A novel boundary-integral algorithm for nonlinear unsteady surface and interfacial waves
本研究提出一种基于柯西积分公式的新型边界积分时间步进算法，可高精度求解二维非线性非定常表面与界面波问题，并验证了深水中重力-毛细孤立波的线性稳定性规律。
2023-12-20 physics.flu-dyn
On Satisfying the Kutta Condition in Unsteady Thin Aerofoil Theory
非定常薄翼型理论是求解作任意运动弧线上势流空气动力学的一种低阶方法。在这种方法中，必须在后缘应用库塔条件，以唯一地确定翼型周围的净环量。本文对库塔条件在非定常流中的应用进行了讨论，并介绍了一种在非定常薄翼型理论中应用库塔条件的改进方法。具体地说，在任何离散时间步长的脱落尾流是由一个连续分布的涡量从精确的瓦格纳解决方案，而不是由一个点涡或正则涡滴。文中的结果说明了这种改进对迎角阶跃变化（瓦格纳问题）、谐波升沉运动（Theodorsen问题）和俯仰-斜坡-保持机动情况的影响。不可压缩欧拉方程的精确解析解和CFD模拟用于验证。新的方法被认为是满足库塔条件在所有降低的频率，与速度是有限的和压力差趋于零的后缘。它在理论的严密性、计算的费用和数值的准确性方面改进了非定常薄翼型理论。
2022-05-17 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of particle-laden flow in a linear compressor cascade: Unsteady boundary-layer effects on particle-blade interactions
HEDPS, CAPT, School of Mechanics and Engineering Science, Peking University（北京大学力学与工程科学系）
通过点颗粒直接数值模拟，研究合成自由流湍流下线性压缩机叶栅中的颗粒负载流动，量化叶片-颗粒碰撞及侵蚀热点，揭示非定常边界层动力学对侵蚀的影响。
2026-09-15 physics.flu-dyn
Finite difference solution of radiation on unsteady free convective magnetohydrodynamic flow past a vertical cylinder with heat and mass transfer
研究了在热质交换影响下，磁场和辐射对非定常自由对流磁流体流动的影响。采用Crank-Nicolson方法的隐式差分格式对结果进行了分析。控制边界层方程以及初始和边界条件被转换成无量纲形式，从而得到更精确的解。我们确定的辐射和磁场的影响下的速度的变化与温度和浓度考虑。构造了一个代码（FORTRAN 6.5），以获得预测以下的数值解已与文献中的现有信息进行了比较，并获得了很好的协议。本文的研究结果对预测有磁场和辐射存在时的流动和换热有一定的参考价值。
2012-06-14 physics.flu-dyn
Boundary Effects on Ideal Fluid Forces and Kelvin's Minimum Energy Theorem
本文利用开尔文最小能量定理研究边界对理想流体力的影响，证明附加质量在边界存在时总是增加，并给出非定常力可为吸引性以及伯努利吸盘定常力可变为排斥性的几何构型。
2023-02-27 physics.flu-dyn
Analysis of Boundary Slip in a Flow with an Oscillating Wall
基于Stokes第二问题，采用分子动力学（MD）方法研究了非定常流固边界滑移问题。与稳定流相比，对于低于相应稳定流的临界剪切速率的剪切速率，观察到滑移的增加。这种增加的滑移归因于流体惯性力，在稳定流中不表现出来。建立了滑移的非定常数学模型，估算了边界滑移增量。该模型表明，除了流体在壁面处的剪切速率之外，滑移还取决于加速度。通过将加速度用剪切速率表示，表明非定常流动中壁面滑移是由剪切速率梯度和流体的剪切速率决定的。对模型进行无量纲化处理后，得到了一条通用曲线，该曲线可用于根据流体的剪切速率和剪切速率梯度信息来确定流固界面处的滑移边界条件。一个管理的无量纲数，定义为相速度的比，声速，被确定，以帮助解释的机制负责的过渡滑移边界条件从有限到一个完美的滑移，并确定何时会发生。观察到流体速度相对于壁面的相位滞后。滞后随着壁振荡时间的缩短和壁疏水性的增加而增加。当考察滑移速度作为壁面速度的函数和滑移速度作为流体剪切速率的函数的变化时，可以看到滞后现象。滞后的原因是由于流体的不稳定的惯性力。
2012-07-30 physics.flu-dyn
Investigation of unsteady secondary flows and large-scale turbulence in heterogeneous turbulent boundary layers
