Bulk-driven acoustic streaming at resonance in closed microcavities
体积驱动声（Eckart）流是由粘性流体体积中的时间平均声能通量密度产生的稳定流动。在简单的情况下，如一维单驻波共振，这种能量通量是可以忽略的，因此，在分析长度尺度与声波波长相当的共振声流体装置时，相对于边界驱动（瑞利）流，体驱动流经常被忽略。然而，在具有粘性耗散的封闭声学微腔中，两个重叠的共振可以以相同的频率被激发为双模。与单模式相比，双模式可以支持稳定的旋转声能通量密度，从而支持对应的旋转体块驱动的声流。我们推导出了包含粘性边界层的矩形盒形腔中双模的解析解，并利用它们绘制出了体驱动声流的可能旋转模式。值得注意的是，旋转的散装驱动的流可能会被激发由非旋转驱动，我们确定的最佳几何形状，最大限度地提高这种激励。在最佳几何形状中，我们最终模拟了浅方形腔中的水平2 x 2、4 x 4和6 x 6流滚模式。我们发现，高频率的6 × 6流卷模式是由批量驱动的流，而不是低频的2 × 2流模式，这是由边界驱动的流为主。
2019-05-22 physics.flu-dyn
Theory and simulation of AC electroosmotic suppression of acoustic streaming
共振声流体装置中纳米颗粒的声学处理通常受到声流存在的阻碍。对于微米尺寸的声学腔室，这种声流通常通过由声致动产生的粘性剪切应力从流体-固体界面驱动。AC电渗是另一种边界驱动的流动现象，通常用于微流体装置中，用于处理电解质中的颗粒悬浮液。在这里，我们研究如何流可以通过结合超声声学和AC电渗抑制。基于电动力学问题的理论分析，我们能够数值计算在流体-固体界面，这是适合于抑制一个典型的声流模式与一个常设的声学半波的电势的形式。在线性政权，我们甚至推导出一个解析表达式的电渗滑移速度在流体-固体界面，并使用此作为指导原则，在实验上更相关的非线性政权，发生在升高的驱动电压开发模型。我们提出的模拟结果的声流体设备，显示如何实现一个合适的AC电渗结果在抑制所产生的流在设备的大部分由两个数量级。
2021-02-01 physics.flu-dyn
Fluid viscoelasticity controls acoustic streaming via shear waves
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
研究通过控制流体粘弹性特性，揭示了剪切波对声流转变的影响，发现流体粘弹性通过德拜数和粘性扩散数调控声流增强、抑制和反转。
2026-02-19 physics.flu-dyn
Acoustic radiation force and streaming induced by non-periodic ultrasound
本文从均匀流体的线性流动出发，定义了五个模态作为基本守恒律系统的特征向量。准平面几何被认为是。计算将流体的整体扰动分成特定模式的投影并应用于非线性流动。在该方法的框架下，得到了相互作用模态的动力学方程。考虑了声脉冲引起的流场的一种特殊情况，给出了流场速度和流线的时间特性。
2003-03-11 physics.flu-dyn
Acoustic streaming and its suppression in inhomogeneous fluids
本文从理论和实验两个方面研究了密度和压缩性变化的非均匀流体中边界驱动声流。在均匀流体中，这种流动是由边界层中的耗散引起的（瑞利流）。我们发现，在一个非均匀的流体，一个额外的非耗散力密度作用在流体上，以稳定特定的非均匀配置，显着改变，甚至抑制流动。我们的理论和数值分析的现象是支持与非均匀的碘克沙醇水溶液在玻璃-硅微芯片进行超声实验。
2017-07-24 physics.flu-dyn
Characterization of Acoustic Streaming in Gradients of Density and Compressibility
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Lund University（隆德大学）
本研究针对密度与可压缩性非均匀流体中的边界驱动Rayleigh声流抑制现象，通过离焦粒子追踪和共聚焦测量，揭示了声流演化与溶质扩散系数、初始分布的关联，证实低至0.1%的溶质非均匀性仍可抑制声流涡。
2018-10-16 physics.flu-dyn
Investigation of acoustic streaming patterns around oscillating sharp edges
振荡锐边已经被用于使用声流在微通道中实现快速和均匀的混合。在这里，我们使用摄动方法来研究微通道中的振荡锐边周围的流动。这项工作扩展了以前的实验研究，以数值表征各种参数对声诱导流的影响。我们的数值计算结果与实验结果吻合得很好。我们研究了多个器件参数，如尖端角度，振荡幅度和通道尺寸。我们的研究结果表明，由于声流的固有非线性，通道尺寸可以显着影响流动模式和设备性能。
2014-02-17 physics.flu-dyn
Acoustic radiation- and streaming-induced microparticle velocities determined by micro-PIV in an ultrasound symmetry plane
