Computational Modeling and Analysis of Diesel-fuel Injection and Autoignition at Transcritical Conditions
对提高发动机效率的需求促使了高压燃烧系统的发展，在高压燃烧系统中，操作条件达到并超过临界条件。与这些条件相关联的是，当流体经历相变时，热传输特性的强烈变化，以及具有低温燃烧的两阶段点火。在真实流体环境中准确模拟这些物理现象仍然是一个挑战。通过解决这个问题，高保真LES建模框架的开发进行跨临界燃料喷雾混合和自燃在高压条件下的模拟。该模拟是基于最近开发的扩散界面方法，该方法解决了可压缩的多物种守恒方程以及Peng-Robinson状态方程和真实流体输运性质。LES分析是针对非反应和反应喷雾条件下的ECN喷雾A配置，在腔室条件下的压力为60巴，温度在900 K和1200 K之间，以研究实际流体环境和低温化学的影响。与全球喷雾参数测量值的比较（即，液体和蒸汽渗透长度）显示出良好的一致性。在分散的喷雾区域的混合分数分布的分析表明，在建模的湍流混合行为的准确性。在不同的环境温度条件下，从模拟结果中获得的点火延迟时间和提离长度的良好协议和中间物种的形成被捕获的模拟，表明所提出的数值框架充分再现了相应的低温和高温点火过程在高压条件下，这是相关的现实的柴油燃料喷射系统。
2018-09-24 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of turbulent channel flow under transcritical conditions
跨临界条件下的湍流存在于摇臂发动机的再生冷却系统和化学工程中的提取过程中。在这些复杂的过程中的湍流和相应的传热现象仍然没有得到很好的理解实验和数值。本文的目的是利用湍流通道流的DNS研究跨临界条件下的湍流。一个完全可压缩的求解器结合使用的Peng-Robinson真实流体状态方程来描述跨临界流。采用一个加热的和一个冷却的边界层，模拟了具有两个等温壁面的槽道流动。在这项研究中采用的网格分辨率略高于不可压缩通道流DNS所需的。使用完全（FC）和准保守（QC）计划进行模拟，以评估其跨临界壁边界流的性能。对瞬时流和统计量进行了分析，并与经典理论进行了比较。结果发现，从FC和QC方案的结果定性同意以及与显着的差异附近的顶部加热壁，可以观察到虚假的速度振荡。使用DNS数据，然后，我们检查的有用性汤森附加涡假设的情况下，在跨临界条件下的流动。结果表明，流向能量谱表现出逆波数标度和流向速度结构函数遵循对数标度，从而提供支持的附加涡模型在跨临界条件下。
2017-12-06 physics.flu-dyn
An Oscillation-Free Real Fluid Quasi-Conservative Finite Volume Method for Transcritical and Phase-Change Flows
National University of Defense Technology（国防科技大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
提出一种真实流体准守恒（RFQC）有限体积方法，通过局部线性化状态方程并构造冻结Grüneisen系数和线性化余项，消除跨临界和相变流动中激波引起的压力振荡，实现准确鲁棒的模拟。
2026-06-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Pseudophase-Change Effects in Turbulent Channel Flow under Transcritical Temperature Conditions
我们已经进行了直接数值模拟（DNS）的可压缩湍流通道流在超临界压力与顶部和底部等温壁分别保持在超临界（Ttop > Tpb）和亚临界温度（Tbot < Tpb），其中Tpb是拟沸腾温度。DNS是使用高阶离散的完全可压缩的纳维-斯托克斯方程的保守形式封闭的Peng-Robinsion（PR）状态方程。调整体积密度以获得大约pb = 1.1pcr的体积压力，其中pcr是工作流体的临界压力。研究的顶部到底部的温差为DT = 5 K、10 K和20 K，其中Ttop/bot = Tpb +- DT / 2;浮力效应被忽略。改变DT将伪相位变化的平均位置从ypb/h = -0.23（DT = 5 K）修改为0.89（DT = 20 K），其中h是通道半高，y = 0是中心线位置。真实流体效应导致平均速度剖面明显偏离经典标度律。由于拉伸和倾斜而产生的涡度拟能随DT而减小。接近伪过渡层抑制的强度的速度波动，同时提高密度和温度波动。条件概率分析表明，该表的流体进行伪相变的特点是由一个显着减少的密度波动的峰度，并成为更薄的DT增加。瞬时可视化显示稠密的流体喷射从伪液体粘性子层，一些到达通道核心，导致在各自的缓冲层区域的密度偏度的正值（反之亦然的顶壁）。
2017-12-15 physics.flu-dyn
Data-Augmented Resolvent Analysis of Wall-Bounded High-Pressure Transcritical Flow
UPC（加泰罗尼亚理工大学）
本研究通过数据增强的解振分析，揭示了高压临界流动中主导的相干结构及其放大机制，发现热力学波动在伪沸腾区域起主导作用，且存在独特的相速度特征。
2026-01-20 physics.flu-dyn
Linear stability analysis of wall-bounded high-pressure transcritical fluids
