Semi-analytic velocity profile for a Bingham fluid in a curved channel
本文推导了压力驱动的屈服应力宾汉流体绕二维同心环空流动的速度分布表达式。该公式要求数值解的屈服面的位置的非线性方程。结果允许预测的压力梯度上所需的压力梯度的通道曲率的影响，以启动流动给定的屈服应力，并在不同的曲率通过通道的塞区域和通量的宽度。
2019-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Turbulent channel flow of an elastoviscoplastic fluid
本文对弹粘塑性流体的层流和湍流槽道流动进行了数值模拟。非牛顿流动通过求解完全不可压的纳维-斯托克斯方程和弹粘塑性应力张量的演化方程来模拟。层流模拟进行了广泛的雷诺数，宾汉数和比的流体和总粘度，而湍流模拟进行了固定的体积雷诺数等于2800和弱弹性。我们发现，在层流制度的摩擦系数单调增加与宾汉数（屈服应力）和粘度比减小，而在湍流制度的摩擦系数几乎是独立的粘度比和宾汉数减小，直到流最终返回到一个充分的层流条件足够大的屈服应力。三个主要制度被发现在湍流的情况下，根据宾汉数：对于低的值，摩擦雷诺数和湍流的统计只有轻微的不同，从牛顿流体;对于中间值的宾汉数，波动增加和惯性平衡范围丢失。最后，对于更高的值，流动完全分层。这些不同的行为与流体不屈服的体积的逐渐增加有关，随着宾汉数的增加，从中心线向壁增长。未屈服区域与近壁结构相互作用，优先在高速条纹上方形成。特别是，近壁条纹和相关的准流向涡强烈增强在一个高度弹粘塑性流体和流动变得更加相关的流向方向。
2018-07-14 physics.flu-dyn
A parametric study of the pipeline hammer phenomenon in plastic Bingham slurry flows using the finite element method
本文用最低阶 FEM 与自适应摩擦模型参数化分析 Bingham 浆体管道水锤，揭示屈服应力增强阻力并加速压力峰值衰减。
2025-07-24 physics.flu-dyn
Simulation of scour around arbitrary offshore foundations based on the Volume-of-Fluid method combined with a Bingham model
本文提出了一种模拟任意海洋结构物周围冲刷的方法。它是基于OpenFOAM框架中实现的Molds-Averaged-纳维-斯托克斯方程的解。该沉积物的模拟与宾汉模型的帮助下，它基本上模拟了固体沉积物的行为，通过引入一个非常高的粘度。宾汉模型所使用的相对压力估计与一种新的方法的基础上的泊松方程的解决方案。沉积物表面的位置计算与流体体积的方法，使用高分辨率的计划。为了保持典型的壁特征，而不需要一个细网格，共同的壁函数被转移到域内部沉积物壁。此外，额外的修改适用于模拟解决方案域内的固体沉积物壁。新的内壁功能的实现与2D测试用例进行了验证。结果表明，一个非常好的协议，共同的墙壁功能和显着的改善相比，它的疏忽。并利用该求解器模拟了水流作用下护坦下游冲刷和圆柱绕流冲刷。结果进行了比较，在文献中提出的实验，并显示出良好的协议。通过将求解器应用到带有泥板的垂直圆柱体上，证明了对任意结构的适用性。目前的发展状况能够解决所有重要的物理流动和冲刷现象。研究结果还揭示了悬架的建模和内壁的处理需要额外的注意。
2021-05-04 physics.flu-dyn
General hydrodynamic features of elastoviscoplastic fluid flows through randomised porous media
本文数值研究了随机多孔介质中弹黏塑性流体的流动，发现弹性效应在低Bingham数下增大压降、在高Bingham数下减阻，并促进屈服，最终可能导致流动失稳。
2024-05-29 physics.flu-dyn physics.geo-ph
A comprehensive Darcy-type law for viscoplastic fluids: II. Rheology & topology
James Weir Fluid Laboratory, Department of Mechanical & Aerospace Engineering, University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学机械与航空航天工程系詹姆斯·威尔流体实验室）
扩展框架推导粘塑性流体渗流达西型定律，考虑更现实流变模型与多孔介质拓扑，改进原工作，给出统一理论基础以预测复杂多孔介质中屈服应力流体输运。
2026-09-18 physics.flu-dyn
Numerical study of Bingham flow in macrosopic two dimensional heterogenous porous media
非牛顿流体的流动在地质和工业环境中的许多应用中是普遍存在的。我们在这里关注屈服应力流体（YSF），即需要最小应力才能流动的材料。我们数值研究了屈服应力流体在二维多孔介质中的流动，在宏观尺度上的局部非均匀性的存在。与微观问题一样，异质性也至关重要，因为某些区域比其他区域更容易流动。其结果是，流动的特点是具有分形特征的优先流路。这些分形特性的特征在于不同的标度指数，将被确定和分析。这些结果的显着特点之一是，这些指数似乎是独立的对数正态分布的非均匀性的幅度。此外，这些指数似乎与微观水平的指数不同，说明了这样一个事实，即尽管相似，但这两个尺度由不同的方程组控制。
2019-05-21 physics.flu-dyn
Application of optimal homotopy asymptotic method to nonlinear Bingham fluid dampers
