅在声频，时间平均涡度，时间平均HRR和瑞利指数的空间分布，并确定各种区域的意义。我们实施了一种被动控制策略，针对这些地区的稳定注射的二次微射流的空气，以优化注射位置，并确定关键区域。以二次空气为目标的临界区域导致对主导热声模式的大于20 dB的抑制。我们观察到，相干结构形成的剪切层后转储平面得到抑制，导致HRR波动的非相干空间分布。我们发现，湍流速度幅值正确识别的关键区域，优化被动控制热声不稳定性。与此相反，瑞利指数确定的区域最显着的声学驱动，但是，它不确定的区域最敏感的控制。最后，我们通过确定从湍流速度场测量的Hurst指数的空间分布来扩展我们的分析。我们发现，赫斯特指数确定的临界区域热声不稳定性和不稳定性，不同于其他物理措施。
2020-11-03 physics.flu-dyn
The potential fluctuation and its interfacial phenomena in molecular, micro, macro, and cosmic flow instabilities
本文提出基于质量守恒的势能波动概念，揭示流动不稳定性的起源，指出其由流体密度和速度决定且先于不稳定性发展存在，为微观至宇宙尺度的流动不稳定性理解提供突破。
2024-05-31 physics.flu-dyn
Interfacial instability of liquid films coating the walls of a parallel-plate channel and sheared by a gas flow
本文研究了平行平板通道壁面液膜在压力驱动气流作用下沿通道中心剪切的稳定性。该膜容易受到长波长的不稳定性，其动态行为被发现-足够低的雷诺数和厚的气体层-由两个耦合的非线性偏微分方程描述。据我们所知，这种耦合的膜厚度的完全非线性方程没有推导出以前。在材料性质和初始未扰动液膜厚度相等的条件下进行的线性稳定性分析可以用来确定界面主要是由剪切应力的变化还是由作用在它们上的压力梯度的变化而不稳定。弱非线性方程的分析表明，对应于一个消失的雷诺数的不稳定性是缺席的系统。此外，对于这种配置，沿两个界面出现的图案被发现是相同的长时间限制，这意味着电影是完全同步的。一个不同的设置，其中的液体膜具有相同的材料特性，但它们的未受干扰的厚度不同，进行了数值研究。结果表明，即使对于这种配置的界面波保持相位同步和密切相关的参数范围很广。这些发现对于狭窄管道中的多相流特别相关，例如在呼吸系统或微流体通道中。
2016-04-20 nlin.PS physics.flu-dyn
Turbulent patterns in wall-bounded flows: a Turing instability?
在它们的方式/从湍流，平面壁有界流动显示一个有趣的过渡制度，层流和湍流斜带交替，其起源仍然是神秘的。根据Barkley最近关于管流过渡的工作，考虑了平面Couette流，并将Waleffe的经典四变量自持过程模型转化为反应扩散模型。我们表明，在履行其变量的相对扩散率的条件下，无特征的湍流制度成为不稳定的图案作为一个图灵不稳定性的结果。一个简化的双变量模型可以帮助我们描绘出参数空间的适当区域。因此，第一次将{ \it内在}状态赋予图案的波长。美德和模型的局限性进行了讨论，呼吁微观的现象学方法的支持。
2012-05-25 nlin.PS physics.flu-dyn
The clustering instability of inertial particles spatial distribution in turbulent flows
本文提出了惯性粒子在湍流速度场作用下，由于其空间分布的不稳定性而引起的惯性粒子的群聚理论。团簇不稳定性的原因是粒子惯性和速度场的有限关联时间的综合作用。团簇不稳定性的关键参数是颗粒的尺寸。临界尺寸估计为一个强的集群（与有限部分的颗粒在集群中）与增长的平均绝对值的颗粒数密度和弱集群与增长的第二和更高的时刻。本文提出了由不可压速度场有限关联时间引起的湍流扩散张量可压缩性的新概念。在这个速度场模型中，拉格朗日轨迹场不是无发散的。提出了团簇不稳定性的饱和机制，它与团簇中粒子的碰撞有关。应用所分析的影响，在湍流大气中的液滴的动力学进行了讨论。一个估计的非线性水平的饱和度的水滴数密度在云中超过了数量级的平均数密度。团簇形成所需云滴的临界尺寸大于$20 μ$ m。
2002-04-12 nlin.CD physics.flu-dyn
A generalized action-angle representation of wave interaction in stratified shear flows
本文用作用角Hamilton方程的紧致形式表示了分层剪切流中相互作用界面波的线性动力学。赝能作为系统的哈密顿量，作用量坐标是界面波对波作用量的贡献，角度是它们的相位。术语“广义作用角”旨在强调每个波的作用通常是时间依赖的，这允许不稳定性。试图通过赝能量和赝动量的全局守恒，将这种形式主义与反向传播涡波之间的超距超距作用共振不稳定机制联系起来。
2017-08-03 physics.flu-dyn
Instability-driven interfacial dynamo in protoneutron stars
日震学已经证明了太阳中速跃层的存在。目前还不清楚类似的剪切层，被广泛认为是磁发电机行动的座位，也存在于质子中子星。磁扩散率$η$和湍流涡度$α$的突然跳跃，例如在中子指和对流区之间的界面处，已知能够增强质子中子星中的平均场发电机效应。在这里，我们适用于众所周知的，平面平行，麦格雷戈-夏博诺分析的太阳能界面发电机的质子中子星的问题，并计算分析的增长率在一系列条件下。结果表明，像太阳发电机，它是不可能实现自我维持的增长，如果在$α$，$η$，和剪切的不连续性是一致的，磁扩散率是各向同性的。相反，当$η$和$α$中的跳跃位于远离剪切层时，自维持增长可能持续$P\lesssim 49.8$ ms（如果速度剪切位于$0.3R$）或$P\lesssim 83.6$ ms（如果速度剪切位于$0.6R$）。这转化为比太阳中更强的剪切和/或$α$效应。如果磁扩散率是各向异性的，则通过${\bfΩ}\times{\bf{J}}$效应，即使当$α$、$η$和剪切不连续性重合时，自维持生长也是可能的。
2011-08-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Crossover between Rayleigh-Taylor Instability and turbulent cascading atomization mechanism in the bag-breakup regime
液体雾化（或粉碎）是否诉诸不稳定动力学（通过瑞利-高原，瑞利-泰勒或开尔文-亥姆霍兹机制的改进）或湍流级联类似理查森和柯尔莫哥洛夫第一想法的问题似乎仍然是开放的。在本文中，我们报告的实验证据表明，这两种机制都需要解释从工业喷嘴获得的喷雾液滴PDF。Rayleigh-Taylor类型的不稳定性控制最大液滴的尺寸，而最小液滴服从由湍流级联机制给出的PDF，导致稳定性参数接近1.68的对数Lévy稳定定律。这个值非常接近弗洛里指数的倒数，可能与最近的一个模型有关，该模型用于自避免随机涡旋拉伸的不稳定性建模。
2010-05-31 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