根据\cite{wangsawijaya2020}中的发现，我们重新研究了在具有不同粗糙度波长$0.32 \leq S/\overlineδ \leq 3.63$的展向非均匀粗糙度的表面上发展的紊流边界层，其中$S$是粗糙度带的宽度，$\overlineδ$是展向平均边界层厚度。非均质的情况下，诱导反向旋转的二次流，这些相比，自然发生在光滑的壁的大尺度湍流结构。在瞬时流场中，两者都表现为蜿蜒的细长高动量和低动量条纹。结果表明，二次流可能是展向锁定的湍流结构，$S/\overlineδ$控制湍流结构的强度，并可能控制表面将结构锁定在适当位置的功效（当采用$S/\overlineδ \approx 1$时最有效）。条件平均值的脉动速度场的展向非均匀和光滑壁的情况下，导致强烈的条纹涡不稳定性模型的结构。二次流和大尺度结构共存于$S/\overlineδ \gg 1$或$S/\overlineδ \ll 1$的边界，其中二次流分别在$δ$或$S$上缩放。当采用$S/\overlineδ \gg 1$时，二次流被锁定在粗糙度过渡区附近，而相对不变的大尺度结构出现在距离过渡区较远的地方。在$S/\overlineδ \ll 1$的情况下，$S$尺度的二次流被限制在接近表面的位置，与穿透到层中更深处的未改变的较大尺度湍流结构共存。
2021-10-05 physics.flu-dyn
Unsteady Flow and Force Control in Butterfly Take-off Flight
在这项工作中，高分辨率，高速视频的帝王蝶（Danaus plexippus）在起飞飞行获得使用摄影测量系统。利用三维细分曲面重建方法，从这些视频中建模和重建蝴蝶的身体/翅膀的变形和运动学。然后进行高保真度模拟，以了解涡的形成在近场和远场的蝴蝶翅膀，并检查相关的气动性能。一个笛卡尔网格为基础的尖锐的界面浸入边界求解器被用来处理这样的流动在其所有的复杂性。
2012-10-15 physics.flu-dyn
On the noise generation and unsteady performance of combined heaving and pitching foils
瞬态二维声学边界元求解器耦合到势流边界元求解器通过鲍威尔的声学类比，以确定执行生物启发运动的孤立的水翼的声发射。流声边界元框架验证对规范涡体相互作用产生的噪声的实验和渐近解。数值框架，然后表征的噪声产生的振荡箔，这是一个简单的代表性的鱼尾鳍。一个刚性的NACA 0012水翼进行组合的起伏和俯仰运动的Strouhal数（$0.03 < St < 1$）的基础上的峰-峰振幅和基于弦的约化频率（$0.125 < f^* < 1$），跨越许多游泳鱼类的参数空间。一个偶极声学方向性被发现的所有运动，频率和幅度考虑，和峰值噪声水平的增加与减少的频率和Strouhal数。在一个固定的降低的运动频率和幅度下，一个组合的起伏和俯仰运动比一个纯粹的俯仰或纯粹的起伏翼产生更小的噪声。升力和功率系数与峰值均方根声压级的相关性被确定，这可以用来开发远程，安静的游泳者。
2021-01-23 physics.flu-dyn
Lamb-type solution and properties of unsteady Stokes equations
在球极坐标系中，我们导出了无界流体非定常Stokes方程的时域和频域通解。该解决方案是在矢量球谐函数的扩展，并给出了一个特定的解决方案，成比例的压力梯度表现出幂律空间依赖性，和矢量亥姆霍兹方程的解决方案，在远场指数衰减，分解最初介绍了兰姆。该解可应用于构造由任意速度分布在球形边界处引起的瞬态外流，例如在微型游泳者的蠕动模型中所产生的。它可用于构造由初始条件驱动的瞬态流、由体积力驱动的无界流或由静止球形颗粒引起的对非定常流的扰动的解。溶液的长时间行为受边界平均（或集体）运动所对应的流动分量的控制。这一结论通过对存在固定球时横波衰减的研究得到了说明。我们进一步表明，一般表示减少到著名的解决方案，进行振荡刚体（平移和旋转）运动的球体周围的非定常流。建议的解决方案表示提供了一个明确的形式的速度潜力远离振荡体（“广义”达西定律）和高，低频率的扩展。首阶高频展开产生众所周知的理想（无粘）流近似，首阶低频展开产生定常Stokes方程。我们导出了这些近似的高阶修正，并讨论了达朗贝尔佯谬。将通解延拓到虚频率，得到描述多孔介质中粘性流的Brinkman方程的通解。
2022-07-04 physics.flu-dyn
A unified steady and unsteady formulation for hydrodynamic potential flow simulations with fully nonlinear free surface boundary conditions
本文提出统一的稳态与非稳态完全非线性势流公式，通过将半拉格朗日自由表面条件改写为非穿透条件，并结合BEM与隐式BDF离散，使同一求解器可准确处理瞬态和经典稳态水波问题。
2023-06-05 cs.NA math.NA physics.app-ph
Low-frequency unsteadiness mechanisms in shock wave/turbulent boundary layer interactions over a backward-facing step
采用高分辨率的大涡模拟（LES）研究了$Ma=1.7$和$Re_\infty=1.3718\times 10^5$湍流中后台阶（BFS）后的低频非定常运动。瞬态流场显示了激波/边界层相互作用（SWBLI）系统的非定常现象，包括剪切层中的旋涡脱落、激波的拍动和分离泡的呼吸、近壁处的流向条纹以及分离泡下游湍流边界层中的弧形涡。频谱分析表明，系统的低频运动与激波和分离剪切层的相互作用有关，而中频运动则与剪切层涡的脱落有关。使用三维动力学模式分解（DMD），我们分析了选定的模式的不稳定性的冲击和流向伸长的旋涡周围的再附着区的个人贡献。Görtler样涡，这是诱导的离心力源于在再附着区的流线的强曲率，是强烈相关的低频不稳定在当前的BFS情况下。我们的DMD分析和与相同但层流情况的比较提供了证据表明，这些非定常Görtler样涡受到传入边界层波动的影响。与平板和斜坡配置中的SWBLI相比，我们观察到低频模式的略高的无量纲频率（基于分离长度）。