本研究利用线性稳定性理论分析了壁面约束高压跨临界流体的失稳机制，发现拟沸腾区的非线性热力学及斜压扭矩会促进层流到湍流的转变，非等温条件在低Mach/Reynolds数下是该转变的必要条件，且能加速湍流转变并增强代数增长。
2024-09-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Transient growth in diabatic boundary layers with fluids at supercritical pressure
本文研究超临界压力流体边界层中跨越 Widom 线的温度剖面对非模态扰动增长的影响，发现跨临界状态下 Orr 机制导致短距离内强烈次优增长，且非模态 N-factor 与理想气体逆压梯度情形相似，加热跨越 Widom 线时最优增长可促进转捩。
2024-06-11 physics.flu-dyn
Large eddy simulations of reacting and non-reacting transcritical fuel sprays using multiphase thermodynamics
高压跨临界燃料喷雾的精确模拟对于下一代燃气轮机、内燃机和液体推进剂火箭发动机的设计和优化至关重要。最重要和最具挑战性的是精确模拟高压环境中复杂的真实气体效应，特别是燃料和氧化剂混合过程中的亚临界-超临界混合蒸发模式。在本文中，我们提出了一种新的建模框架，反应和非反应跨临界燃料喷雾的高保真模拟。在该方法中，高压射流解体建模使用扩散界面方法与多相热力学，它结合了多组分的真实流体动力学和热量状态方程与汽液平衡计算，以计算在跨临界压力下的混合物的热力学性质。所有多相热力学公式，提出了一般立方状态方程与快速相平衡计算方法相结合。所提出的方法表示在跨临界压力下的多相湍流流体流动，而不依赖于任何半经验的分裂和蒸发模型。燃烧源项使用有限速率化学模型进行评估，包括基于混合物中物种逸度的真实气体效应。采用自适应局部解卷积方法（ALDM）作为物理一致的湍流模型，进行了大涡模拟（LES）。LES结果表明，在跨临界操作条件下，反应和非反应ECN喷雾A的实验数据非常吻合。
2022-05-16 nlin.AO physics.app-ph physics.comp-ph
Linear instability of Poiseuille flows with highly non-ideal fluids
本文的目的是研究接近汽液临界点的Poiffille流的线性模态和代数不稳定性。接近这个临界点，理想气体假设不成立，出现大的非理想流体行为。作为代表性的非理想流体，我们考虑压力为80巴的超临界二氧化碳（CO $_2$），其高于其临界压力73.9巴。泊松流的特征在于雷诺数（$Re=ρ_{w}^{*}u_{r}^{*}h^{*}/μ_{w}^{*}$）、普朗特数（$Pr=μ_{w}^{*}C_{pw}^{*}/κ_{w}^{*}$）和埃克特数（$Ec=u_{r}^{*2}/C_{pw}^{*}T_{w}^{*}$）的乘积以及除了压力之外还确定热力学参考条件的壁温。对于低Eckert数，流动基本上是等温的，并且观察到与不可压缩流动的众所周知的稳定性行为没有差异。然而，如果埃克特数增加，粘性加热引起的热力学和输运性质的梯度，和非理想气体的效果变得显着。可以考虑层流底部流的三种状态，亚临界（通道中的温度完全低于其伪临界值）、跨临界和超临界温度状态。如果相比的线性稳定性的理想气体Poiffille流，我们表明，基流是更不稳定的亚临界制度，无粘不稳定的跨临界制度，而显着更稳定的超临界制度。根据对应态原理，我们期望在相同的热力学状态下，对其他流体也能得到定性上类似的结果。
2018-09-24 physics.flu-dyn
Long nonlinear internal waves and mixing in a three-layer stratified flow in the Boussinesq approximation
本文提出了一个考虑中间层湍流混合的盖下分层流体非定常三层流动的一维长波模型。在Boussinesq近似中，运动方程被简化为平衡定律的演化系统，对于层中速度的微小差异，该系统是双曲线的。研究了定态解的分类，引入了亚临界（超临界）三层分层流的概念。振荡的解决方案，描述的混合层的空间演变。考虑了跨临界绕流问题。获得的解决方案，描述定性不同的流态背风侧的障碍。所提出的模型进行了验证，使用实验数据和现场观察周围流体的卷吸。
2021-12-09 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of complete transition to turbulence with a fluid at supercritical pressure
该研究通过完全可压缩直接数值模拟，揭示超临界压力流体受热平板边界层在跨临界条件下由伪沸腾、逆流和强剪切层驱动的独特层流–湍流转捩机制，并验证变物性标度。
2025-06-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Interpretable Data-driven Methods for Subgrid-scale Closure in LES for Transcritical LOX/GCH4 Combustion
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
