Scaling behavior of density gradient accelerated mixing rate in shock bubble interaction
通过高分辨率模拟研究了冲击泡相互作用中的变密度混合，这是Richtermyer-Meshkov不稳定性的典型流动。虽然耗散主要控制被动标量混合速率，但表征宏观混合形成的变密度混合速率的客观定义仍然缺乏，并且混合速率演化的基本行为尚未得到很好的理解。在这里，我们首先表明，激波泡相互作用的变密度混合是明显不同的被动标量混合从以前的观察。在标量混合中，广泛接受的双曲守恒的第一浓度矩，即，在变密度流中，平均浓度守恒被破坏。我们进一步结合的组分输运方程和散度关系的混相流提供的证据表明，密度梯度加速混合率的存在，分解的加速耗散项和重分布扩散项，有助于依赖于阿特伍德数的平均浓度的异常减少或增加。进一步分析了圆柱形和球形气泡在较宽的激波马赫数、雷诺数和Peclet数范围内的模拟结果，密度梯度加速混合速率对Peclet数的依赖性较弱，并确定了一个高混合速率的Atwood数范围，该范围可以基于双曲守恒破坏行为模式进行理论预测。
2021-05-06 physics.flu-dyn
Contribution of Mach number on the evolution of Richtmyer-Meshkov instability induced by shock-accelerated square light bubble
里希特迈尔-梅什科夫（RM）不稳定性由于其在科学研究中的重要意义以及在工程应用中的关键作用而一直是一个有趣的课题。本文通过数值模拟研究了激波马赫数对激波加速方形光泡诱导RM不稳定性演化的影响。方形气泡由氦气组成，周围（环境）气体为氮气。三种情况下的入射冲击强度被认为是：Ms = 1.21，1.7，和2.1。采用均匀网格下的显式混合模态间断Galerkin格式数值求解二维非定常可压Navier-Stokes-Fourier方程组。数值结果表明，在平面激波与方形轻气泡相互作用过程中，激波的马赫数起着重要的作用。激波马赫数引起流动形态的显著变化，导致复杂的波型、涡量产生、涡的形成和气泡变形。与低马赫数相比，高马赫数产生较大的卷起涡链，较大的向内喷流形成，以及具有较大膨胀的较强混合区。通过涡量的产生、涡度拟能的演化以及耗散率等现象详细探讨了马赫数的影响。最后，综合分析了马赫数对激波轨迹和界面特征随时间变化的影响。
2021-08-28 physics.flu-dyn
Vortex dynamics of accelerated flow past a mounted wedge
本文研究了在均匀和加速流动介质中，通道雷诺数分别为$Re_c=1560$、$6621$和$6873$的复杂流体流动问题。在非均匀直角坐标网格上，采用二阶时空精度紧致有限差分方法对非定常N-S方程进行离散。我们的数值模拟已经很好地捕捉到了Pullin和Perry（1980）的一个著名实验室实验的所有流动特性，并且我们提供了同样的定性和定量评估。此外，参数$m$的影响，控制的加速度的强度，已被详细讨论，随着有趣的后果，无量纲化的N-S方程有关的这种流动。在一个时间跨度上的流动模拟明显大于上述实验室实验是当前研究最值得注意的成就。对于加速流动，剪切层不稳定性的开始导致更复杂的流动向湍流的转变也得到了适当的解决。流动中相干结构的存在验证了我们模拟的质量，我们的模拟与Lian和Huang（1989）关于典型平板加速流动的高雷诺数实验结果的显著相似性也验证了我们模拟的质量。旋涡脱落的所有三个步骤，包括极其复杂的三重结构，都已被相当有效地捕捉到。
2022-11-28 physics.flu-dyn
Task-preserving neural segmentation of overlapping shocks and vortex cores in compressible flows
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
提出任务保持神经分割方法，同时分割可压缩流中重叠激波与涡核，通过分支适配避免相互干扰，实验验证涡核Dice达0.83，显著优于共享解码器U-Net。
2026-09-12 physics.data-an physics.flu-dyn
Lock-in effect of over-tip shock waves and identification of the escaping vortex-shedding mode in pressure-driven tip leakage flow
