Experimental and computational investigation of single particle behavior in low Reynolds number linear shear flows
研究了低雷诺数下球形固体颗粒在线性剪切流中的运动轨迹。进行了二维CFD分析，以模拟固体-流体流动。我们的数值模型，离散相单元法，用于建模和模拟的流体域和颗粒的运动作为固相。对颗粒轨迹计算结果的可靠性进行了评价。数值结果与实验数据之间的协议进行了量化。
2019-02-13 physics.flu-dyn
Fluid Dynamics and Passive Scalar Transport Driven by Non-Uniform Tumbling of a Prolate Spheroid in Simple Shear Flow
New Mexico State University（新墨西哥州立大学）；University of Colorado, Colorado Springs（科罗拉多大学科罗拉多斯普林斯分校）；New Mexico Institute of Mining and Technology（新墨西哥矿业技术学院）
基于格子玻尔兹曼高保真模拟，研究了简单剪切流中长椭球被动标量输运，发现颗粒惯性通过影响翻滚均匀性改变流动与输运模式，且在低惯性下输运速率收敛于与Peclet数的共同关系。
2024-10-16 physics.flu-dyn
A self-sustaining process theory for uniform momentum zones and internal shear layers in high Reynolds number shear flows
本研究针对壁面剪切流中粘性精确相干态无法解释惯性区均匀动量区与内剪切层特性的问题，通过大雷诺数渐近分析提出新自维持过程理论，揭示剪切层不稳定性维持无粘流向滚转并形成相关结构的机理。
2020-06-29 physics.flu-dyn
Opposing Shear-Induced Forces Dominate Inertial Focusing in Curved Channels and High Reynolds Numbers
惯性聚焦是流体中的颗粒向平衡的迁移，其中当前理论预测剪切引起的升力和壁引起的升力是平衡的。1961年首次报道，这种Segre-Silberberg效应对于细胞和颗粒的微流体分离特别有用。有趣的是，最近的研究表明，粒子在高雷诺数下聚集，这是目前理论无法解释的。在这项工作中，我们表明，非单调的速度分布，如在弯曲的通道中开发的，创建周围的相对的剪切诱导力占主导地位的壁效应的圆周速度最大值。类似地，在高雷诺数流动中放大的入口效应在短直通道中产生等效的捕获机制。这种新的聚焦机制，在发展中的流动制度，使10倍的小型化的惯性聚焦装置，而我们的模型纠正长期存在的误解的性质，机械力控制惯性聚焦在弯曲的渠道。
2015-08-18 physics.flu-dyn
Viscosity-model-independent generalized Reynolds number for laminar flow of shear-thinning and viscoplastic fluids
本文提出一种不依赖特定黏度模型的广义雷诺数，利用旋转黏度计测量原理估算壁面剪切速率，并通过摩擦系数实验与模型对比验证其准确性和稳健性。
2023-08-10 physics.flu-dyn
Dynamics of the Reynolds Shear Stress in Adverse Pressure-Gradient Flows, from the Lagrangian Transport Formalism
本文利用拉格朗日输运分析将雷诺应力梯度表示为局部动量通量与力项的函数，并用DNS数据在两种逆压梯度边界层中验证了该方法，同时导出了湍流二阶矩的导数标度关系。
2024-07-07 physics.flu-dyn
Relation between shear parameter and Reynolds number in statistically stationary turbulent shear flows
本文研究了近似均匀的统计定常剪切湍流的剪切参数S^* 与雷诺数Re之间的关系。参数研究与最近概述的关于剪切流中局部各向同性的回归的广义观点一致[Schumacher，Sreenivasan and Yeung，Phys. Fluids，vol.15，84（2003）]。因此，系统地改变两个参数，即恒定剪切速率S和由能量注入速率epsilon_{in}规定的初始湍流波动水平。研究表明，剪切参数的水平为更大的雷诺数，这是由尺寸参数支持。结果发现，偏度的横向导数表现出不同的衰减行为，相对于雷诺数时，模拟运行的序列遵循不同的途径在两个参数的平面。该研究可以为高雷诺数实验中奇阶矩衰减的不同解释提供新的思路。
2004-07-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Vortex topology in the lee of a 6:1 prolate spheroid
本文通过大涡模拟系统研究了6:1长椭球体绕流在多个雷诺数和攻角下的分离与尾流拓扑，归纳出原始涡、相干涡和回流尾流三类状态，并揭示了流动演化与载荷的关联。
2025-07-03 physics.flu-dyn
Orientation dynamics of a spheroid in the simple shear flow of a weakly elastic fluid
