On the drag of freely falling non-spherical particles
本文提出了一个新的通用模型，用于预测规则和不规则形状的非球形固体颗粒在亚临界颗粒雷诺数下在气体或液体中下落时的阻力系数（即$Re < 3 \times 10^5$）。结果是从300个规则和不规则的颗粒在空气中的实验测量和椭圆体的解析解。根据其尺寸，不规则颗粒可通过3D激光扫描仪或SEM micro-CT方法进行精确表征。实验在高度为0.45~3.60 m的沉降柱和4 m高的立式风洞中进行。此外，还考虑了$881$附加的实验数据点，这些数据点是从落在液体中的规则形状的颗粒的文献中汇编的。新的相关性是基于颗粒雷诺数和两个新的形状描述符定义为颗粒的平面度，伸长率和直径的函数。新的形状描述符易于测量，并且比球形度更容易表征。新的相关性具有$\sim 10\%$的平均误差，其显著低于与现有相关性相关联的误差。颗粒沉降的其他方面也进行了研究。首先，发现在稠密液体中，特别是在$Re>1000$中下落的颗粒倾向于以其最大投影面积垂直于其下落方向下落，而在气体中它们的取向是随机的。第二，小尺度表面泡状和粗糙度对非球形颗粒的阻力系数的影响被发现是$<10\%$。最后，颗粒取向对阻力系数的影响进行了讨论，并提出了额外的相关性来预测由于颗粒取向的变化而导致的阻力系数的端元。
2018-10-20 physics.flu-dyn
Electrohydrodynamic settling of drop in uniform electric field at low and moderate Reynolds numbers
研究了均匀电场作用下液滴在静止介质中下落的动力学行为。液滴的电流体动力学由液滴的固有变形性（由毛细数定义）、电场强度（由马森数定义）和表面电荷对流（由电雷诺数量化）决定。表面电荷对流是电流体力学中电场与流场耦合的非线性问题。在Stokes极限下，现有的理论模型大多考虑弱电荷对流或弱电场来解决问题。在目前的工作中，重力沉降的液滴的分析和数值研究在斯托克斯限制考虑显着的电场强度和表面电荷对流。液滴变形精确到高阶解析计算在小变形政权。我们的理论结果与数值计算结果吻合得很好，并且比以前的理论模型有所改进。对于中等雷诺数的液滴，研究了Masson数对理想介质中理想介质液滴和漏介质中漏介质液滴瞬态动力学的影响。对于后者的情况下，瞬态变形和速度获得显着的电荷对流相比，没有在电荷对流，这是我们的研究的新颖性。本研究表明，对于这两种制度，表面电荷对流往往会增加或减少的沉降速度取决于电性能的比率。值得注意的是，在惯性制度中，变形和速度被认为是显着改变的存在下，显着的电荷对流。
2018-07-09 physics.flu-dyn
Intermediate Scaling and Logarithmic Invariance in Turbulent Pipe Flow
本文提出了一个三层渐近结构的湍流管流，揭示了在中间变量，存在一个不变量的对数区域。它为解决流向平均速度和方差的标度中的重要问题提供了理论基础。从分析中得出的关键见解是，两个相邻层之间的尺度分离与$\sqrt{Re_τ}$而不是$Re_τ$成比例。这表明，为了实现雷诺数渐近不变性，可能需要更高的雷诺数来实现足够的尺度分离。该公式为解释低雷诺数下管流中平均速度的幂律以及高雷诺数下幂律和对数律的共存提供了理论基础。此外，汤森-佩里'常数'的方差显示出系统的哈罗德数的依赖。
2019-09-26 physics.flu-dyn
Numerical simulations of a falling film on the inner surface of a rotating cylinder
研究了薄膜在重力作用下落在垂直旋转圆柱内表面的流动。这是使用二维（2D）和三维（3D）直接数值模拟，与流体体积的方法来处理接口。这个问题是参数化的雷诺数，弗劳德，韦伯和埃克曼数。Ekman数（$Ek$）的变化（定义为与气缸的旋转速度成比例）对流动特性具有强烈的影响。在广泛的$Ek$值（$0 \leq Ek \leq 484$）范围内进行模拟，以便详细了解该参数如何影响流量。我们的研究结果表明，增加$Ek$，这将导致在离心力的大小上升，产生稳定的效果，抑制波的形成。关键的流动特征，如从二维过渡到一个更复杂的三维波制度，显着影响这种稳定，并详细研究。此外，施加的旋转导致不同的流动特性，如角波的发展，这是由于在轴向和方位角方向上的重力和离心驱动的运动的组合，分别出现。我们还使用加权残值积分边界层方法来确定雷诺数和埃克曼数的空间中的边界，该边界代表超过该阈值的波具有回流区域。
2020-04-20 physics.flu-dyn
Palabos Turret: A Particle-Resolved Numerical Framework for Settling Dynamics of Arbitrary-Shaped Particles
本文提出Palabos Turret三维数值框架，结合格子玻尔兹曼方法、浸没边界法和动态内存分配，在宽雷诺数范围内高精度模拟任意形状颗粒的沉降动力学，验证偏差不超过±5%。
2024-10-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Periodic and quasiperiodic motions of many particles falling in a viscous fluid
本文用点-颗粒模型分析了在低雷诺数粘性流体中许多非接触颗粒在重力作用下下落的规则团簇的动力学。两个家庭的粒子配置的演变是确定的：2或4个规则的水平多边形（称为“环”），中心以上或以下的对方。两个环落在一起并周期性地振荡。四个环通常以混沌散射相互分离。对于成千上万的初始配置，评估团簇寿命的地图，其中持久的团簇以相对运动的周期解为中心，并被混沌散射区域所包围，与Janosi等人（1997）仅对三个粒子观察到的方式类似。这些研究结果表明，考虑周期轨道的存在作为一个可能的物理机制的存在下，重力下降的粘性流体中的不稳定的粒子簇。
2015-07-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Laminar-Turbulent Transition: The change of the flow state temperature with the Reynolds number
使用先前开发的模型来描述粘性流体流的层流/湍流状态，该模型将流视为各种尺寸的相干结构的集合（Chekmarev，Chaos，2013，013144），将流状态的统计温度确定为雷诺数的函数。结果表明，在小雷诺数，与层流状态，温度是正的，而在大雷诺数，与湍流状态，它是负的。在中间雷诺数下，随着相干结构尺寸的增加，温度从正值变为负值，类似于Onsager对无粘流体中平行点涡旋系统的预测。结果还表明，在中间雷诺数的范围内，温度表现出幂律发散特性的二阶相变。