利用时间分辨纹影显示技术研究了间隙区叶顶泄漏流的非定常流动结构。在风洞中建立了一个通用的叶尖模型，并在从低亚音速到跨音速的工作条件下进行了试验。为了获得更好的流动显示效果，提出了多截断叠加技术。定量图像处理进行提取的流动结构和不稳定模式。进行额外的数值模拟，以帮助分类所观察到的流动结构。通过傅立叶分析和动态模态分解揭示了叶尖上激波振荡、剪切层扑动和旋涡脱落等非定常流动结构。结果表明，在亚音速条件下，剪切层不稳定性的触发位置是单调延迟的叶片载荷的增加，但是，这种模式是在跨音速条件下被逆转。这意味着流动的可压缩性，流动加速，和振荡的顶部激波是关键因素有关的顶部流动不稳定性。在剪切层扑动模式下，观察到翼尖上激波在频率和位置上被锁定。还观察到一种间歇流动模式，称为逃逸涡脱落模式。这些流动结构是控制叶顶泄漏流动的关键因素。根据观测到的流动动力学，提出了叶顶泄漏流结构和相关运动的示意图。最后，获得了一个实验数据集的验证未来的数值模拟。
2022-07-20 physics.flu-dyn
All Curled Up: A Numerical Investigation of Shock-Bubble Interactions and the Role of Vortices in Heating Galaxy Clusters
来自星系团中心活动星系核的喷流使低密度相对论等离子体空腔膨胀，并将激波和声波驱动到星系团内介质中。当这些波溢出先前膨胀的空腔时，它们通过里希特迈尔-梅什科夫不稳定性形成差动旋转涡旋。在涡旋中捕获的能量的耗散可以有助于能量反馈到冷核心星团的大气中。使用一系列的流体动力学模拟，我们调查了这个过程的效率：我们计算的动能在涡流分解成其无旋和螺线管部分的速度场。与二维情况相比，三维Richtmyer-Meshkov不稳定性的效率约为2倍。对于弱激波，旋涡场中的能量为E_vortex ~ rho_ICM v_shock^2 V_bubble（与几何形状、密度差和激波宽度有关）。对于强激波，涡旋变得动态不稳定，通过湍流级联迅速耗散其能量。我们得到了一些诊断的观察和实验室实验的激波-气泡相互作用，如激波-涡的间距，它可以用来推导出较低的限制马赫数。旋涡场的差动旋转导致粘性耗散，对于合理的涡流参数范围，粘性耗散足以有效地对团簇冷却作出反应并耗散团簇冷却半径内的涡流能量。对于足够大的填充因子（几个百分点或更大的数量级），这一过程可能会对星系团中的活动星系核反馈产生重大影响。
2012-02-01 astro-ph.CO physics.flu-dyn
Start-up vortex flow past an accelerated flat plate
本文用数值方法研究了有限长平板绕垂直于自身方向运动时的粘性绕流，平板以速度$at^p$运动，其中$p=0,0.5,1,2$。我们给出了涡度廓线、条纹线和流线的演化，并研究了对加速度参数$p$的依赖性。Luchini & Tognaccini（2002）提出的涡旋演化的四个阶段被清楚地识别出来。初始阶段，其中的涡量只包括一个瑞利边界层，被证明是持续一个时间间隔，其长度收缩到零像$p^3$，作为$p \to 0$。在第二阶段，旋转中心的发展，在板的尖端附近，涡核内的涡量最大值的发展之前。一旦涡度极大值形成，它的位置就会振荡，并与旋转中心不同。两者之间的差异随着$p$的增加而增加，并随着时间的推移而减小。在第三阶段，旋转中心和脱落环流密切满足自相似的无粘流的标度律。最后，在第四阶段中，有限板长度变得相关，并且流动开始偏离自相似行为。当堆芯轨迹和环流严格满足无粘标度律时，涡量最大值和边界层厚度遵循粘性标度律。所得结果与Pullin & Perry（1980）和Taneda & Honji（1971）的实验结果进行了比较。
2014-04-17 physics.flu-dyn
Dynamic Evolution of a Transient Supersonic Trailing Jet Induced by a Strong Incident Shock Wave
采用高分辨率时间分辨纹影技术和数值模拟方法研究了脉冲爆震发动机出口高度欠膨胀瞬态超声速射流的动态演化过程。实验证据提供了一个第二个三重激波配置的存在下，随着一个小激波之间的反射激波和滑流，这在一个稳态欠膨胀射流没有类似物。建立了一个准定常模型，该模型可以确定瞬态传播斜激波的激波后流动条件。将该模型应用于数值模拟，揭示了第二三相点形成的机理。因此，三相点的形成是由反射激波的瞬态运动开始的，该瞬态运动是由涡环的对流引起的。当涡环嵌入激波基本上作为平移的强斜激波运动时，反射激波向其稳态位置旋转。这就导致了压力不连续，必须通过形成小激波来解决。
2019-11-15 physics.flu-dyn
Performance of drag force models for shock-accelerated flow in dense particle suspensions