磁流变液是由可磁化的微粒组成的稳定悬浮液，其特点是在磁场作用下流变特性发生改变。与另一类在电场存在下改变其流变特性的材料一起，称为电流变材料，在文献中称为智能材料或受控材料。在没有磁场的情况下，MR流体中的颗粒分散在基础流体中，并且其通过孔的流动表现为具有恒定剪切应力的牛顿流体。当施加磁场时，MR流体的行为发生变化，并且表现得像具有可变剪切应力的宾汉流体。在实际土木工程应用中，动力响应时间是决定MR阻尼器性能的一个重要特性。用最优同伦渐近法（OHAM）求解了具有非粘性指数阻尼的修正Bingham模型的非线性微分方程。我们的方法不依赖于小参数，并为我们提供了一种方便的方法来最佳地控制近似解的收敛性。OHAM在实践中非常有效，仅需一次迭代和少量步骤即可确保解决方案的快速收敛。
2015-05-06 math.DS physics.flu-dyn
Critical yield numbers of rigid particles settling in Bingham fluids and Cheeger sets
本文研究了在宾汉流体边界区域内，致密固体夹杂物（颗粒）在重力作用下沉降的临界屈服数$Y_c$，即足以阻止运动的屈服应力与浮力应力的临界比值。我们把自己限制在一个二维平面配置与一个单一的反平面速度分量。因此，粒子域和流体域都是具有固定横截面的无限圆柱体。我们表明，这样的屈服数产生于一个本征值问题的约束全变差。通过连续求解两个Cheeger型集最优化问题，构造了该问题的特解。我们提出了一些示例几何中，这些几何解决方案可以明确地找到，并讨论解决方案的一般功能。最后，我们考虑一个计算方法的本征值问题，这是在数值实验中看到产生这些几何解决方案。
2017-01-20 math.OC physics.flu-dyn
Sedimentation of spheroidal bodies near walls in viscous fluids: glancing, reversing, tumbling, and sliding
许多作者用数值方法研究了粘性流体中刚性颗粒在壁面附近的沉降问题，但仅在球形颗粒运动等特殊情况下得到了解析解。本文用镜像法导出了零雷诺数下任意取向的长椭球和扁椭球在垂直或斜面壁面附近沉降的简单常微分方程。在许多情况下，微分方程可以解析求解，并预测完整的轨迹，与完整的数值模拟相比毫不逊色。使用一种新的双层边界积分公式，应力波图像的方法进行模拟。本文研究了由Russel等（1977）首次观测到的掠射和反向弹道在任意展弦比物体上出现的条件。几个额外的轨迹也被描述：一个周期性的翻滚轨迹近球形的机构，线性稳定的滑动轨迹时出现的墙壁是稍微倾斜，和三维掠，逆转，和摆动。
2015-03-15 physics.flu-dyn
Bacterial activity hinders particle sedimentation
由于游动微生物在自然和工业过程中的普遍存在，活性流体中的沉积已成为焦点。在这里，我们调查的沉降动力学的被动颗粒在流体中作为细菌E。大肠杆菌浓度。结果表明，游泳细菌的存在显着降低的沉降前的速度，即使在稀的制度，其中的沉降速度预计是独立的颗粒浓度。此外，细菌增加了被动颗粒的分散，这决定了沉降前沿的宽度。在短时间内，颗粒沉降速度与细菌浓度呈线性关系。然而，均方位移数据显示，细菌活性在长的实验（沉降）时间内衰减。一个对流扩散方程耦合到细菌种群动态似乎捕捉浓度分布相对较好。单颗粒速度与细菌流速的比值可以作为预测前锋沉降速度的单一参数。
2021-03-15 physics.flu-dyn
Sedimentation of finite-size spheres in quiescent and turbulent environments
分散固体相的沉降在应用和环境流动中广泛遇到，然而对于均匀各向同性湍流中有限尺寸颗粒的行为知之甚少。为了填补这一空白，我们进行直接数值模拟的沉降在静止和湍流环境中使用浸没边界法占分散的刚性球形颗粒。所考虑的固体体积分数为0.5 - 1%，而固体与流体的密度比为1.02。粒子半径被选择为大约6个Komlogorov长度尺度。结果表明，平均沉降速度是较低的，在一个已经湍流比在静止的流体。对于所研究的两种体积分数，相对于静止流体中的单个颗粒的减少约为12%和14%。粒子速度的概率密度函数在湍流中几乎是高斯分布的，而在静止流体中则显示出较大的正尾。这些尾巴与颗粒对在拖曳-亲吻-翻滚运动中的间歇性快速沉降有关。颗粒横向分散在湍流中更高，而令人惊讶的是，垂直分散由于在静止流体中观察到的高度间歇性行为而具有相当的量级。使用的平均相对速度的概念，我们估计的平均阻力系数的经验公式，并表明，非平稳的影响，有关的旋涡脱落，解释在湍流环境中的平均沉降速度的减少。
2015-11-18 physics.flu-dyn
Dynamics of particle sedimentation in viscoelastic fluids: A numerical study on particle chain in two-dimensional narrow channel
在这篇文章中，我们提出了一种数值方法来模拟圆形颗粒在填充有FENE-CR型粘弹性流体的二维通道中的沉降，该方法是从[J. Non-Newtonian Fluid Mech.156（2009）95]中开发的Oldrophil-B流体的域/分布拉格朗日乘子法与因子分解方法推广而来的。数值计算结果表明，聚合物的延伸限制L的FENE-CR流体的情况下，两个磁盘和三个磁盘在二维窄通道中的垂直链的最终形成没有影响，至少在本文中考虑的L值，但中间动力学的颗粒相互作用之前，有一个垂直链的L值较小时，增加松弛时间可以是不同的。在FENE-CR型粘弹性流体中，六个颗粒沉降时，4 ~ 6个盘链的形成与聚合物的伸长极限L有关。当L值较小时，FENE-CR型粘弹性流体不能象Oldrophil-B流体那样将它们聚集在一起，而是形成两个分离的三盘链。对于十个圆盘的情况也得到了类似的结果。对多个粒子的数值计算结果表明，L值越小，垂直链的长度越短，团簇的尺寸越小。