许多实际的燃烧系统，如火箭、燃气轮机和内燃机中的燃烧系统，在超过燃料-氧化剂混合物的热力学临界极限的高压下运行。这些条件需要考虑复杂的流体行为，对数值模拟提出了挑战，对现有的亚网格尺度（SGS）模型在这些系统的大涡模拟中的有效性提出了质疑。虽然数据驱动的方法在湍流火焰的模拟中显示出作为闭合模型的高准确性，但这些模型经常因缺乏物理可解释性而受到批评，其中它们提供了答案，但没有深入了解其基本原理。本研究的目的是从传统的物理驱动的方法和可解释的机器学习算法，即，随机森林回归，在湍流跨临界非预混火焰。为此，直接数值模拟（DNS）的跨临界液氧/气态甲烷（LOX/GCH 4）惰性和反应流进行。使用这些数据，对Favre过滤的DNS数据进行先验分析，以检查在这些条件下基于物理和随机森林SGS模型的准确性。梯度模型计算的SGS应力与从过滤DNS中提取的精确项显示出良好的一致性。当基于物理的约束应用于特征集时，随机森林回归量的准确性降低。结果表明，随机森林可以有效地执行代数模型建模时，子网格应力，只有当一个足够有代表性的数据库进行训练。就业的随机森林特征的重要性分数，通过稀疏回归发现亚网格尺度应力提供洞察力。
2021-03-11 cs.LG physics.flu-dyn stat.ML
Acoustofluidic Suppression of Rayleigh Taylor Instability and Fluid Mixing: Stabilization of Stratified Fluids in a Minichannel
Indian Institute of Information Technology, Design and Manufacturing Kancheepuram（坎切普兰印度信息科学技术与设计制造学院）
本文提出利用驻波声流技术抑制瑞利-泰勒不稳定性及流体混合，通过声能密度超过临界值和声波方向垂直于界面的条件，使混合指数降低一个数量级。
2026-04-21 physics.flu-dyn
Assessing Effectiveness of Pulsed Input on Mixing Characteristics of Non-Newtonian fluids in T-shaped Channels
微流体中试剂的混合对于各种应用是必要的，然而，由于流动的层流性质，在小的长度和时间跨度内的有效混合变得困难。非牛顿流体的混合分析是至关重要的，因为它们在实际应用中经常遇到。为此，我们研究了一种有效的方法，用于混合非牛顿流体的脉动速度入口条件。在本研究中，非牛顿流体的模拟使用幂律模型与不同的流体流变学从剪切增稠剪切变稀。为了增强混合，采用了改变相位角和频率的脉冲速度入口条件，并与恒速入口条件进行了比较。我们证明了使用脉冲速度入口条件的增强混合，并且对于剪切稀化流体（n=0.6）的情况，使用相位差为180°的脉冲输入速度和考虑频率为5Hz实现了97.6%的最大混合。在相同条件下，牛顿流体和剪切增稠流体的混合指数分别为89.1%和85.2%（n=1.4）。本文的研究结果将有助于设计在较小的长度和时间跨度内有效混合非牛顿流体的微混合器。
2022-08-31 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
Stirring faces: mixing in a quiescent fluid
这段流体动力学视频描述了二维平板在静止流体中以正弦曲线的方式插入时发生的混合。瞬时李雅普诺夫指数揭示了吸引或排斥的集合。随着流场的发展，奇怪的面孔出现了。
2012-10-13 physics.flu-dyn
Thermal Chaotic Mixing of Power-Law Fluids in a Mixer with Alternately-Rotating Walls
本文研究了高粘度非牛顿流体在双杆混合器中的混合与传热强化。混合器由圆柱形罐中的两个垂直圆形棒组成。混沌流是通过对壁面的旋转速度施加时间调制而得到的。我们研究了不同的搅拌协议，导致非混沌和混沌流，混合和传热的效率为三种不同的流变流体行为：剪切稀化，牛顿和剪切增稠的影响。为此，我们使用统计指标，其特征的平均值的流体温度和均匀化。我们发现，混沌混合是合适的剪切增稠流体，我们观察到一个明确的增强的热混合（热提取和均匀化）。这是由于旋转壁附近的表观流体粘度增加。这一方面证实了高粘度流体的混沌混合的相关性。
2010-02-20 physics.flu-dyn
A statistical mechanics approach to mixing in stratified fluids
预测当一定量的能量注入Boussinesq流体时发生多少混合是分层湍流中的一个长期问题。在这些过程中涉及的大量的自由度使得确定性的方法非常困难的问题。在这里，我们提出了一个统计力学的方法产生的累积，全球混合效率作为一个全球理查森数和背景浮力剖面的函数预测。
2016-10-27 physics.flu-dyn
Conservative discontinuous Galerkin method for supercritical, real-fluid flows
本文提出一种守恒型间断伽辽金方法，通过通量计算中对原始变量进行L2投影来抑制超临界真实流体模拟中的虚假压力振荡，并在密度波平流、热气泡平流及射流注入等算例中验证了收敛性、稳定性和降振荡能力。
2024-10-21 physics.flu-dyn
Fluid Mixing from Viscous Fingering
粘性指进是一种众所周知的流体动力学不稳定性，当粘性较小的流体取代粘性较大的流体时发生。当这两种流体是可混溶的，粘性指进引入速度场的无序，并对流体混合的速率施加基本的控制。我们展示了粘性不稳定流动中混合过程的流体动力学视频，该视频是使用对任意粘度比稳定的计算策略通过高分辨率数值模拟生成的。我们开发了一个两方程的浓度方差和平均耗散率的动态模型来量化在这样的位移过程中的混合程度。该模型准确地再现了这两个量的演变，在高分辨率的数值模拟中观察到的，并捕捉到的非平凡的沟道和创建的界面区域之间的相互作用，作为粘性指进的结果。
