Dynamic feedback control through wall suction in shear flows
流动控制在许多开口和壁面剪切流中是有意义的，以减少阻力或避免可能导致材料破坏的突然大波动。一种既定的控制方法是通过多孔壁施加吸力。在这里，我们结合吸力与反馈策略，从而调整吸力速度响应于在底壁处的动能或剪切应力。然后使用的控制程序，试图稳定不变的解决方案，并进行直接的数值模拟与规定的摩擦系数值。
2019-09-22 nlin.CD physics.flu-dyn
Shear-Improved Smagorinsky Model for Large-Eddy Simulation of Wall-Bounded Turbulent Flows
基于Toschi等人（2000）关于壁面湍流剪切效应的最新研究结果，引入了剪切改进的Smagorinsky模型。Smagorinsky涡粘性修正减去的瞬时分辨应变率张量的大小的平均剪切的大小。在两种不同雷诺数下，对平面通道流动进行了大涡模拟，并对该亚网格模型进行了检验。与动态Smagorinsky模型和直接数值模拟，包括平均速度，湍流动能和雷诺应力分布的第一个比较，是非常令人满意的。所提出的模型，除了是物理上的声音，具有较低的计算成本，并具有较高的潜力，推广到更复杂的非均匀湍流。
2006-06-01 nlin.CD physics.flu-dyn
The wall shear rate in non-Newtonian turbulent pipe flow
本文提出了一种计算圆管湍流中壁面剪切率的方法。它能将层流和湍流的测量数据充分地压缩成一条流动曲线，为设计湍流粘度计提供了依据。关键词：非牛顿流体，壁面剪切速率，湍流，流变仪
2010-09-16 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
Wall and Bed Shear Force in Rectangular Open Channels
本文研究了流速梯度和二次流对矩形明渠底壁间剪力分布的影响。我们发现，忽略二次电流的影响，并假设零剪切分割线不产生可接受的结果。因此，本文提出了一种既考虑流速梯度又考虑二次流的矩形明渠槽壁和槽底总剪力百分比的确定方法。利用无二次流影响的河道平分线和无剪应力的等值线正交轨迹，将河道截面划分为三个主要的子区域，即河床区、壁区和共有区。给出了最大速度的位置，推导出每个子部分的几何形状。然后计算了床面剪力和墙面剪力在共用面积上所占的份额。床面和壁面剪切力的计算结果与试验值吻合较好，对于规则流和挟沙水流，平均相对误差小于5%。该方法还提供了壁面和床面剪切力的物理驱动范围，该范围很好地覆盖了实验数据。
2017-09-20 physics.flu-dyn
Variable Transformation for Explicit Wall-Shear Stress Formula
我们制定了一个通用的变量转换现有的壁函数，允许一个明确的壁面剪应力项。所提出的转换的目的是使一个明确的表达壁面剪应力和简化现有的壁面函数的模拟代码，通过一个简单的变量转换的实施。通过引入允许定义新的壁单元变量$(r^+)$和相应的归一化粘度$(η_t^+)$的新的速度标度来定义变换。我们还证明了新变量中的壁定律与壁法向变量$(y^+_τ)$和$(ν_t^+)$中的壁定律是等价的。新形式的法律是特别适合于在计算流体动力学代码的实施，因为它不需要一个迭代过程来评估壁面剪应力。我们将展示如何转换几个已知的和经常使用的表达式的壁函数和压力梯度，允许一个明确的壁面剪应力的表达。最后，我们说明了新形式的壁函数进行说明性的数值模拟。
2022-01-29 physics.flu-dyn
Microstreaming by ultrasound contrast microbubble between two parallel walls: shear stress and streamlines
声学微流具有若干工业、治疗和生物医学应用-声学清洁、微混合、微流体输送、溶血、声致穿孔。数值研究了超声造影剂微泡在两平行壁间隙中振荡产生的声微流。本文采用轴对称边界元法和Nyborg理论对流动进行了研究。采用弹性指数变化的粘弹性模型对微泡涂层进行了数值模拟。绘制了平面壁面附近的微流流线和诱导剪应力。结果表明，在壁面附近产生了环形涡。通过增大壁面间隙，涡环的径向尺寸增大，而微流切应力减小。
2022-01-18 physics.flu-dyn
On the inverse problem for two-component unsteady wall shear rate measurements: Application to the electrodiffusion method
瞬时的二维壁剪切速率进行评估，通过一个反问题使用的质量传递数据从一个三段电扩散探针。该方法在复杂的流动条件下进行了数值验证，包括（i）壁面剪切速率大小和方向上的高振幅周期性波动和（ii）来自湍流三维通道流的直接数值模拟（DNS）数据。该方法被证明优于所有其他后处理可用于传质传感器，特别是关于其多功能性和应用范围。的三段探针间隙的大小的影响也研究数值。
2017-09-13 physics.flu-dyn
Wall Shear Stress Generated by a Bernoulli Pad: Experiments and Numerical Simulations
