Generation of spherical and cylindrical shock acoustic waves from optical breakdown in water, stimulated with femtosecond pulse
利用阴影照相技术，我们观察到了Cr：Mg_2O_3飞秒激光束在水中激发的光学击穿产生的冲击声波，发现了仅改变激光脉冲能量产生冲击波的两种不同机制。在低能量下，激光束腰处产生单一的球形激波，其半径随能量的增加趋于饱和。在较高的能量下，水中发射长激光丝，导致圆柱形冲击波的产生，其经度随激光脉冲能量呈对数增加。根据阴影图，我们估计冲击波前的最大速度为2300+/-150 m/s，压力为1.0+/-0.1 GPa
2014-03-26 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Specific-heat ratio effects on the interaction between shock wave and heavy-cylindrical bubble: based on discrete Boltzmann method
本文基于离散玻尔兹曼方法研究比热比对激波与重圆柱气泡相互作用的影响，揭示其对气泡动力学行为和热力学非平衡量及熵产生的复杂作用规律。
2023-05-26 physics.flu-dyn
The early stage of the interaction between a planar shock and a cylindrical droplet considering cavitation effects: theoretical analysis and numerical simulation
平面激波与液滴相互作用涉及到高瞬态非定常波结构的演化和诱导空化过程，在自然界和工业中广泛存在。本文采用理论分析和高分辨率数值模拟相结合的方法研究了这种相互作用的内在特性。采用多组分两相可压缩流模型，结合相变过程，模拟了空化过程中的波结构和空化行为的时空演化，包括空化的起始、增长和溃灭。将射线分析方法引入到相互作用中，用一系列射线的运动来表征波结构的演化，射线的发射角与无量纲波速，即透射激波速度与入射激波速度之比有关。在圆柱形液滴曲率的影响下，这些光线聚焦在液滴内部。本研究首次从理论上预测了由无量纲波速决定的聚焦位置，理论分析与数值计算结果吻合较好。由于第二反射波的上、下分支之间的性质的显著差异，观察到高瞬态压力区，并明确了其位置。数值结果表明，当入射冲击波强度足够大时，反射膨胀波的聚焦区可以被识别为液滴内部的空腔。增大入射冲击波强度，空化区扩大，产生更强的溃灭波。
2023-03-18 physics.flu-dyn
The dynamics of discontinuities in a cylindrical energy deposition based on a nanosecond discharge
实验记录了在空气中圆柱形结构的纳秒级大电流放电过程中二次冲击波的聚焦。使用高速阴影记录（高达300 000帧/秒）的新兴非定常流，圆柱对称的气体动力学间断可视化：从放电等离子体边界移动的发散冲击波，将冲击加热的气体与由放电等离子体激发的非平衡区域分离的发散接触间断，以及从接触表面移动到对称轴并在放电后50-60微秒聚焦在其上的会聚压缩波（二次冲击波），形成加热的长寿命索。
2021-08-19 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Experimental characterization of shock-separation interaction over wavy-shaped geometries through feature analysis
本文通过高频PSP、Kulite测量和阴影成像，结合高阶动态模态分解与谱正交分解，实验研究了Mach 2流场中波状表面的激波-分离相互作用，揭示了其低中频非定常特征及分离区频率范围。
2024-09-24 physics.flu-dyn
Self-similar shock dynamics satisfying the inviscid Burgers equation in planar, cylindrical and spherical problems
本文针对平面、柱对称和球对称问题，给出了满足无粘 Burgers 方程的自相似激波动力学的闭式解，并阐释了 Taylor-Sedov 爆炸波和 Guderley 内爆问题的理论基础。
