Transient behaviour of electrovortex flow in a cylindrical container
本研究是对暴露于恒定电流的圆柱形容器内的共晶GaInSn合金的流动进行的实验和数值研究[1]的延续。通过锥形电极施加的电流与其自身的磁场的相互作用驱动的新兴电涡流可能在液态金属电池中具有不利和有利的影响。虽然以前的工作[1]主要涉及时间平均的结果，本文的重点是瞬态行为的电涡流成为最相关的外部轴向场的影响下。由外加电流与地磁场bz的垂直分量的相互作用产生的附加洛伦兹力驱动普通电涡流射流进入涡旋运动。研究了射流的速度分布和运动特性，如螺旋流线和缩短的不规则摆动射流区。在bz = 25.5 μT时，详细分析了其机理。旋转射流的最大角速度基本上线性地依赖于bz，至少对于这里研究的值是这样。瞬态模拟结果与实验结果吻合较好。
2022-01-21 physics.flu-dyn
Surface wave dynamics in orbital shaken cylindrical containers
无论是在品尝前给一杯葡萄酒充气，加速化学反应还是培养悬浮细胞，容器的“旋转”（或轨道摇动）都能确保以有效而简单的方式进行良好的混合和气体交换。尽管在大范围的应用中使用，但这种直观的运动还远未被理解，并且呈现出丰富的模式和行为，这尚未被报道。本研究绘制了波浪的演变，其中操作参数识别了各种各样的模式，从单个和多个波峰波到破碎波。自由表面和速度场的测量进行比较，一个潜在的晃动模型，突出了各种流态的存在。我们的研究评估了振动液体的模态响应的重要性，奠定了基础，在其应用中的轨道搅拌的严格的混合优化。版权所有（2014）美国物理研究所。本文仅可供个人使用。任何其他用途都需要事先获得作者和美国物理研究所的许可。以下文章出现在Physics of Fluids 26，052104（2014）中，可以在http://dx.doi.org/10.1063/1.4874612上找到
2014-12-02 physics.flu-dyn
Fluid mode spectroscopy for measuring kinematic viscosity of fluids in open cylindrical containers
针对现有粘度测量未利用速度衰减速率的问题，提出基于斯托克斯本征模分解的流体模式光谱法（FMS），可精准测量敞口圆柱形容器内流体运动粘度，尤其适用于低粘度及零剪切速率直接测量，经实验和模拟验证有效。
2023-05-16 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn physics.ins-det
Coupled Rayleigh--Taylor and Faraday instabilities in vertically vibrated cylindrical containers
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
该研究采用弗洛凯分析探究垂直振动圆柱中瑞利-泰勒与法拉第不稳定性的耦合机制，明确振动振幅、横向约束等因素对不稳定性模式的影响，揭示了受限多相流中界面不稳定性的复杂演化规律。
2026-08-03 physics.flu-dyn
Standing and travelling waves in cylindrical Rayleigh-Benard convection
本文用Boussinesq方程对高宽比接近1.5的圆柱形容器进行了Rayleigh-Benard对流的数值模拟。利用非线性模拟、线性稳定性分析和分叉理论研究了从轴对称定常流到时变流的过渡。当瑞利数接近25，000时，轴对称流对驻波或行进方位波变得不稳定。驻波对行波稍不稳定。这种情形被认为是具有O（2）对称性的系统中的一个Hopf分支。
2007-05-31 physics.flu-dyn
Oscillation in the temperature profile of the large-scale circulation of turbulent convection induced by a cubic container
我们目前的观测振荡的形状的大尺度环流（LSC）的湍流瑞利-B {é}nard对流的温度分布。温度测量值被分解为作为$θ-θ_0$的函数的傅立叶矩，其中$θ$是在中间高度处的水平面中的方位角，并且$θ_0$是LSC取向。在立方胞元中，振荡结构由三阶正弦矩和三阶余弦矩控制。与此相反，这些时刻没有发现在一个圆柱形细胞振荡。这种几何形状相关的行为可以通过一个模型来解释，该模型假设由LSC传输的热量是从热边界层传导的，并且与LSC沿着顶板和底板处的边界层的路径长度成比例。在非圆形横截面单元中，LSC取向$θ_0$的振荡导致LSC的参考系中的容器形状的振荡，导致在给定$θ-θ_0$下LSC的路径长度的振荡。在正方形横截面单元中，当使用$θ_0$的振荡幅度作为输入时，该模型预测了占主导地位的三阶正弦矩和三阶余弦矩，其幅度在测量值的50%以内。一个圆柱形的细胞是特殊的，因为路径长度是独立的$θ_0$，所以这些振荡的时刻是不会引起的。在一个圆柱形的细胞，该模型再现了正弦平均温度分布与晃动振荡占主导地位的二阶正弦矩，与以前的观察在该几何形状一致。
