Diffusive Boltzmann equation, its fluid dynamics, Couette flow and Knudsen layers
本文构造了一个多分子随机过程，它在适当的极限下导出Boltzmann方程，并且不同于确定性的真实气体动力学过程。我们通过一个合适的扩散过程，这是在多尺度均匀化极限得到的近似的统计差异的两个过程。由此产生的玻尔兹曼方程获得一个新的空间扩散项，随后在相应的流体动力学方程中表现出来。通过对氩和氮的Couette流动的数值实验，检验了扩散流体动力学方程的Navier-Stokes和Grad封闭性，并与相应的直接模拟蒙特卡罗（DSMC）计算结果进行了比较.我们发现，成熟的努森速度边界层开发与所有测试封闭时，粘度和扩散率适当缩放在附近的墙壁。此外，我们发现，平行于流动方向的热通量的分量是可比的大小，其横向分量附近的墙壁，和非平衡梯度封闭近似这种平行的热通量具有良好的精度。
2017-01-26 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Theoretical framework to surpass the Betz limit using unsteady fluid mechanics
贝兹极限表示入射到能量转换装置上的可从无界流提取的动能通量的最大比例。Betz极限的推导需要假设通过在流向方向上静止的假想致动器盘的稳定流。本文的推导放宽了定常流动和流向作动盘平稳性的假设，扩展了作动盘上下游流动条件的物理可实现参数空间。这种概括的一个关键后果是存在不稳定的运动，可以，在原则上，导致能量转换效率超过贝兹限制，不仅瞬时，而且在时间平均性能。这些非定常运动的潜在物理实现的推测。
2019-12-29 physics.flu-dyn
Unsteady and inertial dynamics of an active particle in a fluid
众所周知，Stokes流的可逆性使得小微生物难以游动。惯性效应打破了这种可逆性，允许新的推进和喂养机制。因此，了解非稳态和流体惯性对流动中微生物动力学的影响是很重要的。在这项工作中，我们将展示如何将已知的惯性效应从被动粒子转化为主动粒子。该方法依赖于Legendre和Magnaudet（1997）早先使用的一个原理，利用小的惯性效应由扰动流的远场决定这一事实，从固体球上的惯性阻力推导出对气泡升力的惯性修正。该方法允许例如计算不稳定流体加速度对能动生物体的惯性效应，以及这种生物体在稳定剪切流中经历的惯性力。我们解释了为什么该方法不能描述对流流体惯性的影响。
2022-06-20 physics.flu-dyn
Fluid Deformation in Random Unsteady Flow
本研究针对随机非定常流动中的流体变形问题，建立了基于布朗过程的简单随机模型，推导了相关解析表达式，并通过高雷诺数湍流DNS验证了模型的有效性与准确性。
2025-10-02 physics.flu-dyn
Non-equilibrium evaporation of Lennard-Jones fluids: Enskog-Vlasov theory and Hertz-Knudsen model
Center for Interdisciplinary Research in Fluids, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所流体交叉研究中心）；School of Engineering, The University of Edinburgh（爱丁堡大学工程学院）；School of Engineering Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学工程科学学院）
本文提出了一种针对真实流体的分子动力学模型，用于研究非平衡蒸发现象，验证了经典Hertz-Knudsen关系的局限性。
2026-03-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Non-ideal gas dynamics under confinement: rarefaction effect, dense effect and molecular interaction
通过简化的表面受限非均匀流体动力学模型，研究了体积排斥和长程分子间吸引的影响。分别用Boltzmann方程、Enskog方程和简单动力学方程模拟了理想气体、硬球流体和实际气体的气体动力学。对于理想气体，只有努森极小值出现，而对于硬球流体和实际气体，在一定的限制条件下，努森极小值和努森极大值都出现，超过该限制条件，努森极小值和努森极大值可能消失。Boltzmann方程和Enskog方程分别高估和低估了受限条件下真实气体动力学的质量流率，其中体积排阻和分子间的长程吸引势是不可调和的.随着通道宽度的增加，硬球流体和真实气体的气体动力学行为逐渐趋于玻尔兹曼预言。密度不均匀性对约束流动的影响随着固相率的增大而增大。在恒定约束条件下，真实气体会发生反常滑移。在较小的努森数（较大的固体分数或通道宽度）的流动贡献更实际的传质量，虽然稀疏效应在较大的努森数更突出。温度对理想气体和硬球流体的密度和速度分布没有影响，但随着温度的升高，实际气体分子间的能量参数减小，实际气体动力学趋于硬球流体动力学。
2020-05-19 physics.flu-dyn
Comments on: "Starting solutions for some unsteady unidirectional flows of a second grade fluid," [Int. J. Eng. Sci. 43 (2005) 781]
在最近一篇关于二级流体振荡流的高引用率论文[Fetecau & Fetecau（2005）]中，确定并纠正了一个重要的数学错误。国际工程科学杂志，43，781- 789]。修正后的解与有限差分格式的数值解一致，而Fetecau & Fetecau的原解不一致。一个列表中的其他最近的文件在文献中犯的错误，在这篇评论中纠正汇编。最后，对该刊相关错误论文进行了总结，作为附录.