该研究首次用恒温风速测量直接测定 Bernoulli 吸盘产生的壁面剪切应力，并结合数值模拟评估其分布预测精度。
2025-03-13 physics.flu-dyn
A model for Reynolds-dependent linear instability in wall-bounded shear flows
该研究针对壁面剪切流的线性不稳定性问题，提出带显式雷诺数依赖的Robin型边界条件，得到与经验观测一致的不稳定性雷诺数范围，并给出近壁涡动力学层面的物理解释。
2025-03-21 physics.flu-dyn
Signature of Pressure Gradient History on Wall Shear Stress in Turbulent Boundary Layers
本文通过实验研究顺逆压力梯度序列对湍流边界层壁面切应力的历史效应，发现上游顺压力梯度对下游逆压力梯度区域具有持久影响，且该效应在低雷诺数下更显著。
2025-07-01 physics.flu-dyn
Two-component instantaneous wall shear rate measurements in reversing flows
二维反演算法的验证实验是在脉冲Poillille流中进行的，该流暴露出剪切反转相。该方法适用于三段电扩散（ED）探头，建议一个特定的无量纲化过程，允许更好地链接测量从一个真正的ED探头的建模的反问题。这种方法提供了一个良好的协议，从激光多普勒测速仪（LDA）测量获得的双组分壁剪切速率，从而验证ED探头处理高振幅非定常流的能力。在探针附近的经典线速度近似（$u=sy$）也在这样的流动进行了研究。
2017-10-16 physics.flu-dyn
Heat Flux and Wall Shear Stress in Large Aspect-Ratio Turbulent Vertical Convection
本文对大展弦比湍流垂直对流进行了理论分析，得到了两种热流密度与壁面切应力的关系，分别用努塞尔数来度量（$\text{Nu}$）和剪切雷诺数（$\text{Re}_τ$），根据瑞利（$\text{Ra}$）和普朗特数（$\text{Pr}$）：在$\text{Ra}$高限值中的$\text{Re}_τ^2 \text{Nu} = f(\text{Pr}) \text{Pr}^{-1} \text{Ra}$和$\text{Nu} \approx C \text{Pr}^{\varepsilon} \text{Re}_τ$，对于PDMATHAMT使用$\varepsilon=1/3$，对于$\text{Pr} \ll 1$使用$\varepsilon=1$，其中，$f(\text{Pr})$不是$\text{Pr}$的幂律，$C$是常数。这些关系意味着$\text{Nu} \approx [C^2f(\text{Pr})]^{1/3} \text{Pr}^{-(1-2\varepsilon)/3} \text{Ra}^{1/3}$和高$\text{Ra}$的$\text{Re}_τ\approx[f(\text{Pr})/C]^{1/3}\text{Pr}^{-(1+\varepsilon)/3}\text{Ra}^{1/3}$。
2023-02-02 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Consistency between the attached-eddy model and the inner-outer interaction model: a study of streamwise wall-shear stress fluctuations in a turbulent channel flow
内外相互作用模型（Marusic，Mathis & Hutchins，Science，vol.329，2010，193-196）和附着涡模型（Townsend，Cambridge University Press，1976）分别是描述多尺度湍流相互作用和高雷诺数壁边界湍流对数区域中含能运动组织的两个基本模型。本文将附加描述与附壁涡模型耦合，描述了附壁涡引起的流向壁面剪切脉动的产生过程。然后，借助于内外相互作用模型，分离了槽道湍流中由附着涡产生的流向壁面切应力脉动。通过对这两个模型的统计数据进行直接比较，可以看出它们是一致的，并且可以相互补充。同时，通过验证强自相似性和扩展自相似性的有效性，进一步证明了附加涡的叠加严格遵循一个可加性过程。此外，我们提出了一个高斯模型来表征瞬时分布的流向壁面切应力，从附着涡叠加。这些研究结果对发展先进的壁面降阶模型具有重要意义。
2022-05-16 physics.flu-dyn
Lift and drag forces acting on a particle moving in the presence of slip and shear near a wall
通过直接数值模拟研究了单壁流动中球形小颗粒有限滑移运动时所受的升力和阻力。滑移速度对颗粒力的影响作为分离距离的函数进行了分析，对于低滑移和剪切雷诺数（$10^{-3} \leq Re_γ, Re_{\text{slip}} \leq 10^{-1}$）在静态和线性剪切流。根据模拟结果，建立了适用于任意颗粒壁面间距和$Re_γ, Re_{\text{slip}} \leq 10^{-1}$的广义升力模型。所提出的模型现在可以预测的升力在线性剪切流中的存在或不存在的滑移，并在静态流时，滑移存在。现有的阻力模型也进行了比较，静态和线性剪切流的数值结果，以确定哪些模型捕捉近壁滑移速度最准确的低颗粒雷诺数。最后，我们比较了建议的升力模型的结果，以前的实验结果的浮力颗粒和中性浮力（无力）的颗粒在静止和线性剪切流中移动到壁附近的数值结果。提出的广义升力模型可用于预测生物和工业流中颗粒悬浮液的行为，其中基于滑移和剪切的颗粒雷诺数为$\mathcal{O}(10^{-1})$及以下。