模型预测的阻力在一个粒子云的冲击加速后进行评估，从粒子分辨模拟的结果的帮助下，以量化有多少附近的粒子的接近所引入的干扰影响的阻力。这里评估的阻力模型包括准定常力、未扰动流力、无粘非定常力和粘性非定常力。基于体积分数和输入速度的两种稠密粒子幕修正方案也进行了评价。该模型以两种方式进行测试;首先，它们是基于粒子分辨模拟的体积平均流场进行评估的;其次，它们被应用于欧拉-拉格朗日模拟，并将结果与粒子分辨模拟进行比较。结果表明，这两种修正方案显着改善粒子力的预测，但平均总冲量的粒子上仍然是低估了两个修正方案在两个测试。以体积平均流场作为输入，体积分数修正给出了最好的结果。然而，在欧拉-拉格朗日模拟，它表明，速度波动模型，与速度校正方案，是至关重要的平均流场获得准确的预测。
2021-01-08 physics.flu-dyn
On mixing enhancement by secondary baroclinic vorticity in shock-bubble interaction
为了研究变密度行为增强混合的内在机制，从超声速流向涡协议中提取了一种典型的变密度（VD）混合，即激波泡相互作用（SBI），并与相应的被动标量（PS）混合进行了数值研究。无论激波马赫数如何（Ma = 1.22 ~ 4），在VD SBI中最大浓度衰减比在PS SBI中快得多。通过对气泡拉伸的方位速度的分析，发现了PS SBI中的准Lamb Oseen型速度分布。同时，对于VD SBI，由次级斜压涡度（SBV）产生增强的附加拉伸有助于更快的混合衰减。通过受冲击的轻气泡和重空气之间的密度和速度差，进一步揭示了SBV增强拉伸的潜在机制。结合SBV加速拉伸模型和初始激波压缩，通过求解附加SBV诱导角速度的轴对称涡旋变形场下的对流扩散方程，从理论上提出了一种新的VD SBI混合时间估计方法.在混合时间模型的基础上，通过VD与PS混合时间之比定义的混合增强数进一步揭示了变密度效应的贡献，这意味着在超声速流向涡中混合增强可以更好地控制密度分布。
2021-10-17 physics.flu-dyn
Effect of secondary swirl in supersonic gas and plasma flows in self-vacuuming vortex tube
本文对一种特殊的涡流管--自抽真空涡流管进行了数值模拟，实现了温度分离和真空度的极值。本文的主要研究结果是SVVT中的流动结构以及SVVT中斜激波、气体摩擦、瞬时膨胀和涡束组织的能量损失估算。
2018-06-20 physics.flu-dyn
Shock generated vorticity in spark discharges
火花放电诱导了一个复杂的流场，由早期（~ 1 $μ$ s）的激波、一对涡环和热气核组成。涡环将周围气体带入热气核中，并控制其冷却和膨胀。在这项工作中，我们调查的冲击波的贡献，在产生涡环涡。我们分析了高速（700 kHz）纹影图像的冲击波的范围内的电能来测量的冲击特性和估计冲击速度和曲率。这些测量结果与模型相结合，以计算产生的涡量。测量结果表明，在激波曲率峰值附近产生最大涡量，随着电能的沉积，激波曲率和强度增大。从立体粒子图像测速的涡量测量模型估计的涡量的比较表明，结果是统计上等效的。这表明激波曲率和速度对火花放电诱导的涡环有贡献。
2021-03-19 physics.app-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the algebraic stretching dynamics of variable-density mixing in shock-bubble interaction
J.C. Wu Center for Aerodynamics, School of Aeronautics and Astronautics, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学航空航天学院空气动力学中心）
本研究通过高分辨率模拟，提出了一种针对激波-气泡相互作用中变量密度混合的模型，揭示了拉伸动力学对混合率的影响及密度梯度效应的挑战。
2025-09-18 physics.flu-dyn
Efficient FMM accelerated vortex methods in three dimensions via the Lamb-Helmholtz decomposition
Fantalgo, LLC.（Fantalgo有限责任公司）
本文基于Lamb-Helmholtz分解提出一种涡旋方法公式，通过引入转换算子解决该分解在平移下的不变性问题，使得仅需两个标量调和FMM求和即可高效计算速度和涡量演化项。
2012-10-03 cs.NA math-ph math.MP
