Numerical investigation of three-dimensional effects of cavitating flow in a venturi-type hydrodynamic cavitation reactor
本研究通过DES类湍流模型对文丘里型水力空化反应器进行二维与三维数值模拟，揭示了三维效应下局部湍流统计特性及斜压扭矩在空化-涡旋相互作用中的作用，深化了对反应器流动物理的理解。
2024-05-01 physics.flu-dyn
Acoustic Resonance Effects and Cavitation in SAW Aerosol Generation
本研究揭示了MHz频率SAW气溶胶生成平台中存在微空化现象，证明SAW稳定的液体微穹顶可作为声学共振器成核空化气泡，并发现空化与毛细波不稳定性等三种机制共同参与液滴生成，解释了液滴喷发及芯片表面微结构损伤。
2023-06-03 physics.flu-dyn
Flow-Induced Vibration of Flexible Hydrofoil Within Cavitating Turbulent Flow
本研究采用LES、均相混合空化模型与结构模态叠加法，探究悬臂柔性水翼在三维流场中的流致振动与空化动力学，揭示了空化与结构振动共同主导螺旋桨鸣音噪声的机制。
2024-06-03 physics.flu-dyn
Amplification of supersonic micro-jets by resonant inertial cavitation-bubble pair
本文首次实验发现反相双空化气泡在窄参数范围内可产生速度超1000 m/s的超声速微射流，并通过数值模拟揭示环形冲击波与气泡颈缩相互作用的放大机制，验证了势流近似的预测能力。
2024-01-04 physics.flu-dyn
A comparative evaluation of turbulence models for simulation of unsteady cavitating flows
本文系统比较了SST、SAS、DES、DDES、FBM和PANS等多种湍流模型在文丘里管云空化流动中的预测能力，发现网格细化可使标准模型复现蒸汽非定常性，但所有模型在局部湍流量上仍与X射线实验数据存在显著偏差。
2023-03-15 physics.flu-dyn
Micro cavitation bubbles on the movement of an experimental submarine Theory and Experiments
为了进一步了解它们的性质，将微空化气泡系统地扩散到完全浸没在水箱中的测试体（管）的外部周围。主要目的是评估应用微空化作为水下航行器（主要但不限于潜艇）深度控制手段的可行性。理想情况下，结果将表明，使用微空化作为一个更有效的替代水下航行器的深度控制比传统的压载水舱的方法。目前的方法利用阿基米德浮力原理来改变受影响物体的密度，使其小于或大于周围流体的密度。然而，这一过程对于水下航行器来说太慢，无法对环境中固有的突然障碍物做出反应。这个实验不是改变它的内部密度，而是旨在研究如果它的环境密度被操纵，会发生什么反应。理论上，在静水流体中，从潜艇顶面扩散的微气泡会用气泡稀释其上方的水柱，从而降低水的密度。由此产生的压力差将导致潜艇获得浮力。
2015-07-31 physics.flu-dyn
The direction of the microjet produced by the collapse of a cavitation bubble locatedin between a wall and a free surface
在本文中，我们提出了一个简化的理论模型的基础上的图像的方法，预测的方向后产生的空泡的自由界面和刚性壁之间的内爆的微射流。我们的理论预测已被验证通过一个彻底的实验研究，其中的脉冲激光空化气泡的壁和自由表面的距离是以系统的方式变化。此外，我们扩展的预测任意值的角，$π/(2n)$与$n$的自然数。本解析解将有助于设计新的战略，旨在防止所造成的损害空化气泡在固体基板
2020-11-09 physics.app-ph physics.flu-dyn
Chordwise micro-jet placement reveals a trade-off between mean hydrodynamic performance and unsteady loading under cloud cavitation
Hakim Sabzevari University（哈基姆萨布泽瓦里大学）；Ferdowsi University of Mashhad（马什哈德 Ferdowsi 大学）
本研究通过数值模拟对比Clark-Y水翼的5个弦向微射流位置，发现提升平均水动力性能的位置与降低非定常载荷的位置存在权衡关系，优选位置需依研究目标而定。
2026-09-02 physics.flu-dyn
