Direct Measurement of Turbulent Shear
介绍了一种测量湍流肥皂膜中剪切速率张量分量的光子相关方法。这种新的计划，这也是适用于三维流动，示出了激光多普勒测速仪相同的结果，但统计噪声较小。该技术产生平均剪切速率s、其标准偏差以及剪切速率本身的概率密度函数P（s）的简单数学变换。
2011-10-10 nlin.CD physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of quasi-two-dimensional MHD turbulent shear flows
采用直接数值模拟（DNS）方法研究了圆柱形容器中导电流体的湍流剪切流动。通过在底壁处的大量小电极注入的径向电流（$I$）与轴向磁场之间的相互作用来驱动流动。所有的数值参数，包括容器的几何形状、总的注入电流和磁场，都与在J. Fluid Mech.456，137-159中进行的实验一致。首先，与层流哈特曼层，三维模拟恢复实验测量的量（全球角动量，速度分布）。壁面剪应力的变化规律、能谱和侧壁附近流动结构的显示突出了侧壁层内的分离和湍流。此外，流动的参数分析表明，Ekman再循环有显着的影响涡的大小，自由剪切层，和全球耗散。第二，我们恢复了截断尺度的标度律，该标度律将大的准二维尺度与小的三维尺度分开（J. Fluid Mech.118，507-518），从而建立了它们在剪切MHD湍流中的有效性。此外，我们还发现三分量性和三维性同时出现，二维截止频率和平均能量与速度尺度的轴向分量$N_t$相关联，分别为$0.063N_t^{0.37}$和$0.126 N_t^{-0.92}$ .
2021-02-02 physics.flu-dyn
Effect of imposed shear on the dynamics of a contaminated two-layer film flow down a slippery incline
本文分析了倾斜滑动壁面上的两层降膜在流顶面上施加外剪切作用下的线性不稳定性。流动的自由表面以及流体之间的界面被不溶性表面活性剂污染。这两个层的动力学由纳维-斯托克斯方程控制，并且表面活性剂输运方程调节不溶性表面活性剂在界面和自由表面的运动。通过沿流动方向和与流动方向相反的方向施加外部剪切来比较不稳定机制。耦合奥尔-索末菲方程组所考虑的问题是使用微扰技术和正常模式分析。利用谱配置法得到了Orr-Sommerfeld本征值问题对应的本征模。数值结果表明，较强的外部剪切使界面模态失稳。然而，一个稳定的影响的表面模式上的外部剪切注意到，如果剪切施加在流动方向上，这是在相反的表面模式上的表面活性剂负载的单层降膜施加外部剪切的作用。此外，在高雷诺数区与足够小的倾角剪切模式的主要不稳定性的影响进行了分析。在这种结构下，由于引力对表面不稳定性的影响较弱，因此剪切模相对于表面模占优势。剪切模式也可以通过在流向流的相反方向上施加外部剪切来稳定。由此可见，附加在两层降膜上的剪切力对控制不稳定性的姿态起着积极的作用。
2020-09-17 physics.flu-dyn
Flow structures and vertical transport in tilting salt finger with a background shear
在这项工作中，我们研究的指状双扩散对流，即浮力驱动的对流流体层内经历一个不稳定的盐度梯度和一个稳定的热梯度。特别地，我们研究了均匀强度的背景剪切的影响。线性稳定性分析表明，随着剪切力的增加，失稳模态从圆形向片状转变。三维方向的数值模拟进行了五组情况下，其中每一个具有相同的组合的温度和盐度梯度（测量相应的瑞利数），并逐渐增加的剪切强度。模拟结果表明，一个非常弱的剪切组织成一个非常规则的模式，这可以提高盐度通量的盐指。然而，这种增强效应随着瑞利数的增加而减小。随着剪切的进一步加强，主导结构从盐指转变为盐片，相干长度尺度沿流向增大。同时，盐度和热通量减少。这些结果表明，即使是一个弱的剪切可以显着改变的形态和传输特性的指状双扩散对流。
2021-12-18 physics.flu-dyn
Direct velocity measurement of a turbulent shear flow in a planar Couette cell
在一个平面库埃特池中，由水组成的薄流体层在雷诺数为300至1400的透明带之间被剪切。与膜分离相比，细胞流动通道的长度较大。为了提取实验中的流速，相关图像测速（CIV）方法被用于高速摄像机记录的图像。以允许分析与膜分离尺寸相似的流型的分辨率记录流动。然后通过计算流速自相关函数来研究流体流动。在临界雷诺数Re=360以上的尺度上出现的湍流模式显示出用计算出的速度自相关函数证明的特征模式。这些模式是亚稳态的，并在整个实验中的不同位置和时间重新出现。通常，这些图案是湍流辊，其在带移动的方向的流动方向上伸长。虽然流动状态是亚稳态的，但它们与已知出现在圆形泰勒库埃特单元中的稳定泰勒涡具有相似之处。
