Stratification and segregation under laminar convection
本文研究了不可压缩流体在水平层中受侧向加热时对流层流引起的分层现象。考虑了中等和强烈的稳态层流热对流、集中对流和热集中（特别是温盐）对流模式，这些模式表现出非线性流动特征，可以从根本上改变流动结构和传热传质特性。对流层流问题的解显示了层状结构的形成、垂直温度和浓度分层的特征，取决于确定的无量纲参数。在毛细对流的存在下，在失重的分层矢量（自由表面的位置）的方向的亚稳不稳定性。
2022-11-21 physics.flu-dyn
Numerical determination of iron dust laminar flame speeds with the counterflow twin-flame technique
针对铁粉尘对冲火焰，本文建立低马赫数两相完全耦合模型并比较三种颗粒应变处理，揭示优先扩散与惯性效应对当量比的影响，进而提出层流火焰速度的实验测定建议。
2023-12-08 physics.flu-dyn
Shear-layer effects on the dynamics of unsteady premixed laminar counterflow flames
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本研究针对非定常预混层流对冲火焰，通过实验考察偏离中心位置的火焰行为，发现剪切层涡结构强度主导高次谐波响应，揭示了多维效应下的火焰动力学差异。
2025-10-29 physics.flu-dyn
Vortex line density in counterflowing He II with laminar and turbulent normal fluid velocity profiles
超流氦是一种粘性正常流体和非粘性超流的紧密混合物，粘性正常流体具有连续的涡度，而非粘性超流的涡度被限制在薄的、稳定的拓扑缺陷中。在该系统中产生湍流的一种机制是通过施加热通量，即所谓的热逆流。特别令人感兴趣的是如何在超流湍流响应层流和湍流的正常流体在存在的墙壁。我们模型超流涡线重新连接的空间曲线与固定的循环，并考虑层流（Poietille）和湍流的正常流体流动的通道配置。使用高分辨率的数值模拟，我们表明，在正常的流体湍流维持一个显着较高的涡线密度比层流具有相同的平均流量。我们检验了定常涡线密度$L$和逆流速度$v_{ns}$之间的Vinen关系式$\sqrt{L}=γv_{ns}$。我们的研究结果支持的假设，过渡到湍流在正常的流体是负责TI TII过渡。我们还考虑了超流涡旋涨落的谱特性，这与以前的实验结果吻合得很好。
2013-10-22 cond-mat.other physics.flu-dyn
Liquid films falling down a vertical fiber: modeling, simulations and experiments
我们提出了一个控制体积的方法来推导一个简化模型的重力驱动的轴对称液膜沿垂直纤维。该模型占重力，粘性，惯性和表面张力的影响，并导致在一对耦合的一维非线性偏微分方程的膜轮廓和平均向下速度的函数的时间和沿纤维的轴向距离。两个版本的模型，一个假设活塞流的速度分布和恒定的薄边界层厚度来模拟流体上的阻力，另一个近似的阻力使用充分发展的层流速度分布的局部均匀的膜。线性稳定性分析表明，这两个模型是不稳定的长波或短波数，在该范围内的特定波数具有最大的增长率。数值模拟证实了这种不稳定性，并导致非线性周期性行波解决方案，可以被认为是链的相同的液滴下降的纤维。以红花油为工作液，绷紧的鱼线为纤维，对该系统进行了物理实验。一个机器学习方案是用来找到最好的一组参数的层流模型匹配的实验结果的模拟。两者之间存在良好的一致性，参数值非常接近基于物理参数近似值的原始估计值。
2021-04-12 physics.flu-dyn
Momentum balance of a laminar flow over a bed of particles
基于浸没边界方法，建立了一个分析层流颗粒流动动量平衡的框架，该框架求解了纳维-斯托克斯方程并求解了颗粒表面。这个框架与以前的研究不同，它明确地解释了粒子内部的流体，这是浸没边界方法的副产品，使我们能够关闭单个滚动球体周围流动的动量平衡。然后，我们计算的动量平衡的层流Poiffille流在一个致密的床的颗粒，发现应力保持平衡，即使在不稳定的流动条件。虽然以前的研究都集中在应力的流向动量平衡，本方法也使我们能够评估应力平衡在垂直方向上，这是必要的，以了解的作用，碰撞和流体动力学阻力发挥在膨胀和收缩的颗粒床。虽然我们的分析分别考虑了流体和颗粒相，但我们试图为流体/颗粒混合物建立动量平衡，但发现由于碰撞应力在颗粒直径上没有得到解决，因此它在局部并不完全闭合。然而，我们发现局部剪切速率和混合物平衡中的间隙之间的相关性，这可以潜在地用于关闭混合物的平衡。
2018-05-31 physics.flu-dyn
Polymer Effects on Heat Transport in Laminar Boundary Layer Flow
我们考虑了一个层流Blasius边界层流动上面的一个轻微加热的水平平板和研究的影响，聚合物添加剂上的热传输。我们表明，聚合物的作用可以被理解为一个空间依赖性的有效粘度，首先从零剪切值增加，然后指数下降回到零剪切值，因为一个远离边界。我们发现，与这样的有效粘度，无论是水平和垂直速度附近的板降低，从而导致摩擦阻力的增加和减少在流动中的热传输。
2011-04-27 nlin.CD physics.flu-dyn
Phase-synchronization properties of laminar cylinder wake for periodic external forcings