2011-10-13 physics.flu-dyn
Mixing in viscoelastic fluids using elastic turbulence
本文通过 Oldroyd-B 模型数值模拟二维 Taylor-Couette 流动，发现弹性湍流和弱混沌流均能促进混合，且序参量与混合速率强相关，可用于指示混合强度。
2025-01-01 physics.flu-dyn
Yield-Stress Fluid Mixing: Localization Mechanisms and Regime Transitions
本研究通过模拟二维Bingham流体的搅拌过程，揭示了屈服应力流体混合的三种局域化机制，划分出三类混合流态并明确其临界参数，为搅拌釜应用中的混合行为预测提供了机制框架。
2025-03-12 physics.flu-dyn
CFD-DEM study of mixing in a monodispersed solid-liquid fluidized bed
该研究采用非解析CFD-DEM模型研究单分散固液流化床混合特性，用两种方法量化不同条件下的床层混合，得出无量纲混合时间存在平台期、床层无优先混合组分、多数碰撞特性对混合影响可忽略的结论。
2024-06-21 physics.flu-dyn
Inertial particle entrainment in a shearless mixing layer
本文伴随提交的流体动力学视频（条目V032）的惯性颗粒夹带在无剪切混合层的画廊流体运动的第64届美国物理学会年会，流体动力学司。
2011-10-13 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulations of K-type transition in a flat-plate boundary layer with supercritical fluids
本文通过直接数值模拟研究超临界流体平板边界层的K型转捩，发现亚临界和跨临界温度剖面下转捩均被延迟，且跨临界条件下壁面超伪沸腾温度会诱发额外发卡涡与近壁条纹结构。
2024-11-21 physics.flu-dyn
Strong effect of fluid rheology on electrokinetic instability and subsequent mixing phenomena in a microfluidic T-junction
本研究提出了一个详细的调查如何流体的流变行为可能会影响电动不稳定性（EKI）的现象，在微流体T型接头。非牛顿幂律模型与不同值的幂律指数（n）被用来获得不同的流变行为的流体。我们发现，当流体的流变行为从剪切增稠（n > 1）到剪切变稀（n < 1），再经过牛顿（n = 1）流变行为时，在相同的条件下，EKI现象受到显著的影响。特别是，这种EKI现象的强度被发现是显着高于剪切稀化流体比在牛顿和剪切增稠流体。因此，与在牛顿流体和剪切增稠流体中实现的混合现象相比，在剪切变稀流体中通常使用这种EKI现象实现的相应混合现象也显著增强。从流线、速度波动、浓度场、混合效率等方面详细分析了流动动力学和混合现象，在这项研究中提出和讨论。我们还采用数据驱动的动态模式分解（DMD）技术来分析流场更详细。特别是，与不同值的幂律指数获得的相干流结构的信息，有利于理解EKI诱导的混沌对流和混合现象，以更好的方式，例如，为什么混合效率较高的剪切稀化流体比在牛顿和剪切增稠流体。此外，我们观察到，这些相干结构的空间范围和强度显着不同的幂律指数的变化，从而提供了有价值的见解，否则不清楚从其他分析的基础流动动力学的某些方面。
2022-10-18 physics.flu-dyn
Lagrangian description and quantification of scalar mixing in fluid flows from particle tracks
Leuphana Universität Lüneburg（莱纳大学）；Hamburg University of Applied Sciences（汉堡应用科学大学）
本文提出一种数据驱动方法，结合扩散图和确定性粒子方法，用于描述和量化流体中标量的输运与混合过程。
2026-04-16 physics.flu-dyn
Spatially resolved stretching-rotation-stretching sequence in flow topology as elementary structure of fluid mixing
我们进行了二维数值模拟的被动搅拌的两种液体，产生两个空间上可区分的范式速度流，即几个大的扩展涡和快速振荡。利用Okubo-Weiss准则，我们绘制了流场中拉伸和旋转的区域.我们发现，一个基本的振荡序列的拉伸旋转拉伸诱导空间的再分布和浓度梯度的陡峭化，和聚合这样的序列决定流体混合在下游位置。此外，我们量化的范例“拉伸”和“折叠”的流动拓扑结构的基础上，这将有利于搅拌协议的设计开发措施。
2022-10-21 physics.flu-dyn
Variable-density effects in incompressible non-buoyant shear-driven turbulent mixing layers