2020-08-13 physics.flu-dyn
The multi-scale nature of Wall shear stress fluctuations in turbulent Rayleigh-Benard convection
本文报道了在一个直径2.5 m、高2.5 m的瑞利-贝纳德（RB）室的加热底板上，对空气中的湍流Rayleigh-Benard（RB）对流在很长时间尺度（$\ge$ 1900自由落体时间单位）上的壁面剪应力波动的测量结果。新型传感器同时捕获壁面剪应力矢量$\boldsymbolτ(t)$的大小和方向的波动，具有高分辨率的慢气流。结果表明，持续的翻滚型结构，这是在一个双稳态，因为它有规律地振荡的时间尺度，与典型的涡流周转时间的平均取向。平均取向可以持续几乎数百个涡流周转，直到这种结构的重新取向的形式，一个缓慢的进动设置，而一个临界弱化的平均壁面剪应力的大小-分别平均风-被观察到。流向壁面剪应力$τ_x$沿平均风向的湍流脉动幅值呈现高度偏态的Weibull分布，而在较大时间尺度上的脉动则服从对称的高斯分布。极端事件，如负$τ_x$的局部流动逆转恢复为罕见的事件，并与壁面剪应力矢量的快速角扭转。这些事件-与表面摩擦力场的临界点相关-与两种概率分布中尾部信号的重合相关。
2019-01-19 physics.flu-dyn
The near-wall cycle for skin-friction generation revealed through explainable deep learning
Instituto Universitario de Matemática Pura y Aplicada, Universitat Politècnica de València（纯数学与应用数学大学研究所，瓦伦西亚理工大学）；Department of Aerospace Engineering, University of Michigan（密歇根大学航空航天工程系）
该研究通过可解释深度学习训练神经网络预测湍流通道流的速度与切应力，结合SHAP揭示近壁成对结构的循环演化，重新定义了壁湍流近壁相干结构。
2026-08-21 physics.flu-dyn
Navier-Stokes-driven analysis of mean and fluctuating wall shear stress in turbulent channel flow
CNRS（法国国家科学研究中心）
本文提出基于纳维-斯托克斯方程分析湍流通道流中平均和脉动壁面剪应力的方法，揭示了湍流生产与扫过现象对剪切加速度协方差的影响。
2026-02-04 physics.flu-dyn
Closed-Form Solution for Oscillatory Flow and Wall Shear Stress in Axisymmetric Corrugated Tubes
Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg for Renewable Energy (IET-2), Forschungszentrum Jülich（亥姆霍兹尤利希埃尔朗根-纽伦堡可再生能源研究所）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）
本研究将Womersley解推广至轴对称波纹管，在润滑近似下推导振荡流动与壁面剪切应力的闭式解，揭示流量标度交叉及瓶颈处剪切应力的非单调依赖。
2026-09-09 physics.flu-dyn
Gas near a wall: a shortened mean free path, reduced viscosity, and the manifestation of a turbulent Knudsen layer in the Navier-Stokes solution of a shear flow
对于固体平面壁面附近的气体，在分子自由飞行入射方向均匀分布的假设下，我们提出了分子平均自由程随离壁面距离变化的标度公式。随后，我们施加相同的缩放到附近的气体的粘度的壁，并计算的Navier-Stokes解的剪切流的速度平行于壁。该解显示了与氩和氮的相应直接模拟蒙特卡罗计算一致的克努森速度边界层。我们还发现，建议的平均自由程和粘度缩放设置的二阶导数的速度为无穷大的壁边界的流域，这表明，气体流动是正式湍流内的Knudsen边界层附近的壁。
2017-03-21 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
Recovery of the wall-shear stress to equilibrium flow conditions after a rough-to-smooth step-change in turbulent boundary layers
本文研究了湍流边界层粗糙到光滑突变后壁面切应力的恢复，发现粘性区域立即恢复平衡，缓冲区及更远区域需数个边界层厚度，且速度剖面估计会低估切应力，导致文献恢复长度存在分歧。