2023-11-16 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Revisiting the Strong Shock Problem: Converging and Diverging Shocks in Different Geometries
收敛（内爆）和发散（爆炸）激波的自相似解以前已经在平面、圆柱或球对称中研究过。在这里，我们提供了一个统一的处理这些明显脱节的问题。研究了绝热指数为$γ$、初始密度为$ρ\sim r^{-ω}$的理想气体在强激波作用下的流动。我们在整个参数空间$γ,ω$中刻画了自相似解的特征，并绘制了不同几何之间的联系。我们发现，只有第二类自相似的解决方案是有效的收敛冲击，在某些情况下，收敛冲击可能不会产生一个反射冲击后，其收敛。最后，我们推导出解析近似的相似性指数在整个参数空间。
2021-05-07 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Nonlinear spin-up of a thermally stratified fluid in cylindrical geometries
这是第62届APS-DFD年会的流体运动画廊的一个条目（流体动力学视频）。这个视频显示了三维时间依赖性的增量自旋的热分层流体在圆柱体和环空。刚性底壁/侧壁是防滑的，并且上表面是无应力的。所有的表面都是隔热的。工作流体是以运动粘度$ν$和热扩散率$κ$为特征的水。最初，流体温度随高度线性变化，其特征在于恒定的浮力频率$N$，其与密度梯度成比例。当流体处于固体旋转状态时，系统经历从其初始值$Ω_i $到最终值$Ω_f$的旋转速率的突变。我们的研究揭示了从轴对称的初始循环过渡到非轴对称的流动模式在后期自旋的时间的可行性。
2009-10-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Bullseye focusing of cylindrical waves at a liquid-solid interface
通过将激光脉冲聚焦在两个同心圆上，在玻璃基片上产生两个会聚叠加的冲击波和瑞利波，这两个同心圆呈靶心形（半径分别为67 \mm ~和96 \mm ~）。实验研究了衬底损伤阈值与重复次数和延迟（0- 20 ns）的关系。靶心聚焦实验相比，一个单一的聚焦环。此外，流体-结构相互作用模拟使用的体积的流体框架被用来估计的应力。对于瑞利波的建设性叠加，即，这里是$10\,$ ns延迟。观察到的损伤与模拟结果一致，其中最大正应力（$\sim 5.6\,$ GPa）是在\dt = 10\，ns的靶心聚焦下实现的，其次是对应于同时冲击波聚焦的\dt = 20\，ns。在所有这些情况下，正应力之后（几纳秒之后）是可以达到$\sim-6.4\,$ GPa的负应力。
2022-09-23 physics.flu-dyn
Limitation in velocity of converging shock wave
通常应用的自相似解的收敛冲击波（冲击波）的演化与激波阵面后面的介质的恒定压缩的问题的结果在一个无限增加的介质速度在附近的内爆。本文利用质量守恒定律，以激波后水的压缩为变量，分析了水中圆柱激波的收敛问题。该模型预测了一个有限的半径范围，这取决于水的绝热指数和压力的增加超过了冲击波前后面的动能和内能密度的变化的总和。在此半径范围内，仅实现激波和水流速度的有限增加。
2022-02-12 physics.flu-dyn
Numerical solution of the Boltzmann equation for the shock wave in a gas mixture
本文在数值求解硬球分子模型的玻尔兹曼方程的基础上，研究了二组分、三组分和四组分混合气体的激波结构。对于碰撞积分的计算，我们使用F.G. Tscheremissine，我们扩展到气体混合物在圆柱坐标系。从上游到下游的均匀状态的过渡是由宏观值和分布函数。所得结果与其他作者的数值和实验结果进行了比较。
2014-03-13 physics.flu-dyn
D'yakov-Kontorovich instability of expanding shock waves
在$h_c<h<1+2 M_2$范围内，其中$h$是D 'yakov-Kontorovich参数，$h_c$是其对应于自发声发射开始的临界值，$M_2$是下游马赫数，经典分析预测了孤立定常平面激波不稳定性的一种特殊形式：激波阵面波纹的非衰减振荡。对于球形和圆柱形扩展的定常激波，我们证明，而不是在字面意义上的不稳定性，幂律增长的激波前扰动随时间的推移。随着参数$h$从$h_c$增加到$1+2 M_2$，不稳定性功率指数从零增加到无穷大。激波发散是一个稳定的因素，并发现高角模数的不稳定性。