2011-11-18 physics.flu-dyn
On the relative importance of second-order terms in relativistic dissipative fluid dynamics
在Denicol等人的研究中，Phys.Rev.D85，114047（2012）中，相对论耗散流体动力学的运动方程是从相对论玻尔兹曼方程导出的。这些方程包含大量的克努森数、雷诺数倒数或它们的乘积的二阶项。克努森数中的二阶项产生非双曲（因此是非因果）行为，在相对论耗散流体动力学的（数值）解中必须忽略。在上述参考文献中，在无质量玻尔兹曼气体的极限下，克努森数和雷诺数的倒数的乘积的数量级的项的系数已经被明确地计算。逆雷诺数中的二阶项来自玻尔兹曼方程中的碰撞项，在局部热力学平衡中偏离单粒子分布函数扩展到二阶时。在这项工作中，我们计算这些二阶项的无质量玻尔兹曼气体具有恒定的散射截面。因此，我们评估它们的相对重要性相比，这是克努森和逆雷诺数的产品的顺序的条款。
2014-03-06 hep-ph nucl-th physics.flu-dyn
The flow and heat transfer in a viscous fluid over an unsteady stretching surface
本文研究了粘性流体在水平薄片上的流动与传热。片材的拉伸速率和温度随时间变化。通过相似变换，将动量和热能的控制方程化为常微分方程。这些方程近似求解的最优同伦渐近方法（OHAM），这为我们提供了一个方便的方法来控制逼近解的收敛性，并调整收敛严格时，必要的。算例结果表明，该方法简单有效。
2015-05-15 math.DS physics.flu-dyn
Unsteady Hydromagnetic Flow of Viscoelastic Fluid down an Open Inclined Channel
本文研究了在重力作用下，沃尔特流体（B '型）沿宽度为2a、深度为d的倾斜明渠流动的非定常磁流体流动，明渠的槽壁在均匀横向磁场的作用下垂直于底部表面。沿流动方向在自由表面上施加均匀的切向应力。我们用拉普拉斯变换和有限傅立叶正弦变换技术计算了速度分布。采用不同形式的随时间变化的压力梯度g（t），即，i）常数ii）时间的指数递减函数和iii）时间的余弦函数。讨论了磁参数M、雷诺数R和粘弹性参数K对三种不同情况下速度分布的影响。
2011-08-26 cs.CE physics.flu-dyn
Steady \& unsteady fluidised granular flows down slopes
流化床是一种由从下方通过的气流支撑颗粒床重量的过程。当流化的材料沿斜坡向下流动时，运动的动力学与非流化的对应物不同，因为不再需要颗粒搅拌来支撑流动层的重量。相反，重量由施加的气流承担，这导致流动性大大增加。在本文中，开发了一个框架来模拟这两个阶段的运动，结合动力学理论的描述所产生的颗粒应力的流动。除了计算充分发展的流量的数值解，它表明，足够厚的流量往往是一个局部的生产和耗散的颗粒温度之间的平衡。这种现象允许渐近减少的完整的控制方程和识别的一个简单的状态，其中的流量的体积分数是均匀的。该模型的结果进行了比较与新的实验测量的内部速度分布的稳定的颗粒流下坡。覆盖的距离与时间的不稳定颗粒流的斜坡和沿水平表面和它们的形状也进行了测量，并与理论预测开发的流量是薄的相对于它们的流向范围。对于水平流，人们发现，除了基础阻力，需要从侧壁的阻力，以准确地捕捉到当前的前端位置和深度的非定常演变和侧壁阻力占主导地位的情况下，相似的解决方案被发现的实验测量的运动。
2017-06-19 physics.flu-dyn
Nanoscale simulation of shale transport properties using the lattice Boltzmann method: permeability and diffusivity
基于四川盆地泥页岩样品的扫描电子显微镜（SEM）图像，重建了泥页岩的孔隙结构。对纳米级改造页岩进行了表征分析，包括孔隙度、孔径分布、比表面积和孔隙连通性。采用多重弛豫时间（MRT）格子玻尔兹曼方法（LBM）流体流动模型和单弛豫时间（SRT）LBM扩散模型分别模拟了重构页岩中流体流动和努森扩散过程。弯曲度，固有渗透率和有效努森扩散系数的数值预测。该方程的弯曲度比Bruggeman方程中常用的弯曲度大得多。考虑到努森扩散的贡献，导致表观磁导率的固有磁导率的校正，进行。估算了不同努森数和压力下的修正系数，并与文献中已有的修正系数进行了比较。对于所研究的宽压力范围，校正因子总是大于1，表明努森扩散总是在页岩气的传输机制中起作用，在本研究中研究的页岩。修正系数的值大多位于过渡区，没有观察到达西流区。
2014-10-08 physics.flu-dyn
Finite Volume Graph Network(FVGN): Predicting unsteady incompressible fluid dynamics with finite volume informed neural network
本文提出有限体积图网络FVGN，将有限体积物理约束纳入图神经网络损失函数，并采用两次消息聚合机制，以更低训练成本提升非定常不可压缩流动及边界层预测精度与几何泛化能力。
2024-03-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
On the unsteady and lineal translation of a sphere through a viscoelastic fluid