Cavitation-induced microjets tuned by channels with alternating wettability patterns
本研究通过在亲水玻璃毛细管上涂覆疏水条带改变弯月面曲率，调控空化诱导微射流的轨迹与破裂特性，发现几何形状与涂层组合能显著影响射流特征及一致性。
2023-01-24 physics.flu-dyn
Thermodynamic State of the Interface during Acoustic Cavitation in Lipid Suspensions
利用水化敏感荧光探针的共定位发射光谱，以亚微秒分辨率观测了冲击波空化过程中脂质界面的热力学状态。实验结果表明，在脂质界面的相变附近，空化阈值最低。空化崩溃时间和空化过程中的最大状态变化被发现是一个函数的驱动压力和脂质界面的初始状态。实验表明，在空化膨胀阶段的脂质的脱水和结晶，这表明蒸发的汽化热是从界面内吸收，这是热力学解耦的自由水。该研究强调了空化动力学中界面的热力学状态的关键作用，其对超声介导的药物递送、听神经刺激、超声造影剂和空化期间冰的成核具有机械影响。
2019-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Investigation of cloud cavitating flow in a venturi using Adaptive Mesh Refinement (AMR)
本文采用自适应网格细化（AMR）结合DES和Merkle模型模拟文丘里管云空化流动，发现AMR在喉部附近预测良好但下游精度不足，为AMR加速空化-湍流耦合模拟提供参考。
2024-09-04 physics.flu-dyn
Single cavitation bubble dynamics in a stagnation flow
本文通过实验与数值模拟研究驻点流中单个空化气泡的近壁坍缩与射流行为，发现壁面射流可定制壁面相互作用，显著增强剪切应力而不大幅增加冲击压力，且小距离下气泡可抬升远离壁面坍缩。
2023-12-06 physics.flu-dyn
Long-Pulse Laser-Induced Cavitation: A Race Between Advection and Phase Transition
本研究构建结合可压缩多相流体动力学、激光辐射与相变的计算模型，揭示长脉冲激光诱导空化的气泡形状由平流与汽化的速度竞争决定，激光吸收系数越高、光束越窄越易形成拉长气泡。
2023-08-23 physics.flu-dyn
Computational Aeroacoustics of a Generic Side View Mirror using Stress Blended Eddy Simulation
本文采用应力混合涡模拟（SBES）和Ffowcs Williams和Hawkings（FW-H）方程耦合的方法对安装在平板上的普通侧视镜产生的气动噪声进行了数值研究。使用雷诺数（Re）为5.2 x10^5（基于模型直径）的标准化侧视镜进行网格评估研究。对镜面上的流体动力学压力波动，窗口和在不同的麦克风位置发出的声音的预测与先前公布的实验数据吻合得很好。此外，我们的数值计算结果表明，偏航的镜子靠近侧窗的结果，在流动被附着到后面的镜子，从而导致整体降低声压级（SPL）在几个接收器的位置。
2020-07-24 physics.flu-dyn
Large-eddy Simulations of the Atmospheric Boundary Layer over an Alpine Glacier: Impact of Synoptic Flow Direction and Governing Processes
山地冰川的物质平衡对若干应用（当地水文或气候预测）很有意义，湍流通量可能是强烈融化事件期间冰川表面物质平衡的重要因素。底层复杂地形导致湍流通量的空间非均匀性和非平稳性。由于热诱导流和重力波的作用，交换机制是完全三维的，而不仅仅是垂直的。此外，冰川有自己独特的小气候，由冰川下降风控制，保护冰川冰并在多个尺度上与周围的流动相互作用。在这项研究中，我们进行大涡模拟与WRF模式与dx=48米，以了解边界层过程的阿尔卑斯山谷冰川，Hintereisferner（HEF）。我们从测量活动（2018年8月）中选择了两个具有不同天气风向（西南和西北）的案例研究。模型评估与冰舌和周围环境的涡流协方差站的阵列显示，WRF是能够模拟一般的冰川边界层结构。在西南气流下，下冰川风由西南天气风向支持，在冰面上存在稳定的边界层，并且当地过程控制湍流动能的产生。在西北气流作用下，跨冰川谷流和破碎重力波导致强烈的湍流混合，并导致冰川边界层的侵蚀。感热通量的平稳性分析表明，两个案例研究天的非平稳行为，而非平稳性是最高的西北天在重力波事件。这些结果表明，天气风向，除了上游地形和大气稳定度，有很大的影响，对当地的冰川边界层能否形成或不，影响冰川是否能够维持自己的小气候。