2020-09-11 physics.flu-dyn
Numerical algorithms and simulations of boundary dynamic control for optimal mixing in unsteady Stokes flows
本文针对非定常Stokes流，提出基于变分与有限差分混合的高效算法计算Gâteaux导数，结合多种优化方案，数值验证了边界控制可有效实现指数衰减的最优混合。
2023-06-19 math.OC physics.flu-dyn
Initial release styles have limited effects on the hydrodynamic dynamics of a self-propelled fin in the unsteady wakes
本研究采用自推进柔性鳍模型和浸入边界法，模拟不同初始条件下鱼在钝体后及鱼群中的游动，发现鱼群中的鳍对初始扰动适应性更强，且在完全发展尾流中初始释放方式对自推进鳍特性影响有限。
2024-09-26 physics.flu-dyn
The unsteady overtopping of barriers by gravity currents and dam-break flows
本文通过浅水模型和复杂边界条件研究重力流与溃坝流越顶障碍物的非定常过程，分类了越顶模式，量化了截留体积，并揭示了Boussinesq重力流和陆上溃坝流中流体逃逸的关键比例条件。
2023-03-02 physics.flu-dyn
On the Role of the Wall Curvature in the Development of Flows Reattached over an Airfoil through Unsteady Blowing
本研究通过12个合成射流作动器在NACA0025翼型上实施非定常强迫控制流动分离，发现高低频激励下相干结构输运机制不同，并基于量级分析推导出的涡量与角动量解析表达式与实验数据高度吻合。
2024-02-18 physics.flu-dyn
Wake dynamics of wind turbines in unsteady streamwise flow conditions
本研究针对周期性上游流入条件下风力涡轮机非定常尾流的主导流动机制展开，推导了描述尾流半径和流向速度行波波动的理论框架，通过拖曳水池实验验证了模型有效性，并发现尾流恢复显著增强，为风电场功率密度提升提供了理论与实验依据。
2024-06-17 physics.flu-dyn
Thin film flow and heat transfer over an unsteady stretching sheet with thermal radiation, internal heating in presence of external magnetic field
本文用数学方法分析了从水平拉伸片到层流液膜的薄膜流动和传热。借助相似变换，研究了拉伸表面上薄液膜的流动和随后的传热。利用相似变换将非定常边界层方程转化为非线性常微分方程组。所产生的非线性微分方程数值求解使用Runge-Kutta-Fehlberg和Newton-Raphson计划。给出了薄膜厚度$β$与非稳态参数$S$之间的关系，详细讨论了非稳态参数$S$、普朗特数$Pr$、磁场参数$Mn$、辐射参数$Nr$、粘性耗散参数$Ec$和热源参数$γ$对温度分布的影响。分析表明，在磁场、热辐射、热源和粘性耗散的综合作用下，流体的流动是由磁场、热辐射、热源和粘性耗散共同作用的.作为本研究的特例，其结果与文献报道的结果非常一致。
2016-03-10 physics.flu-dyn
Finite Volume Graph Network(FVGN): Predicting unsteady incompressible fluid dynamics with finite volume informed neural network
本文提出有限体积图网络FVGN，将有限体积物理约束纳入图神经网络损失函数，并采用两次消息聚合机制，以更低训练成本提升非定常不可压缩流动及边界层预测精度与几何泛化能力。
2024-03-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Massive parallelization and performance enhancement of an immersed boundary method based unsteady flow solver
本文使用OpenACC将基于浸入边界法的CFD求解器移植到GPU，实现大规模并行化，相较CPU并行版本加速达O(10)量级，并验证了其随网格规模的良好可扩展性。
2024-02-27 cs.DC physics.comp-ph physics.flu-dyn
Predictions of steady and unsteady flows using machine-learned surrogate models
本研究利用神经网络学习流动参数相关性，构建替代模型，分别用于非稳态湍流模拟和转子尾流预测，其中湍流模型优于URANS，转子模型初步验证了假设。
2023-05-05 physics.flu-dyn
The Unsteady Taylor--Vortex Dynamo is Fast