本文用解析方法研究了由Johnson-Segalman和Giesekus模型描述的固体球形颗粒在粘弹性流体中的非定常线性平移。压力场、速度场以及粒子所受力的解在Weissenberg数中展开为幂级数。的动量平衡和本构方程的渐近求解一个稳定的平移粒子到二阶的粒子速度，并在频域中的压力和速度的重新缩放是用来与稳定的线性平移的解决方案，为非稳定的线性平移。在第三阶的粒子速度的不稳定力，然后计算通过应用洛伦兹互易定理，它表明，这种弱非线性的贡献力可以表示为一个Volterra级数的一部分。通过一系列的例子，它表明，截断表示的Volterra系列，它可以被操纵来描述的速度方面施加的力，是有用的分析特定的时间依赖性粒子运动。使用这种关系研究的两个例子是突然开始运动的粒子上的力和粒子对突然施加的稳定力的响应速度。此外，还计算了粒子被简谐势阱捕获后在流体中作直线运动时的弱非线性响应。这是一个模拟主动微观流变学实验，并可以用来解释弱非线性响应如何表现在主动微观流变学实验与球形探针。
2021-06-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Grad's Distribution Function for 13 Moments based Moment Gas Kinetic Solver for Steady and Unsteady Rarefied flows: Discrete and Explicit Forms
稀薄流的有效模拟在实际工程应用中引起了广泛的兴趣。在本文中，我们提出了基于13矩的矩气体动力学求解器（G13-MGKS）的Grad分布函数，并基于有限体积框架下离散Boltzmann方程的矩积分推导了宏观控制方程。该方法可以直接从细胞界面周围点的Boltzmann积分方程重构细胞界面上与宏观变量、应力和热流有关的数值通量，从而避免了矩量法中复杂的偏微分方程和繁琐的边界条件处理.同时，给出了数值通量的显式表达式，使求解器从分子速度空间的离散和数值求和中解放出来。为了评估本框架中的13个时刻的梯度分布函数，G13-MGKS与离散和显式形式的数值通量进行了检查，通过几个测试用例，涵盖定常和非定常稀薄流。数值结果表明，G13-MGKS能较准确地模拟连续流场，对中等Knudsen数的稀薄流场也能给出合理的预测。此外，计算和内存成本的测试表明，该框架可以保持高效的特性。
2022-07-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Boundary Effects on Ideal Fluid Forces and Kelvin's Minimum Energy Theorem
本文利用开尔文最小能量定理研究边界对理想流体力的影响，证明附加质量在边界存在时总是增加，并给出非定常力可为吸引性以及伯努利吸盘定常力可变为排斥性的几何构型。
2023-02-27 physics.flu-dyn
Fluid transport and mixing by an unsteady microswimmer
我们研究了流体漂移，由于一个时间依赖的哑铃模型的微型游泳。该模型捕捉到的重要方面，如一个时间依赖性的鞭毛运动和一个无滑体的真正microswimmer。该模型由一个刚性的球体的身体和一个随时间变化的移动Stokeslet代表鞭毛。我们分析了理想化的流体粒子的路径由游泳者取代。该模型的简单性允许一些渐近计算非常接近和远离游泳者。靠近游泳者的颗粒的位移以类似于孤立的无滑移球体的方式发散，但是由于鞭毛的作用而具有较小的系数。远离游泳者，时间依赖性变得可以忽略不计，因为两者都非常快并且随着距离而衰减。最后，我们计算粒子位移的概率分布，发现我们的模型比以前的稳定模型有更胖的尾巴，由于存在一个无滑动表面，拖动粒子。
2016-07-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Collective Dynamics of Interacting Particles in Unsteady Flows
本文利用Fokker-Planck方程及其矩方程研究了一维非定常流动中相互作用粒子的集体行为。粒子根据长程吸引和短程排斥势场（称为Morse势）相互作用。我们假设粒子和它们的载体流体之间的斯托克斯拖曳力，并找到解析单峰旅行的解决方案的粒子的空间密度在灾难阶段。在稳定的流动条件下，颗粒的流动速度是相同的，他们的载体流体，但我们表明，颗粒流是异步的不稳定的载体流体。在非定常条件下，利用线性摄动分析研究了行波解的稳定性。结果表明，由此产生的色散关系是一个积分方程的Fredholm型，并产生两个一般家庭的稳定模式：奇异模式的特征值形成一个连续谱，和有限数量的离散的全球模式。取决于阻力系数的值，稳定模式可以是过阻尼、临界阻尼或衰减振荡波。通过对完全非线性Fokker-Planck方程的数值求解，证实了线性微扰分析的结果。
2014-08-04 math.DS physics.flu-dyn
Adaptive wave-particle decomposition in UGKWP method for high-speed flow simulations
基于波粒分解，发展了统一的气体动力学波粒方法（UGKWP）。UGKWP方法捕获的传输过程中的所有流态没有动力学求解器的约束的数值网格大小和时间步长小于颗粒的平均自由程和碰撞时间。在目前的UGKWP方法中，细胞的克努森数，定义为碰撞时间的数值时间步长的比率，用于分配波粒分解中的组件。然而，在UGKWP中，粒子的自适应主要是为了捕获非平衡输运，单凭细胞的努森数不足以识别非平衡态。例如，在具有麦克斯韦分布函数的平衡流态中，即使在大单元格的努森数下，仍然可以通过Navier-Stokes解算器来模拟流动演化。因此，为了进一步提高效率，自适应UGKWP（AUGKWP）的方法将开发与引入一个额外的本地流变量梯度依赖的努森数。因此，UGKWP中的波粒分解将由单元和梯度的克努森数决定，并且UGKWP中的粒子仅用于捕获非平衡流动输运。AUGKWP变得更有效，比以前的一个与细胞的克努森数只在确定波粒组成。为了验证AUGKWP方法的准确性和有效性，进行了包括Sod管、激波结构、圆柱绕流、返回舱绕流和喷管非定常羽流等在内的数值试验。与原UGKWP相比，AUGKWP在模拟多流型共存的流动时具有相同的精度，但在内存减少和计算效率方面具有优势。
