Active Flow Control for Drag Reduction of a Plunging Airfoil under Deep Dynamic Stall
本文采用高保真度数值模拟方法研究了主动流动控制技术对SD7003翼型深动态失速的抑制作用。流动雷诺数为$Re=60{,}000$，自由飞行马赫数为$M=0.1$。数值模拟进行了有限差分求解器，采用高阶紧凑的差分格式，插值和过滤交错网格。网格收敛进行了研究，结果表明，良好的协议与现有数据的气动系数。不同的展向布置的致动器来模拟在翼型前缘的吹气和吸气。我们观察到，对于一个特定的频率范围内的驱动，平均阻力和阻力波动大幅减少，而平均升力保持几乎不受影响，特别是对于一个二维致动器设置。在此频率范围内，2D气流驱动破坏了动态失速涡流的形成，由于沿翼型吸力面朝向后缘区域的压力增加，导致阻力减小。同时，在靠近前缘的吸力面上的压力减小，从而增加升力并进一步减小阻力。
2019-07-11 physics.flu-dyn
Second-order sensitivity in the cylinder wake: optimal spanwise-periodic wall actuation and wall deformation
二维（2D）流动通过展向波度（即展向周期性（SP）壁吹/吸/变形）来有效控制。我们解决了全局线性稳定性的二维流动的小振幅三维SP控制。基于先前对并行流的工作（Boujo等人，2015），提出了一种用于计算二阶特征值灵敏度的伴随方法。这种控制具有零的一阶线性效应，因此二阶二次效应占优势。灵敏度算子允许（i）预测任何控制的效果而不计算受控流，（ii）计算生长速率/频率修改的最优控制。该方法利用展向周期性，以减少计算复杂性（从一个3D的问题，一个2D的）。将该方法应用于圆柱绕流层流的前沿特征值问题。两个SP控制探讨：壁驱动（吹/吸）和壁变形。分解的特征值变化，我们发现，3D的贡献（从SP一阶流修改）一般大于2D的平均流校正（展向不变的二阶流修改）。用于稳定的最优控制是自上而下对称的，导致尾流中的静脉曲张条纹。分析扩增和稳定之间的竞争，最佳的静脉曲张条纹没有显着比弯曲的放大，但有更强的稳定作用。最佳壁面变形引起的流动修改类似于最佳壁面驱动。一般而言，展向和切向驱动对最优控制的贡献很小，因此仅正常驱动是简单性和有效性之间的良好折衷。我们的方法开辟了一条道路，系统设计的最优SP控制的各种控制目标以外的线性稳定。
2019-10-03 physics.flu-dyn
Magnetohydrodynamic Viscous Flow Over a Shrinking Sheet With Second Order Slip Flow Model
本文用二阶滑移流模型研究了可渗透收缩表面上的磁流体动力学粘性流动。本文利用相似变量技术得到了纳维-斯托克斯方程精确解的封闭形式。详细研究了滑移、吸力和磁参数的影响。结果表明，存在两个解支，即上解支和下解支。通过图形讨论了不同滑移、吸力和磁参数值时的速度和剪应力分布的行为。
2014-05-29 physics.flu-dyn
Self-sustained large-scale motions in the asymptotic suction boundary layer
大尺度运动，又称超结构，是壁面湍流中与动力学相关的相干结构，沿壁面法线方向跨越整个区域，对整体能量和动量输运有重要贡献。最近的调查渠道和库埃特流，表明这些大规模的运动是自我维持的，这意味着他们不是由小规模的运动在墙上。然而，对于与许多应用有关的开放式边界层，大尺度运动是否是自我维持的，还没有得到回答。在这里，使用的渐近吸入边界层流的摩擦雷诺数$Re_τ= 1\,168$作为试验台，我们表明，大规模的运动是自我维持的边界层。与以前的调查，在受限流，这一观察提供了强有力的证据的强大和一般性质的相干自持过程中的湍流壁有界流。大规模的自我持续的过程中，涉及准流向相干条纹和旋涡的边界层内的增长，故障和再生的动态显示时间相位关系，让人想起在缓冲层结构中观察到的爆裂。然而，动力学不同的准周期性的大规模条纹涡再生周期中观察到的限制流。基于边界层中大尺度运动和小尺度缓冲层结构的动力学相似性，我们推测，爆发行为只与一个壁的动力学相关性有关，而两个限制壁导致准周期循环。
2020-04-19 physics.flu-dyn
Nonlinear optimal control of bypass transition using a receding horizon approach
