Linear Stability of Hill's Vortex to Axisymmetric Perturbations
本文研究了Hill涡在轴对称扰动下的线性稳定性。鉴于希尔涡是一个自由边界问题的解决方案，这种稳定性分析是通过应用形状微分的方法，在三维轴对称几何形状的问题的轮廓动力学制定。这种方法使我们能够系统地解释边界变形对恒定环量约束下涡旋线性演化的影响。由此产生的奇异积分微分算子定义在涡边界上的离散与高精度的谱方法。该算子有两个不稳定和两个稳定的本征值，并由中性稳定本征值的连续谱补充。通过考虑一个家庭的适当的正则化（平滑）的本征值问题解决了一系列的数值分辨率，我们证明了相应的本征函数实际上是奇异的对象的形式的无限尖锐的峰值本地化的前部和后部的停滞点。因此，这些发现完善了Moffatt和Moore（1978）的经典分析结果。
2016-06-01 physics.flu-dyn
Linear Stability of Inviscid Vortex Rings to Axisymmetric Perturbations
本文研究了Norbury（1973）发现的无粘涡环族对轴对称扰动的线性稳定性。由于这些涡环获得的自由边界问题的解决方案，他们的稳定性分析是使用最近开发的方法的形状分化适用于轮廓动力学制定的问题，在三维轴对称几何形状。这种方法使我们能够系统地考虑边界变形对涡环线性化演化的影响。我们研究了假设与平衡配置中的涡环具有相同环流的扰动的瞬时放大。这些稳定性，然后确定由一个奇异的积分-微分算子定义在涡边界上的双曲平面的频谱。由此产生的广义特征值问题的数值求解与频谱精确离散。我们的研究结果表明，虽然薄涡环保持中性稳定的轴对称扰动，他们成为线性不稳定，这样的扰动时，他们是足够的“胖”。对本征模结构的分析表明，在薄涡和厚涡极限下，它们分别接近于朗肯涡和希尔涡的相应本征模。这项研究是一个垫脚石的方式对一个完整的稳定性分析的无粘涡环相对于一般扰动。
2019-06-10 physics.flu-dyn
Linear and Secondary Instabilities in Incompressible Axisymmetric Boundary Layers: Effect of Transverse Curvature
Tutty等人曾指出过圆柱轴向流中的不可压缩边界层。al.（\cite{tutty}）比二维边界层更稳定，其中螺旋模式是最不稳定的。本文研究了这种流动的二次不稳定性。这里所示的层流对于二次扰动在高横向曲率下总是稳定的，这与线性模态的类似观察结果一起意味着流过薄圆柱体的流动很可能保持层流。一对最不稳定的二次模（$m_+$和$m_-$）的方位波数与一次模（$n$）的方位波数有$m_+=2n$和$m_-=-n$的关系。基流在任何曲率下都是无粘稳定的。
2008-07-25 physics.flu-dyn
Global stability analysis of the axisymmetric wake past a spinning bullet-shaped body
本文分析了旋转弹形体轴对称绕流的全局线性稳定性，它是雷诺数$Re=w_{\infty}D/ν$和旋转参数$Ω=ωD/(2 w_{\infty})$的函数，范围为$Re<450$和$0\leqΩ\leq 1$。这里，$w_{\infty}$和$ω$分别是自由流和主体旋转速度，并且$ν$是流体运动粘度。得到的谱和本征函数使我们能够解释不同的分叉从以前的数值研究中观察到的轴对称状态。结果表明，在$Re-Ω$参数平面的不同区域，三个全局本征模（低频、中频和高频）变得不稳定.我们提供了精确的计算相应的中性曲线，划分为四个不同的区域的$Re-Ω$平面：稳定的轴对称流占上风足够小的值的$Re$和$Ω$，而三个不同的冻结状态，其中的尾流结构与身体在不同的角速度共同旋转，发生的LF，MF和HF模式的不稳定的后果。几个直接的数值模拟的非线性状态相关的MF模式，确定在这里的第一次，也报道补充线性稳定性的结果。最后，我们指出了一个重要的事实，即由于轴对称基流是$SO(2)$对称的，等变分岔理论意味着接近临界的弱非线性区必然是行波态。这些状态，以前被称为冻结唤醒在文献中，因此，从基流对称性的结果。
2014-04-03 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
SAGE-PINN: A Singularity-free Axisymmetric Geometry-Encoded Physics-Informed Neural Network for Axisymmetric Multiphysics Flow in Cylindrical Coordinates