本文通过互易定理和向量球谐函数，研究了弱粘弹性流体中任意长宽比中性浮力球体的取向动力学，发现弱弹性会改变牛顿流体下的闭合轨迹拓扑，并基于多尺度分析揭示了四种不同的取向动力学状态。
2025-05-29 physics.flu-dyn
Inertial migration of slender prolate and thin oblate spheroids in plane Poiseuille flow
International Centre for Theoretical Sciences（国际理论科学中心）；Engineering Mechanics Unit, Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究工程力学组）
研究细长椭球体在低雷诺数和低约束比下的惯性迁移行为，揭示其在不同雷诺数下的迁移机制和平衡位置变化。
2025-08-30 physics.flu-dyn
A total-shear-stress-conserved wall model for large-eddy simulation of high-Reynolds number wall turbulence
本文针对壁模型大涡模拟中的对数层失配问题，提出总剪切应力守恒框架并据此修正SGS涡粘性模型，在高雷诺数下以较低网格分辨率实现了对表面摩擦和低阶湍流统计量的稳健预测。
2024-11-19 physics.flu-dyn
An anisotropic particle in a simple shear flow: an instance of chaotic scattering
在斯托克斯极限下，一个中性浮力球周围的流线拓扑结构与两个球的轨迹线拓扑结构是相同的，两者都是在环境简单剪切流中。在这两种情况下，有前后对称的开放和封闭的轨迹空间划分的轴对称分界线表面。这种拓扑结构具有至关重要的影响标量运输从一个单一的领域，并为稀悬浮液的流变学领域。我们表明，在简单的剪切流中，中性浮力自由旋转的球体周围的流体路径线的拓扑结构是完全不同的，并将有一个至关重要的轴承从这些颗粒在剪切流中的运输。在某种程度上，在单球体问题中的流体轨迹线和双球体问题中的成对轨迹，预计将承担彼此的定性相似性，这里确定的非平凡的轨迹拓扑结构也将对各向异性颗粒的稀悬浮液的流变学具有显着的后果。
2020-05-21 physics.flu-dyn
Skin Friction in Simple Wall - Bounded Shear Flows in Large Reynolds Number Limit
提出了一种分析管道/通道中充分发展的湍流和零压力梯度边界层的全局方法。提出了一种新的边界层厚度的动态定义$δ(x)$，其中$x$是到平板原点的距离。从Navier-Stokes方程出发，在极限$Re_{x}\to \infty$下，导出了表面摩擦力的Coles-Fernholtz经验关系式$λ=\frac{2τ_{w}}{ρU_{0}^{2}}\propto 1/\ln^{2}δ(x)$和$δ(x)\propto x/\ln^{2}(\frac{x}{x_{0}})$。这里$τ_{w}$和$U_{0}$分别是壁面剪切应力和自由流速度。该理论被制定为一个小的无量纲参数$\frac{dδ(x)}{dx}\to 0$在极限$x\to \infty$的幂的扩展。
2010-02-09 physics.flu-dyn
Kinematics and dynamics of freely rising spheroids at high Reynolds numbers
我们实验研究了几何各向异性对悬浮椭球粒子在静止流体中上升的影响。所有其它参数，例如伽利略数$Ga \approx 6000$和颗粒密度比$Γ\approx 0.53$保持恒定。颗粒的几何纵横比$χ$从$χ$ = 0.2（扁）到5（长）系统地变化。基于跟踪所有程度的粒子运动，我们确定了六个制度，其特征在于不同的上升动态。首先，对于$0.83 \le χ\le 1.20$，观察到增加的旋转动力学，并且颗粒以“翻滚”状运动半规则地翻转。其次，对于具有$0.29 \le χ\le 0.75$的扁颗粒，观察到平面规则的“之字形”运动，其中阻力系数与$χ$无关。第三，对于最极端的扁形几何形状（$χ\le 0.25$）的“颤振”样的行为被发现，其特征在于进动的振荡平面和阻力系数的增加。对于扁长的几何形状，我们观察到两个共存的振荡模式，有助于复杂的轨迹：第一个是相关的指向矢量的振荡，第二个对应于垂直于粒子的对称轴的运动。我们确定了一个“纵向”制度（$1.33 \le χ\le 2.5$），其中两种模式都是活跃的和一个不同的，“宽边”制度（$3 \le χ\le 4$），其中只有第二种模式存在。值得注意的是，对于最长的粒子（$χ= 5$），我们观察到一个完全不同的“螺旋”上升与完全独特的功能。
2020-12-06 physics.flu-dyn
Wall-scaled eddies and embedded shear layers in high-Reynolds-number moderate adverse-pressure-gradient boundary layers
The University of Melbourne（墨尔本大学）；University of Zagreb（萨格勒布大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）
研究高雷诺数下零和低至中等逆压梯度湍流边界层，用两个互补数据集，证实壁面尺度涡层次结构的几何自相似性，发现多数APG诱导能量与壁面不相干，解释方差剖面偏离，还识别出能量放大结构及相关动力学特征。
2026-08-25 physics.flu-dyn
