Toward the detection of moving separation in unsteady flows
在许多使用工作流体的工程系统中，最佳效率接近于流动分离的条件，这使得其预测在工业中非常关键。假设壁基的量可以测量，我们今天就知道如何对二维和三维定常和周期性流动进行良好的预测。在这些流动中，分离被限定在附着于材料表面的固定线上。最后一种要说明的情况是，这条线不再附着在壁面上，而是相反地包含在流动中。然而，这种运动分离可能是自然流动和工业应用中最常见的分离情况。由于这种情况在过去几年中受到的关注较少，我们建议在这项研究中，以检查在二维，非定常流的分离不留下签名的墙壁上的移动分离的一些属性。由于在这个框架中分离可以通过使用拉格朗日框架提取，其中分离轮廓可以被视为双曲不稳定流形，我们提出了一种方法来提取由属于这个不稳定流形的拉格朗日鞍点定义的分离点。在实践中，分离点和轮廓最初通过检测壁面附近最吸引人的拉格朗日相干结构来提取，然后可以在随后的时刻及时平流。结果发现，鞍点，最初作为分离点的粘性壁流区域，显着保持其双曲性，即使他们从壁面向无粘区域喷射。本文研究了两种试验情况，即旋转和平移圆柱体的贴壁蠕动流动和平面射流撞击平面壁面所产生的边界层非定常分离。
2021-04-07 physics.flu-dyn
A Hydrodynamic Model of Movement of a Contact Line Over a Curved Wall
传统的无滑移边界条件导致接触线处的不可积应力奇异性。这是一个主要的挑战，在数值模拟的两相流动与移动接触线。本文建立了一个二维流体动力学模型，描述了在曲面上作匀速运动的接触点处的速度场。该模型是经典Huh和Scriven流体动力学解[11]的扰动，该解仅适用于流过平壁的流动。流体动力学模型的目的是研究接触点附近流体的宏观行为。我们还提出了一个想法，流体动力学的解决方案可以用来规定宏观狄利克雷边界条件的速度在附近的移动接触点。仿真结果表明，基于非奇异边界条件的速度场能够准确地平流接触点。
2019-05-21 physics.flu-dyn
Numerical simulations of fluid flow and heat transfer in a four-sided, lid-driven rectangular domain
本文对四边形驱动矩形区域内的二维非定常不可压缩传热流动进行了数值模拟。对于四边形盖驱动矩形域，下壁向左移动，上壁向右移动，而右壁向上移动，左壁向下移动。四面墙以同样的速度移动。左、右活动墙采用不同的恒温，上、下活动墙采用保温。控制方程采用有限体积法的QUICK格式离散。采用SIMPLE算法计算了流动变量$u$ -速度、$v$-速度、$P$和$θ$的数值解以及$50 \le Re \le 1500$和$Pr=6.63$的局部努塞尔数和平均努塞尔数。由于运动流体产生的力，运动壁的方向和雷诺数影响流体在矩形区域内的流动。此外，在不同的雷诺数下，沿区域冷壁的平均和局部努塞尔数的变化揭示了总传热增加等温线表明，随着雷诺数的增加，垂直壁附近的水平温度梯度减小，因此热传递降低。降低。
2017-04-26 math.DS physics.comp-ph physics.flu-dyn
Moving contact line with balanced stress singularities
一个困难，在经典的流体动力学分析的移动接触线问题，与无滑动壁边界条件导致不平衡的发散的粘性应力，重新审查与平滑，有限宽度的界面模型。在尖锐界面极限下的分析表明，粘性应力的奇异性可以被不平衡表面应力的另一个奇异性所平衡。动态接触角由表面张力、粘度、接触线速度和反映界面宽度与壁表面处第一分子层厚度之间的长度尺度比的单个无量纲参数决定。广泛使用的Navier边界条件和Cox假设也推导出以下相同的程序，允许有限壁滑移。
2008-06-24 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Lift and drag forces acting on a particle moving with zero slip velocity near a wall