2016-07-20 physics.flu-dyn
Slip flows of a Bingham fluid in curved channels
Aberystwyth University（阿伯里斯特威斯大学）；Université Laval（拉瓦尔大学）
研究了在弯曲通道中压力驱动的Bingham流体的流速分布和屈服表面位置，结合Navier壁滑动理论，分析了滑流对流体屈服区域的影响，发现滑流长度增加会推动未屈服区域向通道内侧移动并略微减小其宽度。
2025-06-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Numerical simulations of particle sedimentation using the immersed boundary method
本文研究了固体颗粒在二维通道中的粘性不可压缩流体中的沉降，其中颗粒的质量密度略大于流体的质量密度。流体-结构相互作用问题的数值模拟采用浸没边界法，与一个附加的质量项，采用Boussinesq近似。模拟进行了一个单一的圆形粒子，也与两个粒子在不同的初始配置。颗粒的终端沉降速度与理论和实验结果密切对应，并且单颗粒动力学定性地再现了预期的行为。双粒子模拟显示出与其他实验和数值研究中观察到的相似的绘图-接吻-翻滚动力学。
2013-11-07 physics.flu-dyn
Three-dimensional sedimentation patterns of two interacting disks in a viscous fluid
本文通过直接数值模拟和物理实验研究粘性流体中两个圆盘的三维沉降行为，基于无量纲转动惯量 I* 和雷诺数 Re 建立相图，划分出十种沉降模式，并揭示了接触概率随 I* 和 Re 减小而增大的规律。
2023-01-16 physics.flu-dyn
Curvature-driven transport of thin Bingham fluid layers in airway bifurcations
本文通过润滑理论和三维模拟研究气道分叉中薄宾汉流体层在表面张力作用下的位移行为，揭示曲率驱动输运可能扰乱黏液清除并增加感染风险。
2024-06-10 physics.bio-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Bingham Fluid Flow through Oscillatory Porous Plate with Ion-Slip and Hall Current
本文用数值方法研究了离子滑移和霍尔电流作用下宾汉流体通过多孔振荡板的流动。最初，在时间t = 0，流体和上板都静止。在时间t > 0时，上板开始在其自身平面内振荡，而下板静止。下板温度恒定，而上板温度振荡。垂直于板施加均匀的磁场。为了从控制非线性偏微分方程得到无量纲方程组，使用了通常的变换。采用显式有限差分法求解了无量纲方程组。采用MATLAB R2015 a进行数值模拟。为了保证数值计算的精度，我们讨论了稳定性和收敛性准则，当P_r>=0.08，Beta_i>=2，H_a<=20，K_o<=8（k~=2），R_e>=0.011，Beta_e=0.10，E_c=0.10，Delta（Y）=0.05，Delta（Tau）=0.0001时，系统是收敛的。在无因次时间=2.00时得到了稳态解。在稳态时，几个参数的流动模式，局部剪切应力和努塞尔数的影响已被图示。
2021-03-24 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Grand-potential phase field simulations of droplet growth and sedimentation in a two-phase ternary fluid
本文提出一种结合相场法、格子玻尔兹曼方法和多GPU并行计算的大势相场模拟方法，用于研究任意相图两相三元流体的畴粗化、液滴生长与沉降行为。
2024-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Sedimentation of spheroids in Newtonian fluids with spatially varying viscosity
该研究针对零雷诺数下空间线性变黏度牛顿流体中旋转椭球体的沉降问题，通过摄动展开结合互易定理推导迁移率张量，揭示黏度梯度引发的新耦合效应及不同动力学行为，为复杂黏度场下的粒子沉降分析提供拓展思路。
2024-10-08 physics.flu-dyn
Influence of the imposed flow rate boundary condition on the flow of Bingham fluid in porous media
本文研究施加流速边界条件下宾汉流体在多孔介质中的流动，发现流动路径边界层尺度随流速呈幂律变化，并通过有向聚合物映射揭示了其粗糙度指数及非流动表面的雪崩统计特性。
2024-01-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Numerical Study of the Sedimentation of Spheroidal Particles
粘性流体中刚性颗粒的重力驱动运动与许多自然和工业过程有关，但这主要是针对球形颗粒进行的研究。因此，我们认为沉降的非球形（球形）孤立和粒子对在粘性流体中通过数值模拟使用浸没边界法。这里进行的模拟表明，临界伽利略数的二次运动的发病减少作为椭球体的长宽比偏离1。在这个临界阈值以上，扁球形粒子执行一个超重力运动，而扁长形粒子围绕垂直轴旋转，同时使它们的宽侧面向下落方向。当进一步增加伽利略数时，尾流中的涡的不稳定性随之而来。我们还研究了与粒子对沉降相关的拖曳-接吻-翻滚。我们发现，非球形粒子的相互作用时间显着增加，更有趣的是，球形粒子被吸引从较大的横向位移。这对碰撞核的估计具有重要意义，并可能导致沉降球体悬浮液中的聚类增加。