Northwestern University（西北大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Southwest Research Institute（西南研究所）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Flatiron Institute（平顿研究所）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本文研究了不稳泰勒-涡流在高Rm条件下产生快速发电机的机制，揭示了其时空尺度与发电机生长率的关系。
2026-02-17 physics.flu-dyn
Blast wave induced unsteady flow at the shock tube opening
本研究利用开口激波管在马赫数1.2-1.8范围内产生爆炸波，详细探究了管口非定常可压缩流动，发现并记录了反向激波等未报告的瞬态特征。
2025-10-31 physics.flu-dyn
Instability of the optimal edge trajectory in the Blasius boundary layer
针对非定常基流线性稳定性分析难题，本研究采用8个前导最优时变模分析布拉修斯边界层非定常工况的有限时间不稳定性，揭示了其切空间动力学特性及相关流动结构的物理意义。
2023-06-15 math.DS physics.flu-dyn
Study of Unsteadiness due to 3-D Shock-Boundary Layer Interaction in Flow over a Square-faced Protuberance
通过风洞实验研究了三维方面突起物激波诱导非定常分离流的动力学特性。时间分辨纹影成像和非定常表面压力测量的诊断。采用纹影快照的动态模式分解（DMD）、压力数据的频谱分析和相关分析来表征和解决流动物理问题。在中心线的平均激波脚被发现表现出约0.01的Strouhal数，这也是在二维激波-边界层相互作用的文献中报道的Strouhal数的数量级。壁面压力谱一般随着远离中心线（展向）而向低频移动，峰值的性质也有一些变化。互相关分析表明，平均激波振荡对平台区有很强的依赖性，扰动从分离泡内部向上游传播。直到斯特劳哈尔数约为0.015，展向平均激波脚位置之间观察到良好的相干性，表明三维激波脚主要以相干方式来回移动。
2023-01-21 physics.flu-dyn
Shearless transport barriers in unsteady two-dimensional flows and maps
我们开发了一个变分原理，扩展了一个剪切传输障碍的概念，从稳定到一般的非定常二维流动和地图定义在一个有限的时间间隔。这一原理揭示了非定常流动中两种主要的无剪切壁障类型：双曲拉格朗日相干结构（LCS）和抛物型LCS（或射流核）。基于它们满足的边界条件，抛物型障碍被发现比双曲障碍更可观察和鲁棒，证实了广泛的数值观测。这两种类型的障碍是特殊的零测地线的一个适当的洛伦兹度量来自柯西-格林应变张量。利用这一事实，我们设计了一个算法的抛物线障碍的自动计算。我们说明了我们的检测方法上的稳定和非稳定的非扭转地图和非周期性强迫Bickley射流。
2013-08-28 math.DS nlin.CD physics.flu-dyn
Unsteady loads on circular cylinder in cross-flow: an observation in natural wind and comparison with wind tunnel experiments
本文首次在全尺寸35 m烟囱上测量自然风下的非定常壁面压力，利用双正交分解分析发现其压力分布介于亚临界与超临界状态间，且大气湍流显著提高了非定常压力响应水平。
2023-11-20 physics.flu-dyn
Sequential learning based PINNs to overcome temporal domain complexities in unsteady flow past flapping wings
Department of Aerospace Engineering, Indian Institute of Technology Madras（航空航天工程系，印度理工学院马德拉斯分校）；Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique LISN-CNRS（跨学科数字科学实验室（LISN-CNRS））
本文提出基于序列学习的PINNs方法，用于解决翼拍流动中长时间积分的误差积累和计算复杂性问题。
2025-03-19 cs.LG physics.flu-dyn
Hybrid deep neural network based prediction method for unsteady flows with moving boundaries
设计了一种新的混合深度神经网络架构，用于直接从高维非定常流场数据中捕获运动边界周围非定常流的时空特征。混合深度神经网络由卷积神经网络（CNN）、改进的卷积长短期记忆神经网络（ConvLSTM）和去卷积神经网络（DeCNN）构成。该混合深度神经网络可以通过前一时间步的流场和这些时间步的边界位置来预测未来时间步的流场。计算了不同振幅的强迫振荡圆柱周围的非定常尾流，以建立数据集作为训练混合深度神经网络的训练样本。然后通过预测具有新振幅的受迫振荡圆柱周围的非定常流场来测试训练的混合深度神经网络。分析了神经网络结构参数对预测精度的影响。由最佳参数组合构成的混合深度神经网络用于预测未来时间的流场。预测的流场与计算流体动力学求解器直接计算的流场吻合良好，这意味着这种深度神经网络可以从运动边界周围非定常流的时空序列中捕获精确的时空信息。结果表明，这种新型的混合深度神经网络在振动圆柱流动控制中具有潜在的能力，需要快速计算高维非线性非定常运动边界流动。