本文利用相约化理论研究了二维周期性绕流圆柱的同步特性。谐波外部强迫的尾流动力学的影响，和可能的同步的圆柱体后面的涡脱落这些强迫，通过评估弱脉冲扰动的系统的相位响应。这些水平和垂直扰动在一段时间内以不同的相位值添加，以便开发相对于极限环的线性一维模型，该模型仅通过单个标量相位变量描述流体流动的高维和非线性动力学。然后利用该模型得到了圆柱尾迹与加在整体近尾迹区的简谐强迫同步的理论条件。有价值的见解是通过比较目前的研究结果对那些呈现的动态模式分解和伴随分析的尾流动力学在早期的作品。本分析揭示了流动中的区域，其使相位同步或去同步到周期性激励的应用，如主动流动控制和流体-结构相互作用。
2020-09-04 physics.flu-dyn
A novel subcritical transition to turbulence in Taylor-Couette flow with counter-rotating cylinders
在泰勒-库埃特流中，向湍流的转变通常通过一系列的超临界分叉发生，逐渐变得更加复杂，但仍然稳定。我们描述了一个亚临界层流湍流过渡的轴向纵横比为$Γ=5.26$和半径比为$η=0.905$的系统中的不稳定的中间状态介导的反旋转制度。在这种情况下，流动可视化实验和数值模拟表明，中间状态对应于具有互穿螺旋的非周期性流动。此外，在返回到方位角对称的层流之前，从湍流的反向过渡首先导致相同的中间状态，该中间状态现在是稳定的。时间分辨层析粒子图像测速技术被用来表征实验流，这些测量比较有利的直接数值模拟与轴向边界条件相匹配的实验。
2019-09-03 physics.flu-dyn
Vortical similarities across laminar and turbulent extreme gust encounters
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究揭示了在极端涡旋风遭遇中，方形机翼上层流与湍流流动的显著相似性，发现大尺度涡旋核心结构在不同雷诺数下具有相似特征，为高雷诺数流动建模提供新见解。
2026-03-02 physics.flu-dyn
A viscous-convective instability in laminar Keplerian thin discs. II. Anelastic approximation
利用线性化流体动力学方程的滞弹性近似，我们研究了薄开普勒圆盘中轴对称小扰动的发展。六阶色散方程的推导和数值求解的相关物理参数（粘度，导热系数，光盘半厚度和垂直结构）的不同值。分析表明，在电离和中性气体中，在很宽的参数范围内，从经典的瑞利惯性模分裂出两个超稳模。这些模式具有粘性对流性质，即使在没有磁场的情况下，也可以作为天体物理盘中湍流的种子。
2015-06-01 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Turbulent-laminar patterns in plane Poiseuille flow
通过直接数值模拟，在一个倾斜的和平移的计算域中使用并行版本的伪谱代码的湍流层流带状图案在平面Poiffille流进行了研究。通过瞬时和时间平均模式的流向涡的3D可视化，以及平均速度场和湍流动能的2D可视化。雷诺数从2300下降到700的模拟表明，从均匀湍流逐渐发展到Re=1900附近的波长为20的半间隙模式，Re=1300附近的波长为40的模式，最后到Re=800附近的层流。这些转变是通过使用傅里叶变换的振幅和相位及其概率分布的诊断来定量跟踪的。流型的传播速度近似于平均通量的传播速度，并且是雷诺数的递减函数。检查的时间平均流表明，湍流带与两个反向旋转的细胞堆叠在交叉通道方向和湍流是高度集中的墙壁附近。在壁面附近，雷诺应力使流体加速通过湍流带，而粘性使其减速;层流剖面的平流作用在两个方向上。在中心，雷诺应力使流体通过湍流带减速，而层流剖面的平流使其加速。这些特征与平面Couette流中的顺层流带状图案进行了比较。
2015-01-18 physics.flu-dyn
Stability and dynamics of the laminar flow past rectangular prisms
本文通过线性稳定性分析、弱非线性分析和直接数值模拟，系统研究了矩形棱柱层流绕流在长高比、宽高比和雷诺数参数空间中的分岔、对称性破坏、周期性状态及混沌演化规律。
2025-01-27 physics.flu-dyn
Vertical alignment of stagnation points in pseudo-plane ideal flows
近年来对拟平面理想流的研究表明，在均匀流体和分层流体中，以及在惯性和旋转参考系中，涡排列现象普遍存在。稳态PIF模型的精确解表明，驻点倾向于垂直排列，同心结构代表了欧拉方程的定点现象。在旋转坐标系中，当流动保持惯性周期时，可能出现偏斜中心。基于Morse理论得到了驻点的性质，通过压力Hessian给出了垂直排列的拓扑解释。因此，这项研究揭示了一个新的方面的涡流行为在理想流体，要求涡中心对准重力方向时，涡流演变达到一个层流的最终状态，其特征在于稳定的伪平面速度。虽然这一现象源于欧拉方程的约束，但在特定条件下，拓扑理论适用于粘性流体，并解释了vonKármán涡旋的曲线倾斜现象。
2017-09-06 physics.flu-dyn
Modelling of Counter-Current Gas-Liquid Annular Flow in a Vertical Annulus
本研究针对垂直环空内气液逆流环状流的压力梯度预测需求，提出一种考虑液膜行为、液滴夹带与界面剪切的通用机理模型，揭示了气速升高导致压力梯度上升的作用机制。
2025-06-12 physics.flu-dyn
Counterflow quantum turbulence in a square channel under the normal fluid with a Poiseuille flow
采用涡丝模型对He Ⅱ中热逆流产生的超流湍流进行了数值分析。已知低纵横比通道中的逆流显示出从层流到两个湍流状态TI和TII的转变。目前的理解是，TI具有湍流超流和层流正常流体，但这两种流体在TII状态下都是湍流的。本文研究了TI态中的涡旋纠缠。本文将固体边界条件应用于正方形通道的壁面，并将正常流体的速度场规定为层流Poiffille剖面。一个不均匀的旋涡缠结，集中在固体边界附近，得到的统计稳定状态。它是由其特有的时空振荡维持的。涡旋缠结的不均匀性表现出对温度的特征依赖性，这是由两种竞争效应引起的，即逆流速度分布和相互摩擦。