2016-02-18 physics.flu-dyn
A comprehensive Darcy-type law for viscoplastic fluids: I. Framework
本文提出一种适用于粘塑性流体整个Bingham数范围的综合Darcy型定律，通过结合屈服/塑性极限与牛顿极限的理论模型，并利用增广拉格朗日方法及各向异性自适应网格的计算数据验证了其有效性。
2025-08-09 cond-mat.soft math-ph math.MP
Particle Velocity Fluctuations in Steady State Sedimentation: Stratification Controlled Correlations
本文研究了半浓缩（$ϕ=0.10$）单分散微球在液体流化床中的稳态沉降结构和动力学。采用激光浊度法和颗粒成像法测量颗粒速度脉动和稳态浓度分布。使用广泛的颗粒和系统的大小，我们发现，测量的梯度$\nabla ϕ$，波动幅度$σ_v$，和他们的空间相关长度$ξ$，是不均匀的列-他们都表现出强烈的$z-$依赖的配置文件。这些分布图还显示了一个比例，其中当以$-a\nabla ϕ(z)$、$ξ(z)/a$和$σ_v(z)/v_p$的形式绘制时，不同粒径的结果一起塌陷，证明了稳态沉降中颗粒动力学和结构的普遍性。我们的结果还用于测试最近提出的关于浓度分层$\nabla ϕ(z)$的相关长度$ξ(z)$的模型[P. J. Mucha和M. P. Brenner，Phys. Fluids { \bf 15}，1305（2003）]，$ξ(z)=c_0 a[ϕS(ϕ)]^{1/5}[-a\nablaϕ(z)]^{-2/5}$。我们发现，该模型预测的相关长度与我们的测量值非常吻合，表明波动长度$ξ$的起源在于浓度分层$\nabla ϕ$。
2007-09-08 physics.flu-dyn
A new form of mixing in turbulent sedimentation
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
本文通过直接数值模拟揭示了湍流沉降中颗粒形成的新混合机制，发现混合层扩展速度呈现非整数指数增长，且提出了一维模型以描述该现象。
2026-01-27 physics.flu-dyn
Analysis and optimization of a multicascade method for the size fractionation of poly-dispersed particle systems via sedimentation or centrifugation
沉淀和离心可用于按大小分选颗粒，使用多步骤（多级联）方法，其中去除沉淀物中的颗粒，并再次处理上清液的内容物，重复循环数次。本文提出了一种理论分析，这个过程中，基于一维模型，以期确定最佳的参数，以获得一个相对单分散的悬浮液，从对数正态分布的粒度分布。我们发现，合理选择沉降/离心时间能够控制所需尺寸范围外的颗粒（杂质）的量。令人惊讶的是，多步方法并不收敛，因为多步比两步差。带沉降，其中富含颗粒的层覆盖在透明流体上，相对于从完全混合的情况开始，在杂质减少方面提供了实质性的益处。石墨烯分馏的应用进行了讨论。
2023-03-09 physics.flu-dyn
Drag and Yielding of Rotating Bodies in Yield-Stress Fluids
FAMU-FSU College of Engineering（FAMU-FSU 工程学院）；National High Magnetic Field Laboratory, Florida State University（美国国家高磁场实验室，佛罗里达州立大学）
通过实验和数值模拟研究旋转物体在屈服应力流体中的沉降动力学，发现旋转速率和表面粗糙度显著影响阻力系数，并揭示了塑性变形区、壁滑移和滞点流等机制。
2026-06-03 physics.flu-dyn
The sedimentation of flexible filaments: Trajectories, particle clouds and a buckling instability
在这个流体动力学视频中，我们探索了一系列不同的可能的动态柔性长丝在粘性流体中沉积。与时间相关的形状和轨迹的细丝的确定分析和数值平衡的粘性，弹性和重力在细长体理论为零雷诺数流动。动力学的特点是由一个单一的无量纲的弹性引力数。视频显示了细丝松弛和重新取向的过程，粒子云的形成，最后是屈曲不稳定性。
2013-10-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Sedimentation of a dilute suspension of rigid spheres at intermediate Galileo numbers: the effect of clustering upon the particle motion