2023-08-03 physics.flu-dyn
Bubble impact on a tilted wall; removing bacteria using bubbles
通过实验和计算方法研究了气泡撞击和滑动倾斜表面的动力学行为。\textcolor{blue} {具体地，计算了在壁上产生的剪切应力，并与细菌粘附力进行比较，以评估潜在的消毒功能。在实验中，气泡壁相互作用的特点是几个不同的壁角。数值求解了包括浮力、流体动力学惯性力、阻力、升力和薄膜力在内的力平衡方程，确定了气泡的运动。结果表明，壁面倾角越大，剪切应力越大。当单个气泡撞击并擦洗倾斜壁时，最大剪切应力高达300 Pa以上。我们发现，这样高的剪切应力是由于在弹跳阶段期间薄膜曲率的快速变化（翻转气泡/水界面）。之后，在滑动阶段，在较长时间内产生高达约45 Pa的较小剪切应力。我们还表明，在弹跳和滑动阶段产生的剪切应力足够高，以从表面去除细菌，作为从倾斜表面去除细菌的潜在方法。
2018-10-26 physics.flu-dyn
Demonstration of an integral method for estimating wall shear stress in complex high-speed flows
本文提出一种基于Favre平均流向动量方程沿壁面法向一次积分的通用积分方法，用于估算复杂高速流动中的壁面剪应力，在粗糙表面、曲面和压力梯度条件下误差不超过5%，且在近壁数据缺失超40%时仍有效。
2025-08-20 physics.flu-dyn
Wall Orientation and Shear Stress in the Lattice Boltzmann Model
血管壁切应力是临床诊断动脉疾病的重要参数。格子Boltzmann方法是一种易于并行化的求解流动问题的数值方法，但它存在边界附近速度场的误差，从而导致由速度计算的壁面剪应力和法向矢量的误差。在这项工作中，我们提出了一个简单的公式来计算壁面剪应力的格子玻尔兹曼模型，并建议计算壁法线，这是必要的计算壁面剪应力，通过采取加权平均的边界面躺在附近的壁元素。我们进行了几次测试，并观察到在二维和三维的其他方法的计算法向量的准确性增加。使用该方案，我们计算的壁面剪应力在倾斜和弯曲的通道流体流动，并示出一个较小的影响正常的数值误差，这意味着，主要的错误是由于损坏的速度场附近的楼梯边界。最后，我们使用我们的方法计算在人体腹主动脉在稳定条件下的壁面剪应力，并将结果与标准的有限体积求解器和文献中的实验数据进行比较。我们的想法在一个简化的协议在医疗应用中的数据预处理的应用进行了讨论。
2012-03-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Analysis of Boundary Slip in a Flow with an Oscillating Wall
基于Stokes第二问题，采用分子动力学（MD）方法研究了非定常流固边界滑移问题。与稳定流相比，对于低于相应稳定流的临界剪切速率的剪切速率，观察到滑移的增加。这种增加的滑移归因于流体惯性力，在稳定流中不表现出来。建立了滑移的非定常数学模型，估算了边界滑移增量。该模型表明，除了流体在壁面处的剪切速率之外，滑移还取决于加速度。通过将加速度用剪切速率表示，表明非定常流动中壁面滑移是由剪切速率梯度和流体的剪切速率决定的。对模型进行无量纲化处理后，得到了一条通用曲线，该曲线可用于根据流体的剪切速率和剪切速率梯度信息来确定流固界面处的滑移边界条件。一个管理的无量纲数，定义为相速度的比，声速，被确定，以帮助解释的机制负责的过渡滑移边界条件从有限到一个完美的滑移，并确定何时会发生。观察到流体速度相对于壁面的相位滞后。滞后随着壁振荡时间的缩短和壁疏水性的增加而增加。当考察滑移速度作为壁面速度的函数和滑移速度作为流体剪切速率的函数的变化时，可以看到滞后现象。滞后的原因是由于流体的不稳定的惯性力。
2012-07-30 physics.flu-dyn
Lift and drag forces acting on a particle moving with zero slip velocity near a wall
通过数值计算研究了单壁线性剪切流中中性浮力球形小颗粒所受的升力和阻力。剪切速率的影响被隔离从那些滑移通过设置粒子速度等于当地的流体速度（零滑移），并检查所产生的流体动力作为分离距离的函数。与以前的许多数值文献相比，考虑了低剪切雷诺数（$10^{-3} \lesssim Re_γ \lesssim 10^{-1}$）。当处理小通道内的颗粒流时，该剪切速率范围是相关的，例如用于或开发用于生物技术工业的微流体装置中的颗粒迁移。我们证明了很强的依赖性的升力和阻力的剪切速率。建立在以前的理论$Re_γ \ll 1$研究，壁剪切升力相关性提出了适用于当壁位于内部和外部区域的扰动流。同样，我们验证了一个改进的阻力相关性，其中包括更高的阶项的壁分离距离，更准确地捕获的阻力时，颗粒接近，但不接触，壁。新的相关性的应用表明，检查基于剪切的升力是重要的，因为以前检查基于滑移的升力，突出需要考虑剪切时，预测中性浮力颗粒的近壁运动。
2020-02-14 physics.flu-dyn
Wall-sheared thermal convection: heat transfer enhancement and turbulence relaminarization