2014-03-12 physics.flu-dyn
Symmetry Analysis in Linear Hydrodynamic Stability Theory: Classical and New Modes in Linear Shear
本文对二维不可压缩流体的线性剪切流的线性化纳维-斯托克斯方程进行了对称性分类。对称的完整集合被用来系统地导出不变的反函数。对称性分析把握了三种方法。其中两个是现有的，代表经典的正常模式和开尔文模式，而第三个是一种新的方法，并导致一个新的封闭形式的解决方案的旅行模式，表现出质的不同的行为在能量，形状和运动学相比，经典的方法。最后一种模式在无粘情况下是能量守恒的。它们在横流方向上是局部的，在流向方向上是周期性的。至于运动学，它们在横流方向上以恒定速度行进，而在顺流方向上，它们被基流加速。在粘性的情况下，模式预锻，由于高波数贡献的阻尼。
2013-10-09 physics.flu-dyn
Dynamics of spheroids in pressure driven flows of shear thinning fluids
剪切稀化流体的无惯性流动中的颗粒是生物学、生态学和微流体学中几个系统的模型表示。本文分析了椭球体在压力驱动的剪切稀化流体流中的运动。剪切稀化流体的流变学特性可用Carreau模型来描述。我们结合微扰技术和功的互等定理来描述长椭球体和扁椭球体的运动学特性。在此基础上，采用了两种微扰策略，一种在零剪切牛顿平台附近，另一种在无限剪切牛顿平台附近。在这两种情况下，我们发现，在压力驱动流动中，有效粘度的降低减小了球体的旋转时间周期。剪切稀化改变运动学的程度是颗粒形状的函数。对于长球形颗粒，当球体投影器沿速度梯度方向排列时，剪切稀化的效果最显著，而对于扁颗粒，当投影器沿流动方向排列时，该效果最显著。最后，比较了压力驱动流和简单剪切流中球体的翻滚行为，发现压力驱动流中的翻滚时间随Carreau数单调减小，剪切流的趋势是非单调的，在低Carreau数时，时间周期先增加，然后在高Carreau数时减小，剪切稀化不能解决Jefferey轨道的简并。
2023-03-11 physics.flu-dyn
The combined effects of buoyancy, rotation, and shear on phase boundary evolution
我们使用高分辨率的数值模拟来研究浮力，压力驱动的剪切和旋转的熔融速率和形态上的一层纯固体覆盖其液相在三维瑞利数$Ra = 1.25 \times 10^5$的综合影响。在热对流过程中，我们发现，固相的熔化率的变化与施加的剪切流的强度非单调。在没有旋转的情况下，取决于是否浮力或剪切占主导地位的流动，我们观察到无论是圆顶或脊排列在剪切流的方向分别。此外，我们表明，相边界的几何形状有重要的影响，在液体层中的热通量的大小和演变。在存在旋转的情况下，旋转的强度由Rossby数Ro表征，我们观察到，当Ro = O（1）时，内部的平均流垂直于恒定的水平压力梯度的方向。随着该压力梯度的大小的增加，固液界面的几何形状从旋转对流熔化的空隙特征演变为垂直于或倾斜于压力梯度方向的凹槽。
2022-05-04 physics.flu-dyn
Direct measurement of shear-induced cross-correlations of Brownian motion
本文从实验和理论上研究了剪切引起的垂直于流线和沿流线的粒子涨落的互相关。直接测量的布朗运动的微米大小的珠子，举行的光镊在剪切流动池，显示出强烈的时间不对称性的互相关，这是由非正常放大的波动。对单粒子概率分布的补充测量证实了这一行为，这两个结果都与朗之万模型一致。此外，检测到两个被困和流体动力学相互作用的粒子的正交随机位移之间的剪切引起的反相关性，具有一个或两个极值的时间，这取决于粒子的位置。
2009-12-07 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Analytical theory of forced rotating sheared turbulence. I. Perpendicular case