2020-06-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The Increase of the Airfoil Trailing Edge Noise and Unsteady Surface Pressure due to High Inflow Turbulence
人为因素，特别是视觉影响和噪音产生，是目前更广泛的城市风能开发的主要限制。由与翼型表面相互作用的湍流边界层引起的后缘噪声是现代水平轴和垂直轴风力机的主要噪声源。低入流紊流度不影响后缘噪声。然而，高湍流强度的入流具有可穿透边界层的流动结构，从而增加了边界层内的速度波动，并因此增加了壁压波动和后缘噪声。本研究调查了在城市地区大气边界层中观察到的高自由流湍流对后缘噪声产生的影响。这是通过测量当翼型受到高流入湍流时，边界层内湍流的增量和后缘附近的表面压力波动来进行的。在特文特大学的气动声学风洞中对NACA 0012翼型进行了紊流来流的实验测量。实验的弦基雷诺数范围为170 x 10^3至500 x 10^3。结果表明，高来流湍流度显著增加了整个边界层的速度脉动和积分长度尺度，导致自由流湍流度为10%和20%时，表面压力谱在整个频率范围内分别增加了6 dB和10 dB以上。10%自由流湍流仅在低频率范围内增加速度波动，而20%流入湍流影响整个频率范围内的速度谱，增加湍流的最小结构的尺寸。应用Amiet理论预测了飞机尾缘远场噪声。
2021-08-04 physics.app-ph physics.flu-dyn
Understanding the training of PINNs for unsteady flow past a plunging foil through the lens of input subdomain level loss function gradients
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
该研究通过定义运动体区、尾流区和外部区，并基于区域损失分量梯度统计量与样本点比例提出两个新指标，揭示了物理损失松弛和基于物理的欠采样下驱动MB-PINNs训练的主导输入子域及其与解梯度的关系。
2024-02-27 cs.LG physics.flu-dyn
Unsteady aerodynamics of porous aerofoils
我们扩展非定常薄翼型理论模型翼型广义弦向孔隙率分布。分析考虑线性孔隙度边界条件，其中通过翼型的渗流速度与翼型表面的局部压力跃变和多孔介质的不稳定特性有关。应用Plemelj公式所产生的边值问题产生一个奇异的Fredholm-Volterra积分方程，不承认一个解析解。相应地，我们发展了一个数值解方案，通过扩展的约束涡度分布在适当的基函数。在前缘和后缘的渐近分析表明，适当的基函数是加权雅可比多项式，其参数与孔隙度分布有关。Jacobi多项式基能够构造精确、快速的数值方案，而Chebyshev基函数的标准选择则不适用于多孔翼型。应用程序的数值解计划不连续孔隙度剖面，准静态问题，以及分离的循环和非循环的贡献。模拟的经典Theodorsen和西尔斯函数进行了数值计算，这表明，后缘孔隙率的影响是减少的涡量脱落到尾流，从而降低了循环升力的大小。{这些频域函数的傅里叶变换反演分别对瞬态翼型运动或阵风遭遇的Wagner和Küssner函数产生多孔扩展。}
2020-11-21 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Physics-informed neural networks modeling for systems with moving immersed boundaries: application to an unsteady flow past a plunging foil
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique LISN-CNRS（数字科学跨学科实验室 LISN-CNRS）
针对绕运动物体非定常流动，提出浸没边界感知的MB-PINN与MB-IBM-PINN框架，实现速度重建和压力恢复，并结合物理采样提升数据效率。
2023-06-23 cs.LG physics.flu-dyn
Unsteady High-Lift Mechanisms from Heaving Flat Plate Simulations
扑翼动物飞行通常被建模为俯仰和垂荡运动的组合，以研究非定常流结构和由此产生的力，可以增加动物的升力和推进能力。这项工作隔离了扑翼飞行的升沉运动，以数值研究雷诺数为40，000时的流动物理特性，这是大型鸟类和蝙蝠的典型状态，由于层流到湍流过渡的复杂性增加，因此模拟具有挑战性，其中边界层分离和再附着传统上更难以预测。采用大涡模拟方法模拟了薄平板在1 °、5 °、9 °、13 °和18 °固定攻角下的周期性升沉。与定常流相比，升沉运动显著增加了平均升力，并且由于形成了在静态失速区持续存在的前缘涡（LEV），升沉运动也超过了准定常预测。在整个升沉周期中的增升机构的进展是在迎角范围内。与等效稳态流相比，升力增强最多可达17%，最多可达24%，比准稳态分析预测的要高。对于所研究的运动学范围，发现最大升力增强发生在迎角为13 °时，最大升力系数为2.1，平均升力系数为1.04。
2017-10-11 physics.flu-dyn
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