2020-06-18 physics.flu-dyn
Swirling against the forcing: evidence of stable counter-directed sloshing waves in orbital-shaken reservoirs
本文研究了圆柱形容器在椭圆周期轨道上的自由表面响应。对于小强迫振幅和深液层，我们量化的影响轨道的纵横比上的表面动力学在附近的流体系统的最低固有频率。我们提供了实验证据的存在的频率范围内，稳定的漩涡可以是共同的或相反的方向相对于容器的运动方向。我们的研究结果是成功地预测的无粘渐近模型，修正了启发式阻尼。
2023-03-03 physics.flu-dyn
On the shape of air-liquid interfaces with surface tension that bound rigidly-rotating liquids in partially filled containers
流体在刚体绕轴旋转并部分充满容器时的界面形状通常是第一堂研究生流体课的家庭作业的主题。在该问题中，表面张力被忽略，界面形状为抛物线，接触角边界条件一般不满足。当考虑表面张力时，形状表现出更丰富的依赖性作为旋转速度的函数。本文分析了零重力下刚体转动条件下旋转正圆柱形容器中的稳态界面形状。我们特别注意临界附近的形状，其中界面或其一部分在某些特定的旋转速度下变得笔直并平行于旋转轴。我们研究几何形状的容器是轴向无限的，并得出其解决方案的性质。然后，我们详细研究了两种特殊情况下，在一个圆柱形容器中的气泡：一个弯月面跨越的截面;和一个弯月面形成的气泡。在每种情况下，我们都将各自轴长的精确解推导为适当旋转参数的无穷级数;并且当形状接近其临界配置时，我们发现了各自的渐进行为。最后，我们应用渐近近似的方法，在整个转速范围内产生的轴向长度的解析表达式。在这个应用中，解析解是用来检查错误的假设，接口是一个正确的圆柱，这个假设是关键的旋转气泡法用于测量表面张力。
2021-09-10 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Low-dimensional model of the large-scale circulation of turbulent Rayleigh-B{é}nard convection in a cubic container
我们测试的低维湍流模型的能力，以预测如何动态的大规模相干结构，如对流卷在不同的细胞几何形状的变化。我们在一个立方体容器中进行了Rayleigh-Bénard对流实验，其中有一个被称为大尺度环流（LSC）的对流卷。该模型描述了运动的方向$θ_0$的LSC作为扩散的潜在的预测作为一个函数的形状的细胞从一个近似的解决方案的纳维-斯托克斯方程。该模型预测平流振荡模式，由非圆形细胞横截面产生的回复力驱动。我们观察到预测的最低波数模式，其中LSC方向$θ_0$振荡在一个角落，和晃动角$α$岩石来回，这是不同的高波数平流扭曲和晃动振荡中发现的圆柱形细胞。正如预测的那样，在LSC方向$θ_0$和晃动角$α$上，势能在每个角附近具有二次最小值，曲率相同。在临界Ra $=4\times10^8$以上发现了拐角处的新振荡模式，该模式在模型中表现为欠阻尼-过阻尼过渡的交叉。的潜力，振荡周期，功率谱，和振荡的临界Ra的固有频率都在一个因素的3的模型预测的瑞利数范围$8\times10^7 \le Ra \le 3\times 10^9$。然而，这些模型参数的不确定性太大，无法正确预测系统在给定Ra下是处于欠阻尼状态还是过阻尼状态。该模型在预测的潜力和流动模式的立方细胞的成功表明，这种建模方法可以更普遍地应用于不同的细胞几何形状，支持一个单一的对流辊。
2020-06-16 physics.flu-dyn
Numerical estimate of the viscous damping of capillary-gravity waves: A macroscopic depth-dependent slip-length model
本文提出了一种数值方法来正则化圆柱形容器中运动接触线粘性毛细重力波计算中出现的接触线奇异性。线性化的纳维-斯托克斯方程由容器侧壁上的宏观Navier-like滑移条件补充，其中深度变化的滑移长度将接触线处的自由滑移条件桥接到远离弯月面的无滑移条件。根据来自文献的建议，选择该特征穿透深度作为与本征频率有关的典型斯托克斯层厚度。由于后者是未知的，由此产生的非线性本征值问题，首先简化使用无粘本征频率估计的斯托克斯层厚度。该解决方案，然后示出提供一致的结果相比，文献中使用的无粘本征模估计的不同来源的耗散与被忽略的角落区域的渐近方法。这表明，这种数值正则化方案是合适的检索物理上有意义的结果。
2022-07-14 physics.flu-dyn
The gap-size influence on the excitation of magnetorotational instability in cylindrical Couette flows