我们提供了一个一致的理论湍流存在的剪切和旋转。从脉动场的准线性方程出发，考虑剪切和旋转对湍流的影响，导出了湍流振幅和湍流输运系数。我们表明，剪切减少湍流振幅和运输，更强烈的方向平行于剪切比在垂直的，有效地诱导各向异性湍流。旋转进一步降低了湍流幅度和传输。剪切和旋转之间的相互作用被证明会产生一种新的非扩散通量的角动量（$Λ$ -效果），提供了一种机制，在天体物理和地球物理系统的剪切结构的永久性。
2008-06-12 physics.flu-dyn
Prediction of shear-thickening of particle suspensions in viscoelastic fluids by direct numerical simulation
为了阐明定量预测粘弹性流体中悬浮液剪切增稠的关键因素，采用光滑剖面法对多模式Oldrophil-B流体中的多颗粒悬浮液进行了直接数值模拟。在周期性边界条件下，利用颗粒动力学的Lees-Edwards边界条件和流体动力学的随平均剪切流演化的时间相关斜坐标系，求解了简单剪切流下的悬浮流。半稀释的多颗粒悬浮液的颗粒体积分数为0.1进行了研究。关于剪切增稠行为的体相流变特性的数值结果同意定量与最近的实验结果的半稀悬浮液中的博格流体。研究结果表明，在剪切增稠开始的剪切速率范围内，准确估计基质的第一法向应力差，对于用Oldrophil-B模型定量预测在Weissenberg数$\rm{Wi}=1$附近的Boger流体基质中的悬浮剪切增稠是至关重要的。此外，悬浮液的微观结构对悬浮液粘度的影响进行了检查。最后讨论了流动模式和弹性应力发展随体积分数和Weissenberg数的变化规律。
2021-09-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stochastic resonance on the transverse displacement of swimmers in an oscillatory shear flow
自我推进的微生物，如单细胞藻类或细菌，相对于流体速度沿着它们的方向游动。在稳定的剪切流下，指向矢在闭合轨道上旋转，这是一种在振荡剪切流下保持的周期性结构。如果剪切流受到微通道中的小不规则性或附近的其他游泳者产生的小波动的影响，则指向矢动力学变得随机。游泳者运动的数值积分表明存在随机共振：对于有限的噪声强度，涡量方向上的位移最大化。这种横向位移共振时，观察到的位移是粗粒度的几个时期，虽然导演是优先沿流动方向。共振噪声强度与振荡频率成正比，与剪切速率无关。增强的位移会影响游泳者的横向扩散和悬浮液的流变性。
2012-09-05 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Instability and rupture of sheared viscous liquid nanofilms
该研究数值模拟粘性纳米薄膜，发现热涨落触发破裂但不影响增长率，破裂时间可由线性稳定性分析预测；单向剪切可稳定扰动，但三维中仅变向剪切能抑制破裂。
2023-06-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On statistically stationary homogeneous shear turbulence
具有平均剪切梯度的统计稳定湍流在由适当的体积力驱动的流动中实现。流动区域在下游和展向方向上是周期性的，并且在法向方向上由应力自由表面限定。除了表面附近的小层外，流动是均匀的。湍流能量的波动比使用网格重新划分的模拟中的波动要小，但是由导数的偏度测量的小尺度上的各向异性是相似的，并且随着雷诺数的增加而弱衰减。
2000-12-11 nlin.CD physics.flu-dyn
Rheological properties and shear-induced structures of ferroelectric nematic liquid crystals
Kent State University（肯特州立大学）
研究铁电向列液态晶体在剪切流下的流变性质和结构行为，揭示其粘度与剪切速率的关系及对齐机制。
2026-02-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lift and down-gradient shear-induced diffusion in Red Blood Cell suspensions
红细胞在受限通道流中的分布是不均匀的，并且由于远离壁的迁移与由颗粒之间的相互作用引起的剪切诱导的扩散之间的竞争，在壁附近显示出显著的耗尽。我们研究了红细胞的升力在剪切流附近的墙壁和测量一个显着的升力速度，尽管翻滚运动的细胞。我们还提供了值的集体和各向异性的剪切引起的扩散的云的红细胞，无论是在剪切的方向和涡度的方向。一个通用的下梯度子扩散，其特征在于指数1/3的突出显示。