Grid-converged Solution and Analysis of the Unsteady Viscous Flow in a Two-dimensional Shock Tube
激波管中的流动是极其复杂的，由于激波、接触表面和管侧壁上的边界层的相互作用，具有尖锐锋、流动分离和旋涡的动态多尺度结构。预测和理解复杂的流体动力学具有重要的理论和实际意义。这也是一个极具挑战性的问题，数值模拟，特别是在相对较高的雷诺数。Daru & Tenaud（Daru，V. & Tenaud，C. 2001年非定常粘性激波流TVD高分辨率格式的评价。Computers & Fluids 30，89-113）提出了一个二维模型问题作为高分辨率格式的数值试验，以模拟方形封闭激波管中的流场。虽然许多研究人员已经尝试了这个问题，使用各种计算方法，还没有一个商定的网格收敛的解决方案，在雷诺数为1000的问题。本文提出了一个严格的网格收敛研究和网格收敛的解决方案，这个问题使用一个新开发的，有效的，高阶气体动力学格式。从融合解决方案中提取的关键数据将作为基准数据进行记录。详细讨论和分析了Re = 1000时流动的复杂流体动力学。数值计算揭示的主要现象包括流体通过弯曲激波的向下集中、涡的形成、激波分叉的机理、射流沿底壁的结构以及接触面附近的Kelvin-Helmholtz不稳定性。
2017-05-25 physics.flu-dyn
On multiple solutions to the steady flow of incompressible fluids subject to do-nothing or constant traction boundary conditions on artificial boundaries
在不可压缩流体定常流动的数值模拟中，经常在人工边界上采用规定恒定牵引力的边界条件或所谓的无所事事条件，尽管它们并不便于适定问题，也不允许建立标准的能量估计。为了更好地理解使用这些条件可能产生的后果，我们提出了一组特定的流动问题的例子，在那里我们发现没有或两个解析或数值解。也就是说，我们认为流动连接两个这样的人工边界的问题。在简单的情况下，各向同性径向流的稳定和非稳定的解析解很容易得到，我们证明，而对于一些（大）边界数据的所有非稳定的解决方案在有限时间内爆破，对于其他数据（包括小或平凡）的非稳定流要么渐近收敛到两个稳定的解决方案之一，或爆破在有限时间内，取决于初始状态。然后，我们的文件非常相同的行为的数值解平面流在一个发散的渠道。最后，我们提供了一个说明性的例子，两个稳定的数值解的三维分叉管中的流动，其中的入流速度在进口处规定，而两个出口处的处理由无所事事的边界条件。
2020-02-24 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Unsteady mixed flows in non uniform closed water pipes: a Full Kinetic Appraoch
我们回顾PFS模型的非定常混合流在封闭的水管，自由表面和加压流之间的过渡点被视为一个自由边界相关的压力梯度的不连续性的建模。在此基础上，提出了一种计算封闭管道内非定常混合流的数值动力学格式。这种动力学方法，我们称之为“全动力学方法”的FKA是一种简单和数学优雅的方法来处理多个过渡点时，自由表面和加压流之间的状态变化发生。我们使用两种方法，即“鬼波方法”和“全动力学方法”来处理这些转变点。我们表明，这种动力学数值格式具有以下特性：它是湿区保守的，在CFL条件下，它保留湿区正值，它“自然”地处理干燥和洪水区域，最重要的是它保留了每个静止流。最后，数值实验与实验室实验，该计划产生的结果是在一个非常好的协议。我们还提出了一个数值实验时，可能发生的洪水和干燥的流动，最后作出了数值研究的动力学方法的阶。
2013-09-25 math.AP physics.flu-dyn
Hydrodynamic Resistance on Oscillating Planar Interfacial Bodies
Brown University（布朗大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Purdue University（普渡大学）
研究沿气-水界面横向振荡的浮体非定常动力学，通过磁驱动实验测量稳态响应，发现有效附加质量和阻尼系数与振荡边界层理论一致，并建立量化界面非定常水动力的实验平台。
2026-09-22 physics.flu-dyn
Mean Flow and Turbulence in Unsteady Canopy Layers
针对大气边界层非平稳流动，通过大涡模拟研究脉动流对城市冠层平均流与湍流的影响，发现振荡幅度和频率分别控制粗糙度长度及斯托克斯层厚度，并提出两个唯象模型。
2023-07-26 physics.flu-dyn
Lift reversal from vortex-surface phase coupling in a heaving foil near a free surface
Iowa State University（爱荷华州立大学）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）
研究揭示了自由表面相响应通过涡旋-表面相耦合调控近表面升力的机制，发现不稳数影响下升力从排斥到吸力的反转。
2025-12-13 physics.flu-dyn
Investigation of flow field of clap & fling motion using immersed boundary coupled lattice Boltzmann method