使用不可压缩（低速）的直接数值模拟时，混合层涉及两种不同密度的可混溶流体的不对称性进行了研究。模拟中进行的时间配置非常大的域的大小，使混合层达到完全湍流自相似增长的延长状态。施加平均密度变化打破了相对于经典的单流体时间混合层问题的平均对称性。与先前的变密度混合层模拟不同，其中流由具有不同热力学性质的相同流体组成，密度变化目前是由于流体流之间的组成差异，导致不同的混合动力学。变密度（非Boussinesq）效应在流量统计中引入了强烈的不对称性，这可以解释为随着自由流密度差的增加，最强的湍流越来越多地迁移到较轻的流体侧。界面厚度增长率也会降低，某些厚度定义对密度和流向速度剖面之间的对齐的相应变化特别敏感。在混合层内的一个给定位置的密度的统计分布的意义上的额外的不对称性揭示，湍流的细尺度优先维持在较轻的流体，这也是最快的混合发生。这些效应影响涉及密度波动的统计数据，这对混合和对混合动力学敏感的更复杂的现象（如燃烧）具有重要意义。
2020-06-24 physics.flu-dyn
Turbulent mixing and a generalized phase transition in shear-thickening fluids
本文提出了搅拌反应器中湍流混合的新理论。混合流体的均匀性程度可以通过柯尔莫哥洛夫微尺度来表征。其值越小，均匀性越好。微尺度与搅拌过程中能量耗散速率的四次方根成反比。该速率越高，λ越小，并且反应器中的均匀性越好。牛顿流体也是如此。在非牛顿流体中，情况有所不同。例如，在剪切增稠流体中，高剪切速率会使流体变稠，并可能抑制混合。不同的流体力学和胶体变量之间的内部相互作用是微妙的，即由于（直到最近）非常有限的理解湍流。从非粘性流体的定性新湍流理论出发[Baumert，2013]，例如，将卡门常数给定为$(2π)^{-1/2} = 0.40$ [普林斯顿的超级管道给出0.40 p/m 0.02，Bailey等人，2014]，我们将这种方法推广到粘性流体的情况，并推导出在稳态下表现出两个解的方程。一个解分支描述了一种良好混合的状态，另一个解分支描述了一种扼杀湍流的状态。物理系统不可能同时处于两种不同的稳定状态。但在物理上允许通过非平稳跃迁在两个稳态之间切换，可能是以混沌的方式。
2015-08-07 physics.flu-dyn
Optimization of fluid mixing by reinforcement learning using limit cycles of a dynamical system
Graduate School of Engineering Science, the University of Osaka（大阪大学工学研究科）
提出一种无需详细流场测量、利用二维动力系统稳定极限环的强化学习优化方法，用于周期性旋转圆柱容器中的流体混合，能适应粘度变化并给出物理合理的优化运动。
2026-09-21 physics.flu-dyn
Mixing in chaotic flows with swimming bacteria
这是一个手稿接受出版物理评论流体，画廊流体运动特刊。该手稿与第39届年度流体运动画廊奖的海报获奖者有关，该奖项是在美国物理学会流体动力学分部第74届年会（美国亚利桑那州凤凰城，2021年）上颁发的。
2022-08-25 physics.flu-dyn
Fluid viscoelasticity suppresses chaotic convection and mixing due to electrokinetic instability
当两种不同电导率的流体在电场作用下在微流控器件中并排传输时，当所施加的电场强度和电导率比值达到某个临界值后，往往会产生动电不稳定性（EKI）。许多先前的实验和数值研究表明，这种现象会导致微器件内部的混沌流场，从而促进两种流体的混合，如果它们是牛顿行为的话。然而，目前的数值研究表明，这种混沌对流所产生的电动不稳定性，可以抑制，如果流体是粘弹性而不是牛顿的。特别是，我们观察到，随着Weissenberg数（弹性的粘性力的比率）逐渐增加和聚合物粘度比（溶剂粘度的比率，聚合物溶液的零剪切速率粘度）逐渐降低，T微流体连接内的混沌波动在本研究所涵盖的条件范围内减少。我们表明，这种抑制的混沌运动发生由于在两种流体的界面处形成的高弹性应力链。我们进一步表明，这种抑制的混沌波动（特别是展向）抑制两个粘弹性流体的混合。因此，当计划使用EKI现象来混合这种粘弹性流体时，需要谨慎。我们的观察结果是在有限的实验研究中看到的这些种类的粘弹性流体。
2022-05-18 physics.flu-dyn
Electrohydrodynamically induced mixing in immiscible multilayer flows
在本研究中，我们调查静电稳定机制作用于分层流体。当重流体位于较轻流体上方时，电场已被证明可以控制甚至抑制Rayleigh-Taylor不稳定性。从不同的角度来看，类似的技术也可以用于在其他稳定系统中产生界面动力学。我们的目标是确定主动控制协议，在有限的几何形状，诱导小规模的设备，而没有移动部件的时间相关的流量。这种效应有许多应用，从混合现象到电子光刻。进行了二维计算，并描述了几个这样的协议。我们提出了计算流体动力学视频与不同的底层混合策略，这表明有前途的结果。
2013-10-12 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
Linear and weakly nonlinear global instability of a fluid flow through a collapsible channel
在许多生物系统中，内部流动和壁变形之间存在相互作用。这种相互作用可能涉及复杂和丰富的动力学行为和许多特性，这些特性取决于流动参数范围。本文的目的是提出一种变体（通过加权残差法获得）的平均一维模型来自斯图尔特等人。“局部和全球流动的不稳定性在一个灵活的壁通道，”欧洲。J. Mech. B/Fluids 28，541-557（2009）]。这两个模型的小雷诺数的渐近展开，从润滑方法得到的精确解相比，揭示了一些定量的差异，即使在较高的雷诺数。定性地说，这两个模型至少在线性水平上给出了类似的结果。结果表明，对于相对较低的膜张力（T），在（T，R）参数空间中有不同的区域，稳定的分叉流可能发生。这些流动也可以观察到在极小的雷诺数结合相对较高的膜张力。在足够高的T和R，分叉流是相当的时间周期性。然后，在这两种情况下进行弱非线性分析，导致分叉流的振幅的演化方程的推导。振幅方程表明鞍结分岔具有跨临界特性，而Hopf分岔则是亚临界或超临界的，这取决于模态数和膜张力。