我们提出了微PIV测量的悬浮微粒的直径从0.6 μ m到10 μ m进行声泳在超声对称平面中的微通道。最小颗粒的运动主要由诱导声流的Stokes阻力控制，而最大颗粒的运动主要由声辐射力控制。对于所有的颗粒尺寸，我们预测理论上有多少粒子的速度是由于辐射和流，分别。这些预测包括粒子壁相互作用和超声波热粘性效应的修正，它们在实验不确定性范围内与我们的测量结果相匹配。最后，我们从理论上预测和实验证实，声辐射和流诱导的颗粒速度之间的比率是成正比的颗粒尺寸，驱动频率和声对比度因子的平方，而它是成反比的运动粘度。
2012-08-31 physics.flu-dyn
Modeling fast acoustic streaming: steady state and transient flow solutions
我们描述了一种新的数学方法来取代经典的方法，并妥善处理的声学和剩余的流体动力学之间存在的时空尺度的差异。在这项工作中，该方法被应用到众所周知的问题的半无限范围内定义的纳维-斯托克斯方程，并保留非定常流体的行为驱动的声波。快速（声学）和慢速（流体动力学）时空尺度之间的控制方程的分离显示自然产生的流体的内在属性下强迫，而不是任意的假设事先。非定常流场方程的解决方案提供了物理洞察观察到的时间演变的散装流，迄今为止，还没有被建模。用新方法导出了描述非定常流动的Burgers方程。通过假设定常流，用Riccati方程来描述声流，求解这些方程可以直接、简明地了解声流现象的非线性，并给出了将声能输入转换为声流能量输出的能量效率的绝对、通用上限为50%。严格的验证与经典文献的实验和理论结果连接这项工作，许多作者过去的努力。
2022-04-06 physics.flu-dyn
Inconsistencies in the Notions of Acoustic Stress and Streaming
无粘流体动力学通过压力和其他通常为无旋的外力来调节力。声致力必须与这种压力场产生的力一致。使用“声应力”被证明与这样的分析不一致，一般产生于数学上的权宜之计，但这种系统的整体概念化差。这一论点进一步支持了在许多这样的方法的实验协议差。动量是声波的一种固有性质，这一概念同样也是自相矛盾的。通过分析，包括粘性和衰减，我们得出结论，所有的声流必须产生的涡在驱动器或其他固体边界的粘性力，并与声应力的计算应取代使用非线性校正的整体压力场。
2014-09-28 physics.flu-dyn
A theoretical study of time-dependent, ultrasound-induced acoustic streaming in microchannels
基于一阶和二阶微扰理论，我们提出了一个数值研究的时间建立和衰减的非定常声场和声流驱动的振动壁在绝热条件下的长直微通道的横截面平面上的流动，并假设温度无关的材料参数。非定常流通过平均的时间依赖的速度场在一个振荡周期，并随着时间的增加，它被证明收敛到著名的稳定的时间平均的解决方案在频域中计算。尺度分析表明，声共振建立起来比声流快得多，这意味着辐射力可能占主导地位的阻力流，即使是小颗粒。然而，我们的数值时间依赖性分析表明，脉冲驱动并没有减少流显着，由于其缓慢的衰减。我们的分析还表明，对于品质因数为Q的声共振，振荡二阶速度分量的振幅是通常的二阶稳态时间平均速度分量的Q倍。因此，对于微扰展开的有效性的公知准则v << c被更严格的准则v << c/Q所取代。我们的数值模型以Comsol模型文件和Matlab脚本的形式在补充材料中提供。
2015-09-08 physics.flu-dyn
Theory of pressure acoustics with thermoviscous boundary layers and streaming in elastic cavities
本文提出了一种有效的热粘性声流体理论，包括压力声学、热粘性边界层和弹性腔中流体的流动。通过包括热场，我们从而扩展了巴赫和布鲁斯，J. Acoust的有效粘性理论。Soc. Am. 144，766（2018）。声学温度场和热粘性边界层被解析地合并为有效边界条件和热声体场上的时间平均体积力。因为它避免了解决薄的边界层，有效的模型允许在三维模型的声流体系统的热粘性声场和时间平均场的数值模拟。我们展示了如何通过材料参数的温度依赖性，特别是粘度和可压缩性，影响边界条件和产卵额外的体力在散装的声流强烈依赖于稳定和振荡的热场。我们还表明，即使是小的稳定的温度梯度（1 K/mm）诱导梯度的压缩性和密度，可能会导致非常高的流动速度（1 mm/s）的中等声学能量密度（100 J/m^3）。
2020-12-14 physics.flu-dyn
Theory of pressure acoustics with boundary layers and streaming in curved elastic cavities
封闭流体中的声场和流动强烈地依赖于在壁面附近形成的声学边界层。该层的宽度通常远小于由几何形状或声波波长设定的体积长度尺度，这使得直接数值模拟具有挑战性。基于这种分离的长度尺度，我们扩展了经典理论的压力声学推导出的边界条件的声压，充分考虑边界层效应。使用相同的长度尺度分离的稳定的二阶流，并将其与时间平均的短程产品的一阶字段，我们取代通常的极限速度理论与分析的滑移速度条件的远程流场在壁。只要壁面曲率和位移幅值足够小，导出的边界条件对任意形状的振荡腔和壁面运动都是有效的。最后，我们验证了我们的理论与直接数值模拟的两个例子中的二维充水腔：良好的研究矩形腔与规定的壁驱动，和更通用的椭圆形腔嵌入在外部驱动的矩形弹性玻璃块。
2018-04-16 physics.flu-dyn
Skipping the boundary layer: high-speed droplet-based immunoassay using Rayleigh acoustic streaming