Spatial Features of Reynolds-Stress Carrying Structures in Turbulent Boundary Layers with Pressure Gradient
本文基于四个DNS数据库比较非平衡压力梯度边界层与均匀剪切湍流中的下扫、上抛结构，揭示1–10个Corrsin尺度内形状一致性及局部平均剪切的主导作用。
2025-05-15 physics.flu-dyn
Shear-layer dynamics at the interface of parallel Couette flows
本文对同向流动的平面库埃特流进行了详细的分析。特别地，研究了从湍流区到非湍流区的流量变化。虽然拟能表现出急剧的跳跃，但其他量（例如，平均速度、雷诺法向应力和动能）在界面上表现出连续的变化。雷诺法向应力的预算分析表明，在湍流输送中起关键作用的条款根据所研究的雷诺法向应力而变化。产生、扩散和再分布这些术语在流向雷诺应力中起着重要的作用。在展向雷诺应力中，扩散项起着重要的作用。在壁面法向雷诺应力中，只有再分布项是重要的。通过与标准平面库埃特流（pCf）相比，在系统中发现的额外的平均速度和雷诺法向应力，观察到一种流在同向流状态下对另一种流的影响。将并流系统与常规pCf系统进行比较，前者表现出更大的涡量、涡拉伸和动能。利用流动不变量对流动结构的几何和拓扑结构进行了详细的分析。
2022-10-31 physics.flu-dyn
An asymptotic theory for the high-Reynolds-number flow past a shear-free circular cylinder
我们提出了一个渐近理论的分析表征的高雷诺数不可压缩流动的牛顿流体过去的剪切自由圆柱。粘性引起的修改，这种流动是本地化的，除了在附近的后驻点，表现得像一个线性扰动的无粘流。我们的理论给出了一个高度准确的描述，这些修改，包括从最重要的粘性项的贡献，在一个修正的微扰膨胀的无粘基态。我们推导出的边界层方程的流动和推导出一个相似变换，导致一组无限的，无剪切条件不相容的，自相似的解决方案。通过适当地组合这个集合中的成员，我们构造了边界层方程的全边界条件相容解。推导了窄尾流区涡量输运的控制方程，确定了其封闭解。尾流解的近场和远场形式分别与边界层解和著名的自相似平面尾流解一致。我们分析后滞止区的流动，通过制定一个椭圆形的偏积分微分方程的畸变流函数，具体占完全非线性和无粘动力学的粘性修正项。由匹配渐近分析得到的阻力及其对雷诺数的非典型对数依赖关系与高分辨率模拟结果吻合得很好。对数依赖性会产生临界雷诺数，低于该临界雷诺数，粘性修正项会反直觉地减少流场中的净耗散。
2020-11-17 physics.flu-dyn
Orientation dynamics of a settling spheroid in simple shear flow: bifurcations and stochastic alignment
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
研究沉降椭球体在简单剪切流中的取向动力学，结合确定性动力系统分析与随机福克-普朗克处理，探讨剪切与沉降扭矩竞争对旋转运动与平衡态转变的影响，并分析噪声在不同沉降条件下的作用。
2026-04-15 physics.flu-dyn
Inertial migration of a neutrally buoyant spheroid in plane Poiseuille flow
本文研究了小颗粒雷诺数情况下，任意长宽比$κ$的无力矩中性浮力椭球体在有壁平面Poiffille流中的横流惯性迁移，（$Re_p\ll1$）和约束比，（$λ\ll1$），通道雷诺数$Re_c = Re_p/λ^2$假定为任意值;其中$L$是球状体的半长轴，$H$表示通道壁之间的间隔。在Stokes极限中，（$Re_p =0)$）和（对于$λ\ll 1$），球体沿着由轨道常数$C$参数化的无穷多个Jeffery轨道中的任何一个旋转，同时沿着给定的环境流线以依赖于时间的速度平移。弱惯性效应使自旋轨道（$C=0$）或翻滚轨道（$C=\infty$）稳定，或两者都稳定，这取决于$κ$。分离的杰弗里旋转和轨道漂移的时间尺度，从相关的横流迁移，意味着后者发生由于杰弗里平均升力速度。虽然这个平均升力速度的大小取决于$κ$和$C$，但升力剖面的形状与球体的相同，而与$Re_c$无关。特别是，一个球体的平衡位置保持相同的经典Segre-Silberberg的一个领域，开始在一个距离约$0.6(H/2)$的通道中心线的小$Re_c$，并迁移壁增加$Re_c$。对于具有$κ\sim O(1)$的球体，Jeffery平均分析对$Re_p\ll1$有效;对于极端纵横比球体，$Re_p\,κ/\ln κ\ll 1$和$Re_p/κ^2 \ll 1$分别对$κ\rightarrow \infty$ \，（细长纤…
2023-02-28 physics.flu-dyn
Early onset of secondary shear instability in Kelvin-Helmholtz braids at high Reynolds number
研究高雷诺数下凯尔文-赫姆霍兹辫状结构中二次剪切不稳定性早期出现的机制，通过改进经典分析并引入新的稳定性判据，揭示了不稳定性早期发展的原因及粘性对混合过程的影响。
2026-04-17 physics.flu-dyn
Second Moment Closure Modeling and DNS of Stratified Shear Layers