2014-07-07 cond-mat.other cond-mat.soft physics.flu-dyn
Linear stability of horizontal, laminar fully developed, quasi-two-dimensional liquid metal duct flow under a transverse magnetic field and heated from below
本研究考虑Poiquille-Rayleigh-Bénard流的线性稳定性，受到横向磁场的剪切，热分层和磁阻尼的影响之间的复杂的相互作用所产生的不稳定性。这项基础研究的动机部分是希望加强在核聚变反应堆的包层管道的传热。在纯MHD流动中，施加的横向磁场使流动变为准二维，并表现出局限于水平壁的扰动。然而，在瑞利-贝纳德流的垂直温度分层特征对流细胞，占据内部区域，因此，这方面的增加提供了一个有趣的研究点。线性化的控制方程由Sommeria和Moreau（1982）提出的包含Hartmann摩擦项的\qtwod \模型描述，基流被认为是充分发展的一维基流。在$10^{-2}\leq H\leq10^4$上得到了临界雷诺数$Re_c$和临界瑞利数$Ra_c$随Hartmann摩擦参数$H$变化的中性稳定性曲线。在$Re_c\propto H^{\,1/2}$和$Ra_c\propto H$之后，观察到$H\rightarrow\infty$的渐近趋势。线性稳定性分析揭示了多种不稳定性，这些不稳定性改变了Shercliff边界层内的流动和内部流动，其结构与平面Poiquille和Rayleigh-Bénard流动的特征一致。
2017-08-30 physics.flu-dyn
Flow turning effect and laminar control by the 3D curvature of leading edge serrations from owl wing
本文描述了一种梳状前缘装置控制后掠翼层流的新机理。它的灵感来自猫头鹰羽毛上的前沿梳子和其倒钩的特殊设计，类似于复杂的3D弯曲细鳍级联。从猫头鹰羽毛的倒钩的几何形状的细节被用来设计一个通用模型的梳子的实验和数值流研究与梳子连接到平板的前缘。在不同的后掠角下进行了检查，因为活体动物在滑翔和扑翼过程中清楚地显示了翅膀的后掠。结果表明，在边界层inboards，沿弦的距离的倒刺长度的倍数延伸的流动转向效果。因此，这里所描述的内侧流动转向效应，抵消了后掠翼典型出现的外侧定向横展流动。从最近对后掠翼的理论研究来看，已知这种使边界层内的流动转向的方法可以减弱横流不稳定性和延迟转捩。梳齿诱导跨速度剖面与理论上证明的延迟转捩的速度剖面的比较显示出极好的一致性，这支持了层流控制假设。因此，观察到的效果预计将延迟猫头鹰飞行的过渡，有助于更安静的飞行
2020-08-13 physics.flu-dyn
Laminar-turbulent patterning in wall-bounded shear flows: a Galerkin model
在走向湍流的过程中，平面库埃特流--反向平移的平行板之间的流动--显示出令人困惑的稳定斜层流湍流模式。我们通过纳维-斯托克斯方程的Galerkin模型来处理这个问题。水动力场的壁面法线依赖性通过精确拟合边界条件的函数基展开来处理。这产生了一组偏微分方程的时空动力学的平面上的流动。截断这一组超出最低非平凡的顺序数值显示，产生预期的模式，因此提高了在粗糙的有效壁法线分辨率。开放的方法的观点进行了讨论。
2015-03-20 nlin.PS physics.flu-dyn
Heat transfer and flow regimes in quasi-static magnetoconvection with a vertical magnetic field
对具有垂直磁场的准静态磁对流进行了数值模拟，数值模拟的瑞利数$Ra$范围很宽，瑞利数达到$Q=10^8$。三个磁对流制度确定：两个制度是磁约束的意义上，一个领先的订单之间存在的平衡的洛伦兹力和浮力，而第三个政权的特点是不平衡的动态，是类似于非磁对流。每一个政权的区别是流动形态，动量和热量方程的平衡，和热传输行为。其中一个磁约束制度似乎代表了一个“最终”磁对流制度的渐近大浮力强迫和磁场强度的双重限制，该制度的特点是由一个互联网络的各向异性，空间局部化的流体柱与所施加的磁场的方向保持准层流，尽管有大的流速。对于非磁对流，热传输主要由热边界层控制。经验上，缩放的热传输和流速与$Ra$似乎是独立的热普朗特数内的磁约束，高$Q$制度。
2019-08-29 physics.flu-dyn
Local and global dynamics of eccentric astrophysical discs
我们制定了一个局部动力学模型的偏心盘，其中的主导运动由椭圆开普勒轨道。该模型是著名的剪切薄板的推广，适用于偏心盘局部动力学的分析和计算研究。它在水平维度上是空间均匀的，但具有以轨道频率振荡的随时间变化的几何形状。我们展示了如何在本地模型中的应力张量的某些平均值确定的大规模的光盘的形状和质量分布的演变。局部模型的最简单解是由圆盘的垂直振荡（一般为非线性）组成的层流。偏心圆盘缺乏垂直的流体静力平衡，因为偏心轨道周围的垂直重力加速度的变化，在某些情况下，因为与偏心率梯度相关的轨道速度场的发散。我们讨论的层流解决方案的属性，表明他们可以表现出极端的压缩行为的偏心率大于约$0.5$，特别是在光盘等温行为。我们还推导出线性演化方程的偏心盘遵循的层流的剪切粘度的情况下。在配套文件中，我们表明，这些解决方案是线性不稳定的，我们确定相关的增长率和不稳定模式。
2014-09-23 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
The effect of turbulence on the minimum thickness of a liquid film flowing down a vertical tube