在稀相条件下，对有限尺寸颗粒在三周期区域内的重力沉降进行了直接数值模拟。对于一个单一的固体与流体的密度比为1.5，我们已经考虑了两个值的伽利略数对应于稳定的垂直运动（Ga=121）和稳定的倾斜运动（Ga=178）的情况下，一个孤立的球。对于多粒子系统，我们仅在后一种情况下观察到强粒子聚集。与聚类相关的几何形状和时间尺度由Voronoi曲面细分和粒子条件平均确定。作为聚类的结果，平均颗粒沉降速度增加了12%相比，一个孤立的球的值，这样的集体效应是没有观察到在非聚类的情况下。通过定义一个局部（瞬时）的流体速度平均值在附近的有限大小的颗粒，它示出，所观察到的沉降速度的增强是由于这样的事实，即向下的流体运动（相对于全球平均值），这是在集群区域中引起的优先采样的颗粒。它进一步观察到，粒子速度的方差是强烈增强的聚类的情况下。借助于分解的颗粒速度，它表明，这种增加是由于增强流体速度波动（由于聚类）在附近的颗粒。最后，我们讨论了一个可能的解释观察到的一个关键的伽利略数标志着发病的集群稀释条件下。
2014-06-06 physics.flu-dyn
Sedimentation effects on particle position and inertial deposition in 90° circular bends
弯曲几何形状中的层流流体-颗粒流动存在于许多工业、制药和生物医学应用中。颗粒沉积已被广泛研究，然而，很少有人注意到颗粒沉积的颗粒位置和沉积在不同的管道几何组合的影响。本文对微米级颗粒在90°圆管弯管中层流流动的沉降效应进行了综合分析。管道几何形状组合由8种管道直径、9种弯曲半径和30种1至100 μm范围内的颗粒直径组成。结果显示了沉积到直管段下半部分的颗粒的位置，以及管道弯曲入口上游的颗粒位置，管道弯曲入口不再处于完全发展的轮廓中。这些新的位置代表了重力的作用，将粒子向下拉。虽然可以通过CFD分析获得这些位置，但我们提出了一种分析解决方案来预测不同释放位置的颗粒轨迹，这将有助于确定弯管上游位置的初始颗粒分布，以满足CFD分析中对长上游直管段的需求。
2021-08-20 physics.flu-dyn
Dynamics of elastic, nonheavy spheres sedimenting in a rectangular duct
本文通过低雷诺数矩形管道模型实验，揭示弹性非重球体沉降的四阶段动力学及可变形性导致的更高终端速度。
2021-05-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Sedimentation dynamics of triply-twisted Möbius bands: Geometry versus topology
本文通过实验和数值模拟研究具有三重旋转对称性的三扭转莫比乌斯带沉降动力学，发现其旋转方向不仅取决于扭转方向，还随纵横比变化，揭示了流体阻力与惯性效应的共同作用机制。
2024-02-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Chaotic sedimentation of particle pairs in a vertical channel at low Reynolds number: multiple states and routes to chaos
本文研究了一对刚性圆形颗粒在含有牛顿流体的二维垂直槽道中的沉降问题，终端颗粒雷诺数为1 ~ 10，约束比为4。虽然它被广泛承认，足够的惯性对应该通过执行一个定期的DKT振荡（Drafting-Kissing-Tumbling）沉淀，本分析表明，相反，一个混乱的政权也可以存在这样的颗粒，导致一个慢得多的沉淀速度。它由一个近似水平的对组成，对应于最大有效阻塞比，并在增加粒子重量的情况下执行准周期到混沌的过渡。对于惯性较小的区域，经典的斜偶极子结构及其复杂的行为（多个稳定状态和滞后，倍周期级联和混沌吸引子）被恢复，与以前的工作[Aidun & Ding，Physics of Fluids 15（6），2003]一致。由于这些不同的行为，终端雷诺数和无量纲驱动力之间的联系是复杂的：它包含几个分支显示滞后以及各种分叉。在所考虑的雷诺数范围内，给出了一个全局分岔图。
2016-11-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Sedimentation and diffusion of passive particles in suspensions of swimming Escherichia coli
由于游泳微生物在自然和人工环境中的普遍存在，活性流体中的沉积已经成为焦点。在这里，我们实验研究了被动颗粒在含有不同浓度的细菌E。杆菌结果表明，活细菌的存在下，即使在稀的制度，预计沉降速度是独立的颗粒浓度的沉降前的速度降低。细菌增加了被动颗粒的有效扩散系数，决定了沉降前沿的宽度。对于较高的细菌浓度，我们发现两个沉降前沿的发展，由于细菌死亡。一个模型，其中的对流扩散方程描述的重力下的颗粒沉降耦合到细菌的种群动力学似乎捕捉实验的趋势相对较好。
2017-10-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Sedimentation and shear-induced dynamics of spheroids in fluids with spatial viscosity variations
本研究通过广义互易定理与球谐函数解析结合数值模拟，揭示了粘度分层流体中球体的沉降与剪切诱导动力学规律，发现特定纵横比范围球体的稳定沉降取向特性，为沉降调控提供了理论依据。
2025-03-19 physics.ao-ph physics.bio-ph physics.flu-dyn
Phase-separation during sedimentation of dilute bacterial suspensions
本文实验研究稀释 E. coli 悬浮液中球形胶体沉降，发现颗粒与细菌双前沿及浓度依赖规律，并提出可统一实验数据的活性流体沉降现象学模型。
2022-08-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Atypical plug formation in internal elastoviscoplastic fluid flows over a non-smooth topology