浮力剪切层在许多工程和环境应用中都会遇到，几十年来研究人员一直在实验和建模的背景下进行研究。通常，这些流动具有高雷诺数和理查森数，这导致DNS或LES建模的显著/棘手的时空分辨率要求。另一方面，在这些系统中的许多重要的物理机制，如应力各向异性，尾流稳定性，和政权过渡，固有地呈现涡动粘度为基础的RANS建模不合适。因此，我们追求二阶矩闭合（SMC），即，完整的雷诺应力/通量/方差建模，适用于中等雷诺数的非分层和分层剪切层，DNS是可能的。一系列的子模型的复杂性追求的扩散应力，密度通量和方差，压力应变和混乱，和耗散。这些子模型的评估方面，以及如何以及他们所代表的DNS相比，精确的雷诺平均条款，以及如何以及他们的影响，以及完整的RANS封闭的准确性。对于非分层的情况下，SMC模型预测的剪切层的增长率和雷诺剪应力分布准确。应力各向异性和预算只定性捕获。比较DNS的精确和建模的条款，观察到的模型性能和假设的不一致，包括不准确的预测的个人统计，不可忽略的压力扩散，和耗散各向异性。对于分层的情况下，剪切层和梯度理查森数的增长率，应力，通量和方差衰减率，被捕获的准确性低于相应的流量参数在非分层的情况下。这些研究导致了几个模型改进的建议。
2021-07-24 physics.flu-dyn
Numerical stability and three dimensionality of a streamline hyperbolic critical point in wake at low Reynolds number
本文对低雷诺数下流线奇异双曲/鞍形临界点（HSP）的数值稳定性及其与压力/流体通量发散的关系进行了数值研究。在不同雷诺数下考虑了三种典型构型：（a）孤立圆柱;（b）并排圆柱和（c）近壁圆柱。本文的目的是研究在不同雷诺数和不平衡剪切层相互作用下，热激表面的特性。据发现，HSP沿剪切层界面发展，并施加不利的压力梯度，这可能会恶化近尾流稳定性。HSP的固有特征与净正流体-流体发散和流体三维性有关。在HSP周围形成无涡停滞区，切断了尾流剪切层的动能供应，投射出三维流体通量，形成三维流向辫状流。这些发现证实和解释通过量化的流体通量发散，流体动力响应的圆柱（S）和次级拟能。本文的主要重点是揭示HSP之间的微妙的分析关系，压力/流体通量的发散，流体的三维性和不平衡的剪切层的相互作用。据作者所知，到目前为止，这些分析关系尚未在文献中报道。
2020-07-05 physics.flu-dyn
Homage to Bob Brodkey at 85: Ejections, Sweeps and Reynolds Shear Stress Generation in Turbulent Pipe Flow
大约50年前，Bob Brodkey和他的学生Corino设想并进行了湍流管流的非常近壁区域的可视化实验，该实验与Kline等人的湍流边界层可视化一起，令湍流研究界兴奋不已。使用安装在车床床上的高速电影摄像机，记录随流动移动的参考系中的放大图像，他们观察了亚微米颗粒在子层、缓冲层和日志层中的运动。令人惊讶的是，这些运动并不像当时对湍流的普遍看法那样是局部随机的。相反，近壁流动的连接区域减速，然后在他们所谓的“喷射”中从壁面爆发。这些减速的运动之后是从上方朝向墙壁的更大规模的连接运动，他们称之为“扫描”。他们估计，在$Re_d = 20,000$处，喷射导致雷诺剪切应力的$70\%$，而在大约$18\%$的时间内仅发生喷射。这个流体动力学视频显示了来自原始Corino和Brodkey视觉研究的三个雷诺数的短序列。在接下来的几十年里，它激发了许多实验室和模拟研究，旨在解开有界湍流的结构，并了解其中的湍流输运过程。
2013-12-13 physics.flu-dyn
Effects of inertia and turbulence on rheological measurements of neutrally-buoyant suspensions
对于低雷诺数的中性浮力悬浮液的剪切流，剪切应力通常使用仅取决于固体分数的有效粘度来建模。随着雷诺数（$Re$）增加，惯性变得重要，有效粘度也取决于雷诺数本身。目前的实验测量的扭矩中性浮力颗粒在同轴圆筒流变仪的固体分数，$ϕ$，从10\%到50\%和雷诺数的基础上，从2到1000的颗粒直径。对于雷诺数为O（10）和固体分数小于$30\%$的实验，有效粘度随雷诺数增加，与文献中最近的数值模拟结果一致。在相同的$Re$范围内，在更高的固体分数下，结果显示扭矩随剪切速率降低。对于大于100的雷诺数和较低的固体浓度，有效粘度继续随雷诺数增加。然而，基于与纯流体测量的比较，所测量的有效粘度的增加是由向湍流的过渡引起的。颗粒通过增加测量扭矩的大小并导致流动在较低雷诺数下转变来增强湍流。对于最高的固体分数，测量结果表明，扭矩的大小显着增加，但有效粘度是独立的雷诺数。
2016-12-13 physics.flu-dyn
A Generalizable Theory for the Reynolds Stress, Based on the Lagrangian Turbulence Transport
利用拉格朗日动量输运，雷诺剪应力可以用基本湍流参数表示。在这种观点中，雷诺应力梯度代表流向动量的横向传输，由动量方程中的u2传输、压力和剪切力项平衡。我们将这种形式主义扩展到其他湍流参数，如雷诺应力的对角分量，以及更复杂的流动（具有逆压梯度的边界层流动和具有旋流的管流）。直接数值模拟（DNS）的数据用于验证这一整套湍流输运方程，表现出良好的一致性和协议的所有组件和不同的几何形状。使用这一整套湍流输运方程的一个例子显示为湍流射流。
2020-07-26 physics.flu-dyn
Inertial rotation of a small oblate spheroid in a simple shear flow