本文基于最小能量法建立模型，研究湍流对竖直管液膜最小厚度的影响，发现计入湍流会显著提高最小液膜厚度和最小流量，并在90°接触角下使厚度增加22%、流量增加75%。
2024-03-10 physics.flu-dyn
Bursting and reformation cycle of the laminar separation bubble over a NACA-0012 aerofoil: The underlying mechanism
研究表明，层流分离泡（LSB）的准周期性自持破裂和再形成及其伴随的低频流动振荡（LFO）是由三个涡（两个同向旋转涡（TCV）和一个位于它们下方并与它们反向旋转的二次涡）组成的三元组引起的。TCV（UV）的上游涡流由穿过分离剪切层层流部分的湍流速度梯度驱动，并忠实地与其对齐。次级涡流充当辊支撑，促进TCV的旋转和定向。在所有研究的迎角下，包括在零迎角下，都观察到翼型周围流场的全局振荡。流动在逆压力梯度（APG）的附着相和尽管有利压力梯度（FPG）的分离相之间以具有一些扰动循环的周期性方式切换。当湍流的方向是顺时针时，它增加了边界层的动量，并帮助它保持附着在APG上，反之亦然。顺时针旋转时，沿分离剪切层的转捩位置向上游移动，导致提前转捩，反之亦然。对这种机械装置的最好描述是一种旋转装置。当旋转流顺时针旋转时，UV顺时针旋转并储存能量直到饱和，然后该过程被逆转。目前的调查铺平了道路，制定一个时间精确的物理为基础的模型的LFO和失速预测，并打开了大门，控制其不良影响。
2018-07-23 physics.flu-dyn
Potential order-of-magnitude enhancement of wind farm power density via counter-rotating vertical-axis wind turbine arrays
由水平轴风力涡轮机（HAWT）组成的现代风电场需要大量的土地资源来将每个风力机与相邻的涡轮机尾流分离。这种空气动力学约束限制了可以从给定风电场占地面积提取的功率量。HAWT风电场的低效率目前通过使用更高的风力机来补偿，以在高海拔获得更多的风力资源，但这种解决方案是以更高的工程成本和更大的视觉，声学，雷达和环境影响为代价的。我们研究了使用反向旋转垂直轴风力机（VAWTs），以实现更高的功率输出每单位土地面积比现有的风力发电场组成的HAWT。2010年夏季，在自然风条件下，对10米高的垂直轴风力发电机进行了各种反向旋转配置的全尺寸现场试验。尽管由HAWT组成的现代风电场每平方米土地面积产生2至3瓦的功率，但这些现场测试表明，通过将VAWT布置在使其能够从相邻尾流和风电场上方提取能量的布局中，可以潜在地实现更大数量级的功率密度。此外，这种改进的性能不需要更高的单个风力机效率，仅需要更近的风力机间距和来自大气表面层的湍流动能的足够的垂直通量。结果表明，风力发电的替代方法，有可能同时降低成本，规模和风力发电场的环境影响。
2011-06-24 physics.flu-dyn
The Harmonic Pitching NACA 0018 Airfoil in Low Reynolds Number Flow
本研究探究低雷诺数下对称NACA 0018翼型谐波俯仰运动的气动性能，通过Transition SST等湍流模型模拟不同频率、振幅及稳态工况，发现该模型在特定场景的优势，为厚翼型气动行为及湍流建模提供见解。
2025-04-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Numerical Investigation of Natural Convection Dynamics in Open-Ended Vertical Channels with Different Aspect Ratios
本研究数值模拟了不同纵横比开口垂直通道内的自然对流，发现流动在加热壁加速、绝热壁减速，增大纵横比减弱反向流动，且下游行为影响入口测量。
2025-08-08 physics.flu-dyn
Convection and Stratification of Temperature and Concentration
本文研究封闭侧加热区域中不可压缩液体的自然对流与分层形成，分析弱、中、强稳态热、浓度及热盐对流模式，发现温度与浓度分离对格拉晓夫数的非单调依赖，并揭示周期性结构、逆流及振动影响。
2024-02-09 physics.flu-dyn
Optimal body force for heat transfer in turbulent vertical heated pipe flow
本文通过变分方法研究竖直加热管流中幅值受限的最优体积力，发现最优滚涡构型依赖于流态，且强强迫下时间依赖性会降低传热，揭示稳态优化可能高估强化效果。
2025-06-30 physics.flu-dyn
Characterization and reduction of flow separation in jet pumps for laminar oscillatory flows
采用计算流体动力学模型对锥形圆柱管段（射流泵）的振荡流进行了数值模拟。射流泵的非对称形状导致时间平均压降，该压降可用于抑制闭环热声装置中的Gedeon流。然而，先前的工作已经表明，在发散流动方向上的流动分离抵消了时间平均压降。在这项工作中，在射流泵的流动分离的特性进行了识别，并与观察到的射流泵的性能。此外，它示出的流动分离的开始可以被转移到更大的位移幅度的设计，具有更平滑的过渡之间的小开口和锥形表面的射流泵。这些设计改变还减少了分离流的持续时间，从而导致更有效和更坚固的射流泵。为了使所提出的射流泵设计更紧凑而不降低其性能，研究了在局部小损失对射流泵性能产生影响之前可以实现的最小大开口半径。为了验证数值计算结果，将它们与所提出的射流泵设计之一的实验结果进行了比较。
2016-01-04 physics.flu-dyn
Hysteresis at low Reynolds number: the onset of 2D vortex shedding