Indian Institute of Technology Mandi（曼迪印度理工学院）
提出SAGE-PINN，通过变量替换和流函数表示消除轴对称柱坐标奇异性，无需标记数据即可模拟多物理场流动，在狭窄动脉纳米流体流动中验证，速度和温度误差分别低于1.6%和9.1%。
2026-10-08 physics.flu-dyn
Global stability analysis of axisymmetric boundary layer over a circular cone
本文给出了不可压圆锥体轴对称边界层的线性整体稳定性分析。底部流动被认为平行于入口处的圆锥轴线。迎角为零，因此底部流动是轴对称的。由于锥角的存在，有利的压力梯度沿流向发展。雷诺数根据入口处的锥体半径（a）和自由流速度（$U_{\infty}$）计算。基本流速剖面完全不平行且不相似。在球坐标系下，对扰动流量导出了线性化的纳维-斯托克斯方程。采用Chebyshev谱配置法对LNS进行离散。离散化的LNS与齐次边界条件一起形成了一般的特征值问题。Arnoldi的迭代算法用于一般特征值问题的数值解。计算了雷诺数为174 ~ 1046、半锥角为$2^o$、$4^o$、$6^o$和方位波数为0 ~ 5的情况下的整体时间模态。研究发现，由于有利的压力梯度的发展，在更大的半锥角$α$的整体模式更稳定。横向曲率的影响在较高的半锥角（$α$）下减小。本征模的空间结构表明流动是对流不稳定的。从$2^o$到$6^o$，空间生长速率（$A_x$）随着半锥角（$α$）的增加而增加。因此，在给定的雷诺数下，增加半锥角（$α$）的效果是降低全局模式的时间增长率（$ω_i$）并增加全局模式的空间增长率（$A_x$）。
2016-08-27 physics.flu-dyn
Impact of impellers on the axisymmetric magnetic mode in the VKS2 dynamo experiment
在2006年9月成功进行的VKS 2（冯卡门钠2）发电机实验中，观察到的磁场显示出很强的轴对称分量，这意味着流场的非轴对称分量正在起作用。通过模拟的感应效应的螺旋流动之间的叶轮的叶片在运动发电机代码，我们发现，轴对称的磁模式被激发，并成为主导的发电机阈值附近。控制参数是平均流的磁雷诺数、测量感应效应的系数、$α$和边界条件的类型（钢叶轮的真空和软铁叶轮的正常场）。我们表明，使用现实的$α$值，所观察到的临界磁雷诺数，$Rm^c \approx 32$，可以很容易地达到铁磁边界条件。我们推测，在这个实验中实现的发电机行动可能不相关的大部分流量的湍流，而是由叶轮引起的α效应。
2008-07-10 physics.flu-dyn
Linear Stability Analysis of convective flows in Rotating Baroclinic Annulus with Localized Peripheral Heating: A Floquet-BiGlobal Approach
Amrita Vishwa Vidyapeetham（阿姆里塔维迪亚佩塔姆大学）
本文采用Floquet-Bloch理论与BiGlobal特征值方法，分析了局部加热下旋转流体环的非轴对称基态线性稳定性，揭示了交叉模态斜压能量释放和剪切产生的不稳定机制。
2026-06-07 physics.flu-dyn
Axisymmetric Squirmers in Stokes Fluid with Nonuniform Viscosity
数值研究了粘性依赖于营养盐浓度的复杂流体中轴对称微游动体的纤毛运动和摄食。微型游泳者被建模为具有球形几何形状，并且纤毛跳动通过滑动速度来建模;即，适应蠕动者。在游泳和喂养的球形蠕动之间的耦合，它被发现，游泳速度和喂养的影响最大的非均匀的粘度环境时，对流力的比例，其特征在于由无量纲Peclét数，是温和的（$\text{Pe}\approx 10$）。这些变化与蠕动体表面压力的显著增加相关。扁球体的游泳和摄食变化比长球体更显著。最有趣的是，非平凡的对称滑移边界条件的表面上的蠕动，这导致在零净运动在恒定粘度的流体，可以产生非零的推进时，配对不对称的营养边界条件。对称流体边界条件可导致不对称推进的事实对复杂流体中的人工微型游泳者和其他低$\text{Re}$蠕动者的设计具有影响。
2019-04-01 physics.flu-dyn
Numerical investigations on interactions between 2D/3D conical shock wave and axisymmetric boundary layer at Ma=2.2