2021-08-25 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Unified Framework for Laser-induced Transient Bubble Dynamics within Microchannels
该研究针对微通道内激光诱导瞬态气泡动力学，结合理论与实验建立统一框架，揭示特征尺度与通道几何的关联，发现低雷诺数振荡流中的瞬时流动畸变并分阶段分析其机制，为空化驱动微系统设计提供依据。
2024-07-30 physics.app-ph physics.flu-dyn physics.optics
Molecular dynamics simulation of flow around a circular nano-cylinder
本文采用分子动力学模拟方法对纳米圆柱的尾流进行了数值模拟，揭示了微/纳米尺度对尾流的影响。当雷诺数Re> 101时，空化效应对尾流有明显的影响。在低雷诺数时，尾流的斯特罗哈数（St）随雷诺数的增加而增加，但在空化出现后，St随雷诺数的增加而逐渐减小。当Re { \geq }为127时，升力脉动的主频可以高于速度脉动的主频，并淹没在布朗力的混沌脉动背景中.也因为布朗力的强烈影响，没有主频率的阻力波动可以观察到。为了考虑流体的内部尺寸效应，新引入了Jz数，定义为流体分子的平均自由程λ与势能平衡距离σ之比。尾流的St随着Jz的增加而增加，直到当Jz { \approx } 1.7时它急剧下降到零。这表明流体的不连续性可以最终消除旋涡的产生和脱落。同时，由于空化的加剧，St随Kn减小。
2022-05-11 physics.flu-dyn
Large Eddy Simulation of MILD combustion using PDF based turbulence-chemistry interaction models
本文利用ANSYS FLUENT 13.0软件，采用输运PDF燃烧模型，对Delft-Jet-in-Hot-Chlorlow（DJHC）燃烧器的湍流反应流进行了大涡模拟，模拟了MILD燃烧。本文采用了两种不同的涡粘性模型（动态Smagorinsky模型和动能输运模型）以及两种求解PDF输运方程的方法（欧拉法和拉格朗日法）。此外，还研究了化学动力学和微观混合模型对两种不同燃料射流雷诺数（Re = 4，100和Re = 8，800）的影响。用不同模型计算的平均速度和湍流动能与实验值吻合较好。两种成分PDF模型都预测早期点火，从而导致燃烧器出口处更高的径向平均温度预测。然而，该模型正确地预测了点火核心的形成机制和随着射流雷诺数的增加，实验观察到的提离高度的下降趋势。
2021-01-21 physics.flu-dyn
Charge polarization, local electroneutrality breakdown and eddy formation due to electroosmosis in varying-section channels
本文研究了在恒定的外部静电场作用下，嵌入在变截面通道中的电解质的动力学行为。通过分子动力学模拟，我们确定了固定的密度，电荷和速度的电解质剖面。结果表明，当德拜长度与沟道瓶颈宽度相当时，沟道内出现了浓度极化和两个涡旋。有趣的是，当增加外部场时，局部电中性被打破，并且电荷极化设置导致净偶极场的开始。这种新的情况下，不能被捕获的标准方法的基础上局部电中性，打开了实现新的微和纳米流体设备的路线。
2018-10-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A novel data-driven method for augmenting turbulence modeling for unsteady cavitating flows
针对现有RANS等湍流建模方法无法准确复现空化流动局部湍流特性的问题，提出融合GEP与BFGS优化器的GEP-CFD数据驱动方法，可同时训练雷诺切应力与湍动能修正项，提升空化流动数值模拟精度。
2024-10-08 physics.flu-dyn
Large-eddy simulations of geophysical turbulent flows with applications to planetary boundary layer research
本文综述了大涡模拟（LES）数值方法在行星边界层（PBL）研究和气候研究中的应用，并着重介绍了大涡模拟（LES）数值方法在PBL研究和气候研究中的主要应用。事实证明，LES对于理解大气和海洋湍流交换以及最终改进传统气象模型的参数化非常有用。大涡模拟在认识地球物理湍流中以前被忽视的自组织结构的重要性方面发挥了关键作用。大涡模拟为理论家和天气/气候模拟者提供了关于对流和切变状态下边界层平均垂直结构的可靠信息，并为模型校准提供了更好的关键边界层参数估计，例如卷吸率。目前，大涡模拟是地球科学中不可缺少的重要组成部分，但大涡模拟研究的主流仍然是较为简单的微观物理概念的理想化研究。