液滴的声学混合是实现结合高速和最小试剂消耗的生物传感器的有前途的方式。到目前为止，这种类型的液滴混合是由体积力驱动的，该体积力是由大部分流体中的高频声波的吸收引起的。在这里，我们表明，这些传感器的速度是有限的分析物到传感器表面的缓慢平流由于形成的流体动力学边界层。我们通过使用低得多的超声波频率来激发液滴，从而驱动基本上表现为滑动速度的瑞利流，来消除这种流体动力学边界层。三维模拟表明，这提供了三倍的加速比Eckart流。在实验上，我们将SARS-CoV-2抗体免疫测定从20分钟缩短到40秒。
2022-08-31 physics.flu-dyn
Strong wave-mean-flow coupling in baroclinic acoustic streaming
声波与分层流体的相互作用可以由于波动涡度的斜压产生而驱动强流动，如最近由Chini等人（J. Fluid Mech.，744，2014，pp. 329）。在本研究中，一组波/平均流相互作用方程推导出的特征（小）振幅ε的驻波模式的耦合动力学和它驱动的流动流在一个薄的通道与壁保持在不同的温度。与经典的瑞利流不同，所得的平均流出现在O（ε）而不是O（{ε^2}）。因此，波和平均流之间的完全双向耦合是可能的：流足够强以诱导所施加的背景温度和密度场的O（1）重排，这修改了流时间尺度上的声学模式的空间结构和频率。一种新的Wentzel-Kramers-Brillouin-Jeffreys分析的发展，平均在快速波动力学，使耦合系统被严格集成的慢时间尺度上的流动。的减少系统的解析解推导出弱波强迫和再现结果从以前的直接数值模拟（DNS）的可压缩Navier Stokes方程和热方程具有显着的精度。此外，数值模拟的减少系统中进行的政权的强波平均流耦合的计算成本的一小部分，相应的DNS。这些模拟揭示了斜压声流作为一种有效的手段，以加强传热的潜力。
2018-12-10 physics.flu-dyn
Eckart streaming with nonlinear high-order harmonics: an example at gigahertz
针对 GHz 下高次谐波影响 Eckart 体声流但缺乏源项理论的问题，本文推导含高次谐波贡献的精确源项，数值显示其可使流速提高逾 20%。
2024-03-01 physics.flu-dyn
Numerical simulation of microscale acoustic streaming flow
在小型化的全分析系统中流体样品的有效混合对于包括生物筛选测定、化学提取、聚合、细胞分析和蛋白质折叠在内的许多应用是必不可少的。微型化的微流体平台最近出现用于微尺度流体混合，其具有高通量样品处理和减少样品消耗的能力。然而，微尺度流体混合固有地受到阻碍，由于在小通道中的低雷诺数流动的特性。微尺度流体混合主要依赖于分子扩散，因此需要较长的处理时间。为了解决这一难题，已经开发了多种用于快速有效混合的主动微流体方法，其使用电动流动、激光诱导流动、磁力搅拌和声学流动（ASF）。在这些具有外力场的技术中，声流体混合由于其按需、可控、无创和生物相容性的性质而受到好评。在本研究中，我们进行了数值模拟的声流，诱导与高度局域化的表面声波（SAW），在微尺度流体通道的基础上的声波衰减模型
2022-10-23 physics.flu-dyn
Aspect-ratio-dependent heat transport by baroclinic acoustic streaming
本研究针对矩形通道内理想气体的声流传热问题，采用双时间尺度方程结合数值模拟，揭示斜压波涡量的关键作用与双向耦合的必要性，发现特定参数下热通量可比纯导热高近两个数量级，且热输运依赖通道宽高比。
2024-10-08 physics.flu-dyn
Three-dimensional phenomena in microbubble acoustic streaming
超声驱动的振荡微泡已被用作微流体装置中的主动致动器，以执行多种任务，例如微粒的混合、分选和操纵。一种常见的配置包括侧气泡，其通过在垂直于主通道方向的盲通道中捕获气穴而产生。这种配置包括具有半圆柱形形状的声激励气泡，其产生显著的流动。由于通道的几何形状，这种流动通常被认为是准二维的。在许多其他基于\emph{flat}微通道的微流体系统中，也经常做出类似的假设。然而，在本文中，我们表明，微粒的轨迹实际上提出了一个更丰富的行为，特别是强大的面外动力学在区域接近微泡界面。使用像散粒子跟踪测速仪，我们发现，表观平面流线实际上是一个\emph{streamsurface}与伪环面形状的投影。因此，我们表明，声流一般不能被假定为一个二维的现象，在密闭系统。这些结果对于大多数涉及声流（例如颗粒捕获、分选和混合）的应用具有至关重要的影响。
2015-03-13 physics.flu-dyn
Phenomenology of laminar acoustic streaming jets
INSA Lyon, CNRS, Ecole Centrale de Lyon, Universite Claude Bernard Lyon 1（里昂高等师范学院、法国国家科学研究中心、里昂中央理工学院、克劳德·贝尔纳里昂大学）；Coventry University（考文垂大学）
本研究通过含衰减效应的新型声力建模开展数值模拟，揭示Eckart声流射流各区域的物理机制，推导轴线速度标度律，为相关实验及工业装置设计提供依据。
2025-10-29 physics.flu-dyn
Trapping microswimmers in acoustic streaming flow