2014-04-01 physics.flu-dyn
Optimal airfoils in the intermediate Reynolds number range
Center for Materials Technologies, Skolkovo Institute of Science and Technology（莫斯科斯科尔科沃科学技术大学材料技术中心）
本文研究了在1到3000之间的中间雷诺数范围内，寻找最大化空气动力学性能的机翼形状问题，采用混合方法结合随机搜索和直接参数扫描，利用基于共形映射和二阶有限差分离散化的稳态层流纳维-斯托克斯求解器进行求解，发现零厚度弯型机翼在整个雷诺数范围内都是全局最优的。
2026-07-08 physics.flu-dyn
Contrary to Newtonian trends: Early flow transition and drag enhancement at low to intermediate Reynolds number flows of structured fluids
Indian Institute of Technology Ropar（印度理工学院罗帕尔分校）
研究通过修正的 Bautista-Manero 模型对胶束溶液绕圆柱流动进行高保真数值模拟，揭示其流动动力学比牛顿流体更丰富，低雷诺数下更早转非定常流，中等雷诺数呈准周期行为且阻力反常增加。
2026-07-07 physics.flu-dyn
Swimming of the midge larva: principles and tricks of locomotion at intermediate Reynolds number
在毫米尺度和中间雷诺数（Re）状态下，蠓和蚊子幼虫可以达到每周期超过一个体长的游泳速度，执行“8字形”步态，其中它们细长的身体周期性地弯曲成圆形，然后完全展开。为了阐明这一周期的运动的推进机制，我们进行了一个三维数值研究，调查进行规定的运动学的流体动力学。新颖的推进机制，如调制身体变形率以动态增加最大净推进力，使用非对称运动学产生扭矩和适当的旋转，以及控制卷曲身体的半径以操纵转动惯量。8字形步态被发现在很宽的Re范围内实现推进，但在中间Re时最有效。通过开发一种柔软的毫米大小的机器人，该机器人可以使用8字形步态达到可比的速度，从而进一步验证了实验结果。
2022-12-06 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Reciprocal swimming at intermediate Reynolds number
在斯托克斯流中，珀塞尔的扇形定理禁止具有时间可逆（往复）泳姿的物体移动。在惯性存在的情况下，这一限制被放松，并且可变形的物体可以游泳。最近的一些工作研究了在中间雷诺数Re ~ 1-1000范围内游动的二聚体模型。这些显示了有趣的结果（例如，作为惯性的函数的游泳方向的切换），但是结果变化并且似乎是个案特异性的。在这里，我们介绍了一个通用的模型，并调查的行为的非对称球形二聚体的振荡长度为小振幅运动在中间Re。在我们的分析中，我们对粒子惯性和流体惯性进行了重要的区分，这两者都需要单独考虑。我们渐近展开的纳维-斯托克斯方程在小振幅限制，以获得一个系统的线性偏微分方程。使用组合的数值（有限元）和分析（互易定理，方法的反射）的方法，我们解决了系统，以获得二聚体的游泳速度，并表明，有两种机制，引起运动：边界条件（有效的滑移速度）和雷诺应力。每种机制都由两类球-球相互作用驱动，一个球的运动与1）由另一个球的运动引起的振荡背景流之间，以及2）由另一个球的存在引起的几何不对称性之间。因此，我们可以统一和解释在其他作品中观察到的行为。我们的研究结果表明如何敏感，反直觉和丰富的运动是在参数空间的有限惯性的颗粒和流体。
2022-08-03 physics.flu-dyn
The effect of Reynolds number on inertial particle dynamics in isotropic turbulence. Part I: Simulations without gravitational effects
在这项研究中，我们分析了统计的单个惯性粒子和惯性粒子对直接数值模拟均匀各向同性湍流在重力的情况下。泰勒微尺度雷诺数$R_λ$对颗粒统计的影响进行了研究，在最大的范围内（从$R_λ= 88-597$）。我们首先探索的效果上的单粒子统计的优先采样，并使用我们的理解优先采样的粒子速度梯度，动能，并在低$St$加速度的趋势提供了一个物理解释。随着$St$增加，惯性过滤效应变得更加重要，导致粒子动能和加速度减小。然后，我们考虑粒子对统计，并把我们的注意力集中在相对速度和径向分布函数（RDFs）的粒子。相对速度统计表明，偏好抽样效应对$St \lesssim 0.1$很重要，路径历史/非局部效应对$St \gtrsim 0.2$越来越重要。在低$St$下，低阶相对速度统计对雷诺数的变化仅弱敏感。我们发现，RDFs峰值附近的$St$的订单单位，他们表现出幂律缩放低和中间$St$，他们在很大程度上是独立的雷诺数低和中间$St$。我们还观察到，在大$St$，RDF的变化与相对速度方差的标度指数的变化有关。粒子碰撞内核被发现是在很大程度上不敏感的流动雷诺数，这表明相对较低的雷诺数模拟可能能够捕捉到大部分的相关物理的液滴碰撞和增长的绝热核心的大气云。
2015-07-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
From Propulsion to Suction: Unraveling Thrust Reversal in Propellers at Intermediate Reynolds Numbers
Division of Mechanics, Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心力学部）；School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）；School of Physical Science and Technology, Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学物理科学与技术学院）
本研究通过实验和数值模拟，发现中等雷诺数下螺旋桨在特定条件下会出现推力反向，即顺时针旋转导致后退，并揭示其机制为离心抽吸主导。