通过数值计算研究了单壁线性剪切流中中性浮力球形小颗粒所受的升力和阻力。剪切速率的影响被隔离从那些滑移通过设置粒子速度等于当地的流体速度（零滑移），并检查所产生的流体动力作为分离距离的函数。与以前的许多数值文献相比，考虑了低剪切雷诺数（$10^{-3} \lesssim Re_γ \lesssim 10^{-1}$）。当处理小通道内的颗粒流时，该剪切速率范围是相关的，例如用于或开发用于生物技术工业的微流体装置中的颗粒迁移。我们证明了很强的依赖性的升力和阻力的剪切速率。建立在以前的理论$Re_γ \ll 1$研究，壁剪切升力相关性提出了适用于当壁位于内部和外部区域的扰动流。同样，我们验证了一个改进的阻力相关性，其中包括更高的阶项的壁分离距离，更准确地捕获的阻力时，颗粒接近，但不接触，壁。新的相关性的应用表明，检查基于剪切的升力是重要的，因为以前检查基于滑移的升力，突出需要考虑剪切时，预测中性浮力颗粒的近壁运动。
2020-02-14 physics.flu-dyn
Waves beneath a drop levitating over a moving wall
本研究解释了悬浮液滴下方润滑层中行进波的物理起源，通过建立润滑流动简化模型并进行Tollmien-Schlichting型扰动线性稳定性分析，推导出Orr-Sommerfeld方程并求解最不稳定模式的波长与相速度，理论与实验结果吻合良好。
2024-08-22 math-ph math.MP physics.flu-dyn
The Turbulent Boundary Layer on a Horizontally Moving, Partially Submerged, Surface-Piercing Vertical Wall
本文考虑了垂直表面穿透板产生的边界层剪切流中湍流与自由表面之间的复杂相互作用，包括空气卷吸过程。建立了一个实验室规模的装置，该装置利用表面穿孔不锈钢带，该不锈钢带围绕两个垂直辊成环行进，辊之间的一段带充当水平移动的平壁。带既作为突然启动的板操作以再现边界层流，又在存在平行于带定位的静止平板的稳定状态下操作以产生具有自由表面的库埃特流。表面轮廓测量与电影激光诱导荧光系统在这两个实验和空气夹带事件和气泡运动观察立体水下白光电影中突然开始带实验。据发现，RMS表面高度波动，$η$，峰值附近的边界的流动和增加近似线性带速度。在库埃特流动实验中，在$\partialη/\partial t$的光谱中的主峰被发现在无量纲频率$fH/U\approx 0.7$处。在突然启动的带实验中，表面波动似乎强烈地影响到次表面湍流内的边界层，而波纹传播自由时，远离带。此外，观察到空气夹带的一些机制，并与Brocchini和Pregrine（J. Fluid Mech.，499，225-254，2001）。
2016-06-16 physics.flu-dyn
Near-Surface Boundary Layer Turbulence Along a Horizontally-Moving, Surface-Piercing Vertical Wall
研究了垂直穿透壁面产生的边界层剪切流中湍流与自由表面的复杂相互作用。建立了一个实验室规模的装置，该装置利用表面穿孔不锈钢带，该不锈钢带围绕两个垂直辊成环行进，辊之间的一段带充当水平移动的平壁。带从静止突然加速，直到达到恒定速度，以便产生类似于沿着表面穿透拖曳平板存在的空间演变边界层的时间演变边界层。表面轮廓测量与电影激光诱导荧光系统和亚表面速度场记录使用高速平面粒子图像测速系统。据发现，带最初穿过水没有创建任何显着的波，自由表面的活动接近带表面的爆裂之前。这些自由表面波纹在看起来成为自由传播的波之前离开带。从次表面速度测量，它被发现，靠近表面，过渡到湍流比远离表面发生得更快，导致在自由表面附近的整体较厚的边界层。流向速度波动的第二个峰值伴随着这种向湍流的过渡，该峰值在向外平滑之前的短时间内达到最大值。使用动量厚度作为长度尺度，使用该外峰位置处的流向速度波动作为速度尺度，发现自由表面破裂和空气夹带开始在某种程度上取决于韦伯数，并且发现与Brocchini和Pregrine（J. Fluid Mech.，499，225-254，2001）。
2017-03-28 physics.flu-dyn
Levitation of a drop over a moving surface