2019-03-07 physics.flu-dyn
Flow Field Characteristics of a Supersonic Jet Influenced by Downstream Microjet Fluidic Injection
对下游微射流射流喷射（DMFI）系统对超声速射流混合特性的影响进行了数值研究。DMFI系统是建立在观察以前的实验研究，利用横向射流喷射从四个等距喷射口放置在一个喷射管在下游的距离为1.5马赫数喷嘴。从这些先前的实验的测量表明，射流剪切层的增稠和混合增强作为流体注射的结果。目前的数值研究检查流场的基本物理，以及DMFI系统的有效性在较小的质量流率比相比，在以前的实验中使用。结果表明，与实验研究所观察到的趋势吻合良好，并观察到射流混合的增强有相当大的改善。所观察到的混合增强是由于存在的微喷管和流体注射和随之产生的流向涡，以及自然分离弓激波由于横向流动注射。DMFI系统被证明可以增强早期混合，导致下游湍流产生的衰减。此外，DMFI系统被证明是一种有效的方法，以增强混合的超音速射流与潜在的减少喷流噪声辐射。
2019-09-19 physics.flu-dyn
Numerical Investigation of Coaxial GCH4/LOx Combustion at Supercritical Pressures
本文的目的是数值研究同轴气态甲烷液氧在超临界压力下的燃烧现象。湍流模型、真实气体模型和化学动力学模型的选择是低温高压燃烧数值模拟的关键。在这种超临界工作压力下，理想气体定律对这种情况不再有效。因此，我们系统地进行了比较研究，以分析真实气体模型，湍流参数和化学动力学在这种条件下的重要性。实际气体模型与NIST数据库的比较表明，SRK（Soave Redlich Kwong状态方程（EoS））模型预测与数据库更好的一致性。计算结果还表明，在采用非预混稳态b-PDF小火焰模型模拟燃烧过程时，采用修正常数的标准k-ε湍流模型比其他基于RANS的湍流模型更能捕捉火焰形状和温度峰值位置。此外，比较两种不同的化学动力学模型的比较研究表明，减少琼斯Lindstedt机制可以准确地预测火焰特性与最少的计算成本。最后，研究了燃烧室压力和液氧入口温度对火焰特性的影响。火焰特性表现出对燃烧室压力的强烈敏感性，这是由于随着压力的增加，伪沸腾效应减弱。作为通过跨临界混合层的能量和质量传递的较低湍流速率的结果，火焰传播在升高的压力和温度下变得更窄，从而在跨临界条件下产生增加的火焰长度。
2021-01-21 physics.flu-dyn
Bounds on the mixing enhancement for a stirred binary fluid
Cahn-Hilliard方程描述了二元液体中的相分离。在这里，我们研究这个方程的空间变化的源和搅拌，或平流。我们专注于对称的混合物和时间无关的来源，并讨论搅拌策略，均质化的二元流体。通过测量组合物偏离其平均值的波动，我们量化了可实现的均质化量。我们发现我们的均匀化措施的上限和下限仅使用Cahn-Hilliard方程和平流的不可压缩性。我们比较这些理论界与数值模拟两个模型流：恒定流，和随机相位正弦流。使用正弦流作为一个例子，我们展示了如何我们的组合物波动的界限提供了一个衡量的有效性，一个给定的搅拌协议，在Brachia相分离的二元流体。
2007-09-12 physics.flu-dyn
Mixing across fluid interfaces compressed by convective flow in porous media
本文研究了多孔介质中存在对流时的混合问题。对流的特征在于形成涡流和停滞点，其中流体界面被拉伸和压缩以增强混合。我们分析了在不同的情况下，使用界面变形模型的混合动力学的行为。我们表明，标量耗散率，这是有关的溶解通量，控制界面过程，特别是界面压缩和扩散之间的平衡，这取决于流场配置。我们考虑了复杂性不断增加的不同情况。首先，我们分析了双回旋合成速度场。第二，瑞利-贝纳德不稳定性（Horton-Rogers-Lapwood问题），其中驻点位于固定界面。随着瑞利数的增加，该系统经历了从扩散控制混合到混沌对流的转变。最后，瑞利-泰勒不稳定性与移动界面，其中混合经历三个不同的制度：扩散，对流为主，对流关闭。界面压缩模型正确地预测了系统的行为。它显示了压缩率对扩散的依赖性如何解释标量耗散率的标度行为的变化。该模型表明，滞止点之间的相互作用和速度场的相关结构也是负责制度之间的过渡。我们还显示了溶解通量和混合状态的系统之间的行为的差异。我们观察到，而溶解通量与瑞利数减少，系统变得更加均匀。也就是说，通过减少扩散来增强混合。这一观察结果可以通过不稳定模式的影响来解释。
2017-12-01 physics.flu-dyn
Mixing in thermally stratified nonlinear spin-up with sources and sinks
在封闭的圆筒分层自旋实验报告存在的小口袋的良好混合的流体，但定量测量的流体的混合度一直缺乏。以前的数值模拟没有解决这些测量。在这里，我们提出的数值模拟，解决如何旋转和热边界条件的综合影响，增强或阻碍混合的流体在气缸中。混合效率的测量是基于温度的变化，并根据可用的势能进行解释。在水平壁面上采用不同的热边界条件对纳维-斯托克斯方程进行了数值模拟，有助于阐明混合的物理机制，而对混合的物理机制还缺乏明确的解释。