2021-06-02 physics.flu-dyn
Mesoscopic Lattice Boltzmann modeling of dense gas flows in curvilinear geometries
本文利用标准正交标架场推导Enskog方程以支持任意坐标系，开发了有限差分Lattice Boltzmann模型求解曲线几何中的稠密气体流动，并通过类DSMC方法验证了其准确性与有效性。
2024-03-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Molecular Dynamics Simulation on Stability of Converging Shocks
采用分子动力学方法研究了稠密Lennard-Jones（LJ）流体中的会聚圆柱激波。MD方法是基于原子运动的跟踪，因此它有一个根本的优势，流体动力学方法，假设冲击作为一个无结构的不连续性，并需要一个状态方程。由于液体中激波阵面的厚度很小，两百万个粒子足以模拟圆柱形激波的传播。研究了不同扰动模式下收敛激波及其混合的稳定性。结果表明，在相对较大的初始波纹的情况下，马赫茎的形成。观察了下游流场中反射激波相互作用产生的超声速射流。我们还研究了两个不同质量密度的Lennard-Jones液体之间的界面的Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性。令人惊讶的是，模式3波纹与较高模式数相比增长非常缓慢，并且较高模式衰减的增长速率较慢。
2009-04-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Linear stability analysis of capillary instabilities for concentric cylindrical shells
出于复杂的多流体的几何形状，目前正在探索在纤维设备制造，我们研究毛细管不稳定性的$N$流体的同心圆柱形流动中的任意粘度，厚度，密度和表面张力在斯托克斯制度和完整的Navier-Stokes问题。推广以前的工作Tomotika（N = 2），石和Brenner（N = 3，等粘度）和其他人，我们提出了一个完整的线性稳定性分析的增长模式和速度，减少系统的线性广义特征值问题的斯托克斯的情况下。此外，我们证明高原风格的几何参数，只有轴对称不稳定性需要考虑。我们表明，N = 3的情况下已经足以获得几个有趣的现象：薄壳或低壳粘度，减少到N = 2的问题，和一个系统在非常不同的长度尺度的竞争破裂过程的限制情况。后者是证明与全三维斯托克斯流模拟。许多$N > 3$案件仍有待探讨，作为第一步，我们讨论两个说明性的$N \to \infty$案件，交替层结构和连续变化的粘度的几何形状。
2011-09-01 physics.flu-dyn
On the integrable elliptic cylindrical Kadomtsev-Petviashvili equation
存在两个版本的Kadomtsev-Petviashvili方程，与笛卡尔和圆柱形几何的波。在本文中，我们推导和研究一个新的版本，有关椭圆柱几何。推导是在表面波的背景下给出的，但推导出的方程是适用于一般弱非线性弱色散波的通用可积模型。我们还表明，所有三个版本的KP方程与物理问题的制定之间存在非平凡的转换，并使用它们来获得新的类的近似解水波。
2013-01-25 nlin.PS nlin.SI physics.flu-dyn
Numerical Analysis of an Imploding Shock Wave in Solid
在内爆材料中产生球形或圆柱形会聚冲击波是产生极高压力、密度和温度的最有效方法之一，这在化学高能炸药或高速物体撞击产生的平面冲击波中是很难实现的。在内爆冲击波的会聚中心区域，可以很容易地产生几十兆巴量级的压力、比正常固体密度大许多倍的密度和几十万度的温度。在这项工作中，我们进行了流体动力学分析的球形质量的铅内爆的外部恒定压力为1毫巴作用在其表面上。其目的是监测压力、密度、速度和温度的上升，并在中心处对冲击波进行会聚和反射。分析进行了流体动力学代码，并利用固体的三项状态方程。这个状态方程考虑了弹性压力、原子的热压力和受到强冲击压缩的固体中电子的热压力。
2019-06-19 physics.flu-dyn