本文用滚动时域方法研究了受一对自由流涡扰动的边界层绕流转捩的非线性最优控制。最优控制问题是用拉格朗日变分法求解的，该变分法产生一组伴随方程，用于获得最优壁激励（从位于过渡区的控制槽吹吸）。滚动时域方法使得能够在较长的时间段内应用控制动作，并且允许提取时间平均统计数据以及调查控制时隙下游的控制效果。结果表明，由于转捩仍在发生，控制流能量沿流向先减小后增大。最优控制速度的分布响应于控制槽上方和上游的流动活动。控制效果传播到槽的下游，并且流能量减少到计算域的出口。在控制区和缝槽下游的平均减阻率分别为55%和10%。控制机制进行了研究，通过检查二阶统计量和两点相关性。据发现，在上游（左）侧的槽，控制器抵消近壁的高速条纹，并减少湍流剪切应力，这是类似于在通道流的反对控制，由于时间平均控制速度是积极的，它更类似于吹只反对控制。在狭缝的下游（右）侧，控制器对上游和边界层内部产生的湍流斑的冲击做出反应（顶部-底部机制）。控制速度为正，且沿流向增大，流动行为与均匀吹风相似。
2018-09-22 physics.flu-dyn
Exponential Class of Similarity Solutions for the Hydromagnetic Falkner-Skan Equations
本文系统地研究了二维不可压缩粘性流场的定常磁流体边界层方程及相应的边界条件所允许的Lie点对称性。与以前的工作不同，外部速度和横向磁场的具体形式不是从一开始就假设的。以这种方式，一个全新的类的相似性减少的问题是派生的，应用领域具有指数性质。考虑拉伸、膨胀、喷射或抽吸，数值求解了壁面不同速度剖面下相应的磁流体Falkner-Skan方程。对于强磁场的一个系列的解决方案，推导出并用于调查的行为的表面摩擦相对于初始条件的扩张和收敛流。
2013-02-22 physics.flu-dyn
Component-wise outer similarity of turbulent boundary layers with strong adverse-pressure gradient
Beihang University (Beijing University of Aeronautics and Astronautics)（北京航空航天大学）
本研究针对宽范围APG与雷诺数，通过归一化各量至共同位置y_s，证实强逆压梯度下湍流边界层存在分量级外层相似性，为APG湍流模型评估提供参考。
2026-10-15 physics.flu-dyn
Slow flow in channels with porous walls
本文研究粘性不可压缩液体在恒定但任意截面形状的通道中的缓慢流动，其驱动力是通过多孔通道壁的非均匀抽吸或喷射。相似变换将纳维-斯托克斯方程简化为二维速度势的耦合方程组。当通道纵横比和雷诺数都很小时，问题归结为求解二维常强迫的双调和方程。在相应的边界条件下，求解多孔通道中的速度场就相当于求解均布载荷作用下简支薄板的竖向位移。这使我们能够提供其横截面为例如矩形或等边三角形的多孔通道中的流动的解析解，并提供将伯曼流动（《应用物理杂志》24（9），第1232页，1953）扩展到三维的一般框架。
2012-08-27 physics.flu-dyn
Nanofluid under Uniform Transverse Magnetic Field with a Chemical Reaction past a Stretching Sheet
分析了在横向均匀磁场存在下，粘性不可压缩导电纳米流体在考虑抽吸或注入的拉伸薄板上的稳态流动和化学反应.本模型的实验证明，揭示热泳和布朗运动的影响。研究了控制方程的相似解，并采用四阶龙格-库塔积分格式和打靶技术进行了数值求解。绘制了相关参数对速度分布、浓度分布和温度分布的影响曲线。讨论了局部摩阻系数、约化Nusselt数和约化Sherwood数等参数对计算结果的影响。实验装置显示与文献的结果吻合良好。
2017-12-20 physics.flu-dyn
Second-order adjoint-based sensitivity for hydrodynamic stability and control
基于伴随的灵敏度分析是目前常用的有效评估开环控制对不稳定流动线性稳定性的影响的方法。灵敏度图识别小振幅控制最有效的区域，即产生最大的一阶（线性）特征值变化。在这项研究中，提出了一种伴随方法计算二阶（二次）灵敏度算子，并施加到流动通过一个圆柱体，控制与稳定的体力或被动设备模型。无需计算受控基流和本征模即可获得二阶本征值变化图。对于有限的控制振幅，二阶分析提高了一阶预测的准确性，并告知其有效性范围，以及它是否低估或高估了实际的特征值变化。确定了控制具有很少或没有一阶效应但具有二阶效应的区域。在圆柱体尾流中，控制圆柱体的影响往往被一阶灵敏度低估，而包括二阶影响会产生更大的流动再稳定区域。二阶效应可以分解为两种机制：二阶基流修正和基流与本征模态的一阶修正之间的相互作用。两者在圆柱尾流的敏感区域中的贡献一般相等。利用二阶灵敏度算子，通过二次特征值问题计算使总二阶镇定最大化的最优控制。该方法适用于其他类型的控制（如壁吹/吸和形状变形）和其他特征值问题（如放大的时间谐波扰动，或预解增益，在稳定的流动）。
2021-06-17 physics.flu-dyn
Finite-rate chemistry effects in turbulent hypersonic boundary layers: a direct numerical simulation study