在研究准二维系统中的层流和旋涡脱落之间的过渡时，观察到了滞后现象。该系统是一个垂直的，快速流动的肥皂膜，它是由一个杆垂直于膜平面定向穿透。我们的实验表明，从层流到周期性卡门涡街的转变可以是滞后的，即涡流可以在低于产生它们所需的速度的速度下存活。
2000-03-21 cond-mat.soft nlin.AO physics.flu-dyn
Optimal non-linear mechanisms for laminar-turbulent transition of a shock-induced separated shear layer
Imperial College London（帝国理工学院）；ONERA, Université Paris-Saclay（法国航空研究院，巴黎萨克雷大学）
本文研究了激波边界层相互作用中层流-湍流转变的最优非线性机制，通过非线性输入输出优化框架揭示了分离流动中湍流发展的四阶段路径。
2026-05-10 physics.flu-dyn
Asymptotic Behavior of Heat Transport for a Class of Exact Solutions in Rotating Rayleigh-Bénard Convection
快速旋转Rayleigh-Bénard对流的非静力准地转近似允许一类精确的“单模”解。这些解决方案对应于稳定的层流对流与一个可分离的结构组成的一个水平的平面形状，其特征在于由一个单一的波数乘以一个垂直的振幅分布，后者作为一个非线性边值问题的解决方案。与这些解决方案相关的热输运的制度，研究强热强迫（大约化瑞利数$\widetilde{Ra}$）。它表明，努塞尔数$Nu$，对流传热效率的无量纲措施，这类解决方案是有界的$Nu\gtrsim \widetilde{Ra}^{3/2}$，独立的普朗特数，在大的限制减少瑞利数。匹配上界仅包括对数校正，显示估计的准确性。竖向结构的非线性边值问题的数值解与解析界一致。
2014-08-16 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulations of the Swirling von Karman Flow Using a Semi-implicit Moving Immersed Boundary Method
本文提出了一种新的移动浸没边界方法（IBM），并将其应用于层流和湍流状态下封闭容器内有旋von Karman流动的直接数值模拟（DNS）。IBM通过利用时间积分方案扩展了直接强迫方法，该方案将浸没边界强迫步骤嵌入半隐式迭代Crank-Nicolson方案中。整体方法是强大的，稳定的，并产生出色的结果，在典型的情况下，静态和移动的边界。移动的IBM使我们能够再现（F。Ravelet，A. Chiffaudel和F. Daviaud，JFM 601，339（2008））。在这些DNS中，流动由安装有弯曲惯性搅拌器的两个反向旋转叶轮驱动。我们分析了从层流到湍流的过渡，通过增加反向旋转叶轮的转速，以达到四个雷诺数90，360，2000，和4000。在层流制度在雷诺数90和360，我们观察到的流动特征类似于那些在实验中报告，特别是，在雷诺数360的外观的破环不稳定性。我们观察到雷诺数2000的过渡湍流。雷诺数为4000时，可实现充分发展的湍流。从模拟计算的无量纲扭矩与实验数据的相关性相匹配。低雷诺数的对称性，随着雷诺数的增加而丢失，恢复在充分发展的湍流制度，在那里我们观察到两个环面对称的中间高度平面的平均流。我们注意到，即使在最高的雷诺数4000，在该装置的中心区域的湍流波动保持各向异性，这表明各向同性需要显着更高的雷诺数。
2021-08-17 physics.flu-dyn
Viscoelasticity-induced pulsatile motion of 2D roll cell in laminar wall-bounded shear flow
为了阐明弹性惯性湍流（EIT）的途径，必须了解粘弹性如何调节包括纵向涡在内的相干流结构。我们专注于一个旋转的平面Couette流，提供二维（2D）滚动细胞的稳定层流牛顿流体的情况下，我们研究了如何稳定的纵向涡调制的粘弹性在不同的Weissenberg数。粘弹性被发现诱导一个非定常的流动状态，其中的2D辊细胞结构是周期性地增强和阻尼以恒定的周期，保持在流向方向的均匀性。这种滚动单元的脉动运动是由粘弹性力对涡流发展的响应中的时间滞后引起的。脉动周期和时间滞后被认为是缩放的周转时间的细胞旋转，而不是由松弛时间，尽管粘弹性引起的不稳定。我们还讨论了反扭矩的滚动细胞和净能量平衡，考虑到它们的相关性，聚合物减阻和EIT。
2019-09-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Asymptotic analysis of chaotic particle sedimentation and trapping in the vicinity of a vertical upward streamline
本文用渐近方法研究了重Stokes粒子在平面层流和轴对称流中的沉降。我们专注于Stommel的保留区的发生，并在分裂他们的separatrices。本文的目的是分析在什么条件下这些保留区可以形成，以及在什么条件下，他们可以打破和诱导混沌颗粒沉降。颗粒在静止流体中的终极速度与流体的典型速度相当，颗粒的响应时间远小于典型的流动时间尺度。据观察，如果流是稳定的，并有一个向上的流线，其中的垂直速度有一个严格的局部最大值，然后惯性粒子轨迹可以采取局部的椭圆形Stommel细胞的形式，提供粒子的终极速度是足够接近当地的峰值流速。这些结构仅依赖于局部流动拓扑，并且不要求流动具有闭合流线或停滞点。如果，此外，流是提交给一个弱的时间周期性扰动，经典的扩展使一个写的粒子动力学作为一个自由度的哈密顿系统，加上扰动包含两个耗散项的粒子运动方程和流动的不稳定性。因此，Melnikov的方法提供了准确的标准来预测上述椭圆细胞的分界线的分裂，导致混沌粒子捕获和混沌沉降。本文讨论了粒子惯性和流动不稳定性对Melnikov函数简单零点出现的影响。然后研究了平面胞状流和垂直管道中的颗粒运动，以说明这些结果。
