Electro-Osmotic Instability and Chaos near Ion-Selective Surfaces
我们提出了一个“流体动力学视频”显示结果从直接数值模拟的电动运输在二元电解质中的两个系统：（1）旁边的离子选择性膜和（2）周围的金属圆柱体。控制方程是Poisson-能斯特-普朗克和Navier-斯托克斯和我们的DNS解决的时间和长度尺度与薄双电层。我们的研究结果表明过渡到混沌动力学时，施加的电压在整个特征长度尺度是超过一个阈值约0.5伏。在我们的论文[Druzgalski等人POF 25，110804（2013）]中给出了更多细节，特别是关于系统（1）的细节。
2013-10-12 physics.flu-dyn
Non-uniform electro-osmotic flow drives fluid-structure instability
我们证明了存在的流体结构的不稳定性所产生的电渗流与弹性基板的相互作用。考虑到软流体室中的流动的情况下，我们表明，在一定的电场阈值以上，由电渗流引起的负表压导致其弹性壁的崩溃。我们结合实验和理论分析来阐明不稳定的潜在机制，并确定几个不同的动态制度。这种不稳定性的理解是重要的电动系统的设计包含软元件。
2019-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Challenges in Modelling and Simulation of Turbulent Flows with Spatially-Developing Coherent Structures
这项工作的目的是调查的尺度分辨模拟（SRS）的湍流尾流驱动的空间发展的相干结构所遇到的挑战。SRS的实际利益是明确旨在有效地计算这样的流量，解决只有最重要的功能的相干结构和建模的其余部分作为随机场。SRS方法的成功取决于三个重要因素：i）识别产生相干结构的关键流动机制的能力; ii）确定充分捕获相干结构的关键元素所需的最佳分辨率范围; iii）确保模拟部分几乎完全由完全发展的随机湍流组成。本研究考虑了圆柱绕流的典型情况，以解决这三个关键问题。首先用实验证据证明了涡脱落不稳定性和流动结构发展包括四个重要阶段。进行一系列分辨率逐渐增加的SRS计算。一个先验的基础上定位的相干结构发展的起源提出和检查。该判据基于相干结构是由Kelvin-Helmholtz（KH）不稳定性产生的这一事实。最重要的发现是，相干结构的关键方面可以解决，只有当有效的计算雷诺数超过临界值的KH不稳定性的层流。最后，一个定量的标准评估的性质的未解决的领域的基础上的应变率比的平均值和未解决的领域进行检查。这两个条件和基本原理提供了一个定量的基础，制定“良好的做法”的指导方针，SRS的复杂湍流尾迹流相干结构。
2017-12-13 physics.flu-dyn
Nonlinear stage of the Benjamin-Feir instability: Three-dimensional coherent structures and rogue waves
一个具体的，真正的三维机制流氓波的形成，在后期阶段的扰动斯托克斯深水波的调制不稳定性，是通过数值实验确认。模拟是基于完全非线性方程描述弱三维势流的理想流体与自由表面的保角变量。在不稳定性的非线性阶段，观察到自发形成的锯齿波振幅图案。如果初始波陡度足够高（$ka>0.06$），这些相干结构就会产生异常波。最高的波浪出现在“转弯”的地方。对于$ka<0.06$，结构通常衰减而不形成陡波。
2007-04-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Long wavelength instability of coherent structures in plane Couette flow
我们研究了平面Couette流中相干结构在覆盖多对相干结构的宽域中对长波长扰动的稳定性。对于一对和两对涡旋，状态保持了小区域的稳定性，但对于三对新的不稳定模式被发现，它们被证明是连接到分叉，打破平移对称性和驱动的相干结构从展向扩展状态的调制的一个是展向局域态的前兆。跟踪作为展向波长的函数的轨道的稳定性，揭示了丰富多样的附加分叉。
2014-03-13 nlin.CD physics.flu-dyn
The role of the `monopole' instability in the evolution of 2D turbulent free shear layers