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；University of Udine（乌迪内大学）；University of Gothenburg（哥德堡大学）；CNR-IAC（意大利国家研究委员会应用计算研究所）
研究探讨了受限条件下小椭球在简单剪切流中的惯性旋转行为，揭示了限制对椭球定向稳定性的影响，发现限制减缓了向稳定滚动轨道的漂移。
2026-10-30 physics.app-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Extreme dissipation and intermittency in turbulence at very high Reynolds numbers
湍流中的极端耗散事件是罕见的，但它们可以比平均耗散率强几个数量级。尽管它在许多小尺度物理过程中的重要性，目前还没有准确的理论或模型来预测极值作为雷诺数的函数。在这里，我们引入了一个新的模型的基础上的概念，显着的剪切层，这是薄区域的局部平均耗散的耗散PDF。在非常高的雷诺数，这些显着的剪切层发展分层的子结构。流场被划分为不同的层区域和背景区域，每个区域都有自己的耗散PDF。将体积加权的区域PDF组合以获得总体PDF，随后将其用于确定耗散方差和最大值。该模型产生的雷诺数缩放的耗散最大值和方差，这是与现有的数据。此外，幂律标度指数被发现逐渐增加的雷诺数，这也是符合的数据。增加的指数被证明有深远的影响，在大气和天体物理雷诺数湍流。目前的研究结果强烈表明，间歇性的显着剪切层结构是理解和量化的耗散极端，更一般地说，极端的速度梯度的关键。
2020-10-26 physics.flu-dyn
Lower branch coherent states in shear flows: transition and control
当雷诺数$R$较大时，平面Couette流的下支相干态具有O（1）条纹、$O(R^{-1})$流向滚动和形成临界层的弱正弦波的渐近结构。高次谐波可忽略不计。这些不稳定的下支状态似乎有一个单一的不稳定的本征值在所有雷诺数。这些结果表明，低支相干态控制过渡到湍流，他们可能是有前途的目标，为新的湍流预防策略。
2007-03-07 physics.flu-dyn
The origin of wall-shear stress fluctuations in wall-bounded turbulence
本文通过壁面能量耗散研究壁面剪切应力波动的起源，发现大尺度耗散源于近壁尺度相互作用，且随雷诺数增大，小尺度向大尺度的能量输运因对数层中间尺度增多而增强。
2024-05-01 physics.flu-dyn
Reduced description of exact coherent states in parallel shear flows
本文研究了在正弦体积力作用下，限制在静止无应力壁面之间的线性稳定平面平行剪切流的精确相干态。Waleffe，Phys. Fluids 9，883（1997））是使用从纳维-斯托克斯方程的大雷诺数渐近约化获得的方程来计算的。减少方程采用分解成流向平均（平均）和流向变化（波动）的组件，其特征在于一个有效的顺序一雷诺数的平均方程，以及正式高阶扩散正则化的波动方程。介绍了一种计算精确相干态的鲁棒数值算法。数值延续较低的雷诺数的下分支状态揭示了一个鞍节点的存在;鞍节点允许访问上分支状态，像下分支状态，似乎是自洽的简化方程描述。详细描述了下支和上支状态的特征。
2014-07-10 physics.flu-dyn
Structure of the velocity gradient tensor in turbulent shear flows
湍流小尺度特性的普遍性意味着在很大的雷诺数极限下速度梯度张量的各向同性特性。使用直接的数值模拟，我们确定的张量形成的n = 2和3的速度梯度在一个单一的点在湍流均匀剪切流，并在日志层的湍流通道流，我们的特征在于这些张量从相应的各向同性预测的偏离。具体来说，我们分离的张量，不变的反射下的所有轴，从奇数的，这完全消失在没有剪切的偶分量。结果表明，三阶速度梯度关联函数的奇次分量，尤其是沿流向速度分量法线方向导数的三阶矩，对各向同性的偏离最大。在所考虑的雷诺数（R_lambda ~ 140）下，我们观察到这些二阶和三阶关联函数在湍流槽道流中明显大于在均匀剪切流中。总的来说，我们的工作表明，平均剪切导致相对简单的结构的速度梯度张量。在非常大的雷诺数极限下各向同性如何恢复还有待了解。
2017-07-01 physics.flu-dyn
Deformation of an elastic body in low Reynolds number transport: Relevance to biofilm deformation and streamer formation
在本文中，我们得到的分析结果内的剪切应力分布的弹性体放置在低雷诺数运输。问题定义受到最近一项实验研究的启发（Valiei等人，Lab Chip，2012，12，5133-5137），其报道了在圆柱形刚性微柱上形成的细菌生物膜的流动触发变形为称为流光的长丝状结构。在我们的分析中，我们考虑一个有限厚度的弹性体（形成一个边缘）放置在一个刚性圆柱体上，即，我们在实验中模拟生物膜结构。我们考虑Oseen流动解来描述低雷诺数下圆柱形弹性结构的输运。弹性结构内部的应力和应变分布被发现是位置，泊松比，初始厚度的弹性边缘和流动驱动的剪切应力的弹性体的剪切模量的比率的函数。更重要的是，这些分析，这可以被视为第一个正式的分析，以了解与生物膜流光形成相关的流体-结构-相互作用的问题之一，帮助我们解释几个定性方面与流光形成在不同的实验报告。
2015-01-11 physics.flu-dyn