2013-02-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Structure of propagating high stress fronts in a shear thickening suspension
我们报告直接测量的剪切增稠玉米淀粉悬浮液的边界处的空间分辨应力揭示持久的高局部应力在流动方向上的顶部边界的速度传播的区域。这些传播前沿的持久性使得能够精确测量它们的结构，包括边界应力显微镜（BSM）测量的边界应力分布和粒子图像测速仪（PIV）测量的悬浮液底部边界处的粒子的非仿射速度。此外，我们直接测量颗粒相和悬浮流体之间的相对流动（流体迁移），并发现迁移是高度本地化的前沿和改变方向的前沿，表明前沿是由一个局部区域的高澄清剂压力和低颗粒浓度。流量的大小表明，驱动流体迁移的孔隙压差与剪切增稠开始的临界剪切应力相当。传播前沿完全解释了流变仪所报告的粘度随施加应力的增加，并且与与系统的一个边界接触的稳定堵塞区域的存在一致，该系统的一个边界产生跨越流变仪板之间的间隙并产生强局部澄清剂压力的膨胀摩擦接触的传播网络。
2022-03-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Fluctuations of energy injection rate in a shear flow
本文研究了体积力驱动的剪切湍流中的瞬时能量注入和局部能量注入。能量注入可以是正的也可以是负的。极端事件与相干条纹有关。概率分布是不对称的，稍微偏离高斯形状，并取决于在剪切方向上的位置。正注入和负注入的概率是指数相关的，但指数中的前因子在剪切层中是变化的。
2003-07-29 nlin.CD physics.flu-dyn
Rheology of an inverted cholesteric droplet under shear flow
采用格子Boltzmann方法研究了对称剪切流场中胆甾相液晶介质中准二维各向同性液滴的动力学行为。我们考虑一个几何形状，其中流动方向是沿轴的的轴，因为这种设置表现出显着的粘弹性对外部应力的响应。我们发现，动力学依赖于剪切速率的大小，液晶在液滴界面的锚定强度和手性。在低剪切速率和弱界面锚定条件下，体系表现出非牛顿行为，而在高剪切速率和强界面锚定条件下，体系表现出类牛顿行为。这是通过估计二次流动剖面，即沿面外方向出现的流动（不存在于完全牛顿流体，如水），并通过监测缺陷的形成和动态改变显着的系统的流变响应来研究的。
2018-07-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Transition to turbulence in shear flows
管流和许多其它剪切流在层流剖面对无穷小扰动稳定的流速下表现出向湍流的转变。在这篇简短的评论中，我们将总结最近在理解这种转变方面的进展，重点是驱动转变的线性和非线性状态，出现的扩展和局部模式，以及时空动力学及其与定向渗透的关系。
2018-01-28 nlin.CD physics.flu-dyn
Joint reconstruction and segmentation of noisy velocity images as an inverse Navier-Stokes problem
我们制定并解决了一个广义逆Navier-Stokes问题的联合速度场重建和边界分割的噪声流速图像。为了正则化的问题，我们使用贝叶斯框架与高斯随机场。这使我们能够估计的不确定性的未知数近似后协方差与拟牛顿法。我们首先测试的方法为合成噪声图像的二维流动，并观察到该方法成功地重建和分割的噪声合成图像的信噪比（SNR）为3。然后，我们进行磁共振测速（MRV）实验，以获取低（$\simeq 6$）和高（$>30$）SNR的轴对称流图像。我们表明，该方法是能够重建和分割的低信噪比图像，产生无噪声的速度场和平滑的分割，与高信噪比图像相比，可以忽略不计的误差。这相当于总扫描时间减少了27倍。同时，该方法提供了关于流动的物理特性（例如压力）的额外知识，并解决了MRV的缺点（低空间分辨率和部分体积效应），否则这些缺点会阻碍壁面剪切应力的准确估计。虽然该方法的实施仅限于二维定常平面和轴对称流，但该公式立即适用于三维定常流，并自然扩展到三维周期性和非定常流。
2022-07-04 math.OC physics.comp-ph physics.data-an