本研究通过理论流场模拟，揭示声流中活性粒子可横向迁移并被困于涡旋中心附近的有界轨道，被动粒子仅沿流线运动，并找到最大化聚集的流配置，为微游泳者操控与微流控芯片设计提供依据。
2025-04-24 physics.flu-dyn
Repetitive acoustic streaming patterns in sinusoidal shaped microchannels
流体容器的几何形状在声流模式的形状中起关键作用。在某些情况下，无意中产生的涡流可能会带来麻烦，但如果处理得当，这个问题在声学镊子或微观混合应用中会变成一个非常有用的参数。本文研究了微通道正弦边界对声流场的影响。结果表明，而顶部和底部的正弦壁垂直驱动的谐振频率的基本假设的矩形微通道，一些重复的声流模式被识别在可分类的情况下。这样的图案永远不能在具有平坦边界的矩形几何形状中产生。几何参数和新兴的声流模式之间的关系，使我们提出的公式，以预测更多的情况下。这些结果和公式一看就不是微不足道的。
2019-09-07 physics.app-ph physics.flu-dyn
Unveiling of the mechanisms of acoustic streaming induced by sharp edges
由于在壁附近产生典型厚度为$δ$的粘性边界层，声波可以在流体内产生稳定的流动。在微通道中，声波波长$λ$被调整为通道宽度$w$的两倍，以确保共振条件，这意味着使用MHz换能器。最近，虽然，强烈的声流产生的声波的几kHz（因此与$λ\gg w$），由于存在尖锐的尖端结构的曲率半径在尖端$r_c$小于$δ$。本研究定量研究这种尖锐的边缘声流通过直接解决的完整的纳维-斯托克斯方程，使用有限元方法。量化了$δ$、$r_c$和粘度$ν$对声流性能的影响。我们的研究结果建议选择的操作条件和几何参数，通过无量纲量$r_c/δ$和$δ/w$，并提供指导方针，如何获得强大的，最佳的尖锐边缘声流。
2020-03-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Acoustic Streaming: An Arbitrary Lagrangian-Eulerian Perspective
我们使用ALE的角度分析声流流动。该制剂源于一个明确的分离的时间尺度导致两个子问题：一阶问题，制定在快速规模的流体位移方面，和制定在缓慢的时间尺度的拉格朗日流速方面的二阶问题。严格的时间平均程序后，二阶问题被证明是内在稳定的，并与精确的边界条件在振荡壁。此外，由于二阶问题直接求解拉格朗日速度，因此该公式不需要采用斯托克斯漂移的概念或任何相关的后处理，从而便于与实验进行直接比较。由于一阶问题是制定的位移场，我们的配方是直接适用于更复杂的微acosutofluidic设备中的流体-结构相互作用的问题。制定的博览会后，我们提出的数值结果，说明了制定相对于目前的方法的优势。
2016-10-01 physics.flu-dyn
Asymmetric steady streaming as a mechanism for acoustic propulsion of rigid bodies
最近的实验表明，可以利用驻波来诱导刚性金属颗粒在垂直于声波的方向上的自推进。在本文中，我们提出了一个物理机制，这些意见的基础上相互作用的惯性力在流体和几何不对称的颗粒形状。本文考虑轴对称刚性近球在静止流体中沿垂直于其对称轴的方向振动。振荡的运动学可以是规定的，也可以是由于外部振荡速度场的存在而动态产生的。流体中的稳定流动，即时间周期性振荡流的惯性整流，在颗粒上产生稳定应力，该应力通常不平均为零，从而导致沿着颗粒的对称轴并垂直于振荡方向的有限推进速度。我们的推导的推进速度得到领先的顺序在雷诺数和偏差的形状从一个球。我们的模型的结果是一致的实验测量，更一般地解释了如何从声场的时间周期性迫使可以利用产生自主运动。
2014-10-28 physics.flu-dyn
Cyclones and attractive streaming generated by acoustical vortices
声学和光学涡旋由于其利用辐射压力捕获和操纵粒子的能力而引起了人们极大的兴趣。在这里，我们表明，声学涡流也可以诱导轴向涡流，让人想起旋风的拓扑结构可以通过调整声束的属性进行控制。在受限的几何形状中，相位奇点使得能够产生具有朝向换能器的流动的吸引性流。这为非接触式涡流控制开辟了前景。
2014-07-25 physics.class-ph physics.flu-dyn
Effect of acoustic streaming on tissue heating due to high-intensity focused ultrasound
研究了高强度聚焦超声（HIFU）消融肝脏肿瘤过程中血管和聚焦位置对温度分布的影响。采用三维声-热-液力偶合器模型计算肝癌区域的温度场。该模型是基于线性Westerpyruvate和生物热方程以及非线性纳维-斯托克斯方程的肝实质和血管。在目前的HIFU模拟研究中也考虑了声流的影响。研究了不同血管直径和焦点位置。我们发现，从这个三维数值研究，在大血管的对流冷却和声流可以改变相当大的温度场和热损伤附近的血管。如果血管位于波束宽度内，则应考虑声流和血流冷却效应。在靠近血管壁的区域，考虑声流效应和不考虑声流效应的情况下的预测温差为54%。当考虑声流效应时，坏死体积可减少约30%。
2011-11-12 physics.flu-dyn physics.med-ph