我们研究了轻轻地沉积在旋转的空心圆柱体内壁上的液滴的悬浮。对于足够的壁速度，液滴稳定地悬浮在薄空气膜上，并到达圆柱体中的稳定角位置，其中阻力和升力平衡液滴的重量。干涉测量产生的三维（3D）的空气膜厚度的下降，并揭示了沿壁运动的方向的轮廓的不对称性。一个二维（2D）模型，解释了悬浮机制，捕获的空气膜形状的主要特点，并预测两个渐近制度的膜厚度$h_0$：对于大滴$h_0\sim\ca^{2/3}κ_b^{-1}$，如在Bretherton问题，其中$\ca$是毛细管数的基础上的空气粘度和$κ_b$是在底部的滴曲率。对于小液滴$h_0\sim\ca^{4/5}(aκ_b)^{4/5}κ_b^{-1}$，其中$a$为毛细管长度。
2013-06-07 physics.flu-dyn
Capillary-lubrication force exerted on a 2D particle moving towards a fluid interface
该研究分析了刚性圆柱体在两种不相溶粘性流体界面附近法向运动产生的毛细-润滑力，发现其由类粘附力和类惯性力两部分组成，对胶体迁移和微生物运动有启示。
2023-06-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
High fidelity fluid-structure interaction by radial basis functions mesh adaption of moving walls: a workflow applied to an aortic valve
流体-结构相互作用（FSI）可以通过非线性有限元模型（FEM）和计算流体动力学（CFD）来研究，所述非线性有限元模型（FEM）适于捕获与流体相互作用的结构部件的大变形。高保真度的模拟得到使用的结构和流体计算网格的精细空间分辨率。在结构解算器和流体解算器之间进行适当的信息交换的一个关键使能因素是在网格通常不匹配的湿表面处的界面的管理。一类应用，也称为单向FSI问题，涉及壁的复杂运动，其通过FEM测量或计算预先已知，并且必须在瞬态CFD解期间在边界处施加。需要根据其边界的演变形状对CFD模型的整个计算网格进行时间推进自适应的有效方法。一个非常成熟的方法包括连续更新的网格，通过添加和删除细胞，以适应移动的墙壁的演变再生。在本文中，提出了一种基于径向基函数（RBF）网格变形的创新方法，允许保留相同的网格拓扑结构，适合连续更新的形状。所提出的方法是精确的，在一组给定的关键配置，并依赖于形状融合的关键帧之间的时间插值。利用该框架对聚合物人工心脏瓣膜（P-PHV）的复杂运动进行了研究，并将已建立的基于网格重构的方法作为参考。
2022-03-29 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Material spike formation in high Reynolds number flow separation
我们应用最近的框架不变理论的分离尖峰形成复杂的非定常流动，包括湍流分离气泡，冲击射流，并围绕一个自由移动的圆柱和自由旋转的椭圆流。我们展示了该理论如何捕捉材料尖峰形成的发病，没有任何假设的流动类型（稳定，周期性，不稳定）或分离类型（上或离壁，固定或移动边界）。我们发现了新的现象，例如从壁内分离到壁外分离的转变、最初不同的尖峰的合并以及仍然隐藏在以前方法中的严重材料尖峰的存在。这些结果揭示了一个涉及网络的尖峰出现，相互作用，并动态合并，导致最终喷射的颗粒从壁在高度瞬态流分离过程。
2019-03-25 physics.flu-dyn
Finite element methods for a class of continuum models for immiscible flows with moving contact lines
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本文提出一种有限元方法，用于模拟具有移动接触线的两相不可压缩流体，通过纳维-斯托克斯模型描述本体相动力学，考虑表面张力力（包括马兰戈尼力和粘性界面效应），采用扩展有限元空间稳定化技术处理演化界面，并通过尼茨切技术弱加Navier滑动条件，统一处理不同类型的表面张力和接触线力。
2015-10-12 cs.NA math.NA physics.comp-ph