本文采用浸没边界与格子玻尔兹曼方法耦合的方法，研究了由拍击和甩击机制引起的流场。格子玻尔兹曼方法（LBM）是一种可替代Navier-Stokes方程的方法，由于其在求解复杂的移动边界问题时的简单性和计算效率而被使用。对两个展弦比为5的椭圆机翼在不同雷诺数（Re = 75，100，150）、前进比（J = 10 E-3，10 E-2，2）和频率（f = 0.05Hz，0.25Hz）下进行拍拍和甩拍运动的绕流进行了数值模拟。数值模拟能够捕捉到典型的低雷诺数非定常现象，如“尾涡-机翼干扰”、“Kramer效应”和“延迟失速”。计算结果与实验观察在定性和定量上都是一致的。涉及Re、f和J的不同组合的参数研究描绘了明显不同的空气动力学性能，提供了对流动物理的物理见解。观察到低f、低J和高Re流的组合导致更好的气动性能。与准定常状态（J>1）相比，在非定常状态（J<1）下通过前缘涡获得了显著的升力增强。通过研究不同来流条件下前缘涡的大小和强度，研究了前缘涡在增升中的作用。对于给定的Re，最大升力系数的大小随f的增大而减小，与J的值无关;而随着Re的增大，最大升力系数的大小随f的增大而增大。
2021-02-02 physics.flu-dyn
Exact solutions for a two-dimensional thermoelectric MHD flow with steady-state heat transfer on a vertical plate with two instantaneous infinite hot suction lines
本文对无限大垂直部分热多孔板上具有热电性质的二维非定常磁流体力学慢流进行了数学描述。采用Laplace-Fourier变换技术简化了场方程。在稳态传热假设下，得到了具有两条无限长瞬时热抽吸线的壁面上TEHD流动的温度和流函数的精确表达式。所得结果以图表显示。
2022-12-03 physics.flu-dyn
Unsteady aerodynamic effects in small-amplitude pitch oscillations of an airfoil
本文采用高精度壁面分辨大涡模拟（LES）研究了Re = 100，000时翼型小振幅俯仰振荡的流动物理特性。非定常现象的研究是在自然层流翼型的背景下进行的，在某些“非设计”条件下，自然层流翼型可以显示气动力对迎角的敏感依赖性。桨距振荡的动态范围被选择为在该敏感区域中。在整个俯仰周期中，观察到翼型吸力面上的过渡点变化很大，导致动态富流响应。前缘层流分离泡的稳定性特性的变化对边界层动力学具有主要影响，并引起翼型上转捩位置的突变。LES程序是基于一个松弛项模型的最小的未解决的尺度耗散。对通道流和Re = 400，000时的固定机翼进行了验证。
2019-04-16 physics.app-ph physics.flu-dyn
Design Optimization of eVTOL Propellers using a Viscous-Extension Discrete Vortex Method
Ubifly Technologies Private Limited（Ubiffly科技有限公司）
本文提出一种结合粘性不稳理论和数值涡方法的混合计算工具，用于低至中等雷诺数流动分析，通过优化旋翼叶片设计提升eVTOL效率，实现8.99%的效率提升。
2026-04-14 physics.flu-dyn
High Reynolds number Navier-Stokes solutions and boundary layer separation induced by a rectilinear vortex
本文计算了半平面内直线涡与边界相互作用的二维流动的Prandtl方程和纳维-斯托克斯方程的解。对于这个初始数据，普朗特方程在有限时间内发展出一个分离奇点。研究了不同雷诺数$Re=10^3-10^5$下Navier-Stokes方程解的非定常分离的不同阶段，发现粘性边界层与无粘外流之间存在大尺度的相互作用。我们还看到一个后续阶段，其特征在于存在一个小规模的相互作用，这是可见的，只有中高Re数$Re=10^4-10^5$。我们还调查了边界层理论的渐近有效性比较普朗特的解决方案，Navier-Stokes解决方案在非定常分离的各个阶段。
2013-10-24 math-ph math.AP math.MP
A coupled implicit-explicit time integration method for compressible unsteady flows
本文讨论了两个时间积分方案，显式时间积分的Heun的计划和隐式时间积分的二阶Crank-Nicolson计划，可以在空间上耦合。这种耦合是在工业环境中进行耦合大涡模拟/ Reynolds平均Navier-Stokes计算的先决条件，在LES区域中使用边界层（RANS）的隐式时间程序和显式时间积分程序。耦合过程的目的是为了尽可能快地从显式切换到隐式时间积分，同时保持稳定性。在介绍了不同的计划，本文提出了初始耦合程序改编自出版的参考，并表明它可以放大一些数值波。另一种方法，在耦合的时间/空间框架中研究，被证明是稳定的，并与工业应用的要求与光谱特性。耦合技术进行了验证与标准的测试用例，从一维到三维流。
2019-04-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Longitudinal vortices in unsteady Taylor-Couette flow: solution to a 60-year-old mystery
University of Sheffield（谢菲尔德大学）；California State University, San Marcos（圣马科斯加州州立大学）