A numerical study of thermoviscous effects in ultrasound-induced acoustic streaming in microchannels
我们提出了一个数值研究的热粘性效应的声流产生的超声驻波共振在一个长直微流体通道包含牛顿流体。这些影响主要通过流体粘度的温度和密度依赖性进入。由此产生的流的大小进行计算和数值特征，我们发现，即使是薄的声学边界层，通道的高度影响的流的大小。对于一个足够大的通道高度的特殊情况下，我们已经成功地验证了我们的数值与分析结果，从2011年Rednikov和Sadhal为一个单一的平面壁。我们分析了系统的时均能量输运和流体的时均二阶温度扰动。最后，我们在我们以前发表的数值方案，以提高数值性能的三个主要变化：（i）的时间平均的二阶方程中的一阶变量的时间平均产品已被改写为通量密度，而不是作为体力。(ii)有限元基函数的阶数以最佳方式增加。(iii)基于国际水和蒸汽性质协会（IAPWS 1995，2008和2011），我们为10 C至50 C温度范围内的水的所有相关热力学和传输参数提供了精确的温度多项式拟合。
2014-08-21 physics.flu-dyn
Influence of viscosity on acoustic streaming in sessile droplets: an experimental and a numerical study with a Streaming Source Spatial Filtering (SSSF) method
当声波在诸如液体的有损耗介质中行进时，它逐渐将其伪动量传递到流体，这导致稳定的声流。值得注意的是，该现象涉及声衰减和剪切之间的平衡，使得粘度在速度场的最终表达中消失。因此，在声流实验中，粘性的影响一直被忽略。在这里，我们的实验表明，粘度起着重要的作用，如在固着液滴中的表面声波诱导的流腔。我们开发了一个数值模型的基础上的空间过滤的流源项计算诱导流运动，大大降低了计算要求。我们的证据表明，在液滴声场是一个混乱的领域和一些强大的焦散线的叠加。焦散线似乎驱动流动，这允许对流动结构进行定性预测。最后，我们减少了问题的两个无量纲的数字有关的表面波和体波衰减和模拟半球形的固着液滴休息在锂的硼酸盐基板的参数范围。即使在这样的基线配置中，我们也观察到至少四种不同的流态。对于他们中的每一个，我们建立了一个相关的液滴中的平均流动速度，这是越来越依赖于体波衰减的粘度增加。这些相关性将我们的结果扩展到广泛的流体和驱动频率。
2016-05-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
High speed and acceleration micrometric jets induced by GHz streaming: a numerical study with direct numerical simulations
该研究通过高阶有限差分直接数值模拟，探究高频体声流产生高速微米级射流的机制，发现射流速度与频率呈幂律关系，且在高频下可实现兆重力级加速度。
2023-12-11 physics.flu-dyn
Stability of acoustic streaming jets
本文研究封闭圆柱腔内Eckart声流射流的稳定性，通过线性稳定性分析和三维非线性模拟，揭示了腔体与声束半径比决定主导不稳定模式及分岔机制，为声学控制受限流动和湍流诱导提供了基础见解。
2025-04-03 physics.flu-dyn
Outer streaming within a two-dimensional channel
声流是由振荡流中的非线性引起的净时均流。广泛的研究试图识别各种几何形状的系统中的声流的不同物理机制和类型。虽然在一个通道中的流保持一个最简单的几何形状，量纲分析的控制方程揭示了多个政权的流可能发生在一个通道内。在这项研究中，开发了一个框架，用于调查和理解的物理流制度在一个二维通道。通过采取不同的限制的无量纲数比发现的框架内，流模型在以前的作品中得到恢复，以证明不同的流制度内的通道。快速流的发病，然后分析的框架和非线性雷诺数，这表明是否流是慢或快，被发现为不同的物理流制度。因此，该框架为分析通道中的快速流媒体和多尺度系统中的流媒体提供了基础，同时将之前的流媒体模型组织到通道几何形状的物理频谱中。
2020-04-30 physics.flu-dyn
Viscoelastic control of acoustic particle migration and trapping in microchannels
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
研究粘弹性流体中声学辐射力与流体诱导拖曳的竞争作用，揭示粘弹性对粒子动态的调控机制，提出通过德布罗意数和粘性扩散数控制粒子迁移与捕获的新方法。
2026-05-09 physics.flu-dyn
Theory of Nonlinear Acoustic Forces Acting on Inhomogeneous Fluids
近年来，人们用平均欧拉压力假设解释了声场作用下非均质混相流体的流动抑制和迁移现象。在这封信中，我们表明，这一假设是不合理的，任何假设的平均欧拉压力是不必要的。我们提出了一个理论的非线性声学的非均匀流体的第一性原理，它解释了流动抑制和声学搬迁在微通道内的可混溶和不可混溶的非均匀流体。该理论预测了高阻抗流体向驻波压力节点的迁移，这与最近的实验结果一致。
2021-08-26 physics.flu-dyn
Acoustic streaming in 2D freely suspended smectic liquid crystal film