2026-06-25 physics.flu-dyn physics.med-ph
Quantum viscosity and the Reynolds similitude in quantum liquid He-II
雷诺相似是流体力学中的一个重要概念，它指出具有相似几何形状的不同长度尺度的两种现象在物理上是相同的。流动特性通常以雷诺数${\cal R}$（无量纲，不可压缩流体中惯性力与粘性力之比）的统一方式确定。例如，在流体中移动的具有相似形状的物体的阻力系数$c_D$由通用函数${\cal R}$表示。某些研究引入了类似的无量纲数，即超流雷诺数${\cal R}_s$，以表征超流中的湍流。然而，由于原始理论适用于粘性流体，因此相似性对无粘量子流体的适用性是不平凡的。本研究提出了一种方法来验证的相似性，利用现有的实验技术在量子液体He-II。一个高度精确的$c_D$和${\cal R}_s$之间的关系，得到的终端速度的宏观机构下降在He-II在有限的温度跨越努森（弹道）和流体动力学制度的热激发。超流体中的雷诺相似可以促进经典流体力学和量子流体力学的统一发展。
2023-02-14 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Wake of super-hydrophobic falling spheres: influence of the air layer deformation
我们报告了对自由落体超疏水球尾流的实验研究。通过研究超疏水微球的流体力学性能，强调了包裹超疏水微球的空气层（胸甲）与流体之间的相互作用。研究发现，空气胸甲的形状适应于与表面张力竞争的流致应力。这种竞争的特点是引入韦伯数$\mathcal{W}e$，而通过纵横比$χ$估计的腹侧变形。虽然局部观察到明显的变形，但随着$\mathcal{W}e$的增加，腹片平均变得越来越球形（即$χ\rightarrow 1$）。与参考球体相比，空气腹板腹板（扁形形状）的高变形导致升力和阻力增加，而低变形（球形形状）产生升力和阻力减轻。因此，考虑到胸甲变形提供了一种有吸引力的方式来解释在可比雷诺数的其他研究中报告的某种程度上不一致的结果。如果进一步的研究证实，我们的研究结果将意味着，胸甲顺应性和它的反馈的流量，这是目前被忽视的大多数理论工作和数值模拟，必须考虑到设计超疏水表面和/或预测其性能。
2018-02-06 physics.flu-dyn
Stability of soluble surfactant-laden falling film over a hydrophobic incline in the presence of external shear
SRM Institute of Science and Technology（SRM科学与技术学院）；National Taiwan Ocean University（台湾海洋大学）；Indian Institute of Technology Jodhpur（焦浦印度理工学院）
研究可溶表面活性剂填充下落膜在存在外部剪切力下的稳定性，分析长波和任意波模式，探讨能量组件行为。
2025-07-18 physics.flu-dyn
Nonreciprocal model swimmer at intermediate Reynolds numbers
异时性游泳是指具有小的相位滞后的肢体的连续跳动，在各种尺度的许多生物体中观察到，但大多数研究都是在高或低雷诺数的限制下进行的。的动机是游泳的卤虫，中尺度的有机体，在中间雷诺数，我们计算研究了一个简单的非互惠的二维模型，进行异时游泳。我们的游泳者是由两对以相位差跳动的桨组成的，这两对桨对称地连接在扁平身体的两侧。数值求解了纳维-斯托克斯方程，并采用浸入边界法模拟了流体与游泳者之间的相互作用。为了研究惯性和几何形状的影响，我们在$Re = 0.05 - 100$范围内进行了不同桨距和雷诺数的模拟。在所有情况下，我们观察到来回运动在周期和有限的周期平均游泳速度在稳定状态。有趣的是，我们发现游泳者的游泳速度对$Re$具有非单调依赖性，在$Re\approx1$附近具有最大值，在$Re=20-30$之间具有平坦的最小值，并且最终增加为$Re>35$。为了更深入地了解这种关系背后的机制，我们首先将游泳运动员的游泳行程和每个划桨分解为动力和恢复行程，并表征向前和向后运动。与往复式游泳者不同，在这里，对于周期的一部分，两个划桨之间存在竞争-平衡导致净运动。然后，我们研究了周期平均，以及，功率冲程平均和恢复冲程平均的流体流量，并在流体场的非单调行为的游泳速度的相关差异。我们的研究结果表明，存在不同的运动机制，发展为惯性增加的中间Re范围内。
2021-07-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Aerodynamic equilibria and flight stability of plates at intermediate Reynolds numbers
针对中等雷诺数下薄翼/平板被动飞行这一流固耦合典型问题，本文采用基于准稳态流体力的非线性动力学模型，结合无量纲参数识别、稳态平衡分析及稳定性线性分析，揭示了复杂的飞行平衡结构与组织，为小规模气动学及相关应用提供启示。
2025-04-08 physics.flu-dyn
Critical density triplets for the arrestment of a sphere falling in a sharply stratified fluid
本文研究了势流区中，在重力作用下，刚性球体在两层分层流体中的下落运动。在大约20到450的中等雷诺数下的实验表明，具有精确的临界密度（高于底层密度）的球体在穿过界面后可以显示诸如反弹或收缩的行为。我们的实验表明，这样的临界球密度线性增加的底部流体密度的增加与固定的顶部流体密度。随着密度过渡层厚度的增加，临界密度逐渐接近底层流体密度。我们提出了一个估计的临界密度的基础上的势能。假设层厚度为零，该估计构成了临界密度的上限，在零层厚度假设下，实验密度范围为0.997 $g/cm^{3}$ $\sim $ 1.11 $g/cm^{3}$，相对差小于0.043。通过匹配实验层厚度，我们得到了一个临界密度估计小于0.01的相对差异内相同的参数制度。
2023-01-06 math.AP physics.flu-dyn
Pairwise and collective behavior between model swimmers at intermediate Reynolds numbers