2013-12-18 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of turbulent mixing driven by the Faraday instability in rotating miscible fluids
采用直接数值模拟（DNS）方法研究了旋转对由法拉第不稳定性引起的两种小密度混溶流体湍流混合的影响。通过不可逆混合速率$\mathcal{M}$，我们量化了描述可用势能（APE）向背景势能（BPE）转化的不可逆混合。我们表明，在较低的强迫振幅，湍流动能（$t.k.e.$）增加的科里奥利频率$f$的增加，直到$\left(f/ω\right)^2<0.25$，其中$ω$是强迫频率，在分谐波不稳定相。这种$t.k.e.$的增强归因于更不稳定模式的激发。由于亚谐不稳定相的延长，不可逆混合随着$\left(f/ω\right)^2$的增加而持续一段延长的时间，直到$0.25$，并最终随着不稳定饱和而停止。当$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$时，科里奥利力显著延迟了次谐波不稳定性的开始。强旋转效应导致较低的湍流，因为APE的大部分扩展为BPE，减少了APE，其转化回用于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的$t.k.e.$储层。由于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的不稳定性从未饱和，APE通过$\mathcal{M}$向BPE的转化仍在继续，我们发现了延长的不可逆混合。在较高的强迫振幅下，旋转的不稳定延迟效应可以忽略不计，湍流强度较小且持续时间较短。因此，对于$\left(f/ω\right)^2<0.25$，不可逆混合现象也很快结束…
2023-03-07 physics.flu-dyn
Optimizing the Source Distribution in Fluid Mixing
一个被动标量平流的速度场，与非均匀的空间源，保持浓度不均匀。例如，标量可以是由热点和冷点组成的源的温度，使得平均温度恒定。哪个源分布在这个速度场中混合得最好？这个问题有一个直接而丰富的答案，与实际的混合问题有关。我们使用一个多尺度的措施，稳态增强混合和优化它的变分方法。然后，我们解决所产生的欧拉-拉格朗日方程的扰动均匀流和简单的细胞流。最佳源分布具有许多广泛的特征，正如预期的那样：它们避免了停滞点，有利于快速流动的区域，并且它们的轮廓对齐，使得流动将热点吹到冷点上，反之亦然。然而，详细的结构变化很大的扩散率和其他问题的参数。虽然这些都是模型问题，优化过程是足够简单，以适应更复杂的情况。
2007-07-14 physics.flu-dyn
Mixing by microorganisms in stratified fluids
我们研究了在稳定分层的海洋中低雷诺数和Péclet数下微生物游泳引起的垂直混合，并表明海洋微泳者对垂直混合的全球贡献可以忽略不计。我们提出了两种方法来估计混合效率，$η$，或势能创造率的总速率的工作在海洋上的微型游泳者的比率。第一个是基于缩放参数和估计$η$之间的比率的典型的生物体的大小，$a$，和一个固有的长度尺度的分层流，$\ell = \left ( νκ/ N^2 \right )^{1/4}$，其中$ν$是运动粘度，$κ$的扩散率，和$N$的浮力频率。特别是，在相关的海洋限制，$a / \ell \ll 1$的小生物，我们预测的缩放$η\sim (a / \ell)^3$。$η$的第二个估计是通过将游泳者建模为正则化的力偶极子来求解完全耦合的流分层问题，并数值计算效率而形成的。我们的计算结果，这是检查所有的比率$a/\ell$，验证的缩放参数的限制$a / \ell \ll 1$和进一步预测$η\approx 1.2 \left ( a / \ell \right )^3$垂直游泳和$η\approx 0.15 \left ( a / \ell \right )^3$水平游泳。这些结果与任何富含生物活性的分层流体有关，意味着海洋中游动微生物的混合效率最多为8%，可能至少小两个数量级。
2014-06-12 physics.flu-dyn
Turbulent mixing of a slightly supercritical Van der Waals fluid at Low-Mach number
超临界流体在临界点附近具有类似液体的密度和类似气体的输运性质。这些功能被有目的地利用在不同的情况下，从天然产品提取/分馏到航空航天推进。大部分的研究涉及这最后的背景下，集中在高马赫数的压缩性和热力学严格相互作用的超临界流体的动力学。尽管在低马赫数下也广泛使用，但在这一范围内，轻微超临界流体的湍流混合特性仍未得到详细研究。本文通过对同轴射流的直接数值模拟（DNS），讨论了微超临界范德华流体的流动特性。由于声学效应在许多工业应用中发现的低马赫数条件下是无关的，因此数值模型基于控制方程的适当低马赫数展开。根据实验观察，弱超临界状态的特征是在分离两股流的剪切层中形成指状结构-所谓的韧带。从模拟中提取了马赫数消失时韧带形成的机制，并提供了详细的统计特性。韧带总是形成时，高密度的对比发生，独立于真实或完美的气体行为。在韧带小尺度结构中发现了真实气体条件与理想气体条件之间的差异。更强烈的密度梯度和更薄的界面特征的近临界流体相比，完美气体的平滑行为。本文根据真实气体热力学性质给出了唯象解释。
2014-05-20 physics.flu-dyn
Mixing dynamics and transport mechanisms during laminar stirring flows