2023-03-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A single oblate spheroid settling in unbounded ambient fluid: a benchmark for simulations in steady and unsteady wake regimes
我们已经进行了光谱/光谱元素模拟的一个单一的扁球体与小的几何纵横比解决在一个无界的环境流体，伽利略数的范围内涵盖了各种制度的运动（稳定的垂直，稳定的倾斜，垂直周期和混乱）。所提供的高保真数据包括颗粒数量（混沌情况下的统计数据），以及流量剖面和压力图。参考数据可用作其他数值方法的额外基准，其中对特定目标参数点进行仔细的网格收敛研究通常是有用的。我们进一步描述了一个特定的浸入边界法（Uhlmann，J. COMPUT. Phys，209（2）：448- 476，2005），以使得能够跟踪非球形颗粒。最后，参考情况下，计算与此沉浸边界方法在不同的空间和时间分辨率，网格收敛性讨论了各种制度的球体粒子运动。交叉验证的结果可以作为一个指导方针的设计与类似的非一致性方法的帮助下，涉及球形粒子的伽利略数${\cal O}(100)$的模拟。
2020-11-15 physics.flu-dyn
Unsteady fluid--structure interactions in a soft-walled microchannel: A one-dimensional lubrication model for finite Reynolds number
本文建立了一个考虑横向弯曲刚度和非线性轴向拉伸的梁方程与二维不可压纳维-斯托克斯方程沿通道高度深度平均得到的一维流体模型耦合的一维非定常流体-结构相互作用（FSI）模型。具体地，纳维-斯托克斯方程在与微流体相关的粘性润滑极限中缩放。由此产生的一组耦合的非线性偏微分方程数值求解，通过隔离的方法，采用全隐式时间步进。我们通过改变简化雷诺数$Re$（这必然改变Strouhal数$St$）来探索该示例微通道系统的静态和动态FSI行为，同时我们保持几何形状和修改的无量纲杨氏模量$Σ$固定。在稳定状态下，数量级分析（平衡论证）表明，在流中的轴向平均压力，$\langle P\rangle$，表现出两种不同的缩放制度，而通道的顶壁的最大变形，$H_{\mathrm{max}}$，可以落入四个不同的制度，这取决于$Re$和$Σ$的大小。这些制度的物理解释是由于流体流动中的惯性力和粘性力之间的竞争，以及在弹性壁的弯曲阻力和张力。最后，通过模态分析评估了稳定膨胀微通道形状的线性稳定性，显示了许多高度振荡但稳定的模式的存在，这进一步突出了模拟非稳态FSI的计算挑战。
2020-05-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Unsteady laminar pipe flow of a Carbopol gel. Part I: experiment
本文对屈服应力剪切变稀流体（Carbopol- 980）的低雷诺数非定常管流进行了实验研究。对存在和不存在壁面滑移的流变流动中的固-流转变的研究揭示了不可逆变形状态与壁面滑移现象之间的耦合。特别地，壁滑移的存在几乎抑制了与流变滞后相关的变形功率赤字随材料受力速率的缩放。不可逆的固-流转变和壁面滑移行为出现在相同的施加应力范围内，因此，这两种现象似乎是相互耦合的。在增加/减少阶梯压力斜坡过程中进行的流场的原位测量揭示了三种不同的流态：固体（塞状），固体-流体和流体。与压力斜坡的增加/减少分支期间观察到的滞后相关的变形功率赤字揭示了对不稳定流驱动速率的依赖性，该速率与存在滑移的流变学测量期间观察到的速率一致。滑移速度对壁面剪应力的依赖性揭示了仅在流体流动状态内的Navier型滑移行为，这表明壁面滑移现象直接耦合到固-流转变。滑移速度与壁面速度梯度的普遍标度被发现和滑移长度是独立的特征时间强迫t0。论文最后讨论了主要发现及其对我们目前对Carbopol凝胶屈服和滑动行为的理解可能产生的影响。提出了几个步骤值得追求未来的实验/理论研究。
2013-01-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The unsteady overtopping of barriers by gravity currents and dam-break flows
本文通过浅水模型和复杂边界条件研究重力流与溃坝流越顶障碍物的非定常过程，分类了越顶模式，量化了截留体积，并揭示了Boussinesq重力流和陆上溃坝流中流体逃逸的关键比例条件。
2023-03-02 physics.flu-dyn
Reduced-order modeling of unsteady fluid flow using neural network ensembles
University of Michigan（密歇根大学）；Autodesk Research（欧特克研究中心）
本文提出CAE-eLSTM ROM框架，结合CAE空间重建与bagging LSTM集成预测，以缓解非定常流体降阶建模中的长时误差传播。
2024-08-08 cs.LG physics.flu-dyn
A new prediction method of unsteady wake flow by the hybrid deep neural network
由于非定常流动的高维性和非线性特征，如何快速准确地预测非定常流动成为流体动力学的一个严峻挑战。设计了一种新的混合深度神经网络（DNN）结构，用于直接从高维非定常流场中捕获非定常流的时空特征。混合深度神经网络由卷积神经网络（CNN）、卷积长短期记忆神经网络（ConvLSTM）和去卷积神经网络（DeCNN）构成。以不同雷诺数下的圆柱绕流和高雷诺数下的翼型绕流为例，分别建立了用于训练网络的数据集。然后通过预测未来情况下的流场来测试训练的混合DNN。使用训练的混合DNN预测的流场与计算流体动力学求解器直接计算的流场吻合良好。