我们计算研究了对相互作用和集体行为的不对称，哑铃游泳在一个范围内的中间雷诺数和初始配置。根据初始位置和Re，我们发现两个游泳者要么相互排斥并游开，要么组装四个稳定对中的一个：直列和串联，平行和反平行。在这些稳定的配对中，游泳者协调一致，一起游泳，并作为一个整体产生流体流动。我们比较了稳定的双人游和单人游的速度、游泳方向和流体流动。直列稳定对表现得很像单个游泳者从拉式到推式冲程平均流场的过渡。相比之下，对于串联对，我们发现在游泳方向过渡的差异，以及冲程平均流体流动方向。值得注意的是，串联V对在比单个游泳者更高的$\text{Re}$处切换其游泳方向，而串联轨道对在更低的$\text{Re}$处切换。我们还研究了一个系统的122名游泳运动员，发现集体行为过渡到小的，瞬态串联集群的雷诺数增加，从线网络连接，符合线串联成对的行为。在集体行为的细节涉及形成的三元组和其他多体流体动力学相互作用，没有捕捉到任何一对或单个游泳者的行为。我们的研究结果显示了中级$\text{Re}$游泳者集体行为的丰富性和复杂性。
2021-04-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Scale-dependent statistics of inertial particle distribution in high Reynolds number turbulence
本文提出了惯性颗粒分布的多尺度统计分析方法，以研究不可压各向同性湍流中颗粒聚集和空穴区的统计特征。本文对高雷诺数下均匀各向同性湍流（$Re_λ\gtrsim 200$）进行了三维直接数值模拟，其中包含多达$10^9$的惯性粒子，Stokes数范围从$0.05$到$5.0$。正交小波分析，然后施加到计算的粒子数密度场。计算了颗粒数密度分布的尺度相关的偏斜度和平坦度值，并评估了雷诺数$Re_λ$和斯托克斯数$St$的影响。对于$St \sim 1.0$，随着尺度的减小，尺度依赖的偏度和平坦度值都变大，这表明在小尺度下的间歇性聚类。对于$St \le 0.2$，在中间尺度的平坦度，即对于大于Kolmogorov尺度和小于流动的积分尺度的尺度，随着$St$的增加而增加，并且偏斜度在中间尺度呈现负值。偏度的负值归因于空隙区域。这些结果表明，在中间销售的空隙区域是明显的，间歇性分布的小斯托克斯数。随着$Re_λ$的增加，平坦度略有增加。对于$Re_λ\ge 328$，偏度在大尺度下显示负值，表明空隙区域在大尺度下明显，而簇在小尺度下明显。
2020-07-18 physics.flu-dyn
Searching for vortex structures in high Reynolds number turbulence
在非常高的雷诺数湍流的实验研究中，我们发现的证据表明，有区别的涡结构的中间范围内，即Kolmogorov和泰勒微尺度之间，他们确实预计将存在。这些结构是负责的不对称性，并在同一时间，它们有助于湍流统计的不对称性，后者遵循Kolmogorov定律。
2001-11-30 physics.data-an physics.flu-dyn
Atwood and Reynolds numbers effects on the evolution of buoyancy-driven homogeneous variable-density turbulence
采用高分辨率直接数值模拟方法研究了Atwood数小于0.75和大雷诺数下浮力驱动的均匀变密度湍流（HVDT）的演化。为了帮助理解浮力驱动HVDT的高度非平衡性质，根据湍流动能导数的行为，将流动演化分为四个不同的区域。结果表明，每个政权有一个独特的类型的依赖阿特伍德和雷诺数。结果发现，局部统计的流量的基础上的流量组成更敏感的阿特伍德和雷诺数相比，那些基于整个流量。还观察到，在较高的阿特伍德数，不同的流动特征达到其渐近雷诺数行为在不同的时间。与以前使用的其他形式相比，基于Favre波动动量定义的能谱对于具有恒定性质的变密度流具有较少的粘性效应的大尺度污染。能谱的演变突出了四种流型的不同动力学特征。因此，能谱的斜率在中到大尺度上从-7/3到-1，作为产生耗散比的函数。经典Kolmogorov谱出现在中高尺度在最高雷诺数检查，湍流开始衰减后。最后，浮力驱动的HVDT和更传统的固定湍流之间的异同进行了讨论，并提出了新的策略和工具进行分析。
2020-04-02 physics.flu-dyn
Viscous friction acting on a solid disk falling in confined fluid: lessons for the scaling analysis
本研究通过Hele-Shaw电池中固体圆盘下落的实验，发现润滑膜厚度主导的表观尺度规律，并揭示其为两个尺度规律竞争的结果，阐明了粘性摩擦的物理机制，对微流控等领域具有启示意义。
2023-10-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Kinematics of a simple reciprocal model swimmer at intermediate Reynolds numbers
我们计算研究的运动学的一个简单的模型互惠游泳者（不对称哑铃）作为雷诺数（Re）的函数，并调查如何发病和逐渐增加的惯性影响游泳行为：在游泳方向，流动方向和游泳行程的逆转。我们将游泳划水分为两个领域的扩张和压缩，并将它们与力量和恢复划水联系起来。我们发现，游泳方向的开关也对应于电源和恢复中风的开关。我们得到的平均游泳速度的表达式崩溃的净位移在膨胀和压缩幂律关系的Re，游泳者的振幅，和两个球体之间的距离。分析流体流动，我们看到在膨胀期间的平均流场总是类似于推动器，而压缩总是类似于拉动器，但是当在整个循环中平均时，占主导地位的流动是在做功冲程期间发生的流动。我们还将动力冲程和恢复冲程与膨胀和压缩期间的游泳效率相关联，并且我们发现，令人惊讶的是，动力冲程并不总是比恢复冲程更有效。我们的研究结果可能对生物学和最终设计人工游泳者具有重要意义。
2020-02-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
A three-dimensional scanning stereoscopic particle image velocimetry for large-volume liquid flows
本文提出一种基于薄旋转棱镜的扫描立体粒子图像测速系统，可在100×100×100 mm³大体积内获取约10⁶个三维三分量速度矢量，并通过射流和上升球体实验验证了其有效性。
2025-07-19 physics.flu-dyn