本文研究了在二维热致近晶相液晶自由悬浮膜中用低频强声波激发的水平流。声压引起薄膜的快速周期性横向振荡，由于流体动力学非线性，该振荡产生在相反方向上缓慢旋转的平面内静止涡对。本文提出了一种基于跟踪盘状岛状缺陷的涡流参数测量方法。只有当声压幅值超过阈值时，才发生水平运动，这可以用近晶薄膜的宾汉行为来解释。阈值以上的测量与现有的理论预测吻合得很好。我们已经通过实验证明，通过改变膜的声压、激励频率和几何形状，可以很好地控制面内流动。这些观察结果为在各种应用中使用这种现象开辟了一条道路。
2016-12-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Three-dimensional numerical modeling of surface acoustic wave devices: Acoustophoresis of micro- and nanoparticles including streaming
声表面波（SAW）器件是一类重要的声流体器件，其中声波沿着压电衬底的表面产生和传播。尽管它们的广泛使用，只有少数完全三维（3D）的数值模拟已在文献中。在本文中，我们提出了一个3D数值模拟考虑到机电场的压电SAW器件，在附加的弹性材料，其中的液体填充的微通道嵌入的声位移场，微通道内的声场，以及由此产生的声辐射力和流诱导的阻力作用于微和纳米颗粒悬浮在微通道中。一个特定的设备设计，其中的数值预测的声共振和声泳response的悬浮微粒在3D成功地与实验观察比较。模拟提供了一个物理解释的观察到的定性差异之间的设备与声学软盖和硬盖方面的行波和驻波，分别。模拟还正确地预测了所观察到的面内流动流动辊的存在和位置。所提出的仿真模型可能是有用的SAW器件的发展优化的各种声流任务。
2019-06-25 physics.app-ph physics.flu-dyn
Boundary streaming with Navier boundary condition
在涉及固体边界上的高频声波的微流体应用中，斯托克斯边界层厚度$δ$非常小，以至于在流体-固体界面处可能发生一些不可忽略的滑移。本文评估的影响，通过重温经典问题的稳态声流在一个平坦的边界与Navier边界条件$u|_{y=0} = L_\mathrm{s} \partial_y u|_{y=0}$，其中$u$是速度切线的边界$y=0$，和参数$L_\mathrm{s}$是滑移长度。边界层外的边界提供了有效的滑移速度。作为无量纲参数$L_\mathrm{s}/δ$的函数，获得了边界层外流动速度的一般表达式。特别是行波和驻波表明，边界滑移分别增加和减少流动速度。
2014-06-24 physics.flu-dyn
Size-dependent particle migration and trapping in 3D microbubble streaming flows
声致动固着气泡可以用作操纵微粒、囊泡和细胞的工具。在这项工作中，使用声学驱动的无座半圆柱形微泡，我们实验证明，有限尺寸的微粒进行尺寸敏感的迁移和捕获在三维空间中的特定位置具有高的再现性。颗粒的轨迹成功地再现被动平流的颗粒在一个稳定的三维流场增强与体积排斥的限制边界。对于不同的颗粒尺寸，这种体积排阻机制导致三个制度的性质不同的迁移行为，建议应用程序的分离，捕获和分选的颗粒在三维空间。
2020-11-19 physics.flu-dyn
Boundary streaming by internal waves
分层流体中的阻尼内波束通过类似于声流的机制产生强的平均流是众所周知的。虽然粘性边界层在声流中的作用已经得到了彻底的解决，但在内波的情况下，它仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们计算产生的平均流量接近起伏的墙壁，发出内部波的粘性，线性分层的二维Boussinesq流体。使用一个准线性的方法，我们证明了边界条件的形式显着影响所产生的边界流。在无滑移情况下，粘性边界层内的早期雷诺应力发散比体部内的雷诺应力发散强得多，同时也驱动相反方向的流动。无论边界条件如何，边界流动在较大的时间内都由整体流动主导。使用WKB的方法，我们调查的后果添加边界流效应的波平均流相互作用的理想化模型，已知重现准两年振荡的显着特点。波边界层的存在对流动逆转具有定量影响。
2018-09-25 physics.flu-dyn
Soft streaming -- flow rectification via elastic boundaries
粘性流动是利用微尺度惯性进行流动控制的有效机制。虽然流从刚性功能已被彻底调查，当身体顺应性涉及，如在生物设置，知之甚少。在这里，我们调查身体弹性的影响，在最小的情况下，一个浸没的软圆柱体的流。我们的研究揭示了一个额外的流动过程，即使在斯托克斯流。为先进形式的流动操纵铺平道路，我们说明了如何获得的见解可以转化为复杂的几何形状超越圆柱体。
2022-02-19 physics.flu-dyn
Computational study for investigating acoustic streaming and heating during acoustic hemostasis
National Taiwan University（国立台湾大学）；Sorbonne Universities UPMC Univ Paris 06 UMR 7598 Laboratoire Jacques-Louis Lions（索邦大学巴黎第六大学 UMR 7598 雅克-路易·利翁斯实验室）