参考Kussoy等人的实验，对二维/三维锥形激波与轴对称边界层的相互作用进行了数值模拟和分析，其中激波是在15 °迎角（AOA）的管道中由15 °半角锥体产生的。本文基于RANS方程和Menter SST湍流模型，采用新开发的WENO 3-PRM 211格式和PHENGLEI CFD平台进行计算。首先，对与Kussoy等人的实验条件相对应的3D相互作用进行计算，然后将其推广到AOA = 10 °和5 °的情况。为了比较，2D轴对称对应的3D相互作用的研究与管同轴的锥体，并具有半锥角为27.35度，24.81度，和20.96度。计算了相互作用的激波结构、涡结构、变量分布和壁面分离拓扑。结果表明，在二维/三维相互作用中，出现了新的类马赫反射现象，在分离泡前缘上方产生了类马赫茎结构，这与Babinsky的二维平面激波/边界层相互作用模型不同。建立了一个新的交互模型来描述这种行为。管中周向不分离区长度与圆锥攻角之间的关系表明存在一个长度为零的临界攻角，并利用经验拟合得到了该攻角的预测值，并通过计算进行了验证。分析了迎风面侧溢的发生，得到了定量的认识。为了阐明三维相互作用的特点，涡的规模和结构，压力和摩擦力的分布，并与二维相互作用的比较。
2023-03-24 physics.flu-dyn
Influence of the approach boundary layer on the flow over an axisymmetric hill at a moderate Reynolds number
本文用大涡模拟方法模拟了中等雷诺数下三维山丘的绕流。模拟的主要目的是研究各种流入条件（边界层厚度和层流与湍流边界层）对山丘后方气流的影响。在所有模拟中，山后气流的主要特征相似，但观察到各种差异。下壁附近表面上流线（摩擦线）的拓扑结构与规定的入流条件无关，由四个鞍点和四个节点（其中两个是焦点）组成。在所有的模拟中，都可以观察到各种各样的旋涡结构，从山脚下形成的马蹄形旋涡到山脚下形成的训练大发夹形旋涡。在模拟中，在厚层流边界层的情况下，还观察到次级涡结构（即发夹涡）在山丘两侧形成，叠加在马蹄涡的腿上。在山丘下游足够远的地方，在对称平面处，发现平均速度和速度波动的均方根变得与流入条件准无关，而朝向两侧，山丘的影响减小，速度剖面恢复到流入时的主要值。
2017-08-23 physics.flu-dyn
Non-axisymmetric Magnetorotational Instabilities in Cylindrical Taylor-Couette Flow
我们研究了在方位角磁场存在下圆柱形泰勒-库埃特流的稳定性，并表明，一个获得非轴对称磁旋转不稳定性，具有方位波数m=1。当Ω_o/Ω_i仅略大于瑞利值（r_i/r_o）^[2]时，临界雷诺数和哈特曼数分别为Re_c ~ 10^3和Ha_c ~ 10^2，与磁普朗特数Pm无关。这些值足够小，因此在PROMISE实验设施中应该可以获得这些不稳定性。
2009-12-29 physics.flu-dyn
Symmetry breaking in a 3D bluff-body wake
本文研究了三维轴对称钝体尾流在低雷诺数区的动力学行为，在低雷诺数区，通过时空对称破缺发生转捩。线性稳定性分析，以确定与对称性破缺相关的临界雷诺数，以及相关的本征模式，称为全球模式。分析表明，轴对称稳定的底部流动打破了旋转对称性，通过一个干草叉$m=1$分叉，与以前报道的轴对称尾流的结果。在此阈值以上，稳定基流是稳定的，具有平面对称性的三维。一个三维的全球稳定性分析周围的稳定的反射对称的基流，假设没有均匀的方向，准确地预测的Hopf分叉阈值，这导致不对称的旋涡脱落。DNS模拟验证了稳定性的结果，并在早期的混沌政权的流拓扑结构的特征。
2017-03-21 physics.flu-dyn
Numerical study on the axisymmetric state in spherical Couette flow under unstable thermal stratification
本文数值研究了不稳定热分层条件下双同心球边界差分旋转之间的剪切流，即所谓的球形Couette流，重点研究了内半径与间隙宽度相当的宽间隙情况下的轴对称/非轴对称过渡边界。虽然在没有热因素的情况下，SCF的过渡已被实验证实，但对SCF的热不稳定性，特别是在宽间隙情况下与地球物理问题相关的知识不足，主要是基于数值分析，我们的动机是通过参数扩展来弥合知识差距。我们再次确认，在没有热效应的过渡是由一个干扰可视化为一个螺旋形图案与n臂延伸从赤道区的极点在每个半球，在临界雷诺数，Recr，如前所述。随着热因子的增加，浮力效应有助于系统旋转，触发向非轴对称状态的转变，导致相对减少的Recr。这与在低雷诺数下系统旋转通过科里奥利效应明显抑制向热对流态转变的结果相反。本研究阐明了轴对称状态的存在被限制在一个封闭的区域内的扩展参数空间，沿边界的螺旋图案实验观察到的SCF连续连接到经典的球形Benard对流状态。