Concordia University（康考迪亚大学）
本研究通过模拟圆柱搅拌器在层流中的搅拌，揭示了流动拓扑转变如何控制混合，并识别了扩散主导与对流混合机制，阐明了涡结构逃逸对增强混合的关键作用。
2026-09-11 physics.flu-dyn
Multi-component vapor-liquid equilibrium model for LES and application to ECN Spray A
本文提出并评价了一个详细的多组分两相热力学平衡模型，用于高压下液体燃料喷射和混合的大涡模拟（LES）。该模型能较好地描述超临界和多组分亚临界两相共存状态。大涡模拟结果与实验数据吻合得很好。我们还解决了著名的跨和超临界流体混合的数值挑战，并比较完全保守的制定准保守的制定的控制方程。我们的结果证明了物理和数值的一致性，这两种方法在细网格和典型LES网格上的能量守恒误差与准保守的提法展示。
2016-09-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Modeling Fluid Mixing in Microfluidic Grids
我们描述了一种方法，用于建模流体浓度分布在基于网格的微流控芯片的流体混合。该方法提供了一种预测芯片出口处的流体浓度的算法。我们的算法显着优于COMSOL有限元模拟的运行时间，同时仍然产生的结果，密切接近那些COMSOL。
2019-11-17 cs.CE physics.flu-dyn
Topology, Braids, and Mixing in Fluids
在许多实际应用中，用移动棒搅拌流体以达到均匀性是必要的。这些杆是迫使流体元素拉伸的拓扑障碍物。由此产生的拉伸和折叠通常被观察为细丝和条纹，并且是混合的前兆。在时空图中，杆的轨迹形成一个辫子，而这个辫子的性质在流动中施加了最小的复杂性。我们回顾了流体混合的拓扑观点，并讨论了如何辫子可以用来诊断混合和构建高效的混合装置。我们介绍了一种新的，可实现的设计混合设备，银混频器，基于这些原则。
2006-09-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Chaotic Mixing in Three Dimensional Porous Media
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Spanish National Research Council (IDAEA-CSIC)（西班牙国家研究委员会（IDAEA-CSIC））
研究三维多孔介质中混沌对流与分子扩散的相互作用，揭示其对混合动力学的影响，并提出新的连续时间随机游走模型来量化微观混合过程。
2016-02-17 physics.flu-dyn
A bound on the mixing rate of 2d perfect fluid flows
使用$H^{-1}$规范作为混合的措施，我们证明了二维欧拉流的环面混合被动标量最多指数。混合率线性地受涡量的BMO范数（因此也受其$L^\infty$范数）的限制。我们也给出了一个类似的标量梯度的增长率上界。
2011-08-17 math.AP physics.flu-dyn
Fluid dynamics of mixing in the tanks of small vanadium redox flow batteries: Insights from order-of-magnitude estimates and transient two-dimensional simulations
本文通过量级估算和瞬态二维模拟，揭示小型钒液流电池储罐内电解质混合不充分，高动量或正浮力射流降低能量容量，并强调密度变化对长期混合的重要影响。
2023-05-30 physics.flu-dyn
Waves dictate the yo-yoing decay of a viscoelastic mixing layer
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
研究发现粘弹性流体的衰减混合层中波的形成导致均流摆动，与牛顿流体的单调发展形成鲜明对比，通过数值模拟和能量预算分析揭示了物理机制，建立了数学模型并求解非线性色散波解，解释了复杂几何中不稳粘弹性流的异常现象。
2026-06-24 physics.flu-dyn
Magnetofluidic mixing of a ferrofluid droplet under the influence of time-dependent external field
我们报告的实验研究的铁磁流体液滴与非磁性流体在一个开放的表面微流控平台上的存在下，随时间变化的磁场的混合。采用明场可视化技术，结合显微粒子图像测速（PIV）分析，研究了磁流体液滴内部的流体动力学特性。此外，使用激光诱导荧光（micro-LIF）技术，我们量化的质量转移之间发生的两个液滴，这在效果上，决定了潜在的混合性能下的调制频率的施加磁场。我们发现，磁性纳米粒子表现出复杂的时空运动的铁磁流体液滴域的影响下，随时间变化的磁场，这反过来又促进了对流混合制度的混合效率。我们的分析确定，在存在的时间周期场的磁性纳米粒子的运动加强了界面的不稳定性，这就像一个火花剂，在本方案中启动增强混合。通过进行数值模拟，我们还审查了界面不稳定性的发病，主要源于磁化率之间的不匹配的磁性和非磁性流体。本分析的推论，其重点是简单的，无线的，鲁棒的，和低成本的开放式表面微观混合机制，将提供一个潜在的解决方案，快速液滴混合，而不需要pH值或离子浓度依赖性的流体。
2020-08-03 physics.flu-dyn