2019-08-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Transport between two fluids across their mutual flow interface: the streakline approach
具有相互界面的两种不同的可混溶流体之间的混合必须通过穿过该流体界面的流体输送来引发，例如通过施加不稳定速度搅拌来引起。通常，流体之间的这种物理流动障碍不需要与极值或指数吸引相关联，这可以通过对流体速度应用拉格朗日相干结构、有限时间李雅普诺夫指数或其他方法来揭示。结果表明，条纹线是理解速度扰动下界面破裂的关键，并提出了定位相关条纹线的理论。模拟的条纹线在交叉通道混合器和扰动基尔霍夫椭圆涡的定量比较的理论结果。本文提出了一种利用条纹线定量计算两种流体之间非定常平流输运的方法。
2016-04-06 physics.flu-dyn
Efficient kinetic method for fluid simulation beyond the Navier-Stokes equation
我们对Shan等人（2006）的格子玻尔兹曼方法的基于动力学理论的公式提出了进一步的理论扩展。除了平衡分布函数的高阶投影和原公式中足够精确的Gauss-Hermite求积外，本文还引入了一种新的正则化方法。这个过程确保了一个一致的顺序的精度控制的非平衡贡献的Galerkin意义。使用这个配方，我们构建了一个特定的格子玻尔兹曼模型，准确地结合了三阶流体动力学矩。数值结果表明，该扩展模型克服了传统格子Boltzmann模型的一些主要缺陷，能够更好地定量模拟有限Knudsen数（Kn）下的流体流动.从力驱动Poiffille流模拟的结果预测的努森的最小值和渐近行为的流量在大Kn。
2006-10-25 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
The ignition of fine iron particles in the Knudsen transition regime
本文通过考虑Knudsen过渡输运效应和两种氧化动力学模型，研究了细铁颗粒着火温度随颗粒尺寸及初始氧化层厚度的变化规律，揭示了小颗粒极限下热绝缘与氧化层抑制作用的竞争机制，并比较了过渡与连续介质输运模型的预测差异。
2023-02-13 physics.flu-dyn
Simulating unsteady fluid flows on a superconducting quantum processor
该研究利用超导量子处理器，基于薛定谔方程流体力学形式的哈密顿模拟算法，实验实现了对二维非定常流动的数字模拟，展示了量子计算在模拟复杂流体动力学方面的实用潜力。
2024-04-24 physics.flu-dyn quant-ph
An Efficient Deep Learning Technique for the Navier-Stokes Equations: Application to Unsteady Wake Flow Dynamics
我们提出了一种有效的深度学习技术，用于非定常流问题的纳维-斯托克斯方程的模型降阶。所提出的技术依赖于卷积神经网络（CNN）和随机梯度下降法。特别令人感兴趣的是预测不同的钝体形状在低雷诺数的非定常流体力。离散卷积过程与非线性整流近似的映射之间的钝体形状和流体力。深度神经网络由欧几里德距离函数作为输入，目标数据由原始钝体形状的全阶Navier-Stokes计算生成。卷积网络迭代训练使用随机梯度下降法与动量项预测不同的几何形状的流体力系数，并与全阶计算的结果进行了比较。我们试图提供一个物理类比的随机梯度法与动量项的不可压缩Navier-Stokes动量方程的简化形式。我们还构建了基于CNN的深度学习和Mori-Zwanzig形式主义之间的直接关系，用于流体动力学系统的模型简化。执行系统的收敛和灵敏度研究以识别深度学习的CNN过程的有效维度，例如卷积核大小、核的数量和卷积层。在误差阈值内，基于深度卷积网络的预测与全阶结果相比，速度提高了近四个数量级，并且消耗了微不足道的一部分计算资源。提出的基于神经网络的近似方法对钝体的参数化设计和分离流的闭环控制有着深远的影响。
2018-08-15 physics.flu-dyn
A Fluids Experiment for Remote Learners to Test the Unsteady Bernoulli Equation Using a Burette
COVID-19大流行阐明了对灵活的机械工程实验室的迫切需求，这些实验室可以以多种模式同时部署：面对面，混合和远程。一个前瞻性的工程讲师的课程组合中的一个关键因素是经济，动手，访问，“交钥匙”实验室活动;工具包，可以部署在砖和砂浆教学实验室和邮寄回家远程学习者。能源工程实验室模块教学法，在其他地方描述，提供了一个基础的理论框架和例子，以实现这些功能。此外，教学实验室套件必须演示基础工程现象，同时以合理的成本保持测量精度和保真度。在能量-热-流体科学中，实现这些条件提出了挑战，因为套件需要能量和物质的实时传输和转换，其规模足够大，可以揭示可测量的现象，但又不会大到对用户造成危险。本文介绍了理论基础和实验验证的流体力学实验室实验适合本科工程专业的学生，1）满足所有上述标准，2）成本低于30美元的材料，3）可以很容易地邮寄给远程学习者。
2021-08-01 physics.ed-ph physics.flu-dyn
Grid-converged Solution and Analysis of the Unsteady Viscous Flow in a Two-dimensional Shock Tube