2019-03-18 physics.flu-dyn
Transition scenario in hypersonic axisymmetrical compression ramp flow
在自由飞行马赫数为5、过渡雷诺数为1的条件下，对15 °轴对称压缩斜面引起的激波/过渡边界层干扰进行了高保真模拟。为了激发对流不稳定性，用白噪声扰动计算域的入口。相干结构提取使用频谱本征正交分解（SPOD），它给出了一个数学上的最佳分解的时空相关的结构内的流。平均流被用来进行预解式分析，以研究非正态线性放大机制。预解式分析和SPOD结果之间的比较提供了对流动中起作用的线性和非线性机制的见解。为了进行分析，将流动分成三个主要的感兴趣区域：附着边界层、混合层和再附着区域。所观察到的过渡过程是依赖于在边界层在很宽的频率范围内的斜模式的线性放大。这些模式非线性地相互作用以产生细长的流向结构，然后在域的其余部分中通过线性机制放大，直到它们在再附着区域中预锻。早期的非线性相互作用被发现是必不可少的过渡过程。
2020-09-17 physics.flu-dyn
Modeling and dynamics of axisymmetric thin liquid film flow along a conical surface
School of Engineering Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学工程科学学院）
本文研究了锥面流动中薄液膜的建模与动力学，发现自由表面曲率对稳定性阈值有关键影响，并通过低维模型分析了线性和非线性波的特性。
2026-02-10 physics.flu-dyn
Non-axisymmetric instability of shear-banded Taylor-Couette flow
最近的实验表明，剪切带流的半稀释蠕虫状胶束在泰勒-库埃特几何形状表现出流动的泰勒涡的形式不稳定。在这里，我们进行非轴对称的线性稳定性分析的扩散剪切带的Johnson-Segalman模型，并表明，这种不稳定性的性质取决于所施加的剪切速率。对于实验相关参数，我们发现，在应力平台的开始不稳定性是由带之间的界面，而大部分的应力平台是由高剪切速率带的体不稳定性。我们的工作显着改变了最近提出的剪切带流的轴对称分析的基础上的稳定性图。
2012-01-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Steady axisymmetric vortices in radial stagnation flows
本文提出径向驻点流中一类含体积线源的轴对称涡旋解，推广了Burgers和Sullivan涡旋，并发现广义Burgers涡旋在雷诺数超过临界值时对二维扰动不稳定。
2024-06-27 physics.flu-dyn
Stochastic Stabilization of Transient Axisymmetric Taylor-Couette Flow
构造的范式Navier-Stokes流模型，我们研究了随机强迫泰勒-库埃特系统在窄间隙限制，为了分析的同时影响的非保守（高斯）力和非线性扰动，在确定线性稳定性。我们的分析确定了关键的参数窗口内的模型显着保持其线性稳定性，即使对联合变化的随机强迫和非线性波动。我们确定这个功能作为一个{ \it潜在的普遍性}，我们然后利用回答难以捉摸的问题，最近突破性的吸积流模型如何保持其稳定性，即使在存在非线性扰动和非保守的随机强迫。我们的分析大纲超出了目前的模型研究，并奠定了一般的基础，分析稳定性的非线性剪切模型作用于外力和边界层不稳定。非线性扰动和非保守随机强迫的存在。我们的分析大纲超出了目前的模型研究，并奠定了一般的基础，分析稳定性的非线性剪切模型作用于外力和边界层不稳定。
2020-04-21 math.DS physics.flu-dyn
Structure of an axisymmetric turbulent boundary layer under adverse pressure gradient: a large-eddy simulation study
本文通过大涡模拟研究强逆压梯度下轴对称湍流边界层结构，揭示了速度剖面、自相似性、能谱双峰及湍流结构演化特征，并扩展了实验认知。
2025-01-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Experimental study of libration-driven zonal flows in non-axisymmetric containers