2010-03-22 physics.flu-dyn
Regime transitions in thermally driven high-Rayleigh number vertical convection
在单位长宽比的二维对流单体中，采用直接数值模拟方法研究了在较宽范围的瑞利数$10^7\le Ra\le10^{14}$和固定的普朗特数$Pr=10$下的垂直对流。发现中心平均垂直温度梯度$S$对$Ra$的依赖关系表现出三种不同的区域：在区域I中（$Ra \lesssim 5\times10^{10}$），$S$几乎不依赖于$Ra$ ;在新发现的机制II中（$5\times10^{10} \lesssim Ra \lesssim 10^{13}$），$S$首先随着$Ra$的增加而增加（状态${\rm{II}}_a$），达到其最大值，然后再次降低（${\rm{II}}_b$方案）;在方案III（$Ra\gtrsim10^{13}$）中，$S$再次变得仅弱依赖于PDMATHAMP，比方案I中的略小。讨论了两种不同制度之间的过渡。在三种不同的流态下，水流组织有明显的不同：在流态I和流态${\rm{II}}_a$中，最大水平速度出现在靠近顶壁和底壁的位置;而在流态${\rm{II}}_b$和流态III中，带状带状流结构发展，最大水平速度出现在块体区域。三个区域中不同的流动组织也反映在有效幂律标度$Nu\sim Ra^β$和$Re\sim Ra^γ$的标度指数中。在状态I中，拟合的标度指数（$β\approx0.26$和$γ\approx0.51$）与$β=1/4$和$γ=1/2$对层流VC的…
2020-11-30 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of Vertical-Axis Wind Turbine Near-Wake Dynamics
School of Engineering, Newcastle University（纽卡斯尔大学工程学院）
通过高保真直接数值模拟，研究了叶片数对垂直轴风力机近尾流中动态失速涡演化的影响，发现叶片-涡相互作用加速涡破裂并促进尾流向钝体动力学过渡。
2026-05-26 physics.flu-dyn
Performance Analysis of Vertical Axis Wind Turbine Clusters: Effect of Inter-Turbine Spacing and Turbine Rotation
本研究通过ALM-LES模拟分析垂直轴风力机集群中机组间距与旋转方向对性能的影响，发现特定错排间距及同向旋转可提升性能，而反向旋转在顺排时更优，并有助于提高功率密度。
2023-10-12 physics.flu-dyn
Modelling the transition from shear-driven turbulence to convective turbulence in a vertical heated pipe
本研究针对加热管道流中浮力引发的流动间歇性问题，构建时变背景轴向温度梯度模型，通过DNS探究不同管长与边界条件下的流动转变规律，证实局部剪切湍流衰减的无记忆特性及对流湍流的触发机制。
2025-01-14 physics.flu-dyn
Aerodynamics of planar counterflowing jets
本文用数值和解析方法研究了两股不同密度的气体射流从半宽$R$间隔一段距离$2H$的对齐的稳定供给的狭缝喷嘴喷入开放空间时碰撞产生的平面层流，特别考虑了逆流火焰实验中典型的高雷诺数和低马赫数条件，对于这种情况，流动几乎是无粘性和不可压缩的。结果表明，引入一个密度加权涡流函数制定有效地减少了问题，涉及两个等密度的射流，从而消除分离的两个射流的界面的涡片字符。除了几何参数$H/R$外，该解仅取决于进料流中速度分布的形状和射流动量-流量比。虽然保角变换可用于确定对应于均匀速度剖面的势解，但通常需要数值积分来计算旋转流，包括Poietille速度剖面引起的旋转流，并在极限$H/R \ll 1$和$H/R \gg 1$中找到简化解。的结果被用来量化的近驻点区域，在逆流火焰研究的兴趣，包括应变率的本地值以及分离界面的曲率和应变率远离驻点的变化。
2022-02-14 physics.flu-dyn
Self-sustainment of coherent structures in counter-rotating Taylor-Couette flow
我们调查的局部自持过程的螺旋湍流在反向旋转泰勒-库埃特流使用周期性的环形域，形状为一个十字形，其两侧对齐的圆柱形螺旋线所描述的螺旋图案。该研究的主要重点放在漂移旋转波（{ \sc drw}）的出现，捕获，在一个相对较小的域，相干结构的主要特点，通常观察到发达的湍流。亚临界区的过渡动力学，远低于层流圆形Couette流的第一不稳定性，由起源于鞍结分叉的{ \sc drw}解的上、下分支决定。这些解决方案自我维持的机制，以及它们诱导的混沌动力学，明显地让人想起其他亚临界剪切流。值得注意的是，即使雷诺数增加到超过基流的线性稳定性阈值，{ \sc drw}的流动特性仍然存在。模拟在一个狭窄的方向上伸展，围绕设备旋转一个完整的一圈，证实了自我维持的涡流最终集中成一个本地化的模式。由此产生的统计稳定状态满意地再现定性，并在一定程度上也定量，拓扑结构和螺旋湍流的性质计算在一个大的周期性域足够的纵横比，这是代表真正的系统
2022-07-26 physics.flu-dyn
1-D semi-analytical modeling and parametric study of a single phase rectangular Coupled Natural Circulation Loop