Reynolds stress scaling in the near-wall region
该研究推导了壁面约束流动近壁区雷诺应力的新标度律，得到与雷诺数无关的应力分布，明确了壁面切应力波动的作用与大涡对近壁湍流雷诺数依赖性的决定机制。
2021-03-12 physics.flu-dyn
Stability of force-driven shear flows in nonequilibrium molecular simulations with periodic boundaries
本文分析了在三维周期性边界条件下，力驱动平行剪切流在非平衡分子模拟中的流体动力学稳定性。我们表明，以这种方式模拟的流动可以是线性不稳定的，我们推导出的临界雷诺数作为模拟域的几何纵横比的函数的表达式。近似的周期性扩展的Couette和Poiffille流是不稳定的雷诺数两个数量级小于其非周期性的等价物，因为周期性的边界施加根本不同的约束的流动。这种不稳定性具有重要的意义，模拟剪切流变学和设计非平衡模拟方法，与周期性的边界条件是兼容的。
2020-05-13 physics.flu-dyn
The high-Reynolds-number stratified wake of a slender body and its comparison with a bluff-body wake
采用高分辨率混合方法对细长体高雷诺数分层尾迹流场进行了数值模拟。尾流发生器是一个6：1的长椭球体，带有一个翻转边界层，基于直径的体雷诺数为$Re= U_\infty D/ν= 10^5$，体弗劳德数为$Fr=U_\infty/ND=\{2,10,\infty\}$。对于钝体，尾流缺陷速度（$U_d$）按不同的尾流衰减率\citep{Spedding1997}分三个阶段衰减。但是，阶段之间的转换点不遵循预期的$Nt = Nx/U_\infty$值。与相似条件下圆盘尾流的比较\citep{Chongsiripinyo2020}量化了尾流发生器--钝体与细长体--在分层流中的影响。强分层$Fr=2$尾流处于共振状态。定常背风波强烈调制的平均流量，相对于磁盘，$Fr=2$球状体唤醒显示出较早的过渡，从非平衡（NEQ）阶段的准二维（Q2 D）阶段。NEQ-Q2 D转变之后是湍流动能和水平尾流曲折的急剧增加。在$Fr=10$，NEQ阶段的开始被延迟。动能和势能水库（平均和湍流）之间的转移进行了分析，并在相空间（当地弗劳德和雷诺数作为坐标）的流量进行了比较。总的来说，本研究的结果指出，很难找到一个通用的框架分层尾流演变，独立的身体的功能，并提供见解如何浮力效应取决于尾流发生器。
2023-02-19 physics.flu-dyn
Non-Newtonian turbulent jets at low-Reynolds number
本研究通过直接数值模拟探究低雷诺数下三类非牛顿流体平面射流的流动特性，揭示了剪切稀化、黏弹性及其组合对流态转捩的影响，发现其整体统计量仍遵循与牛顿流体射流一致的幂律标度。
2023-06-08 physics.flu-dyn
Derivative moments in turbulent shear flows
我们提出了一个广义的角度在湍流剪切流的高阶导数矩的行为，考虑到小尺度的不稳定性和平均剪切的作用，除了雷诺数。两个渐近制度进行了讨论相对于剪切效应。通过这些方法，一些现有的分歧雷诺数依赖的导数矩可以解释。横向速度导数的奇数阶矩并不像从基本尺度考虑所预期的那样趋于消失，这并不一定意味着小尺度各向异性在所有雷诺数下都存在。
2002-10-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Rapidly yawing spheroids in viscous shear flow: Emergent loss of symmetry
本研究探究快速偏航椭球形泳动体与粘性剪切流的三维动力学，发现快速偏航产生非轴对称等效效应致混沌行为，通过多尺度分析推导并验证其等效粒子特性，揭示与快速旋转椭球体的动力学差异。
2024-12-27 cond-mat.soft math.DS physics.bio-ph
Modelling aerodynamic forces and torques of spheroid particles in compressible flows
本文通过约千个可压缩流数值模拟算例，利用Spearman相关分析识别关键参数并改进球状颗粒的阻力、升力和俯仰力矩经验公式，新公式在低马赫数下与不可压缩公式一致，平均相对误差小于5%。
2024-08-31 physics.flu-dyn
Enhancement of heat and mass transfer by herringbone microstructures in a simple shear flow
采用格子玻尔兹曼方法对交错人字形结构简单剪切流动的传热传质特性进行了数值研究。确定了两种流动运动。第一种是人字形结构上方的螺旋流振荡，其将热量和质量从顶平面平流到人字形结构。第二种是人字形脊之间的凹槽中的流动再循环，其将热量和质量从人字形尖端周围的区域平流输送到人字形脊的侧壁和底表面。这两种基本的流体运动耦合在一起形成复杂的输运机制。结果表明，在较大的雷诺数和Schmidt数下，对流传热传质时，总传热速率与Schmidt数的关系符合幂律，其幂次与湍流传热的Dittus-Boelter方程相同。随着雷诺数的增加，总传递速率对雷诺数的依赖关系也接近幂律，且幂律接近于Dittus-Boelter方程。
2022-03-10 physics.flu-dyn
Transport coefficients for the shear dynamo problem at small Reynolds numbers