导致天体纵向天平动的轨道动力学也导致椭圆变形的赤道核幔边界。边界的非轴对称性导致了假设的刚性地幔和下伏低粘度流体之间的地形耦合，本文实验研究了非轴对称边界对纵向天平动驱动的纬向流的影响。对于足够大的赤道椭圆率，我们报告间歇性的空间填充湍流在特定频段的共振频率与较大幅度的纬向流。间歇性湍流的机制尚未明确确定。然而，最近在三轴和双轴椭球体中的数值模拟表明，它可能与椭圆不稳定性的增长和崩溃有关（Cebron等人，2012年）。在共振带之外，我们发现背景流是层流，带状流变得与一阶几何无关，这与Ekman边界层中的非线性机制一致（例如，Calkins等人; 2010，Sauret和Le Dizes，2012 b）。
2013-01-22 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Lattice-Boltzmann model for axisymmetric thermal flows
在这份简短的报告中，热格子玻尔兹曼（LB）模型的轴对称热流在不可压缩的限制。该模型基于双分布函数LB方法，该方法因其良好的数值稳定性而备受关注。与现有的轴对称热LB模型相比，该模型简单，并保留了标准LB方法的固有特征。本文对圆管内热发展层流流动和同轴竖直圆柱环隙内自然对流进行了数值模拟。模拟得到的努塞尔数与解析解和/或以前的研究报告的结果吻合得很好。
2009-05-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Non-axisymmetric modes in ultrathin annular liquid films coating a cylindrical fibre
本文分析了包覆圆柱纤维的环形液膜在范德华力作用下的三维稳定性，通过时间稳定性分析揭示了润湿与非润湿条件下主导失稳模式及最优轴向波数与时间增长率。
2023-11-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stability of an inviscid flow through a tube with porous wall
本文采用非定常Darcy方程研究了圆柱形多孔壁无粘流在非轴对称扰动下的时间稳定性。通过对多孔层扰动方程的积分，导出了流体与多孔层之间的扰动能量交换项的表达式，并利用该表达式证明了上述命题。通过圆柱形几何形状的流动中的不稳定性的存在的必要和充分条件被证明是$\frac{d}{dr} \left( \frac{r \frac{dV}{dr}}{n^2+k^2 r^2} \right) (V-V_I)<0$在流动中的某处，其中$V$和$V_I$是轴对称的基态速度分布和速度在流体-多孔层界面，分别。参数$k$和$n$分别是轴向和方位波数。此外，相位速度（$c_r$）和增长率（$k c_i$）的界限推导。推导出的命题是用来确定滑动库埃特，环形Poietille，哈根Poietille流与多孔壁的稳定性。分析表明，第一次，存在轴对称（$n=0$）和非轴对称（$n\neq 0$）模式的不稳定性在所有三个流。通过无孔壁管的Hagen-Poiffille流是线性稳定的。因此，这里预测的不稳定性仅仅是由于壁的多孔性质。预测的不稳定性的机制是流体和多孔层之间的扰动能量的交换。
2023-01-05 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Water entry and exit of 2D and axisymmetric bodies
本文致力于发展一个数值模型的水冲击的二维（2D）和轴对称机构与强加的运动。这项工作是第一步，实现了一个2D+T程序用于分析飞机开沟。该问题是在无粘性和不可压缩流体的假设下研究的，这是由一个完全非线性边界条件的自由表面的势流模型建模。非定常边界值问题的自由表面的数值求解通过边界元法，耦合到一个简化的有限元方法来描述射流的最薄的部分。该研究旨在描述进入和退出阶段。具体的数值解的开发，以解决出口阶段，并提高模型的稳定性。结果提出的自由表面形状，压力分布和水动力载荷作用在碰撞体。该模型用于研究二维楔形体和轴对称圆锥体的入水和出水，其数值或实验结果可在文献中找到。数值研究表明，所提出的模型准确地模拟了入口和出口阶段。对于出口阶段，它表明，所提出的模型，是完全非线性的，提供了一个更好的预测的负载和润湿面积相比，简化（分析）的方法。重力的影响，通常在文献中提供的方法中缺失，也进行了研究，显示它们是相当重要的，特别是在出口阶段。
2021-05-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