本文通过建立数学模型研究声学止血中的声学流体与加热机制，采用非线性韦斯特沃勒特方程和生物热方程，分析声学流体和冷却效应，确定最优焦点位置和角度。
2014-11-24 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Acoustic-drift equation
本文的目的是推导出一个新的方程（\emph{acoustic-drift equation}（ADE）），描述了由声波产生的流动。我们考虑理想正压气体的声波作为零阶解，导出了一阶平均流方程。我们的渐近研究所使用的小参数是无量纲的反频率，和速度场的主导项被选为一个纯粹的振荡声场。所采用的数学方法结合了两个定时方法和一个杰出的限制的概念。利用双线性算子的性质简化了计算。导出的平均方程类似于原始涡量方程，其中雷诺应力已转化为附加平流与漂移速度。因此，ADE可以看作是Craik-Leibovich方程的可压缩版本。特别地，ADE表明，如果平均涡度在初始数据中不存在，那么它将总是等于零。这一性质证实了声流具有粘性。同时，ADE可以用于描述“强”声流流动发生的二次运动。
2012-06-06 physics.flu-dyn
Vortex elongation in outer streaming flows
我们研究的二次时间平均流（流）所产生的振荡圆柱体浸没在流体中，在高振幅强迫，使惯性效应是显着的。这种流动被分解为粘性的边界层流动，在那里产生涡量，以及更大尺寸的外部流动。我们在相对低粘度的条件下操作，使得边界层小于物体直径。而对于低Keulegan-Carpenter数（KC）（足够小的振幅），外部流的大小通常是物体的大小，在这里，我们表明，在足够大的强迫，外部流沿振动方向拉伸高达8倍，而流动仍然保持其轴对称性。我们通过PIV测量在前所未有的频率和振幅范围内量化伸长，使流动雷诺数达到比统一大得多的值。在粘性边界层外没有明显的非定常涡量分量，以及伸长长度与流动雷诺数成比例的事实表明，拉伸应该是由于流动本身对定常涡量的对流。
2020-01-04 physics.flu-dyn
Acoustic "distributed source" mixing of smallest fluid volumes
报道了小体积流体的声驱动混合。在混频器芯片上使用表面声波，将其转换为体波，并采用波导效应，使我们能够在大面积上分布一组用于声流的“虚拟源”。我们证明了我们的混合技术对于微阵列应用的适用性，用于混合微量滴定板中的各个孔，以及其它现有技术的杂交测定。
2003-06-10 physics.flu-dyn
Ultrasound-induced acoustophoretic motion of microparticles in three dimensions
我们推导出三维（3D）声泳运动的球形微粒在矩形微通道的解析表达式。该运动由声辐射力和声流诱导的拖曳力产生。与经典的瑞利流理论相比，我们的理论包括了微通道侧壁的影响。由此产生的预测同意以及与标称直径为0.537 μ m和5.33 μ m的聚苯乙烯球的声泳运动的数值和实验测量。三维粒子运动记录使用散光粒子跟踪测速控制的热和声学条件下，在一个长的，直的，矩形的微通道，在其横向驻波超声波共振模式与一个或两个半波长驱动。声学能量密度的校准原位基于测量的辐射为主的运动的大5-um-直径的颗粒，允许定量比较理论预测和测量的流动引起的运动的小0.5-um-直径的颗粒。
2013-03-01 physics.flu-dyn
Tip streaming from drops flowing in a spiral microchannel
这段流体动力学视频展示了水滴在对数螺旋形的微通道中被平均油流输送。通道形状意味着液滴在更靠近螺旋中心流动时经受增加的剪切和伸长。到达一个临界点时，在液滴后面观察到一个长的奇异尾巴，表明液滴正在加速。这就是所谓的“小费流”。
2008-10-09 physics.flu-dyn
Analytical solution for an acoustic boundary layer around an oscillating rigid sphere
流体动力学中的解析解可用于阐明复杂流动的物理特性，并可用作数值模型的测试用例。在这项工作中，我们提出的声学边界层，在可压缩流体中执行小振幅谐波直线运动的刚性球周围的发展的解析解。描述主流的数学框架与线性弹性固体中的波传播的数学框架相同，不同之处在于波数出现复数而不是实值。该解在特殊的极限条件下恢复到著名的经典解：薄边界层极限条件下的势流解、大球半径极限条件下的振荡平板解和无限声速不可压缩极限条件下的Stokes流解。作为分析结果，得到了稳态的二阶声流流动。该流动由雷诺应力张量驱动，该雷诺应力张量产生于围绕这样的刚性球体的轴对称一阶主流。这些结果是用对球的小振幅振荡有效的非线性纳维-斯托克斯方程线性化得到的。流动流服从时均Stokes方程，其体积力由Nyborg模型给出，其中上述可压缩牛顿流体中的主流用于估计时均体积力。数值结果，探索不同的制度的复杂的横向和纵波数的主要流动的特点。
2020-12-06 physics.flu-dyn
Arbitrary axisymmetric steady streaming: Flow, force and propulsion