本文结合 OCT/共聚焦实验与自适应有限元模拟，研究 Carbopol 凝胶越过空腔的弹黏塑性流动，发现非典型不对称塞状流，并揭示其可由 Weissenberg 数与 Bingham 数乘积统一表征。
2023-08-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
What buoyancy really is. A Generalized Archimedes Principle for sedimentation and ultracentrifugation
颗粒沉降是自然界中普遍存在的过程，离心是一种用途广泛的分离技术。然而，沉降和超离心实验的结果往往似乎与它们所依据的定律相矛盾：阿基米德原理--可以说是最古老的物理定律。本文的目的是深入研究的浮力概念的根本原因，通过结合实验和理论研究胶体混合物中的沉降剖面。我们的分析表明，标准的阿基米德原理只是一个限制性的近似，有效的介观粒子沉降在分子流体中，我们提供了一个普遍的表达式为实际的浮力。这个“广义阿基米德原理“解释了一些意想不到的效应，比如密度更大的粒子漂浮在较轻的流体上，这实际上是我们在实验中观察到的。
2012-05-28 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Comparative study on mesh-based and mesh-less coupled CFD-DEM methods to model particle-laden flow
对基于网格和无网格的计算流体动力学（CFD）方法与离散单元法（DEM）的耦合进行了比较研究。作为基于网格的CFD方法，使用有限体积法（FVM）。光滑粒子流体动力学（SPH）方法代表无网格CFD。未解决的流体模型由局部平均的纳维-斯托克斯方程控制。一个新开发的模型应用边界条件的SPH的描述和验证测试进行。通过对比试验，讨论了DEM-FVM和DEM-SPH方法的异同。三个测试用例，包括一个单一的固体颗粒沉降测试，通过一个多孔块和多孔块的沉降流动，使用这两种方法进行。作用在固体颗粒上的拖曳力高度依赖于局部流体分数。出于比较的原因，选择FVM中单元的大小，使得流体分数与SPH中计算的流体分数相匹配。在一般情况下，DEM-FVM和DEM-SPH方法表现出良好的协议与分析参考结果。DEM-SPH和DEM-FVM方法之间的差异主要是由于计算的局部流体分数的差异。
2016-09-27 physics.flu-dyn
Collective Sedimentation of Squirmers under Gravity
流体动力学相互作用的活性粒子显示出各种各样的涌现的集体现象。我们用蠕动体模拟球形微泳者，并利用多粒子碰撞动力学方法模拟流体流动，探讨了在强引力作用下数千个蠕动体的集体行为。沉积剖面取决于游动速度与沉积速度之比以及蠕动类型。它显示了在底部的紧密堆积的蠕动层和一个高度动态的区域，指数密度依赖于顶部。蠕动的平均垂直方向强烈依赖于高度。当游动速度大于沉降速度时，蠕动体在指数区域表现出较强的对流。我们量化的对流强度和对流细胞的程度由垂直电流密度和电流偶极子，这是大中性蠕动，以及为弱推和拉。
2017-08-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Regularized Approach for Bingham Viscoplastic Shallow Flow Using the Discontinuous Galerkin Method
本文旨在模拟浅水区的粘塑性流动。我们特别使用宾厄姆模型，其中如果应力低于某个阈值，则材料表现为固体，否则，它作为流体移动。这个问题的主要困难是浅水方程与粘塑性本构关系的耦合，以及在其解决方案中所需的高计算量。虽然已经有许多研究这个问题，这些作品大多使用显式方法与简化的经验模型。在我们的工作中，为了适应非均匀网格和复杂的几何形状，我们使用间断Galerkin方法来求解浅层粘塑性流动。这种方法是有吸引力的，由于其高度并行化，h和p-自适应，并能够捕捉冲击。此外，我们处理的不连续性与数值通量，确保一个稳定的解决方案的非线性双曲型方程的元素之间的界面。为了将Bingham模型与浅水方程耦合起来，我们用三种方法将问题正则化。最后，为了显示我们的方法的有效性，我们进行数值例子通常的基准浅水方程。
2023-01-26 cs.CE cs.NA math.NA
Computational Rheometry of Yielding and Viscoplastic Flow in Vane-and-Cup Rheometer Fixtures
一个平面的二维计算分析，以符合传统的和分形的杯形叶片的几何形状，简单的粘塑性流体的准确的流变仪和无滑移。基于自适应增广拉格朗日格式的数值模拟被用来研究在宽范围的宾汉数B（即屈服应力与特征粘性应力的比率）下，N=3至24个臂的叶片工具内和周围的屈服应力流体的二维流场。这允许精确计算具有各种几何形状的叶片周围的速度和应力场，以及直接与流变仪测量的输出扭矩的实验观察结果进行比较，揭示变化和误差的来源。我们描述了叶片结构对流体速度场的影响，从显著扰动远离理想方位运动学的流的少臂十字形叶片（N < 6）到内部结构特征被屈服面成功“掩盖”的多臂分形叶片（N > 12）。这导致粘塑性流体的几乎圆形环的剪切，其与围绕无滑动旋转圆柱形摆锤变形的流体的环形环不可区分，并且导致材料流动曲线的更精确的流变测量。此外，在直接与以前的文献中的数据进行比较，我们表明，叶片表面上的滑动条件不影响速度场或测量的总扭矩T，而光滑的外壁上的滑动条件对数据有显着的影响，即使使用叶片的几何形状。最后，我们描述的影响叶片地形和宾厄姆数，B，上测得的扭矩和流变精度的杯形叶片的几何形状为“简单”（非弹性）屈服应力流体描述的宾厄姆塑料或赫歇尔-Bulkley本构模型。