激波管中的流动是极其复杂的，由于激波、接触表面和管侧壁上的边界层的相互作用，具有尖锐锋、流动分离和旋涡的动态多尺度结构。预测和理解复杂的流体动力学具有重要的理论和实际意义。这也是一个极具挑战性的问题，数值模拟，特别是在相对较高的雷诺数。Daru & Tenaud（Daru，V. & Tenaud，C. 2001年非定常粘性激波流TVD高分辨率格式的评价。Computers & Fluids 30，89-113）提出了一个二维模型问题作为高分辨率格式的数值试验，以模拟方形封闭激波管中的流场。虽然许多研究人员已经尝试了这个问题，使用各种计算方法，还没有一个商定的网格收敛的解决方案，在雷诺数为1000的问题。本文提出了一个严格的网格收敛研究和网格收敛的解决方案，这个问题使用一个新开发的，有效的，高阶气体动力学格式。从融合解决方案中提取的关键数据将作为基准数据进行记录。详细讨论和分析了Re = 1000时流动的复杂流体动力学。数值计算揭示的主要现象包括流体通过弯曲激波的向下集中、涡的形成、激波分叉的机理、射流沿底壁的结构以及接触面附近的Kelvin-Helmholtz不稳定性。
2017-05-25 physics.flu-dyn
Multiphase unsteady Stokes flow over grooved surfaces: an analytical study
本文研究了在外界非定常作用下沟槽结构内的多相流。本文推导了周期性沟槽驱动下流向/展向速度振荡驱动的多相非定常Stokes流的解析表达式。得到了很好的协议之间的解析解和直接使用流体体积法进行数值模拟。研究了振荡频率、雷诺数和多相界面位置对槽外输入信号和界面附近输出信号之间传递函数的影响。给出了有效滑移长度和槽面上的剪应力。
2019-03-28 physics.flu-dyn
Unsteady aerodynamic theory for membrane wings
本文研究了二维无粘不可压缩流中薄膜翼型在任意小振幅弦运动和横向阵风作用下的动态响应。理论模型假设在恒定张力下可伸展膜的线性变形，其使用非定常薄翼型理论将气动弹性耦合到外部气动载荷。本文研究了简谐升沉振荡、迎角瞬时变化、正弦横向阵风和锐缘阵风下的结构和气动薄膜响应。这些情况下的非定常升力响应分别对薄膜机翼的Theodorsen、Wagner、Sears和Küssner函数产生气动弹性扩展。这些扩展首次将膜流体-结构相互作用纳入柔性翼型非定常升力响应的表达式中。我们的研究结果表明，薄膜翼型与适当调整的预张力可以拥有实质性的气动优势，在非定常流动条件下的刚性翼型。
2022-08-17 physics.flu-dyn
Relative Fluid Stretching and Rotation for Sparse Trajectory Observations
提出基于相对拉格朗日速度的流体拉伸与旋转量化方法，解决稀疏轨迹数据下相干结构检测难题，在极稀疏采样场景中保持高准确性与可解释性。
2024-03-14 physics.flu-dyn
Noncirculatory fluid forces on panels with porosity gradients
本注释确定了作用在任意变形板上的非定常非循环力，该板具有Holder连续孔隙率分布。非循环压力分布的解析表达式，并评估的特殊情况下，均匀和可变孔隙率面板进行谐波变形，其中特别注意的面板端部条件的影响。这些结果构成了第一个主要的一步，一个完整的线性化，非定常空气动力学理论的提升多孔体，这可能有潜在的应用生物启发的游泳者和飞行员的性能估计和未来的评估气动弹性稳定性和流动噪声的多孔翼型。
2018-12-04 physics.flu-dyn
Numerical simulations of unsteady viscous incompressible flows using general pressure equation
在流体动力学中，一个重要的问题与流体压力的知识有关。近年来，人们提出了另一种研究不可压缩流体流动的方法。该方法采用了从可压缩纳维-斯托克斯方程导出的通用压力方程。本文考虑了GPE，并与Chorin的人工压缩性方法（ACM）和熵阻尼人工压缩性方法（EDAC）进行了比较。三种方法均采用交错网格离散，空间上采用二阶中心差分格式，时间上采用三阶龙格-库塔格式。实现了三种测试用例：二维泰勒-格林涡流、行波和双周期剪切层。它表明，GPE是准确和有效的捕捉正确的行为，非定常不可压缩流。GPE的数值结果与ACM、EDAC和经典的Poisson方程有限体积法的数值结果吻合得很好。此外，GPE收敛性优于ACM收敛性。建议的一般压力方程（GPE）允许解决一般的，时间精确的，不可压缩的Navier-Stokes流。最后，在马赫数和普朗特数方面实现的参数研究表明，速度发散可以由任意的最大值限制，声波可以被阻尼。
2020-05-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Topology optimization of passively moving rigid bodies in unsteady flows
Tokyo University of Science（东京科学大学）；The University of Osaka（大阪大学）
本研究提出了一种用于非稳态流中被动移动刚体的拓扑优化方法，通过耦合求解动力学方程与流体方程，优化刚体形状并评估方法有效性。
2026-01-26 math.OC physics.flu-dyn
A comment on `An improved macroscale model for gas slip flow in porous media'
在最近的一篇论文中，Laserix，Valdés-Parada和Porter（J. Fluid~ Mech. \textbf{805}（2016）118-146），发现多孔介质的表观气体渗透率是克努森数的非线性函数。然而，这一结果是非常值得怀疑的，因为所采用的纳维-斯托克斯方程和一阶速度滑移边界条件是一阶（根据Knudsen数）近似的Boltzmann方程和稀薄气体流动的动力学边界条件。基于Bhatnagar-Gross-Krook动力学方程和正则化的20阶矩方程的数值模拟结果表明，具有一阶速度滑移边界条件的纳维-斯托克斯方程仅在很小的Knudsen数极限下才是准确的，其中视气体渗透率是Knudsen数的线性函数。
2017-02-14 physics.flu-dyn