本研究通过在二维和三维Rayleigh-Bénard单元中施加三种壁面剪切，发现增加壁面剪切强度可增强传热效率并引发湍流再层化，且层流态因形成更稳定的对流通道而具有比湍流态更高的传热效率。
2023-03-31 physics.flu-dyn
Comparative study of wall shear stress at the ascending aorta for different mechanical heart valve prostheses
本文报道了在透明人体主动脉模型中，比较双叶机械心脏瓣膜（BMHV）和三叶机械心脏瓣膜（TMHV）在生理脉动流中的壁面切应力（WSS）分布的实验研究。弹性微柱WSS传感器，通过微粒子图像测速测量校准，施加到沿升主动脉的壁。与TMHV相比，在BMHV中观察到的峰值WSS值几乎为2倍。流场分析表明，这些峰值与瓣膜与主动脉壁相互作用产生的射流有关。不同的阀门设计不仅影响大小，而且影响区域也是特定的。BMHV产生的侧孔射流沿升主动脉壁行进并引起全程冲击，而TMHV产生的射流在升主动脉中冲击更下游，产生不太严重的WSS。
2018-07-04 physics.flu-dyn
A method to determine wall shear stress from mean profiles in turbulent boundary layers
直接测量湍流边界层（TBL）中的壁面剪应力具有挑战性，因此需要从平均剖面测量值间接确定。大多数流行的方法假设平均流向速度满足内层的对数律或整个TBL的具有许多调谐常数的复合速度剖面，这两者都需要来自内层的可靠数据。粗糙度和压力梯度的存在带来了额外的复杂性，其中大多数现有方法失败或需要重大修改。提出了一种新的方法来确定壁面剪应力在零压力梯度TBL从测量的平均剖面，而不需要近壁数据。该方法基于Kumar和Mahesh的应力模型[Phys. Rev. Fluids 6，024603（2021）]，他们开发了零压力梯度TBL中平均应力和壁面法向速度的精确模型。所提出的方法需要对外层的平均流向速度和平均剪切应力进行单点测量，最好是在TBL的$20$到$50 \%$之间，并对边界层厚度和形状因子进行估计。该方法可以处理壁粗糙度没有修改，并显示预测摩擦速度在$3 \%$内光滑和粗糙壁零压力梯度TBL的雷诺数范围内。为了包括压力梯度效应，重新审视Kumar和Mahesh的工作[Phys. Rev. Fluids 6，024603（2021）]，以推导出压力梯度TBL中平均应力和壁面法向速度的新模型，然后使用该模型制定从剖面数据获得壁面剪应力的方法。总体而言，所提出的方法被证明是强大的和准确的各种压力梯度TBL。
2021-11-16 physics.flu-dyn
Turbulent transport for wall shear stress fluctuations
本文通过量纲分析和直接数值模拟，研究泊肃叶流与库埃特流中壁面剪切应力脉动的谱特性，发现其由湍流输运主导且随雷诺数增大而增强，并伴随逆能量传递。
2025-10-15 physics.flu-dyn
A Similarity Analysis for Heat Transfer in Newtonian and Power Law Fluids Using the Instantaneous Wall Shear Stress
本文提出了一种将牛顿流体和幂律流体管流传热的现有实验数据压缩成单一主曲线的技术。它还讨论了热，质量和动量类比的理论基础和本分析的湍流可视化的影响。
2010-09-01 physics.flu-dyn
A wall model based on neural networks for LES of turbulent flows over periodic hills
本文利用前向神经网络和壁面分辨大涡模拟数据，建立了一个适用于周期性地形上湍流的壁面模型。为了开发适用于不同流态的壁面模型，将所有流向位置处的近壁区域中的流动数据分组在一起作为训练数据集。在开发的FNN壁模型中，我们采用壁法线距离，近壁速度和压力梯度作为输入功能和壁面剪应力作为输出标签，分别。通过将预测的壁面剪应力与WRLES数据进行比较，检验了训练后的FNN壁面模型的预测精度和泛化能力。对于瞬时壁面剪应力，FNN预测显示出整体良好的协议与WRLES数据与一些差异观察到的位置附近的山顶。在大多数流向位置，FNN预测和WRLES预测之间的相关系数大于0.7。对于平均壁面剪应力，FNN预测与WRLES数据吻合得很好。更重要的是，整体良好的性能的FNN壁模型观察到不同的雷诺数，表明其良好的泛化能力。
2020-11-09 physics.flu-dyn
Turbulent-laminar patterns in shear flows without walls
湍流-层流不连续性，通常以条带和斑点的形式出现，是壁面剪切流中通向湍流的途径的普遍特征。在这里，我们研究的理想化的剪切无应力边界驱动的正弦体力和证明定量协议之间的湍流在这种流动和发现在内部的平面Couette流-该区域不包括边界层。利用边界层的情况下，我们构建了一个模型流，只使用四个傅立叶模式的剪切方向，但鲁棒地捕捉到的过渡中观察到的时空现象的范围，从斑点增长湍流带和均匀湍流。该模型在保持基本物理特性和与纳维-斯托克斯方程的直接联系的同时，大大降低了模拟间歇性湍流结构的成本。我们证明了这一过程的通用性，通过引入无应力的等效流平面Poietille和管流再次捕获的过渡中看到的顺层结构。