2022-07-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Chaotic particle sedimentation in a rotating flow with time-periodic strength
在强度随时间变化的固定水平涡旋附近的颗粒沉降可能是混沌的，只要重力足以在涡旋关闭或弱时移动颗粒云。这种“拉伸、沉积和折叠”机制接近于所谓的闪烁涡旋效应，这种效应是完美示踪剂混沌传输的原因，除了在本例中涡旋运动被重力沉降所取代。在目前的工作中，这种现象进行了分析的重力和线性阻力的唯一影响下移动的重斯托克斯粒子。涡被视为一个固定的孤立点涡，其强度在边界条件或体积力的影响下发生变化。当涡的非定常性较弱，自由落体速度为流体速度的量级，颗粒响应时间较小时，颗粒运动方程可渐近地表示为扰动哈密顿系统，其相图为同宿轨迹。一个同宿分岔，因此可能会发生，和粒子惯性的贡献，这种分岔的发生进行了渐近分析，通过使用Melnikov的方法。
2010-03-21 physics.flu-dyn
Effective Rheology of Immiscible Two-Phase Flow in Porous Media
我们通过数值模拟和平均场计算表明，在多孔介质中的不混溶两相流有效地表现为宾汉粘塑性流体。这导致了广义达西方程，其中体积流率二次依赖于在毛细管力与粘性力竞争的流率范围内的超压差。在较高的速率下，流动是牛顿的。
2012-06-05 physics.flu-dyn
Fluid-particle flow and validation using two-way-coupled mesoscale SPH-DEM
首先，提出了一种用于多相流-颗粒流的无网格模拟方法，其中流体采用光滑粒子流体动力学（SPH），固相采用离散元法（DEM）。基于局部平均纳维-斯托克斯方程的未解析流体模型预计将比完全解析模型快得多。此外，与类似的基于网格的离散粒子方法（DPM）相比，我们的纯基于粒子的方法具有缺乏指定网格的灵活性。它适用于诸如自由表面流动或复杂、移动和/或相互啮合的几何形状周围的流动等问题，并且适用于稀颗粒流和密颗粒流。第二，流体颗粒模拟的全面验证程序，并在这里适用于SPH-DEM方法，使用模拟的单个和多个粒子的沉积在一个三维流体柱和分析模型的比较。毫米级颗粒与三种不同的测试流体一起使用：空气、水和水-甘油溶液。对于一个单一的粒子的速度演变比较以及（小于1%的误差）的分析解决方案，只要流体的分辨率是粗糙的颗粒直径的两倍。两个更复杂的多粒子沉降问题（均匀多孔块体的沉降和非均匀Rayleigh Taylor不稳定性）在孔隙率为0.6 <= ε<= 1.0时也能很好地再现，尽管在存在高孔隙率梯度时应注意。总的来说，SPH-DEM方法成功地定量再现了测试用例中的预期行为，并有望成为其他现实的流体粒子系统模拟的灵活和准确的工具。
2013-06-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Highly parallelisable simulations of time-dependent viscoplastic fluid flow simulations with structured adaptive mesh refinement
我们提出了一个有效的和高度并行化的框架不可压缩流体流动模拟粘塑性流体的扩展。该系统是由不可压缩的质量守恒，柯西动量方程和广义牛顿本构律。为了模拟范围广泛的粘塑性流体，我们采用Herschel-Bulkley模型的屈服应力流体的非线性应力应变依赖性以上的屈服极限。我们利用Papanastasiou正则化在我们的算法来处理的奇异性表观粘度。使用IAMR代码（不可压缩自适应网格细化），它使用二阶Goddom方法的平流项和半隐式扩散的近似投影法的上下文中解决自适应细化网格的偏微分方程求解。通过增强的IAMR代码的能力，以模拟正则化的赫歇尔-Bulkley流体，我们获得了有效的数值软件的时间依赖性粘塑性流动在三维空间，它可以用来调查系统以前没有考虑由于计算费用。我们验证了使用这种新的能力对先前公布的数据宾汉塑料和幂律流体在二维盖驱动腔模拟的结果。在这样做时，我们扩大了宾汉和雷诺数的范围，已被认为是在基准测试。此外，扩展到随时间变化的流动Herschel-Bulkley流体和三个空间维度提供了新的见解粘塑性流体在这个测试案例中的流动，我们提供了这些扩展缺失的基准结果。
2018-08-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
History effects in the sedimentation of light aerosols in turbulence: the case of marine snow
我们分析了近中性浮力颗粒的沉积上的巴塞历史力的效果，例如海洋雪，在三维湍流。颗粒的特征在于斯托克斯数远小于1，静水沉降速度，以柯尔莫哥洛夫速度为单位测量，为一阶。Maxey-Riley方程中历史力的存在导致与没有这种力的惯性粒子和理想沉降示踪剂的动力学强烈不同的个体轨迹。然而，当考虑一个大的粒子系综时，所有三种动力学的统计特性变得更加相似。历史力的主要影响是一个相当缓慢的，幂律型收敛到一个渐近的沉降速度的质心，这是发现在静止流体中的沉降速度的数值。系综的空间扩展扩散增长后，最初的弹道式增长持续到约。一个大涡流的周转时间。我们证明，这种轻的聚集体的质心的沉降最好近似的沉降动力学在静止流体中发现的历史力，在其顶部的波动出现，非常密切地遵循那些湍流速度场。
2016-01-06 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Complex sliding flows of yield-stress fluids