我们建立在Sridhar和Singh（JFM，664，265，2010）中开发的公式的基础上，并针对小的磁和流体雷诺数，但对于任意值的剪切参数，提出了\emph{shear dynamo problem}的理论。专门的情况下，是缓慢变化的平均磁场，在时间上，明确的表达式的输运系数，$α_{il}$和$η_{iml}$，推导。证明了当速度场为非螺旋时，输运系数$α_{il}$为零。然后，我们考虑强迫，随机动力学的不可压缩的速度场在低雷诺数。一个精确的，明确的解决方案的速度场的推导，和速度谱张量计算的伽利略不变强迫统计。我们考虑了非螺旋、各向同性和时间上的δ相关的强迫统计量，并专门研究了平均场仅是空间坐标$X_3$和时间$τ\,$的函数的情况;这种简化对于与Brandenburg，R{ä}dler，Rheinhardt & Käpylä（ApJ，676，740，2008）的数值实验进行比较是必要的。明确的表达式推导出所有四个组成部分的磁扩散系数张量，$η_{ij}(τ)\,$。这些被用来证明，剪切电流效应不能负责发电机行动在小$\re$和$\rem$，但剪切参数的所有值。
2011-05-13 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Peeling of linearly elastic sheets using complex fluids at low Reynolds numbers
本文研究了低雷诺数下非牛顿流体剥离两个线性弹性薄板时的瞬态流固耦合问题。考虑两种不同的非牛顿流体;简化的sPTT模型和具有剪切稀化粘度的非弹性流体（广义牛顿流体）。在小的板之间的间隙的限制，我们调用润滑近似和数值求解的间隙高度的两个板之间的启动过程中的压力控制流。我们观察到的是，对于施加到片材入口的脉冲压力，当流体为牛顿流体时，剥离前沿向片材末端扩散移动。然而，当人们检查具有剪切稀化的复杂流体时，传播前沿在时间上亚扩散地移动，但由于传播速度的数量级更大的前因子而最终更快地到达末端。我们提供了缩放分析和相似性的解决方案，以描绘几个制度的剥离的基础上的片材弹性，Wi数（sPTT流体），和剪切稀化指数（广义牛顿流体）。总之，本研究的目的是提供一个系统的知识来描绘某一类复杂的流体的剥离特性的实验。
2023-03-12 physics.flu-dyn
The Unified Transition Stages in Linearly Stable Shear Flows
在中等流速下，管道和槽道流动可能发生突然转变为湍流，根据线性稳定性理论，这是一个意想不到的事件，并且一个多世纪以来一直是流体动力学中的一个开放问题。对平面Poiffille流进行了大量的数值模拟和统计分析。一个序列的过渡阶段，其中包括平衡局部湍流，时间持续湍流和均匀湍流，被确定。在中等雷诺数下，湍流带的扩展主要是由斜向扩展引起的，而在高雷诺数下，则是由湍流带的分裂引起的。湍流带的小尺度区域与平行于壁的平面中的平均流的倾斜涡旋区域一致。此外，这种过渡的情况下，定量显示是普遍的通道和管道流动的局部定义的雷诺数。
2017-10-06 physics.flu-dyn
Biglobal resolvent analysis of separated flow over a NACA0012 airfoil
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）；Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
研究了不同雷诺数下NACA0012翼型分离流的动力学机制，揭示了响应模式随频率变化的特征。
2025-01-08 physics.flu-dyn
Laminar, turbulent and inertial shear-thickening regimes in channel flow of neutrally buoyant particle suspensions
这封信的目的是描述有限惯性下粘性流体中有限尺寸刚性颗粒悬浮液的流动状态。我们探讨了系统的行为作为粒子的体积分数和雷诺数（流量和颗粒的惯性粘性力的比率）的函数。与层流和湍流状态之间存在明显区别的单相流不同，在存在颗粒相的情况下可以识别三种不同的状态，它们之间具有平滑的过渡。在低体积分数下，当雷诺数增加时，流动变得湍流，从由粘性力主导的层流状态过渡到以湍流涡流增强动量传输为特征的湍流状态。在更大的体积分数，我们确定了一个新的制度，其特征在于更大的增加壁摩擦。壁面摩擦力随雷诺数（惯性效应）而增加，而湍流输运的影响很弱，如在强烈的惯性剪切增稠状态。这种状态可能会阻止过渡到一个充分的湍流状态在任意高速度的流动。
2014-11-14 physics.flu-dyn
Experimental studies of liquid-liquid dispersion in a turbulent shear flow
本文研究了在两个反向旋转的同轴圆柱体之间产生的湍流泰勒-库埃特流中的液-液分散。在纯水和反向旋转中，雷诺数可达1.4 × 10^5。我们首先描述的单相流，在过渡到湍流的阈值，缩放的扭矩和测量的平均流量和雷诺应力的立体PIV。然后，我们研究了两相流中耗散的增加，发现单位质量的扭矩可以是单相流扭矩的两倍。长期行为也有报道。
2008-06-19 physics.flu-dyn
Reynolds stress scaling in the near-wall region of wall-bounded flows
本研究针对壁面约束流动近壁区雷诺应力特性，推导得到一种新的标度律，实现近壁雷诺应力各分量的雷诺数无关分布，明确了壁面切应力脉动的作用与大涡对近壁湍流雷诺数依赖性的决定机制。