采用直接数值模拟方法研究了高焓效应对高超声速湍流边界层的影响。本文用五组分化学反应模型模拟了自由流马赫数马赫数等于10的准绝热平板空气流，直至充分发展的湍流条件。基于冻结化学假设的同伴DNS也进行了，为了隔离有限速率化学反应的影响，并评估其对湍流量的影响。为了减少与计算域入口处湍流生成相关的不确定性，两种模拟均在层流区域启动，并使流动发展到完全湍流状态。通过局部抽吸和吹扫的模态强迫用于触发层流到湍流的转变。在包括粘性和缓冲子层的近壁区域中达到的高温激活氧和氮的显著解离。这又改变了反应混合物的热力学和传输性质，影响热力学量的一阶统计。由于化学反应在向前方向上的吸热性质，反应层中的温度和密度波动小于冷冻化学品流中的温度和密度波动。然而，一阶和二阶统计的速度场被发现是受化学反应的影响很小的缩放，占修改后的流体性质。我们还观察到，强雷诺类比（SRA）仍然很受尊重，尽管严重的高超音速条件下，计算的表面摩擦系数分布匹配以及扩展到可压缩流的Renard-Deck分解的结果。
2021-03-30 physics.flu-dyn
Controlling the onset of turbulence by streamwise traveling waves. Part 2. Direct numerical simulations
这项工作建立在并证实了本文第1部分的理论发现，Moarref & Jovanović（2010）。我们使用的纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟来评估吹和吸的有效性，在流向行波的形式来控制通道流中的湍流的发生。我们强调修改后的基流的动态速度波动和净功率平衡的影响。我们的模拟验证了第1部分的理论预测，即上游行波促进湍流，即使当不受控制的流保持层流。另一方面，具有在第1部分中选择的参数的下游行波能够减小波动的动能，从而维持层流。在由固定压力梯度驱动的流动中，相对于不受控制的湍流，下游波可以实现高达25%的正净效率。此外，我们还发现，这些波也可以在低雷诺数下重新层化充分发展的湍流。我们的结论是，在第1部分中发展的理论的线性化流动方程的不确定性有相当大的能力来预测全尺寸的现象。
2010-06-23 math.OC physics.flu-dyn
Active control of liquid film flows: beyond reduced-order models
强大而有效地控制非线性系统动态的能力是当前许多技术挑战的核心，从药物输送系统到确保飞行安全。大多数这样的场景太复杂，无法直接处理，降阶建模被用来创建目标系统的可行表示。简化的设置允许开发严格的控制理论方法，但其效果的传播回到层次结构并进入现实世界的系统仍然是一个重大的挑战。使用规范的设置下的积极的闭环控制的吹吸形式的反馈控制的作用下，一个斜面下降的液膜，我们开发了一个多层次的建模框架，包含分析模型和直接的数值模拟作为一个在硅片上的实验平台。构建战略在廉价的较低层次的层次结构中，我们发现，离线控制转移是不可行的，但分析知情的反馈策略显示出良好的潜力，甚至远远超出了预期的适用范围的模型。控制的稳定性和治疗的非线性方面的详细影响进行了详细研究，以获得内部流的信息传递的理解，这可以帮助过渡到其他控制丰富的框架和应用程序。
2021-02-14 math.OC physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of two boundary layers with the same pressure distribution but different surface curvatures
本文通过一对直接数值模拟，在相同压力分布下对比不同表面曲率对湍流边界层的影响，揭示了凸曲率显著降低表面摩擦并形成薄内部层，而凹曲率适度提高表面摩擦，同时指出现有湍流模型在预测曲率效应方面存在不足。
2024-08-31 physics.flu-dyn
Comment on "The effect of variable viscosity on the flow and heat transfer on a continuous stretching surface"
沿等温、不断运动平板的强迫对流问题是流体力学的一个经典问题，Sakiadis（1961）于1961年首次解决了这个问题。此后，对于这类边界层问题的不同方面，已经得到了许多解。已经出现的解决方案包括传质、改变板速度、改变板温度、在板处流体喷射和流体抽吸。Hassanien（1997）的工作属于上述一类问题，包括线性变化的速度和流体粘度随温度的变化。考虑到粘度与温度成反函数关系，得到了相似解。然而，普朗特数，这是一个函数的粘度，已被认为是恒定的整个边界层。文献中已经证实，恒定普朗特数的假设会导致不切实际的结果（Pantokratoras，2004，2005）。本文的目的是得到的结果，同时考虑粘度和普朗特数变量跨越边界层。在某些情况下，这两种方法的差异非常大。
2007-03-02 physics.flu-dyn