本研究通过数值观察揭示了Couette-Taylor系统中纵向涡流的不稳定性，解释了其与Stokes振荡边界层问题的关联，并探讨了半径比对不稳定性的影响。
2025-07-30 physics.flu-dyn
Unsteady Cylinder Wakes from Arbitrary Bodies with Differentiable Physics-Assisted Neural Network
本研究提出结合可微流动求解器与神经网络的DPNN混合框架，用于重构任意圆柱的非定常尾流，在长时间范围保留边界层与尾流特性，性能优于监督学习，可复现尾流规律并预测混沌转变。
2023-11-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
New exact solutions for microscale gas flows
我们提出了一些精确的解决方案，非平衡稀薄气体流动和热流的线性化梯度方程。该解决方案包括相关的流场和压力场的一个点力放置在一个稀薄的气体流接近无滑移边界和温度场的一个点热源放置在热流接近温度跳跃边界。我们还推导了一维非定常梯度方程的解，其中包含一个随时间变化的点热源项和一个著名的Stokes流奇异点的Rotlet（对应于一个点转矩）的梯度模拟。
2022-10-28 physics.flu-dyn
Projection-based Reduced Order Modelling for Unsteady Parametrized Optimal Control Problems in 3D Cardiovascular Flows
本文提出基于投影的降阶建模框架，用于三维心血管非定常参数化最优控制问题，通过嵌套POD实现离线-在线加速，在血管模型中验证了计算效率提升。
2025-04-25 cs.NA math.NA math.OC
Numerical solutions of an unsteady 2-D incompressible flow with heat and mass transfer at low, moderate, and high Reynolds numbers
在本文中，我们提出了一种改进的标记和细胞（MAC）方法来研究问题的非定常二维不可压缩流的传热和传质在低，中，高雷诺数无滑移和滑移边界条件。我们用这种方法求解控制方程和边界条件，从而计算流动变量，即$u$ -速度，$v$-速度，$P$，$T$和$C$。我们使用交错网格的方法来离散的控制方程的问题。提出了一种改进的MAC算法，并用于计算雷诺数$Re = 10$、500和50，000与低、中、高雷诺数一致的流动变量的数值解。我们还使用了适当的普朗特$(Pr)$和施密特$(Sc)$数与考虑的物理问题的相关性。我们已经执行了这个修改的MAC算法的帮助下，开发和运行在C编译器的计算机程序。我们还计算了局部Nusselt $(Nu)$和Sherwood $(Sh)$数沿通过几何中心的水平线在低，中，高雷诺数固定$Pr = 6.62$和$Sc = 340$两个网格系统在时间$t = 0.0001s$的数值解。我们的数值解的u和v速度沿垂直和水平线通过的几何中心的方形腔$Re = 100$已与基准解决方案在文献中进行了比较，它已被发现，他们是在良好的协议。数值结果表明，当我们沿着水平线移动通过区域的几何中心时，我们观察到，传热和传质减少到几何中心。然后，它对称地增加。
2017-05-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Unsteady Stokes flow near boundaries: the point-particle approximation and the method of reflections
粒子动力学的问题，涉及非定常斯托克斯流动在有限的几何形状通常更难解决比他们的稳定的同行。近似技术往往是唯一的手段。Felderhof（参见例如2005，2009 b）开发了一个点粒子近似框架来解决这些问题，特别是在布朗运动的背景下。尽管很好的协议与过去的实验，这个框架有一个不一致，我们在这项工作中解决。在实现我们的修改后，框架通过了之前失败的一致性检查。此外，这种近似法对短时间尺度运动是否有效并不明显。我们调查它的有效性，通过一系列系统的近似从一般形式主义的基础上积分方程。我们还比较了结果从点粒子框架对使用反射的方法进行计算，为一个特定的情况下，一个完整的滑移面边界附近的球体。我们发现，从我们的分析，点粒子近似的成功的原因是微妙的，与不稳定的奥森张量的性质。最后，我们提供了数值预测的布朗运动附近的一个完整的滑移和无滑移平面壁的基础上使用的Felderhof，我们修改后的点粒子近似，和反射的方法的点粒子近似。我们表明，我们的修改Felderhof的框架将成为显着的金属纳米粒子在液体中的系统。
2017-07-13 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Validation of wall boundary conditions for simulating complex fluid flows via the Boltzmann equation: Momentum transport and skin friction
本研究验证了玻尔兹曼方程壁面边界条件在多种流态下的有效性，发现高空间分辨率对预测流动不稳定性和动量输运至关重要，并首次直接求解玻尔兹曼方程计算了壁面湍流。
2023-12-31 physics.comp-ph physics.flu-dyn