2016-02-17 physics.flu-dyn
Effects of rough walls on sheared annular centrifugal Rayleigh-Bénard convection
本研究通过二维直接数值模拟，探讨了环形离心瑞利-贝纳德对流系统中粗糙壁面与壁面剪切力的耦合效应，发现不同流动区域（浮力主导、过渡、剪切主导）对传热有不同影响，且剪切主导区域传热对$\varOmega$不敏感。
2025-01-25 physics.flu-dyn
Drag and lift forces on a rigid sphere immersed in a wall-bounded linear shear flow
我们报告了一系列的完全解决的模拟流动的刚性球附近的墙，无论是在静止的流体或在存在均匀的剪切稳定地翻译。非旋转和自由旋转的领域受到无扭矩的条件都被认为是评估自旋诱导效应的重要性。球体和壁之间的分离距离从壁影响较弱的值变化到球体半径一半的间隙。基于球体直径和相对于周围流体的相对速度的雷诺数跨越范围$0.1-250$，并且定义为穿过球体的剪切引起的速度变化与相对速度的比率的相对剪切速率从$-0.5$变化到$+0.5$，所以球体要么领先流体要么落后于流体。壁-通过研究流动结构，特别是展向和流向涡量分布，定性地分析了在各种流态中起作用的诱导相互作用机制。阻力和升力的变化在低，但有限的和中等雷诺数进行了比较，可用的解析和半经验表达式，分别。在更多的惯性制度，两个力分量的经验表达式推导出的数值数据的基础上，产生准确的拟合有效的范围很广的雷诺数和壁球分离的非旋转和无扭矩的领域。
2021-08-16 physics.flu-dyn
A deep learning approach to wall-shear stress quantification: From numerical training to zero-shot experimental application
AI Institute in Dynamic Systems, Department of Mechanical Engineering, University of Washington（动态系统人工智能研究院，机械工程系，华盛顿大学）；Engler-Bunte-Institut, Simulation of Reacting Thermo-Fluid Systems, Karlsruhe Institute for Technology（Engler-Bunte研究所，反应热流体系统模拟，卡尔斯鲁厄技术学院）
本文提出一种深度学习代理模型，从湍流对数层速度场直接预测二维壁面剪应力场，并在数值模拟数据上训练后实现对PIV实验速度场的零样本应用，为实验壁面剪应力测量提供了新途径。
2024-09-05 cs.AI 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
Flow organization and heat transfer in turbulent wall sheared thermal convection
我们进行直接数值模拟壁面剪切瑞利-贝纳德（RB）对流瑞利数$Ra=10^8$，普朗特数单位，壁面剪切雷诺数高达$Re_w=10000$。使用Monin-Obukhov长度$L_{MO}$，我们确定了三种不同的流动状态，浮力为主的制度（$L_{MO} \lesssim λ_θ$ ;与$λ_θ$的热边界层厚度），过渡制度（$0.5H \gtrsim L_{MO} \gtrsim λ_θ$ ;与$H$域的高度），和剪切为主的制度（$L_{MO} \gtrsim 0.5H$）。在浮力占主导地位的政权的流动动力学是类似的湍流热对流。过渡状态的特征在于随着剪切力的增加而逐渐伸长的辊。在剪切为主的制度的流动包括非常大规模的曲折卷，类似于传统的库埃特流中发现的。作为这些不同的流动状态的结果，对于固定的$Ra$并且随着剪切的增加，由于热辊的破碎，热传递首先降低，然后在剪切主导的状态开始时增加。对于$L_{MO} \gtrsim 0.5H$，努塞尔数$Nu$有效地缩放为$Nu \sim Ra^α$，其中$α\ll 1/3$，而我们发现$α\simeq 0.31$处于浮力主导的状态。在过渡区的有效标度指数是$α> 1/3$，但在这个区域的温度和速度的轮廓还不是对数，从而表明瞬态动力学，而不是热对流的最终制度。
2019-09-23 physics.flu-dyn
Statistics of velocity gradients in wall-bounded shear flow turbulence
在三维直接数值模拟的基础上，讨论了有壁湍流槽道流动中速度梯度的统计特性。我们的分析集中在局部涡度拟能${\bm ω}^2({\bm x},t)$和能量耗散率$ε({\bm x},t)$的统计特性随离壁距离的增加的趋势上。我们检测到一个敏感的依赖的最大振幅的两个字段（对应于尾部的分布）的光谱分辨率。每个单场的概率密度函数以及它们的联合分布随着离壁的距离的增加而显著变化。最大的波动的速度梯度被发现在对数层。这是在最近的实验中观察到的发夹涡包爆裂到对数区域的协议。
2009-10-06 physics.flu-dyn
Stable stratification enhances transient growth in streaky shear flows