Competing flow and collision effects in a monodispersed liquid-solid fluidized bed at a moderate Archimedes number
研究了三维非稳定流化单分散反应器中流体-颗粒和颗粒-颗粒相互作用的影响。使用浸没边界法（IBM）进行模拟，颗粒雷诺数为20-70，阿基米德数为23600。两种不同的流态被确定为粒子雷诺数的函数。对于低颗粒雷诺数（$20 < Re_p < 40$），孔隙率相对较低，并且颗粒动力学由产生各向异性颗粒速度波动的颗粒间碰撞主导。流体动力学效应的相对重要性随着颗粒雷诺数的增加而增加，导致在中间颗粒雷诺数处颗粒速度波动的各向异性最小化。对于高颗粒雷诺数（$Re_p > 40$），颗粒动力学由流体动力学效应主导，导致颗粒速度波动减小和更各向异性。当颗粒雷诺数从40增加到50时，各向异性急剧增加，对应于从碰撞和流体动力学效应同等重要的制度（制度1）到流体动力学主导的制度（制度2）的过渡。结果意味着一个最佳的颗粒雷诺数约为40的调查阿基米德数为23600，在该反应器中的混合预计达到峰值，这是一致的反应器的研究，显示峰值性能在一个类似的颗粒雷诺数和类似的阿基米德数。结果还表明，最大的有效碰撞达到中等颗粒雷诺数。未来的工作需要将最佳颗粒雷诺数与阿基米德数联系起来。
2021-09-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Sudden expansion stability thresholds modified by lateral flows
EPFL（洛桑联邦理工学院）；Université Libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学）
通过实验、线性稳定性分析、弱非线性理论和直接数值模拟，研究了雷诺数低于300时对称三维受限突然扩张中侧向流入对流动稳定性的影响，发现了三种流态，并确定了对称破缺分岔的临界条件。
2026-06-29 physics.flu-dyn
Choice of boundary condition for lattice-Boltzmann simulation of moderate Reynolds number flow in complex domains
使用格子玻尔兹曼方法对较大血管中的血流进行建模会遇到一组具有挑战性的约束：复杂的几何形状，壁和入口/出口相对于格子处于任意方向，中间雷诺数和非稳态流。简单回弹边界条件是最常用、最简单、计算效率最高的边界条件之一，但也有许多其他边界条件被提出。我们在我们的开源应用程序\HemeLB{}中实现了其他三种适用于复杂几何形状的方法（Guo，Zheng和Shi，Phys Fluids（2002）; Bouzdi，Firdaouss和Lallemand，Phys. Fluids（2001）; Junk和Yang Phys. Rev. E（2005））。我们用这些来模拟在生理上相关的Reynolds数（1- 300）和Womersley数（4- 12）下任意取向的圆柱形管道中的Poiquille和Womersley流动以及在相关的Dean数（100- 200）下的弯曲管道中的定常流动，并将精度与解析解进行比较。我们发现Bouzidi-Firdaouss-Lallemand和Guo-Zheng-Shi方法在空间上都是二阶收敛的，而简单的反弹退化到一阶。在非定常流中，BFL方法似乎比GZS方法表现得更好，并且计算量明显更少。Junk-Yang方法在较大雷诺数下稳定性较差，因此此处不推荐使用。碰撞算子的选择（格点Bhatnagar-Gross-Krook vs.多重弛豫时间）和速度集（D3 Q15与2…
2013-08-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Experimental investigation of intermediate-dissipation range energy spectra in shear turbulence
Cornell University（康奈尔大学）
研究高雷诺数shear湍流中中间耗散范围能谱的形态，发现其符合通用拉伸指数形式，且拉伸指数与雷诺数无关。
2026-03-22 physics.flu-dyn
Falling liquid films with blowing and suction
当基于平均膜厚的雷诺数大于临界值（该值随着与水平方向的倾斜角的增大而减小，特别是当板垂直时变为零）时，沿平坦斜面向下的薄粘性膜的流动对于长波界面波动变得不稳定。这些界面不稳定性的控制与广泛的工业应用有关，包括涂覆工艺和传热或传质系统。本研究认为，通过基板吹吸的效果，以构建从第一原理物理现实的模型，可用于详细的被动和主动控制的研究直接相关的可能的实验。两个不同的长波，薄膜方程来描述这个系统，其中包括施加吹/吸以及惯性，表面张力，重力和粘度。空间周期性吹吸的情况下被认为是详细的和强迫稳定状态的分叉结构进行了探讨，数值预测，稳定状态不再存在足够大的吸力速度，因为薄膜局部减薄到零厚度让位于干补丁的基板上。所得到的非均匀稳定状态的线性稳定性的任意波长的扰动进行了研究，并遵循任何不稳定性的完全非线性制度，使用时间相关的计算。小振幅吹/吸的情况下进行了研究，分析稳定状态和稳定性。最后，行波和非均匀的稳定状态之间的过渡进行了探讨，作为抽吸振幅的增加。
2015-06-04 physics.flu-dyn
Controlling three-dimensional falling liquid films: from weighted-residual models to direct numerical simulation
Mathematics Institute, University of Warwick（华威大学数学研究所）；Vanellus Technologies Ltd.（凡努斯科技有限公司）
本研究利用加权残差模型设计LQR反馈控制，结合直接数值模拟，成功稳定三维下落液膜，并揭示了执行器数量与位置对控制性能的关键影响。
2026-09-28 math.OC physics.flu-dyn
Universal Model of Finite-Reynolds Number Turbulent Flow in Channels and Pipes
在这封信中，我们提出了一个简单的和物理上透明的分析模型的压力驱动的湍流壁有界流动在高，但有限的雷诺数Re。该模型给出了准确的定性描述的轮廓的平均速度和雷诺应力（二阶相关的速度波动）在整个通道或管道在很宽的范围内，仅使用三个Re独立的参数。该模型揭示了冯-卡门和普朗特的百年历史对数律理论的支持者和一个新的理论促进幂律来描述平均速度剖面的中间区域的提议者之间的长期争议。