2021-06-09 physics.flu-dyn
Information-optimal mixing at low Reynolds number
该研究以互信息作为低雷诺数混合效率的无假设度量，推导了平面剪切流中互信息的表达式，求解了不同约束下的最优剪切控制，发现最优协议具有通用性和时间反演对称性，确立了非平衡漂移-扩散系统的信息擦除最低能耗。
2025-06-18 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Mechanism of Roll-Streak Structure Formation and Maintenance in Turbulent Shear Flow
在壁面剪切流动中，主要拟序结构是流向滚纹（R-S）。在没有相关不稳定性的情况下，R-S被归因于平均流和扰动之间的非正态介导的相互作用。这种相互作用可以直接由于瞬态增长扰动的激发而发生，也可以间接由于湍流雷诺应力引起的R-S不稳定而发生。直接机制和间接机制之间的一个基本区别是，在直接机制中，R-S本身就是增长结构，而在间接机制中，R-S作为自组织结构出现。在突现R-S理论中，基本机制是由雷诺应力条纹组织起来的，这些条纹被配置成通过提升过程来支持其相关的滚动。这需要条纹组织湍流扰动，例如产生被配置为加强条纹的雷诺应力。在本文中，我们提供了详细的分析，解释物理为什么这种正反馈发生，是一个普遍的性质，湍流剪切流。DNS数据从相同的湍流中使用的理论研究（Poisseullle流在R=1650）也进行了分析，验证这种机制在DNS中运行。
2022-05-16 physics.flu-dyn
On the nature of laminar-turbulence intermittency in shear flows
在管道、槽道和边界层流动中，湍流首先在空间和时间上间歇地发生：在中等雷诺数下，无序湍流运动的区域被静止层流区域分隔开。基于管流的直接数值模拟，我们在这里认为，空间不稳定性有其起源于最近邻湍流区之间的相互作用。我们进一步表明，在这种制度下，湍流本质上是间歇性的一个定义良好的平衡湍流分数，但从来没有假设一个稳定的模式。这种过渡情况类似于在简单模型中发现的情况，例如耦合映射格子。所观察到的缩放意味着湍流的层流间歇将持续到任意大的雷诺数。
2013-06-25 physics.flu-dyn
Characterizing Elastic Turbulence in Channel Flows at Low Reynolds number
实验研究了低雷诺数下粘弹性流体在平行剪切几何体中的流动。由于流动通过非线性亚临界不稳定性变得不稳定，测速测量显示在宽范围的频率和波长的非周期性波动，与弹性湍流的主要特征一致。使用相同的实验装置，我们比较这些功能的圆柱体周围的流动，这是上游的平行剪切区域，我们发现显着差异的功率谱标度，不稳定性统计，和流动结构。我们提出了一个简单的机制来解释平行剪切流中的速度波动的增长聚合物拉伸由于流向速度梯度的波动。
2017-07-25 nlin.CD physics.flu-dyn
Vortex breakdown in the shear-driven flow in a rectangular cavity
通过数值模拟和实验研究了矩形空腔绕流的层流涡动力学特性。流动是三维的，其特征是一个大的，占主导地位的涡流结构，在中等雷诺数下填充了大部分空腔，并沿涡核在轴向方向上产生了微弱但显著的流动。在一定的临界雷诺数以上的空腔内观察到经典的气泡型涡破裂，这是通道宽度的函数。的临界雷诺数的发病击穿被确定为通道宽度的函数，和击穿区域的演变和动态过渡的通道宽度和雷诺数的函数进行了研究。在大空腔宽度，两个涡破裂气泡出现在侧壁附近对称的中心平面，增长，并最终合并雷诺数增加。对于足够大的宽度，涡破裂区域保持良好分离，其结构变得独立的空腔宽度。分析了驻点的稳定性和分岔以及它们向稳定/不稳定极限环的转变，计算了涡流的临界性，表明涡在空腔中的破裂与Benjamin对临界性的解释一致。在中间宽度区域，在临界雷诺数以上出现单个涡破裂泡。在窄宽度区域，流动表现出更复杂的模式。在此宽度范围内，观察到一种具有反向流型的附加涡破裂模式，以及驻点稳定性的多次偏移。实验和数值计算结果还表明了流动对进口条件的敏感性，因此，相对较小的上游不对称性可能导致空腔中涡流破裂行为的显著变化。
2023-02-08 physics.flu-dyn
In-depth characterization and analysis of simple shear flows over regularly arranged micro pillars, I. Effect of fluid inertia
通过高保真数值模拟，研究了规则排列微柱体的简单剪切流动。基本问题包括四边形微柱阵列上简单剪切流动的特性、流体惯性对基本流型的影响以及复杂表面摩擦的分解。结果表明，流动的特征是在流向相邻柱体之间的间隙中存在一系列微尺度的再循环涡。微涡的再循环和顶部流动的振荡爬过支柱尖端产生局部流动平流。雷诺数较小时，流体惯性较弱，流型相对于柱体中心对称。当雷诺数足够大时，流体惯性起作用并打破对称模式。顶流向下倾斜，在柱阵列上方的流体流动和微柱之间的空间中的流动之间形成螺旋长程平流。垂直于壁面方向的输送机制主要由局地平流和长程平流组成。在微结构壁面上，总摩擦力包括微柱表面流动剪切和流动压力引起的微柱的反作用力和底面流动剪切引起的底面的反作用力。对于较大的雷诺数，流体惯性阻止流体沿着微柱的弯曲表面流动，并且减小由于流动剪切引起的柱反作用力的等效剪切应力。同时，流体惯性使顶流对微柱迎风面的冲击更强烈，从而增大了微柱因流压产生的反作用力的等效剪应力。
2022-03-10 physics.flu-dyn