本文研究稳定分层对条纹剪切流瞬态增长的影响，发现垂直剪切情形下分层可释放巨大线性能量增长，并给出完全抑制优选增长机制的临界分层强度公式。
2025-10-15 physics.flu-dyn
Uncovering wall-shear stress dynamics from neural-network enhanced fluid flow measurements
University of Washington（华盛顿大学）
本研究提出一种结合物理知识的深度光流估计方法，从流体测量中高时空分辨率地推导速度场和壁面剪应力场，并通过合成与真实实验数据验证了其有效性和物理正确性。
2023-10-18 cs.AI physics.flu-dyn
Viscoelastic effect on steady wavy roll cells in wall-bounded shear flow
了解近壁减阻湍流流动的另一个步骤是检查层流背景下组织良好的流向涡中的流动。本文研究了Giesekus粘弹性流体在旋转平面Couette流动系统中的流动行为，该流动系统伴有稳态的滚动胞结构。通过将雷诺数和旋转数固定在提供稳定的波浪形滚动单元的值，即，一系列曲折的流向涡，Weissenberg数增加到2000（其中弛豫时间由壁速度和运动粘度归一化）。我们观察到，在粘弹性流动中，二次流（壁面法向和展向速度波动）被抑制，而流向分量被维持，并且波状滚转单元被调制成与流向无关的直滚转单元。在非湍流背景下，研究了平均剪切流、横摇单元引起的雷诺应力和粘弹性应力之间的动能输运。我们进一步讨论了调制机制及其与粘弹性壁湍流减阻现象的关系。
2019-09-10 physics.flu-dyn
A wall function approach in lattice Boltzmann method: algorithm and validation using turbulent channel flow
在格子玻尔兹曼方法（LBM）中，广泛使用的壁边界是回弹（BB）边界，其对应于无滑移边界。当使用粗网格系统处理高雷诺数流动时，BB边界阻止了LBM捕获壁面上精确的剪切阻力。在这项研究中，我们提出了一个“壁函数反弹（WFB）”边界，将壁函数到LBM的边界条件，克服了BB的限制。WFB边界使用壁面函数模型计算壁面上的适当剪切阻力，然后修改分布函数以反映剪切阻力。WFB中的壁面函数采用Spalding定律。采用基于LBM的大涡模拟（LBM-LES）对$Re_τ$ =640和2003的槽道湍流进行了数值模拟，验证了所提出边界条件的有效性。结果表明，BB边界低估的时间平均速度在缓冲层在$Re_τ$ =640，在整个域的平均速度在$Re_τ$ =2003，当使用粗网格系统。然而，WFB得到了适当的壁面剪切阻力，从而补偿了低估，与实验或DNS数据吻合得更好，特别是在第一层网格。此外，WFB在一定程度上改善了近壁区的雷诺正应力。壁面剪应力的分布与有限体积法中壁面模型函数的分布相似。
2020-09-09 physics.flu-dyn
Effect of rough wall on drag, lift, and torque on an ellipsoidal particle in a linear shear flow
本研究针对粗糙壁面附近线性剪切流中的椭球颗粒，通过大量三维数值模拟得到不同参数下的阻力、升力和扭矩系数，建立了对应水动力系数关联式，可用于欧拉-拉格朗日框架的两相流模拟。
2022-01-22 physics.flu-dyn
A fully one-sided diffuse-interface immersed boundary method for wall-modeled large-eddy simulation
Aix-Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, M2P2（艾克斯-马赛大学）；Department of Aeronautics and Astronautics, The University of Tokyo（东京大学航空航天工程系）
研究针对扩散界面浸入边界方法在壁面模型大涡模拟中存在的问题，开发全单侧扩散界面浸入边界方法，通过特定策略消除跨边界扩散效应，经多方面验证，该方法提高了预测精度，尤其在低参考高度时，且在翼型湍流流动评估中表现良好。
2026-07-09 physics.flu-dyn
Drag, lift, and torque correlations for axi-symmetric rod-like non-spherical particles in linear wall-bounded shear flow
本文提出预测壁面约束线性剪切流中轴对称棒状非球形颗粒阻力、升力和力矩系数的关联式，基于DNS数据拟合，中位误差低至2.89%-11.00%，可用于欧拉-拉格朗日或CFD/DEM大规模模拟。
2024-05-27 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
Dissecting coherent motions in extreme wall shear stress events within adverse pressure gradient turbulent boundary layers
本文利用NACA0012翼型的大涡模拟，研究逆压梯度湍流边界层中极端壁面剪应力事件，揭示APG通过改变扫掠与喷射运动的平衡和空间组织来调控回流及极端正事件的结构与动力学。