具有由浮力驱动的热流体侧和冷流体侧的换热器的研究由于其固有的被动性和不存在运动部件而受到相当大的关注。目前的研究旨在研究这种热交换装置采用基本耦合自然循环回路（CNCL）系统。提出了一种基于1-D傅立叶级数的基本CNCL系统的半解析模型。一个3-D CFD验证进行验证开发的1-D模型。确定了决定系统行为的Grashof数、Fourier数、Stanton数和Reynolds数等无量纲数，并进行了详细的参数研究。垂直和水平CNCL系统被认为是随着平行和逆流配置。加热器-冷却器的位置对CNCL系统的性能有很大影响。垂直CNCL总是呈现逆流配置，而水平CNCL系统可以呈现平行或逆流布置，这取决于加热器-冷却器位置和初始流动条件。
2018-11-20 physics.flu-dyn
DNS of Taylor-Couette flow between counter-rotating cylinders at small radius ratio
采用三维直接数值模拟方法，研究了半径比为$η$ = 0.2--0.5的反向旋转泰勒-库埃特流动在较宽雷诺数范围内从层流到湍流的变化。我们研究了流动结构对$η$的依赖性，并确定了一个临界值，该值在$η$ = 0.2和0.3之间，低于该值，稳定的外圆柱侧表现出不同于内侧泰勒涡流的模态结构。当$η\geq$ $η\geq$为0.3时，不稳定内侧的泰勒涡主导了整个气缸间流场，在气缸外壁附近观察到泰勒涡的足迹。然而，对于$η$ = 0.2，来自内侧的影响被限制到气缸间隙的中心。此外，在稳定的外圆柱侧，出现了一个模态结构，轴向均匀，方位角周期性，和类似的Tollmien-Schlichting（TS）不稳定波。随着雷诺数的增加，固定$η$ = 0.2，模态结构改变其方位波数和壁单元径向增厚。虽然外侧的雷诺剪应力保持近似为零，但速度波动的强度与中心部分的泰勒涡流相当。
2019-09-10 physics.flu-dyn
Natural convection in a vertical channel. Part 2. Oblique solutions and global bifurcations in a spanwise-extended domain
针对垂直通道自然对流系统，基于Oberbeck-Boussinesq方程用动力系统方法研究完全非线性动力学，揭示D4对称引发的多分支同时局部分岔及两种全局分岔，凸显动力系统理论的流体力学应用价值。
2024-09-04 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Characteristics of stratified flows of Newtonian/non-Newtonian shear-thinning fluids
本文给出了剪切变稀流体在水平和倾斜槽道中层流分层流动的精确解。本文提出了一种计算Carreau非牛顿流体层流解的迭代算法。精确解用于研究剪切稀化液体的流变性对气/液和液/液两相流特性的影响。研究并流和逆流倾斜系统，包括多解边界的映射。与实际应用有关的方面进行了讨论，如原位滞留，或通过添加一个较低的粘性相实现的润滑效果。这类系统的一个特征是，即使液体具有复杂的流变学（Carreau流体），两相分层流也可以表现为液体在宽范围的操作条件下是牛顿流体。的两种流体模型产生令人满意的预测剪切稀化液体的存在下的能力进行了测试，并提出了一种算法，以先验预测牛顿（零剪切速率粘度）的行为出现在一个给定的操作条件下，以避免大的错误时，幂律被认为是建模的剪切稀化行为的流动特性的预测。两个流体模型封闭隐含的精确解和湍流气体层的影响也得到了解决。
2017-04-26 physics.flu-dyn
Supercritical transition to turbulence in an inertially-driven von Karman closed flow
本文研究了在雷诺数100 - 1000000范围内，两个装有弯曲叶片的反向旋转大叶轮之间的惯性驱动von Karman流动从层流到充分发展的湍流的转变。这种转变是由方位角剪切层的不稳定性驱动的，即，Kelvin-Helmholtz不稳定性，表现出行波/漂移波，调制行波和湍流谱下出现的混沌。一个局部量-在一个给定的点的速度波动的能量-和一个全局量-所施加的扭矩-被用来监测动态。当地的数量定义了临界雷诺数Rec的时间依赖性的流量的开始，和一个上限阈值/交叉Ret的能量级联的饱和。无量纲阻力系数，即，湍流耗散在该有限Ret之上达到平台，如对于Re ->无穷大的“Kolmogorov”类湍流所预期的。我们的观察结果表明，在这个封闭的流动中，湍流的过渡是全球超临界的：速度波动的能量可以被认为是一个序参量，其特征在于从第一层流的时间依赖性到充分发展的湍流的动态。此外，在时间域中的频谱分析表明，几乎所有的波动能量存储在时间尺度的一个或两个数量级慢于基于叶轮频率的时间尺度。
2008-01-22 physics.flu-dyn
Flow Regime Transition in Countercurrent Packed Column Monitored by ECT
垂直填料塔广泛应用于吸收、汽提和蒸馏过程。垂直填料塔中由于液体的过量积聚会发生液泛现象，降低传质效率，造成较大的压降。压降测量通常用作预测洪水的流体动力学参数。然而，它们仅指示穿过填充柱的流态的转变的发生。他们提供有限的空间信息，传质填料塔操作员和设计师。在这项工作中，一种新的方法，使用电容层析成像（ECT）首次实施，使实时流态监测在不同的垂直位置实现在逆流填料床柱使用ECT。采用两种标准化方法监测直径为200 mm、高度为1200 mm的塑料规整填料塔从预加载到泛液的过渡。柱中的液体分布可以通过重建的ECT图像定性地可视化。洪水指数的实施，以定量地表明当地洪水的进展。在实验中，在不同的气体流量和ECT传感器的位置的局部淹没的程度进行了量化。将ECT图像与压降和目视观察进行比较。实验结果表明，ECT能够监测液体分布，识别流型转变和预测局部淹没。
2021-02-04 physics.flu-dyn physics.ins-det
Upper edge of chaos and the energetics of transition in pipe flow