2009-07-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
XLES Part II: From Extended Large Eddy Simulation to ODTLES
在湍流研究和流动应用中，湍流模型如RaNS（Reynolds averaged Navier-Stokes）模型和LES（大涡模拟）被使用。两种模型都对控制流方程进行了滤波。因此，引入尺度分离方法用于建模目的，其中使用数值方案模拟大尺度，而较小尺度被假定为不太重要，并且可能或多或少容易建模。不幸的是，小尺度常常具有很大的重要性，例如在反应流、壁面边界流或具有显著普朗特数或施密特数效应的流中。最近替代这些标准模型的是基于一维湍流（ODT）思想的一类模型，如ODTLES。ODT捕获高度湍流的能力（最近达到$Re_τ= 6\times 10^5$）允许ODTLES实现基本上与湍流强度无关的3D分辨率。在两篇论文中，我们提供了一个正式的理论和应用的创新建模策略高度湍流在中等复杂性的领域：在第一部分（见Glawe等人。（2015）），一个新的通用过滤方法，称为XLES（扩展LES），介绍。与LES相反，XLES是基于控制方程的2D滤波，从而对附加的小尺度项进行数值解释。在这项工作中，ODTLES模型的一个新的分析引入作为一个特殊的方法，在XLES家族的模型，通过将ODT模型到XLES。ODT模型引入了XLES过滤方程未捕获的微观结构。为了说明ODTLES模型的能力，湍流通道和管道流动的摩擦雷诺数$Re_τ= 10000$进行了研究。
2015-06-16 physics.flu-dyn
A finite element framework for fluid-structure interaction of turbulent cavitating flows with flexible structures
本文提出一个有限元框架，用于模拟柔性结构与空化湍流的流固耦合，通过均匀混合物模型、保持正性稳定化和动态亚格子方法，结合模态分析和分区迭代耦合，验证了刚性和柔性水翼案例，并揭示空腔和涡脱落对柔性水翼结构动力学的影响。
2023-12-29 physics.flu-dyn
Large-scale dynamo action of magnetized Taylor-Couette flows
具有准开普勒旋转定律的含有环形磁场的导电Taylor-Couette流作为Tayler-Spruit型的平均场发电机模型。流动对非轴对称扰动是不稳定的，这些扰动形成定义$α$效应和涡流扩散率的电动势。如果用相同的功率激发具有$m=\pm 1$的两个简并模式，则全局$α$效应消失，发电机不能工作。然而，它示出，泰勒不稳定性产生有限的$α$效果，如果只考虑一个孤立的模式，但这种固有的螺旋度的单模是太低的$α^2$发电机。此外，具有准开普勒旋转的$α\Om$发电机模型需要${\rm Rm}\simeq 2.000$的最小磁旋转雷诺数才能工作。它是否真的起作用取决于对湍流能量的假设。然而，对于磁场上的湍流强度的陡于二次依赖性，发电机仅在所得到的磁涡流扩散率接近其微观值$η_{\rm T}\simeq η$时才被激发。通过基本上较低或较大的涡流扩散系数，发电机不稳定性被抑制。
2020-02-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Time-resolved fuel injector flow characterisation based on 3D laser Doppler vibrometry
为了使未修改的喷油器内的燃料流动的调查，我们已经开发了一种新的实验方法来测量柴油机喷嘴的时间分辨振动光谱使用三维激光测振仪。我们提出的技术是基于振动计和燃料压力传感器信号的三角测量，并且使得准循环内部流的定量表征不需要修改喷射器、工作流体或限制燃料喷射压力。振动计利用多普勒效应测量振动物体的速度，用于在喷射事件期间扫描喷射器喷嘴尖端。使用离散傅里叶变换处理的数据，提供时间分辨光谱的阀门关闭孔，微型和微囊喷嘴的几何形状，和喷射压力范围从60到160 MPa，从而提供前所未有的洞察周期性空化和内部机械动态过程。对于所有喷嘴和喷射压力，在6和7.5kHz之间的频谱图中一致地发现峰值。从燃油压力传感器和安装在喷油器体上的针阀升程传感器上获得了类似谱峰的进一步证据。通过记录近喷嘴柴油射流的高速视频，并计算射流界面处的一些像素位置的快速傅立叶变换，获得了喷嘴振荡传播到液体喷雾的证据。建议将该6-7.5kHz频率峰值作为喷油器主内部燃油管路的固有频率。对于某些喷嘴几何形状，在35和45 kHz之间发现了其他谱峰，这表明这些特定频率可能与喷嘴相关的空化现象有关。
2015-03-16 physics.flu-dyn