2025-11-06 physics.flu-dyn
The dynamics of a capsule in a wall-bounded oscillating shear flow
本文用加速边界积分方法研究了初始球形胶囊在壁面振荡剪切流中的运动。采用neo-Hookean模型作为胶囊膜的本构关系。当施加的剪切的振荡周期是弹性膜的弛豫时间的顺序时，观察到最大的壁正常迁移;因此，最佳毛细管数与振荡频率的倒数成比例，并且在高频振荡的限制下，该比率与理论预测一致。迁移速度随剪切频率和囊壁距离的增大而单调减小。我们报告了一个显着的相关性胶囊横向迁移和正常的应力差异引起的流动。胶囊变形的周期性变化与迁移速度和正应力差的周期性变化大致同相，其频率为施加剪切的两倍。当变形受到沿相同方向施加剪切的时间限制而不是受到膜可变形性限制时，在达到较高毛细管数的平台之前，最大变形随膜弹性线性增加。膜的最大变形的比例作为到壁的距离的1/3的权力观察胶囊和液滴在近壁稳定剪切流。
2015-07-18 physics.bio-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Yield stress and other flow and wall slip parameters of viscoplastic fluids from steady torsional flow
粘塑性流体普遍存在的壁面滑移行为使得分析其稳态扭转流动数据以确定其屈服应力和其剪切粘度材料函数的其他参数具有挑战性。可以使用粗糙化表面以防止壁滑移，但是这样的方法经常导致样品破裂。相反，它在这里示出的屈服应力的粘塑性流体可以确定从扭矩与表观剪切速率数据的稳定扭转流使用一个单一的间隙。粘塑性流体的扭矩与表观剪切速率数据的斜率的阶跃变化标志着流体的屈服应力。为了证明，粘塑性悬浮液的剪切粘度和表观壁滑移行为的早期表征参数[He等人，J. Rheology，63，19（2019）]用于获得每个转速下的剪切应力分布和扭矩。屈服应力，确定从扭矩与表观剪切速率的数据，可以通过使用第二种方法依赖于壁滑移速度与壁速度的比较进行验证，而在同一时间，使其他参数的剪切粘度材料函数的粘塑性流体的确定。
2021-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pressure drop reduction due to coupling between shear-thinning fluid flow and a weakly deformable channel wall: A reciprocal theorem approach
本文利用洛伦兹互易定理推导出剪切稀化流体与弱变形通道壁耦合引起压降降低的闭式表达式，并以幂律和Ellis模型验证其适用性。
2024-11-22 physics.flu-dyn
The effect of Prandtl number on turbulent sheared thermal convection
在湍流壁面剪切热对流中，根据热强迫和壁面剪切的相对相关性，存在三种不同的流动状态。在本文中，我们报告了在固定瑞利数$Ra=10^6$的情况下，在$0 \leq Re_w \leq 4000$和普朗特数$0.22 \leq Pr \leq 4.6$范围内改变壁雷诺数，对这种剪切瑞利-贝纳德对流进行直接数值模拟的结果，扩展了Blass等人（2020）的先前工作，其中$Pr$保持不变，热强迫（$Ra$）变化。我们涵盖了广泛的散装理查森数$0.014 \leq Ri \leq 100$，并表明普朗特数强烈影响的形态和动力学的流动结构。特别是，在固定的$Ra$和$Re_w$，高普朗特数导致更强的动量传输从壁，因此产生更大的影响的流动结构上的壁剪切，导致增加的效果$Re_w$的努塞尔数。此外，我们分析了热和动力学边界层厚度，并将它们的行为与所得的流态。对于最大的剪切速率和$Pr$数，我们观察到的普朗特-冯卡门对数层的出现，在边界层的湍流动力学的发病信号。最后，我们的结果允许扩展Grossmann-Lohse理论的瑞利-Bénard对流的热传输剪切的情况下，普遍描述$Nu(Ra,Pr,Re_w)$。
2020-07-06 physics.flu-dyn
Pulsatility index as a diagnostic parameter of reciprocating wall shear stress 2 parameters in physiological pulsating waveforms
动脉壁剪切应力（WSS）参数被广泛用于预测动脉粥样硬化和动脉病变的发生和发展。动脉状况的传统临床评价依赖于WSS参数与平均流速（Q）和心率（HR）测量的相关性。我们表明，脉动流波形在直管与流动逆转，导致显着的往复WSS，测量HR和Q是不足以预测的WSS参数。因此，我们建议增加第三个量-称为脉动指数（PI）-其定义为通过Q归一化的峰-峰流速幅度。我们研究了几个脉动流波形，并没有使用Womersley模型在直刚性管的模拟流动逆转，并通过实验研究，使用粒子图像测速（PIV）验证模拟。结果表明，当PI与HR和Q结合使用时，可以更好地预测临床相关的WSS参数，例如阴性WSS百分比（P[%]）、振荡剪切指数（OSI）和最小与最大剪切应力率之比（min/max）。因此，我们建议使用PI作为一个额外的和必要的诊断量，以提高往复WSS的可预测性。
2016-05-27 physics.flu-dyn