不稳定性的作用，在一个二维的增长，时间上不断变化的，“湍流”的自由剪切层进行了分析，使用涡气体模拟，冷凝所有的动力学的Biot-Savart关系的运动学。定涡层中扰动的初始演化与Rayleigh的线性稳定性理论是一致的。然后有一个相干结构的非普适演化阶段，它不是由瑞利稳定性理论近似的，而是由单极子的卡门-鲁巴赫-兰姆线性不稳定性近似的，直到相邻的相干结构合并。在几次合并之后，该层最终演变为自我保护的反向级联，其特征在于由Suryanarayanan等人（Phys.Rev.E 89，013009，2014）发现的普适扩散率和结构的主要间距（$Λ_f$）与层厚度（$δ_ω$）的比率的普适值。在这个普遍的，自我保护的状态下，局部放大的扰动振幅准确地预测由瑞利理论为本地存在的“基”流。Morris等人的模型（Proc.Roy.Soc. A 431，219-243，1990.），然而，其通过平衡平均流损失的能量与扰动模式的能量增益（根据瑞利理论的应用计算）来计算层的生长，被示出为提供具有依赖于初始条件的扩展速率和频谱的非通用渐近状态。这是因为对于具有相干结构的流态，Rayleigh不稳定性的预测仅在普适自保持状态下达到的特殊值$Λ_f/δ_ω$时才有效。
2020-08-15 physics.flu-dyn
Eckhaus-like instability of large scale coherent structures in a fully turbulent von Kármán flow
湍流的不稳定性的概念是在冯卡门流的情况下，由于监测的时空频谱的速度波动，结合到适当的贝尔特拉米模式的投影。研究表明，当雷诺数$\mathrm{Re}$从$10^2$变化到$10^6$时，流动的大尺度相干波动服从Eckhaus不稳定性序列。该序列导致增加方位波数的调制。基本状态是任意$\mathrm{Re}$处的层流或时间平均流，其是轴对称的，即具有$0$方位角波数。随着方位角波数从$1$增加到$3$，增加$\mathrm{Re}$导致非轴对称调制。发现这些调制在方位角方向上旋转。然而，直到$\mathrm{Re}\approx 4\times 10^3$才能确定明确的旋转频率。在上面，它们以越来越高的频率成为周期性的。我们最后表明，这些调制与相干结构的混合剪切层。这些发现的湍流参数化的影响进行了讨论。特别是，它们可以解释为什么简单的涡粘性模型能够捕捉复杂的湍流动力学。
2014-01-13 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Exploratory Data Analysis of The KelvinHelmholtz instability in Jets
Kelvin-Helmholtz（KH）不稳定性是在各种剪切层（射流、尾流、大气气流等）中经常观察到的基波不稳定性。对KH不稳定性、相干流结构的研究对理解流体动力学的基本原理具有重要影响。因此，需要能够识别和分析这些结构的方法。在这份期末作业中，我们使用机器学习的方法，如本征正交分解（POD）和动态模式分解（DMD）来分析相干流结构。我们使用2D同轴射流作为我们的数据，雷诺数对应于Re：10，000。POD模式和DMD模式的结果进行了讨论和比较。
2015-03-21 cs.CE physics.flu-dyn
Instability of the roll/streak structure induced by free-stream turbulence in pre-transitional Couette flow
虽然在转捩前的壁面剪切流中，滚纹结构是普遍存在的，但如果将层流理想化，这种结构是线性稳定的。由于缺乏不稳定性，卷/条纹结构的大的瞬态增长被用来解释它的出现是由于在自由流湍流（FST）中偶然发生的扰动被配置为最佳地激发它。另一种解释是，FST与滚动/条纹结构相互作用，使其不稳定。统计状态动力学（SSD）提供了研究这种类型的不稳定性的分析方法，这种不稳定性是由湍流的相干和非相干分量之间的相互作用引起的。随机结构稳定性理论（S3 T）以二阶闭包的形式实现SSD，用于分析湍流相干流向不变分量与非相干FST分量相互作用产生的SSD模式。最不稳定的S3 T模式是不稳定的一个参数控制FST强度的临界值和有限振幅的辊/条纹结构产生从这个不稳定性通过在这个参数的分叉。虽然这种分歧只有在SSD的解析表达式，它是密切反映在两个动态相似的准线性系统，被称为限制非线性（RNL）系统，并在DNS。S3 T还预测了在湍流激发参数的较高值处的第二分叉。这第二个分叉导致过渡到湍流。从一个有限的振幅辊/条纹平衡的分叉提供了一个直接的路线，通过S3 T辊/条纹不稳定性的湍流状态。
2017-03-10 physics.flu-dyn
On Richtmyer-Meshkov unstable dynamics of three-dimensional interfacial coherent structures with time-dependent acceleration