2007-12-07 nlin.CD physics.flu-dyn
The role of wave kinematics in turbulent flow over waves
本文用壁面分辨大涡模拟方法研究了中等陡度单色波上的湍流，并涵盖了一定的波龄和雷诺数范围。我们计算的流的傅立叶模式和分析的平均和基本模式的动量平衡。在低波龄时，形状阻力对雷诺数的变化表现出很大的敏感性，湍流应力和波致应力之间的相互作用随着雷诺数的增加而增加。在较高波龄时，进入准层流状态，其中波致应力主要由粘性应力平衡。为了利用在中高波龄区域观察到的波运动学的重要性，引入了一种新的分裂系统方法，其中对波的层流响应迫使湍流RANS类型的剪切流。为了解释湍流的影响，我们使用来自相应LES的雷诺应力来强制系统。我们给出了一个解析函数依赖的形式阻力与层流解决方案。对于中高波年龄，剪切流的形状阻力表现出相对简单的行为，我们推导出近似的准层流制度的功能依赖性。在低波龄时，形状阻力对雷诺数变化的高度敏感性对使用这种方法进行评估更具挑战性。这主要是由于剪切流中非线性的重要性增加，其固有地与湍流应力中的高次谐波耦合。然而，分裂系统的方法可以用来量化的重要性，不同的谐波在湍流应力明确选择哪些模式包括在分裂系统强迫。我们表明，雷诺应力的基本模式变得越来越重要的准确预测的形状阻力作为雷诺数的增加。
2019-08-19 physics.flu-dyn
Vortex stretching and enstrophy production in high Reynolds number turbulence
湍流的一个重要组成部分是涡拉伸机制，它源于涡量和应变率张量的非线性相互作用，并导致极端事件的形成。我们分析了涡量和应变率之间的统计相关性，通过使用一个庞大的数据库产生的非常好的解决直接数值模拟强迫各向同性湍流在周期域。网格分辨率达到$12288^3$，泰勒尺度雷诺数在$140-1300$范围内。为了了解极端涡度波动的形成和结构，我们获得了以涡度拟能（涡度平方）为条件的统计。应变的大小，以及它的特征值，是近似恒定的条件下，弱拟能，而他们的增长近似为幂律的强拟能，这成为陡峭的增加$R_λ$。我们发现，众所周知的涡度和应变张量的中间特征向量之间的优先对齐是更强的大拟能，而涡度表现出的倾向是弱正交的最广泛的特征向量（大拟能）。然而，大涡度拟能事件产生的主要贡献来自于最广泛的本征方向，随着$R_λ$的增加，这种贡献越大。然而，在强烈的涡度区域的拉伸显着耗尽，与弱弯曲管的运动学特性，他们组织一致。进一步的分析表明，强烈的涡度拟能主要是通过粘性扩散来消耗的，尽管粘性耗散也很重要。对建模的影响在名义上是适当的。
2020-09-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Mixing of miscible liquids: Dimensionless scaling for intermediate-to-large density differences in a stirred tank
SimVantage；Graz University of Technology（格拉茨工业大学）；Takeda Pharma Austria（武田制药奥地利分公司）；Research Center Pharamceutical Engineering GmbH（制药工程研究中心有限公司）；AstraZeneca AB R&D（阿斯利康研发部）
研究通过数值模拟搅拌罐中50/50液体混合，发现混合时间与Richardson数正相关，基于功率、弗劳德和Richardson数推导出指数缩放关系，使数据归一到主曲线上。
2026-05-07 physics.flu-dyn
Non-Newtonian fluid flow through three-dimensional disordered porous media
本文通过动量输运和连续性方程的直接数值模拟，研究了各种非牛顿流体在三维无序多孔介质中的流动。值得注意的是，我们的研究结果幂律（PL）流体表明，流量，当量化的适当修改的渗透率指数和雷诺数，可以成功地描述了一个单一的（通用）曲线在很宽的范围内的雷诺条件和幂律指数。我们还研究了宾汉流体的Herschel-Bulkley模型描述的流动行为。在这种情况下，我们的模拟表明，（{ \it i}）的孔隙空间的无序几何形状，（{ \it ii}）的流体流变性能，和（{ \it iii}）的惯性效应对流动的相互作用是负责在中间雷诺条件下的系统的宏观水力传导的大幅增强。这种“增强传输”的反常条件代表了多孔材料中流动的一个新特征。
2009-11-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dynamics of a reactive spherical particle falling in a linearly stratified fluid
本文通过实验研究大Re、大Fr下熔化球在线性分层流体中的自由下落，揭示熔化与分层导致阻力增强的共同涡量机制，并表征尾流内波场及其约1%的势能转化效率。
2020-10-23 physics.flu-dyn physics.geo-ph
From an obliquely falling rod in a viscous fluid to the motion of suspended magnetic bead chains that are driven by a gradient magnetic field and that make an arbitrary angle with the magnetic force vector: A Stokes flow study
本文在Stokes流极限下研究磁珠链与磁力矢量成任意角度时的运动，利用HYDRO++计算迁移率矩阵并推导解析解，同时将方法推广到粘性流体中倾斜下落的杆。
2024-04-05 physics.flu-dyn
On the co-existence of transonic buffet and separation-bubble modes for the OALT25 laminar-flow wing section
针对OALT25层流翼型的跨声速流动，通过尺度解析模拟和谱本征正交分解，揭示了跨声速抖振、分离泡等三类非定常模态的共存特性及雷诺数、马赫数对各模态的不同影响规律。
2022-09-21 physics.flu-dyn
Reynolds number effect on drag reduction in pipe flows by a transverse wall oscillation