On Modeling the Response of Synovial Fluid: Unsteady Flow of a Shear-Thinning, Chemically-Reacting Fluid Mixture
通过半逆方法研究环形区域中剪切变稀、化学反应流体的非定常振荡流动，评估三种滑液模型并与牛顿模型对比。
2010-08-10 cs.NA math-ph math.MP
Deep Neural Networks for Nonlinear Model Order Reduction of Unsteady Flows
University of Tehran（德黑兰大学）
非定常流体系统是一种非线性的高维动力学系统，在时间和空间上可能表现出多种复杂的现象。流体流动的降阶建模（ROM）是近十年来的一个活跃的研究课题，其主要目标是将复杂流动分解为一组对未来状态预测和控制最重要的特征，通常使用降维技术。在这项工作中，介绍了一种新的数据驱动技术的基础上的权力的深度神经网络的降阶建模的非定常流体流动。自动编码器网络用于非线性降维和特征提取，作为奇异值分解（SVD）的替代方案。然后，提取的特征被用作长短期记忆网络（LSTM）的输入，以预测未来时刻的速度场。将所提出的自动编码器-LSTM方法与基于动态模式分解（DMD）和本征正交分解（POD）的非侵入式降阶模型进行了比较。此外，自动编码器DMD算法的降阶建模，它使用的自动编码器网络的降维，而不是SVD秩截断。结果表明，自动编码器-LSTM方法是相当能够预测流体流动演变，其中使用自动编码器-LSTM相比于其他模型获得更高的决定系数值$R^{2}$。
2020-10-02 cs.LG physics.comp-ph physics.flu-dyn
Unsteady cavitation dynamics and frequency lock-in of a freely vibrating hydrofoil at high Reynolds number
本文研究了高雷诺数条件下非定常局部空化对自由振动翼型流固耦合的影响。我们考虑一个弹性安装的NACA 66水翼部分，是自由振动的横向流动方向。研究了小攻角下空化流动与横向振动耦合的动力学特性。对于数值研究，我们采用了一个最近开发的统一的变分流体-结构相互作用框架的基础上均匀混合物为基础的空化与混合URANS LES湍流模型。首先，我们验证了湍流空化流的实验数据的数值实现。对于自由振荡的水翼，我们观察到大振幅的振动，在不稳定的部分空化条件下，在非空化流缺席。我们确定了一个频率锁定现象的主要来源，持续大幅振动，从而不稳定的升力锁定到一个分谐波的水翼固有频率。在空泡坍缩和脱落过程中，我们发现了一个周期性的顺时针涡量的产生，导致非定常升力的产生。我们通过增长空腔和逆压梯度之间的相互作用，确定了这种流动不稳定性的根源。流致结构振动被观察到有随之而来的影响的空腔动力学。在频率锁定状态下，在水翼吸力面上可以看到大的相干空泡结构，它们经历了一个完整的空泡生长-分离-塌陷循环。对于后锁定制度，腔长度较短，并观察到所附的腔进行高频空间局域振荡。在这种情况下，空腔脱落主要限于空腔尾端，并且完全空腔分离和脱落事件的频率降低。
2022-02-22 physics.flu-dyn
Unsteady aeroelastic characterization and scaling relations of flexible membrane wings
本文通过完全耦合的Navier-Stokes与非线性结构方程求解器，研究二维柔性翼在大迎角下的非定常气动弹性特性，建立气动性能相图并提出基于Weber数的新尺度关系，为微型飞行器柔性翼设计提供指导。
2023-07-06 physics.flu-dyn
Visualizing Lagrangian Heat Transport Paths and Density Structures in Unsteady Heat Transfer
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
针对非稳态对流传热，提出基于粒子的拉格朗日可视化方法，通过时间重参数化时空热传输公式，揭示传统方法无法显示的相干传输路径和有限时间吸引/排斥结构。
2026-07-02 cs.GR physics.flu-dyn
Unsteady rotating laminar flow: analytical solution of Navier-Stokes equations
我们提供了一个积分的纳维-斯托克斯方程关于非稳态层流的不可压缩，等温（牛顿）流体在一个圆柱形容器旋转其对称轴，说$z$，和内部的液体速度开始与一个非零的轴向分量以及。基本的物理假设是，压力轴向梯度保持在其流体静力学值上，并且不存在径向速度。以这种方式，PDE变得解耦并且可以彼此分开面对。本文采用时间指数阻尼下的Fourier-Bessel型无穷级数展开法，成功地计算了轴向$v_z$和周向$v_θ$的非定常速度。在此基础上，我们还得到了非定常动力平衡面、壁面切应力和Stokes流线
2016-12-13 math.CA physics.flu-dyn
Unsteady Reversed Stagnation-Point Flow over a Flat Plate
University of Macau（澳门大学）
本文研究了不可压缩流体在反向驻点处二维层流发展的性质。".在这项研究中，我们重新讨论了平板上的反向驻点流动问题。Proudman和Johnson（1962）首先研究了流动，并通过忽略粘性项得到了一个渐近解。在忽略总流场中的粘性项时，这是不正确的.特别指出，对于从静止到恒速V0的脉冲加速板，得到了自相似常微分方程的相似解，该解是完全解析的。
2013-02-13 physics.flu-dyn
Effect of micelle breaking rate and wall slip on unsteady motion past a sphere translating in wormlike micellar solutions