在微观尺度上诱导混合的一种成熟的方法是利用稳定流动产生的流动。定常流动是一种经典的流体动力学现象，其中，在本体中或沿着边界的时间周期性强迫通过惯性增强以引起非零净流。基于简单几何强迫的经典工作，并由弹性胶囊和气泡的复杂形状振荡激发，我们开发了数学框架来量化具有任意轴对称时间周期边界条件的球体的稳态流。我们计算流动渐近小振幅振荡的边界中的限制，其中粘性渗透长度尺度远小于身体。在这种情况下，流动具有边界层结构，并且通过渐近匹配来求解流体运动。我们的结果，在无滑移边界条件的情况下，并扩展到包括振动自由表面的运动，恢复经典的工作作为特殊情况。我们说明了我们的解决方案给出的流结构，并提出了一个小规模的力生成和合成运动的应用我们的结果。
2015-11-30 physics.flu-dyn
Multi-curvature viscous streaming: flow topology and particle manipulation
粘性流是指当液体围绕浸没的微特征（通常是固体或气泡）振荡时出现的整流的稳定流动。这种特征局部集中应力的能力产生强烈的惯性效应，流体和浸没的颗粒都在短的长度（0（100）微米）和时间（毫秒）尺度内响应，使得粘性流可以说是在微尺度下利用惯性的最有效的机制。尽管有这种潜力，粘性流已经在相当狭窄的条件下进行了研究，主要是利用均匀曲率的物体（圆柱体，球体），其诱导流拓扑结构仅限于两种制度，传统上称为单层和双层制度。这严重限制了潜在应用的范围，并与惯性聚焦（可能是惯性微流体领域最重要的定义方法）形成鲜明对比，而具有多个曲率的边界长期以来一直用于放大惯性效应，扩展设计空间，并实现新的应用。在这里，我们证明了粘性流的多曲率方法大大扩展了可访问的流拓扑结构的范围。我们表明，数值预测，但从来没有实验观察到的，流动可以物理再现，计算工程，并反过来用于增强粒子操作，过滤和分离的紧凑，强大，可调和廉价的设备。总的来说，这项研究提供了一种途径，可以解锁粘性流的效用，并在制造，环境，健康和医学中具有潜在的应用，从颗粒自组装到微塑料去除。
2021-11-13 physics.flu-dyn
Shape curvature effects in viscous streaming
常曲率物体（圆柱体、无限大平板）产生的粘性流动已经得到很好的理解。然而，表征和了解这种流动时，涉及多个机构的长度尺度还没有仔细研究，在严格的细节。我们提出了一个简化的设置来理解和探索多个身体曲率对流动的影响，通过分叉理论的镜头分析系统。我们的设置包括周期性的，规则的晶格的圆柱体的特征在于由两个不同的半径，以便注入离散曲率到系统中，这反过来又影响由于振荡的背景流产生的流场。我们证明，我们的理解基于这个系统，然后可以推广到各种各样的个人凸形的曲率谱，解释以前的实验和计算观察。因此，这项研究说明了一个合理的操纵粘性流动拓扑结构的路线，通过调节对象的几何形状的变化。
2019-12-09 physics.flu-dyn
Three-dimensional geometry and topology effects in viscous streaming
本研究通过直接数值模拟和动力系统理论，系统分析了从球体到环形形状的三维黏性流，揭示了几何与拓扑变化对流动状态的影响，并利用分岔理论解释其起源。
2021-06-15 physics.flu-dyn
Streaming enhanced flow-mediated transport
我们研究了主动体（主）纯粹通过非接触式流动介导机制操纵被动体（从）的能力，其动机是微流体设备和医学（药物输送目的）中的潜在应用。我们扩展以前的作品上的主的线性运动叠加周期性振荡的主动-被动缸对。在粘性流体中，这样的振荡产生附加的粘性流场，其用于增强从传输。我们看到，叠加振荡鲁棒地改善了在雷诺数范围内的传输。与无振荡结果的比较突出了工作中的流动机制，我们利用它来设计（主）增强运输的几何形状。这些原则被发现延伸到三维主动-被动形状以及。
2018-09-12 physics.flu-dyn
Re-examining the boundary conditions in modelling SAW-driven acoustofluidic streaming
Key Laboratory of Modern Acoustics (MOE), School of Physics, Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University（南京大学现代声学重点实验室（教育部），物理学院，先进微结构协同创新中心）
本研究针对声表面波驱动声流控流动模拟中边界条件的敏感性问题，系统比较无滑移与斯托克斯滑移条件，发现后者能更准确复现实验流动特性，为相关模拟提供了边界条件选择的指导。
2025-11-16 physics.class-ph physics.flu-dyn
Streaming patterns in Faraday waves
法拉第不稳定性中的波型已经研究了几十年。除了可以在界面处的波上观察到的丰富的动力学，法拉第波下面隐藏着一系列难以捉摸的流动模式-或流动模式-直到现在还没有被详细研究。流动模式是造成流动中的净循环的原因，这让人想起对流单体。在这篇文章中，我们分析了这些流在法拉第波设置进行实验。为了使流动可视化，示踪剂用于生成轨迹图并通过粒子图像测速法（PIV）探测流动速度场。我们确定了三种类型的模式和实验表明，相同的法拉第波可以掩盖流模式，是定性非常不同。接下来，我们提出了一个三维模型，解释在准无粘流体的流动。我们表明，流内的流体产生的体积和边界层之间的复杂耦合。这种耦合可以考虑通过应用修改后的边界条件，在一个三维的Navier-Stokes公式中的大规模流动。基于该理论框架的数值模拟结果与实验结果具有良好的定性和定量一致性。他们还强调了流模式中三维效果的相关性。我们的模拟结果表明，各种实验模式与顶部界面的边界条件密切相关，这可能会受到沿表面存在的污染物的强烈影响。
2016-03-23 physics.flu-dyn