本研究通过直接数值模拟发现，横向壁面振荡在低雷诺数下通过抑制近壁湍流实现减阻，但高雷诺数下大尺度结构的增强削弱了其减阻效果。
2024-07-16 physics.flu-dyn
Coefficient of restitution for wet particles
通过跟踪自由下落的颗粒在湿表面上的弹跳，实验研究了润湿液对恢复系数（COR）的影响。的COR的影响速度和各种性能的颗粒和润湿液体的依赖性，提出和讨论的无量纲数，其特征在于惯性，粘性和表面力之间的相互作用。在雷诺数制度的润滑理论不适用，薄膜厚度的颗粒尺寸的比率被发现是一个关键的参数确定的COR。
2012-05-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Basset-Boussinesq history force and inertia are relevant for unsteady particle settling dynamics
该研究通过斯托克斯流中球体下落实验，发现沉降弛豫为代数速率，验证了Basset-Boussinesq-Oseen方程，揭示涡环形成及雷诺数接近1时的偏离现象，明确历史力与惯性对非定常沉降的重要性。
2024-09-03 physics.flu-dyn
Numerical study of Lagrangian velocity structure functions using acceleration statistics and a spatial-temporal perspective
School of Aerospace Engineering, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院航空航天工程学院）；Schools of Aerospace Engineering and Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院航空航天与机械工程学院）
本文通过直接数值模拟研究湍流中拉格朗日速度结构函数的标度特性，探讨高雷诺数下加速度自相关对速度结构函数的影响，并分析时空视角下的卷积和局部贡献。
2026-03-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Reynolds-number evolution of wall-pressure statistics beneath canonical turbulent boundary layers
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；University of Melbourne（墨尔本大学）；University of Zagreb（萨格勒布大学）
本研究探究零压力梯度湍流边界层下方壁面压力统计的雷诺数演化，揭示其与大尺度运动的关联，明确内尺度与中/大尺度的不同雷诺数特性及对应的相干结构。
2026-09-03 physics.flu-dyn
The origin of wall-shear stress fluctuations in wall-bounded turbulence
本文通过壁面能量耗散研究壁面剪切应力波动的起源，发现大尺度耗散源于近壁尺度相互作用，且随雷诺数增大，小尺度向大尺度的能量输运因对数层中间尺度增多而增强。
2024-05-01 physics.flu-dyn
Convective mass transfer from a submerged drop in a thin falling film
我们研究的流体力学去除被动示踪剂中包含的小，粘性液滴附着在一个平面倾斜基板使用薄的重力驱动的薄膜流。对流传质建立在液滴-膜界面上，并且液滴中的示踪剂扩散到膜流中。膜中示踪剂的Peclet数较大。液滴中的佩克莱数Pe_d在0.01至1之间变化。液滴中的特征输运时间远大于膜中的特征输运时间。我们使用基于牛顿冷却定律的经验模型来模拟示踪剂从液滴体积到膜中的质量传递。这个模型是由一个理论模型求解的准稳态二维对流扩散方程的薄膜耦合与时间相关的一维扩散方程的下降。我们发现我们的实验数据和2个模型，这预测在下降的示踪剂浓度的时间呈指数下降之间的协议。结果是有效的所有滴和膜Peclet数研究。传输特征时间与液滴扩散时间尺度有关，因为液滴内的扩散是限制过程。本文的理论模型基于液滴长度L、液膜剪切速率γ和液膜运动粘度ν f，预测了在液滴充分混合的情况下，舍伍德数和雷诺数之间的关系式Sh~Re_L^{1/3}=γL^2/ν f。我们证明了这种关系在数学上等价于一个基于扩散边界层厚度δ的更直观的物理关系Sh~Re_δ。在液滴浓度不均匀的情况下，该模型还预测了一个修正值，它取决于Re_δ、施密特数、液滴纵横比和扩散率比。在低Pe_d下，这一预测与实验结果一致。当Pe_d趋近于1时，虽然Re_δ的影响增大，但这一规律也是一致的。
2015-11-30 physics.flu-dyn
Reynolds number limits for jet propulsion: A numerical study of simplified jellyfish
扇贝定理指出，往复运动的方法，如喷气推进或划桨，将不工作在斯托克斯流（雷诺数= 0）。在自然界中，喷气推进的有效极限仍然在惯性力显著的范围内。似乎几乎所有使用喷气推进的动物都在雷诺数（Re）约为5或更大的情况下游泳。幼年乌贼和章鱼从蛋中孵化出来时已经在这种惯性状态下游泳了。本文采用浸入边界法求解二维纳维-斯托克斯方程，并结合简化水母的运动，探讨了中等Re条件下喷气推进的局限性。收缩和膨胀运动学是规定的，但理想化的水母的向前和向后的游泳运动是由由此产生的流体动力学确定的涌现特性。模拟进行扁圆形钟形使用划桨模式的游泳和扁长形钟形使用喷气推进。计算雷诺数在1和320之间时的平均前进速度和输入系统的功。结果表明，当Re < 10时，钟形结构的前向速度随Re的减小而迅速衰减。类似地，对于Re < 10，产生脉冲运动所需的功显著增加。当与实际生物相比，游泳速度和旋涡分离模式的模型长同意观察到的线虫bachei。两个脉冲周期后的模型扁圆水母的向前游泳速度是可比的Aurelia aurita报道，但差异观察到的涡动力学之间的2D模型扁圆水母和生物体。
2010-10-16 physics.flu-dyn
Scaling in large Prandtl number turbulent thermal convection