本文研究了不同间隙宽度的轴向无限泰勒-库埃特流的磁旋转不稳定性的激发条件。圆柱体被认为是由完美的导电或绝缘材料和导电流体有限，但小的磁性普朗特数旋转的准开普勒速度分布。该解决方案是优化相对于波数和雷诺数的内圆筒的旋转。对于轴对称模式，我们发现所施加的轴向磁场的临界Lundquist数越低，圆柱之间的间隙越宽。对于诱导细胞结构获得了类似的结果：间隙越宽，细胞越球形。对于固定尺寸的外筒，内筒的边际转速在间隙宽度不太宽和不太窄的情况下总是具有最小值。对于理想导电壁，最小值位于$r_{\rm in}\simeq 0.4$，而对于绝缘壁，最小值位于$r_{\rm in}\simeq 0.5$，其中$r_{\rm in}$是内圆柱的归一化半径。激发不稳定性的最低磁场幅值是理想导电圆柱体之间的泰勒-库埃特流所需的，其间隙对应于$r_{\rm in}\simeq 0.2$。对于甚至更宽的间隙和非常薄的间隙，所需的磁场和旋转频率被示出为变得相当巨大。还考虑了含$|m|=1$的非轴对称模式。与轴对称模式相比，它们的激励通常需要更强的磁场和更高的磁雷诺数，这对于具有$r_{\rm in} \lesssim 0.3$的宽间隙容器是真实的。
2023-03-25 physics.flu-dyn
An Isoperimetric Sloshing Problem in a Shallow Container with Surface Tension
1965年，B. A. Troesch解决了确定容器形状的等周晃动问题，该容器形状使两类浅容器的基本晃动频率最大化：具有给定自由表面宽度和横截面积的对称管道，以及具有给定边缘半径和体积的径向对称容器[doi：10.1002/cpa.3160180124]。在这里，我们扩展这些结果在两个方面：（i）我们考虑表面张力对流体自由表面的影响，假设一个平坦的平衡自由表面连同一个固定的接触线，和（ii）我们考虑正弦波沿运河波数$α\ge 0$和空间周期$2π/α$ ;二维晃动对应的情况下$α= 0$。将我们最近的变分表征的液体晃动与表面张力的情况下，一个固定的接触线，我们得到的固定边缘的线性浅晃动问题，这是一个本征值问题的广义Sturm-Liouville系统。在没有表面张力的情况下，我们表明，最佳的浅运河是一个矩形运河的任何$α> 0$。在表面张力的存在下，我们解决了最大化的横截面明确为浅运河与任何给定的$α\ge 0$和浅径向对称容器与$m$方位角节点线，$m = 0, 1$。我们的研究结果表明，最大晃动频率的平方显着增加表面张力的增加。有趣的是，$α= 0$的最佳浅管道和最佳浅径向对称容器都不是凸的。作为我们的明确的解决方案的结果，我们建立收敛的最大化的横截面，表面张力消失，最大化的横截面没有表面张力。
2022-07-20 math.OC math.SP physics.flu-dyn
Focusing of concentric free-surface waves
本文通过模态方法和二阶非线性理论研究圆柱容器中同心重力-毛细波的聚焦问题，揭示轻微粘性反而加剧对称轴处振荡，指出势流模型的局限。
2024-10-04 physics.flu-dyn
On the physical mechanism of centrifugal-gravity wave resonant instability in swirling free surface rotating Polygons
本文对快速旋转圆柱形容器内旋转流的波动共振不稳定性进行了显式分析。将线性动力学分解为水平内侧离心波与外侧垂直重力波的相互作用，以了解离心波的动力学。我们展示了离心波和重力波分别引起的远场速度如何影响彼此的传播速率和振幅增长。我们遵循这一点与分析的不稳定性方面的四波相互作用，两个离心和两个重力的，并解释为什么共振不稳定性只能得到一对之间的两个反向传播的波，一个离心和一个重力。此外，一个近共振制度，不产生不稳定性的结果是从一对反向传播的离心波和一个pro-propagating重力之间的相位锁定配置，其中的相互作用影响波的传播速率，但不影响振幅的增长。
2017-03-08 physics.flu-dyn
Oscillatory superfluid Ekman pumping in Helium II and neutron stars
本文揭示超流体中由涡旋张力和 Ekman 抽吸耦合驱动的持续振荡模式，并以之解释氦 II 实验观测及中子星中周期为数天至数年的弱阻尼振荡现象。
2015-07-23 astro-ph.SR cond-mat.other physics.flu-dyn
Rapidly Rotating Wall-Mode Convection
本文推导了快速旋转极限下控制一般容器内部对流壁模不稳定性强非线性发展的简化方程组，揭示其多尺度特性，推导Ekman通量修正公式并通过模拟展示非线性动力学，为相关研究提供新途径。
2025-07-02 math.DS nlin.PS physics.flu-dyn
Spatiotemporal measurement of surfactant distribution on gravity-capillary waves
针对表面波与表面活性剂密度场耦合动力学难测量的问题，采用莫尔成像和荧光标记法测量浅圆柱容器中重力-毛细波驱动的不溶性表面活性剂时空分布，发现其聚集规律并通过贝塞尔函数拟合揭示纵波存在的迹象。
2015-02-11 physics.flu-dyn