Richtmyer-Meshkov不稳定性（RMI）在科学和工程的许多领域中起着重要的作用，从超新星和聚变到超燃冲压发动机和纳米制造。经典的Richtmyer-Meshkov不稳定性是由定常冲击和脉冲加速度引起的，而在现实环境中，加速度通常是可变的。我们专注于由加速度与幂律时间相关的RMI和应用群论来解决长期存在的问题。对于早期的动力学，我们发现的增长率的依赖于初始条件，并表明它是独立的加速度参数。对于后期的动力学，我们发现一个连续的家庭定期渐近解，包括他们的曲率，速度，傅立叶振幅，和界面剪切，我们研究他们的稳定性。对于每一种解决方案，界面动力学是直接链接到界面剪切，非平衡速度场具有强烈的流体运动界面附近，有效地没有运动的散装。最快稳定解的准不变性表明RMI中的非线性相干动力学的特征在于两个宏观尺度-波长和振幅，与观测结果一致。一些特殊的解决方案的属性进行了概述，这些分别是，阿特伍德，泰勒，收敛，最小剪切，临界气泡，等等。我们还阐述了新的理论基准，为未来的实验和模拟。
2019-11-28 physics.flu-dyn
Flow instability and momentum exchange in separation control by a synthetic jet
本研究通过大涡模拟和线性稳定性理论，揭示了合成射流控制翼型前缘分离的机制，确定了最优激励频带，并阐明了相干涡在动量交换和湍流增强中的关键作用。
2023-02-24 physics.flu-dyn
Structure formation in turbulence as instability of effective quantum plasma
湍流中的结构形成实际上是由作为粒子的波动形成的“等离子体”的不稳定性。这些“粒子”是类量子的;也就是说，它们的波长与背景相干结构的大小相比是不可忽略的。相应的“动力学方程”描述了湍流场的维格纳矩阵，相干结构充当集体场。这种形式主义通常适用于明显的类量子波或标量波。在这里，我们将其扩展到可压缩的Navier-Stokes湍流，波动哈密顿量是一个五维矩阵算子和不同的调制模式。作为一个例子，我们计算这些模式的正弦剪切流，并找到两个调制不稳定性。其中之一是特定的超音速流，另一个是开尔文-亥姆霍兹型不稳定性，这是一个推广的已知的纬向不稳定性。这项工作作为一个垫脚石，朝着提高磁流体动力学湍流的理解，这可以接近类似。
2019-09-11 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the low drag regime of flatback airfoils
本研究利用三维分离涡模拟与模态分析技术探究平背翼型在大迎角下的低阻力区，发现在该区域内底部压力与尾流组织性增加，且仅在区内迎角下出现 Mode S' 二次失稳。
2024-10-14 physics.flu-dyn
The emergence of a coherent structure for coherent structures: localized states in nonlinear systems
相干结构出现在许多种耗散的、外部驱动的非线性系统的动力学中，并不断引发新的问题，挑战我们的物理和数学理解。在这类问题的一个特定子类中，出现了图案形成或“图灵”不稳定性，最近我们对局域态形成的理解取得了快速进展：规则图案的补丁被未图案化的均匀背景状态包围。这篇简短的评论文章调查了局部化状态所取得的进展，提出了这些想法的三个应用领域，这些想法将把理论带到新的方向，并最终对应用科学领域产生重大影响。最后，我提供了未来工作的猜测，基于本地化的状态，这可能有助于研究人员更普遍地理解相干结构。
2010-08-23 nlin.PS physics.flu-dyn
Stratified jet with wall effects
Monash University（莫纳什大学）
本研究通过壁面约束的Bickley射流模型，揭示了分层流中短波不稳定性引发平均流不对称、长波结构发射内重力波并显著降低射流速度，且发现一种不依赖壁面、超越Miles-Howard判据的粘性不稳定模式。
2026-09-16 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Coherent structures in plane channel flow of dilute polymer solutions with vanishing inertia
当受到足够强的速度梯度时，长的柔性聚合物的溶液表现出流动不稳定性和混沌运动，通常被称为弹性湍流。它的机制不同于牛顿流体中常见的惯性驱动的湍流，并且人们对其了解甚少。在这里，我们证明了纯弹性压力驱动的通道流动的稀聚合物溶液的动力学是由精确的相干结构，采取二维行波的形式。我们的结果表明，没有线性不稳定性是需要维持这样的行波解，并且它们的起源是纯弹性的性质。我们表明，相关的应力分布的特点是薄，dielent-like安排的聚合物拉伸，这是持续的一对孤涡。我们讨论了直通道中弹性湍流过渡的行波解的含义，并提出了在实验中检测它们的方法。
2022-06-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