在最近的数值研究中，我们已经表明，在蠕虫状胶束溶液中，当Weissenberg数超过临界值时，由于球体下游的长胶束破裂，导致了球体在蠕虫状胶束溶液中稳定平移的不稳定运动。Sasmal，在蠕虫状胶束溶液中稳定平移的球体的非定常运动：数值分析，流体力学杂志，912，A52，2021）。该研究进一步表明，这种不稳定的运动是强烈的胶束破碎速率和壁滑移存在于球表面上的影响。特别是，我们发现，这种不稳定的运动的发病延迟到较高的韦森伯格数的胶束破碎率降低，或者换句话说，作为胶束变得难以打破。此外，我们观察到，在某些值的胶束破碎率，在流场从稳定到不稳定的过渡发生的Weissenberg数的增加，然后再次，从不稳定到稳定的过渡发生的Weissenberg数进一步增加。因此，存在一个魏森伯格数窗口，在该窗口中，可以看到经过平移球的这种不稳定运动。另一方面，我们表明，在球面上的壁滑的存在下，抑制这种不稳定的运动过去的翻译领域，并在这项研究中提供了一个可能的解释。
2021-04-15 physics.flu-dyn
A Variational Computational-based Framework for Unsteady Incompressible Flows
New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校）；University of California Irvine（加州大学欧文分校）；Samueli School of Engineering（萨缪利工程学院）
本研究提出一种基于最小压力梯度原理的变分计算框架，结合PINN求解非定常不可压缩流动，规避了压力-速度耦合与出流边界假设问题，在三个基准算例中收敛表现优于传统PINN方法。
2024-12-07 cs.LG math.OC physics.flu-dyn
XRePIT: A deep learning-computational fluid dynamics hybrid framework implemented in OpenFOAM for fast, robust, and scalable unsteady simulations
Division of Advanced Nuclear Engineering, Pohang University of Science and Technology（浦项国立科学技术大学先进核工程系）；Division of Applied Mathematics, Brown University（布朗大学应用数学系）；Graduate School of Integrated Energy-AI, Jeonbuk National University（全北国立大学整合能源-人工智能研究生院）
本文提出基于OpenFOAM的XRePIT混合框架，通过自动工作流实现神经代理与传统求解器的稳定耦合，提升非稳态模拟的效率与鲁棒性，实验表明其在3D浮力驱动流中能实现2.91倍的加速率，同时保持误差在O(1E-03)以内。
2026-04-20 cs.LG physics.flu-dyn
Hydrodynamic force on a small squirmer moving with a time-dependent velocity at small Reynolds numbers
该研究采用微扰理论计算小雷诺数下时变速运动小型球形非定常squirmer的流体动力，将相关研究从被动粒子推广到主动粒子，揭示了游动步态对流体动力的影响及内问题非齐次解的额外贡献，并计算了对应扰动流。
2023-12-19 physics.flu-dyn
A finite element discrete Boltzmann method for high Knudsen number flows
本研究提出一种用于高克努森数等温流动的间断伽辽金有限元离散玻尔兹曼方法，可实现时空高阶精度，验证了其在典型流动中的表现并对比了两类速度组的特性，为相关高阶数值方法的应用提供支撑。
2020-12-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Interaction of linear modulated waves and unsteady dispersive hydrodynamic states with application to shallow water waves
一种新型的波平均流相互作用的识别和研究，其中一个小振幅，线性，色散调制波传播通过一个不断发展的，非线性的，大规模的流体状态，如膨胀（稀疏）波或色散冲击波（波状孔）。Korteweg-de Vries（KdV）方程被认为是一个典型的例子，动态波包平均流相互作用。推导了线性波调制与非线性平均流耦合的调制方程。这些方程承认一个特殊的解决方案，描述传输或捕获的线性波包的非定常流体动力学状态。两个绝热不变量的运动确定的传输，捕获条件，并显示波包事件后，光滑的膨胀波或压缩，快速振荡的色散冲击波表现出所谓的流体动力学的互惠最近在物理评论快报。120，144101（2018）在流体动力学孤子隧道的背景下。调制理论的结果是在良好的协议与直接数值模拟的完整KdV动力学。由于没有引入KdV方程的可积性，因此这些结果可以推广到其他非线性色散流体力学模型。
2019-06-27 nlin.PS physics.flu-dyn
Phase-response analysis of synchronization for periodic flows
我们应用相还原分析来研究周期性流体流动的同步特性。非定常流的动力学是用相动力学来描述的，相动力学将高维流体流简化为单个标量相变量。我们的脉冲扰动，这反过来又可以量化的周期性扰动对非定常流的影响的相位响应的特征。这些来自基于相位的分析的见解揭示了同步的条件。在本工作中，我们作为一个例子研究周期性的外部强迫对非定常圆柱尾迹的影响。同步的条件被确定，并同意密切从直接数值模拟的结果。此外，分析揭示了同步的最佳强制方向。相位响应分析具有揭示一系列周期性流的锁定特性的潜力。
2018-04-04 nlin.AO physics.flu-dyn