利用准线性理论研究了大普朗特数$Pr$下湍流热对流换热$Nu$的标度性质。我们表明，两个政权出现，根据雷诺数$Re$。在低雷诺数下，$Nu Pr^{-1/2}$和$Re$是$Ra Pr^{-3/2}$的函数。在大雷诺数下，$Nu Pr^{1/3}$和$Re Pr$仅为$Ra Pr^{2/3}$的函数（在对数修正内）。在实践中，由于$Nu$总是接近于$Ra^{1/3}$，这对应于在低雷诺数下传热对普朗特数的依赖性比在大雷诺数下弱得多。这种差异可能解决SF6（大$Re$）和酒精/水（低$Re$）测量之间的现有争议。我们将这些制度与湍流平均流中可能的全局分叉联系起来。我们进一步展示了如何标度理论可以用来描述这两个制度，通过一个单一的通用功能。该函数在中间雷诺数范围内呈现双峰特征。我们解释这种双峰的两个耗散制度，其中波动占主导地位，和一个在其中平均流量占主导地位。总之，我们的结果提供了曲线$Nu(Ra,Pr)$的六个参数拟合，其可用于描述在$Pr\ge 0.7$的所有测量。
2011-06-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Experimental observation of the origin and structure of elasto-inertial turbulence
如果速度和惯性力足够大，剪切流中一般会产生紊流.与此形成鲜明对比的是，粘弹性流体即使在惯性消失的情况下也能表现出无序运动。在这些情况之间的中间，一种新的混沌运动状态，“弹性惯性湍流”（EIT），已被观察到在一个狭窄的雷诺数区间。我们在这里确定的起源EIT在实验中，并表明，特征EIT结构可以检测到在一个意想不到的宽范围的参数。接近发病的人字形条纹图案出现在线性理论非常一致。然而，不稳定性可以追溯到远低于理论允许的雷诺数。由于惯性的增加，二次失稳引起由倾斜的近壁条纹和剪切层组成的壁模。这种模式持续到所谓的"最大减阻极限"，并且发现总体EIT在雷诺数超过三个数量级的粘弹性流动中占主导地位。
2021-02-26 physics.flu-dyn
Non-Newtonian turbulent jets at low-Reynolds number
本研究通过直接数值模拟探究低雷诺数下三类非牛顿流体平面射流的流动特性，揭示了剪切稀化、黏弹性及其组合对流态转捩的影响，发现其整体统计量仍遵循与牛顿流体射流一致的幂律标度。
2023-06-08 physics.flu-dyn
Spatiotemporal linear stability of viscoelastic free shear flows: non-affine response regime
我们提供了一个详细的比较的二维，时间和时空的线性化分析的粘弹性自由剪切流动的限制在低到中等的雷诺数和弹性数服从四种不同类型的应力-应变本构方程：Oldrophil-B，上对流Maxwell，Johnson-Segalman（JS）和线性Tanner-Thien Tanner（PTT）。由此产生的四阶Orr-Sommerfeld方程转化为一组六个辅助方程，通过复合矩阵法进行数值积分。时间稳定性分析表明，（a）弹性稳定在较高的弹性数值，（b）非单调的不稳定模式，在低到中间值的弹性数的JS以及PTT模型。为了理解弹性、雷诺数和粘度对PTT模型的时间稳定性曲线的影响，我们考虑第四个参数，中心线剪切速率，$ζ_c$。“JS行为”在低于$ζ_c$的临界值时恢复，在高于该临界值时，PTT基底应力（相对于JS模型）减弱，从而解释了弹性的稳定影响。布里格斯的思想解析延续部署到分类区域的时间稳定性，绝对和对流不稳定性，以及倏逝模式，并与以前进行的实验结果进行比较，牛顿流体以及粘弹性流动通过一个圆柱体。相图揭示了两个熟悉的区域的惯性湍流修改弹性和弹性湍流以及（最近证实）区域的弹性惯性湍流和陌生的时间稳定区域的中间值的雷诺数和弹性数。
2021-03-05 physics.flu-dyn
Vortex breakdown in the shear-driven flow in a rectangular cavity
通过数值模拟和实验研究了矩形空腔绕流的层流涡动力学特性。流动是三维的，其特征是一个大的，占主导地位的涡流结构，在中等雷诺数下填充了大部分空腔，并沿涡核在轴向方向上产生了微弱但显著的流动。在一定的临界雷诺数以上的空腔内观察到经典的气泡型涡破裂，这是通道宽度的函数。的临界雷诺数的发病击穿被确定为通道宽度的函数，和击穿区域的演变和动态过渡的通道宽度和雷诺数的函数进行了研究。在大空腔宽度，两个涡破裂气泡出现在侧壁附近对称的中心平面，增长，并最终合并雷诺数增加。对于足够大的宽度，涡破裂区域保持良好分离，其结构变得独立的空腔宽度。分析了驻点的稳定性和分岔以及它们向稳定/不稳定极限环的转变，计算了涡流的临界性，表明涡在空腔中的破裂与Benjamin对临界性的解释一致。在中间宽度区域，在临界雷诺数以上出现单个涡破裂泡。在窄宽度区域，流动表现出更复杂的模式。在此宽度范围内，观察到一种具有反向流型的附加涡破裂模式，以及驻点稳定性的多次偏移。实验和数值计算结果还表明了流动对进口条件的敏感性，因此，相对较小的上游不对称性可能导致空腔中涡流破裂行为的显著变化。
2023-02-08 physics.flu-dyn
Assessment of local isotropy, Kolmogorov constant, and modified eddy viscosity-based modeling for particle-laden turbulent channel flows
基于局部各向同性的假设，并使用将湍流动能的谱分布与湍流耗散率相关联的Kolmogorov常数，已经开发了大量的模型来处理含颗粒的湍流的动力学。许多湍流模型（随机和LES模型）在公式中使用Kolmogorov常数。对不同流动构型的大量实验数据的汇编表明，在高雷诺数的极限下，Kolmogorov常数与雷诺数无关（Sreenivasan，1995）。然而，在低和中等雷诺数，解决实际重要性的流动情况下的几个数值研究认为，Kolmogorov常数保持不变，无论流动是单相或多相。在目前的工作中，我们评估的变化的局部各向同性的流体波动的颗粒负载的颗粒负载的增加，在颗粒负载的湍流槽道流。在低雷诺数湍流的情况下，我们还使用二阶速度结构函数和补偿谱估计Kolmogorov常数。我们的研究表明，Kolmogorov常数在这里研究的雷诺数范围内，随着颗粒体积分数的增加，在通道中心减小。的Kolmogorov常数的估计的变化被用来表示Smagorinsky系数作为一个功能的固体负载在颗粒负载流。然后，采用一种新的建模技术，使用大涡模拟（LES）预测的流体相的统计，而无需求解联立颗粒相方程。这种新的方法也有助于理解湍流强度在临界颗粒体积负荷急剧下降。
2022-10-25 physics.flu-dyn