在过去的二十年中，我们的理解有很大的提高，在剪切流与线性稳定层流解决方案的湍流过渡。关于层流的敏感性，有两个概念特别有用：边缘状态和最小种子。在这种非线性的过渡图中，湍流的盆地边界由边缘状态的稳定流形设置，并且该流形在能量上最接近最小种子处的层流平衡。本文首先介绍的数值实验中，三维扰动过于活跃，触发湍流管流，但他们会导致湍流时，他们的振幅减小。我们表明，这种看似违反直觉的观察，实际上是一致的边缘状态介导的过渡的完全非线性描述。为了理解这一过程背后的物理机制，我们测量了湍流动能产生和耗散率作为径向坐标的函数。我们的主要观察结果是，湍流的过渡依赖于远离壁的能量放大，而不是湍流本身，其能量主要产生在壁附近。对最小种子和边缘状态的类似分析进一步支持了这一观察结果。此外，我们表明，生产过度耗散曲线的时间演化提供了一个明确的区别不同的初始放大阶段的过渡到湍流从最小的种子。
2019-12-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Effect of metallic walls on dynamos generated by laminar boundary-driven flow in a spherical domain
我们提出了一个数值研究的发电机行动中的导电流体包裹在一个金属球壳。流体中的运动是由外部金属壳的差动旋转驱动的，我们称之为“壁”。壁的两个半球保持反向旋转，产生稳定的轴对称内部流动，包括差动旋转和在赤道平面内具有径向流入的双胞纬向环流。从以前的研究，这种类型的流是已知的，以保持一个固定的赤道偶极子发电机的行动，如果磁雷诺数大于约300，如果外边界是电绝缘的。我们独立地改变壁的厚度、电导率和磁导率，以确定它们对发电机作用的影响。主要结果如下：（a）增加壁的导电性会使壁内产生涡电流，从而阻碍发电机，涡电流是由赤道偶极子场和壁的相对运动引起的。这个过程可以被看作是趋肤效应，或者等价地，作为偶极子被壁的差分旋转撕裂，场线通过高电导率锚定到该壁。(b)通过将流体中的磁场线约束为垂直于壁，增加壁的磁导率有利于发电机动作，从而使流体与壁中的任何感应解耦。(c)减小壁厚限制了涡电流的幅度，并且因此有利于发电机动作，只要壁薄于趋肤深度。我们明确地证明了这些影响的墙壁上的发电机领域的属性导出一个有效的边界条件消失壁厚的限制。
2013-11-08 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Observations of the stratorotational instability in rotating concentric cylinders
研究了具有旋转速率$Ω_o < Ω_i$和半径比$r_i/r_o=0.877$的同向旋转垂直圆柱间密度分层流动的稳定性，其中下标$o$和$i$分别表示外圆柱和内圆柱.就像在恒星和行星吸积盘中一样，流动有旋转、反气旋剪切和平行于旋转轴的稳定密度梯度。层流状态的主要不稳定性不会导致轴对称泰勒涡流，而是导致非轴对称{ \it平流旋转不稳定性}（SRI），由Shalybkov和Rüdiger（2005）命名。目前的工作扩展了雷诺数和浮力频率（$N=\sqrt{(-g/ρ)(\partial ρ/\partial z)}$）的范围，这些频率在之前的实验中由Bognov和Hopfinger（1997年）以及Le Bars和Le Gal（2007年）进行了检查。我们的观测结果表明，SRI不稳定性的轴向波长随弗劳德数$Fr= Ω_i/N$近似线性增加。对于小的外圆柱雷诺数，SRI发生在内部雷诺数大于轴对称泰勒涡流的情况下（即，SRI更稳定）。对于稍大的外部雷诺数的SRI发生在较小的内部雷诺数比泰勒涡流，甚至低于瑞利稳定线的无粘流体。Shalybkov和Rüdiger（2005）提出，对于$Ω_o/ Ω_i > r_i/r_o$，稳定分层的旋转剪切流的层流状态应该是稳定的，但我们发现，当$N$足够大时，这个稳定性判据是违反的;然而，密度分层的不稳定效应随着雷诺数的增加而减弱。在大雷诺数的主要不稳定性…
2016-04-11 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamics of quantum turbulence in axially rotating thermal counterflow
本研究通过实验与数值模拟探究超流$^4$He轴向旋转热逆流的量子湍流动力学，揭示了不同旋转速度下的不稳定性转变、涡线增长规律及后期衰减特征，为理解旋转量子湍流的二维化转变提供了依据。
2024-07-08 cond-mat.other physics.flu-dyn
Two pathways to diapycnal mixing in strongly stratified flows with no initial vertical shear
Department of Applied Mathematics, Baskin School of Engineering, University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校巴斯金工程学院应用数学系）
研究无初始垂直剪切的强分层流中湍流的两条路径：一条通过水平剪切不稳定的垂直调制模态产生垂直剪切，进而触发开尔文-亥姆霍兹不稳定性；另一条通过垂直不变模态演化出二维涡旋，再经三维双曲不稳定性产生垂直剪切，最终导致小尺度混合。
2026-06-12 astro-ph.SR physics.flu-dyn
"Barber pole turbulence" in large aspect ratio Taylor-Couette flow
在一台大展弦比实验装置上对窄间隙极限内的反向旋转泰勒-库埃特流（TCF）进行了研究。的相图，并得到Andereck等人。螺旋湍流制度进行了研究，通过改变内部和外部雷诺数。螺旋湍流出现从完全湍流制度通过一个连续的过渡出现第一次作为调制的湍流状态，最终放松局部的层流。本文讨论了平面Couette流（pCf）与间歇状态的关系。
2000-09-15 cond-mat nlin.PS physics.flu-dyn