对屈服应力流体的复杂滑动流动进行了理论和数值研究。已知如果切向应力超过{ \it滑动屈服应力}，则屈服应力流体在固体表面上滑动。滑动可由于各种微观现象而发生，例如溶剂的无穷小润滑层的形成和/或固体表面附近悬浮的软颗粒的弹性形变。这导致了一个“粘滑”的法律复杂的屈服应力流体流动的流体动力学特性的建模和分析。在本研究中，我们制定的问题，滑动流超越一维流变流。然后，基于增广拉格朗日方法的数值格式来解决这类问题。理论工具的开发用于分析流动/无流动限制。整个框架是基准在平面Poietille流和验证对解析解。然后研究了两个更复杂的物理问题：多孔介质中的滑移颗粒沉降和压力驱动滑移流。详细讨论了两种流动情况下的{ \it屈服极限}。在颗粒沉降问题中，特征线方法--滑移线方法--在存在滑移的情况下，从完全塑性力学重新审视，并用作解决屈服极限的有用工具。最后，对模型和随机多孔介质中的渗流进行了研究。随机配置被选择来捕捉更复杂的方面的屈服应力流体流动在多孔介质中的屈服极限-通道化。
2020-10-29 physics.flu-dyn
On the viscoplastic squeeze flow between two identical infinite circular cylinders
直接数值模拟的紧密相互作用的无限圆柱体中的宾汉流体，和结果相比，在间隙中的润滑理论的基础上的渐近解。与牛顿流体不同的是，气缸之间的间隙外的宏观流动显示出对间隙内的压力分布和气缸上产生的润滑力有很大的影响。结果表明，只有当宏观流动产生的粘塑性基体周围的渐近润滑解可以用来预测润滑压力。这对亚网格尺度润滑模型在粘塑性流体中的非胶体颗粒悬浮液的模拟中的使用具有影响。
2018-02-07 physics.flu-dyn
Inertial forces and elastohydrodynamic interaction of spherical particles in wall-bounded sedimentation experiments at low particle Reynolds number
本研究通过实验探究低雷诺数下壁面附近球形颗粒的沉降过程，发现了惯性壁面吸引、非经典速度演化、弹性流体动力捕获等多种现象，揭示了惯性力与弹性效应耦合的弹性流体动力记忆机制。
2024-09-11 physics.flu-dyn
Thixotropic flow past a cylinder
本文研究触变流体绕圆柱的流动。流体的流变学描述的装置的结构粘塑性模型的基础上的宾汉本构方程，正则化使用Papanastasiou正则化。假设屈服应力随结构参数线性变化，结构参数从零（完全破碎的结构）到一（充分发展的骨架结构），遵循一阶速率方程，该方程解释了材料结构的分解和建立。结果是用有限元法数值计算得到的。模拟进行了一个中等的雷诺数为45，使流动再循环观察到后面的气缸，但涡脱落不会发生。研究了宾汉数和触变性参数的影响。结果表明，在雷诺数一定的情况下，通过这些参数可以将流动的粘性控制在一定范围内。
2017-10-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Sedimentation of elongated non-motile prolate spheroids in homogenous isotropic turbulence
浮游植物是水生食物网的基础。通过光合作用，浮游植物吸收相当于森林和其他陆地植物的二氧化碳，并将其转化为有机物质，然后由其他营养级较高的浮游植物生物体消耗。影响局部浓度和速度的机制对浮游生物中许多基于捕食者的过程具有重要意义，包括捕食者-捕食者相互作用、施肥和聚集体形成。我们报告的结果，从模拟下沉的浮游植物，被认为是细长的球体，在均匀的各向同性湍流回答的问题，下沉的浮游植物的轨迹和速度是否被湍流改变。我们特别表明，沉降的球状体的物理特性类似的硅藻弱集群和优先样品区域的下涌流，对应于平均沉降速度相对于平均沉降速度在静态流体中的增加。我们解释了不同的参数如何影响沉降速度以及可能涉及的潜在机制。有趣的是，我们观察到，在长球体的纵横比的增加可以通过两种机制影响颗粒的聚集和平均沉降速度：首先是纵横比对颗粒的旋转速率的影响，其饱和速度比第二种机制增加阻力各向异性。
2016-11-30 physics.flu-dyn
U-shaped disks in Stokes flow: Chiral sedimentation of a non-chiral particle
本文通过有限元方法求解3D Stokes方程，研究了U型圆盘在零惯性极限下的沉降不稳定性，发现其会沿复杂螺旋轨迹沉降，且轨迹手性由初始条件决定。
2024-06-19 physics.flu-dyn
Study of sedimentation of non-cohesive particles via CFD-DEM simulations
颗粒物的沉降过程普遍存在于自然界和许多涉及固液分离的领域。采用计算流体动力学与离散元耦合方法（CFD-DEM）研究了非粘性颗粒的沉降过程，包括受阻沉降阶段和沉积阶段。首先，通过不同悬浮液固体体积浓度（0.05~0.6）下的受阻沉降速度对CFD-DEM耦合沉降模型进行了验证。通过浓度剖面和等浓度线，还可以看出两种典型的沉降模式。然后，单分散和多分散颗粒系统之间的比较进行了详细的。模拟了多分散颗粒体系沉降过程中的分凝现象。随着悬浮液初始固相浓度的增加，这种偏析效应减弱。从模拟结果中可以得到每对颗粒之间的接触力，从而从颗粒接触力的角度论证了“有效应力原理”，给出了颗粒接触力与土力学中“有效应力”这一关键概念的对应关系。我们还证明了有效应力原理从接触力作用在颗粒上。此外，还可以用CFD-DEM方法模拟泥沙的淤积阶段，从而研究不同条件下的床面固相浓度。根据最大固相浓度的模拟结果和沉降理论，本文还讨论了两种典型沉降模式的沉降结束临界时间的计算方法。
2017-11-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