The motion of a shock wave through a non-uniform one-dimensional medium in the case of arbitrary equation of state
给出了孤立激波一维运动方程的推导过程。这一推导表明，如果在推导过程中所作的简化假设得以实现，则变面积通道中孤立平面激波的运动微分方程是精确的。但这些假设在平面几何中只能近似实现;球形和圆柱形激波的情况相反。
2005-04-03 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Shock-driven transition to turbulence: emergence of power-law scaling
我们考虑了平面激波与圆柱形密度界面相互作用的两种情况。在第一种情况下（平面正激波），气缸的轴线平行于激波阵面，由激波沉积的斜压涡量主要是二维的（沿气缸轴线方向）。在第二种情况下，圆柱体是倾斜的，导致斜激波干扰，和一个完全三维的激波诱导涡量场。这两种情况下的流量的统计特性进行了分析，从两个正交的可视化平面的图像的基础上，使用荧光示踪剂的强度图的结构函数与重气体预混合。后来，这些结构函数在相当大的尺度范围内表现出类似幂律的行为。在马赫数从1.1到2.0的范围内和气缸相对于激波阵面的倾斜角的范围（0到30度）内，根据Richtmyer的线性理论定义的无量纲时间，这种行为的表现是非常一致的。
2016-12-30 physics.flu-dyn
High-order mesh-free direct numerical simulation of lean hydrogen flames in confined geometries
针对受限多孔介质中稀氢火焰传播模拟难题，采用高阶无网格方法LABFM开展高保真模拟，揭示受限作用下热扩散与热声不稳定性机制，为燃烧室设计优化提供支撑。
2025-03-21 physics.flu-dyn
The Launch Dynamics of Supersonic Projectiles
弹丸从各种装置的身管中发射时，由于与周围非定常流场的相互作用，其气动特性十分复杂，本文采用动网格法对弹丸与激波相互作用的影响进行了计算研究。圆柱形和圆锥形射弹已被用来研究这种相互作用和这种流场的流体动力学。结果表明，弹丸对爆炸波的超驰作用对弹丸非定常气动特性的总体影响不受弹丸外形的影响。然而，它是注意到，弹丸的配置不影响非定常流结构，因此，阻力系数的圆锥形弹丸显示出相当大的变化，从圆柱形弹丸。详细分析了弹丸与二次激波相互作用时的气动特性。还观察到，在相互作用过程中的二次冲击波的特性的变化是不同的弹丸配置。采用粘性和无粘两种方法对弹丸的空气动力学特性进行了数值模拟。结果表明，粘性对弹丸气动特性的影响可以忽略不计，但粘性对弹丸周围的非定常流场结构有一定的影响。
2012-11-08 physics.flu-dyn
Dynamo action in cylindrical annulus
我们数值研究的诱导机制产生的一系列螺旋运动沿圆柱分布。我们的流动是一个非常理想化的几何形状的柱状结构，已被提出的对流运动在地球核心。使用解析规定的流量，我们应用最近推出的迭代数值方案来求解感应方程，并分析了简单的几何形状（方位角，径向等）的外部施加的字段的流量响应。对称性使我们能够建立选定的感应模式，其相互作用导致发电机机制。使用感应算子形式主义，我们展示了如何偶极子和四极发电机可以设想从这样的运动。
2007-03-26 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Energy density balance during shock wave implosion in water
本文给出了在中等收敛半径范围内，水中内爆过程中圆柱形和球形冲击波（冲击波）演化的解析模型。到目前为止，这个范围仅在实验观测中确定为已经远离活塞影响的内爆半径范围，但尚未由众所周知的自相似解描述。该模型是基于对压力和动能能量密度变化的分析，以及对激波阵面后面的内部和动能密度的相应通量的分析。结果表明，激波速度的空间演化强烈地依赖于初始压缩、水的绝热指数和收敛的几何形状。该模型还解释了在实验中观察到的只有一定半径的冲击波时，冲击波速度快速自相似增加的过渡。确定了激波内爆遵循幂律（准自相似）的临界半径对初始压缩的依赖关系。指出在整个激波半径范围内，内流和动能能量密度通量相等，这与已知的实验数据是一致的。
2022-02-12 physics.flu-dyn
Supersonic turbulent flows over sinusoidal rough walls
对等温粗糙壁面上充分发展的超声速湍流槽道流动进行了直接数值模拟。粗糙度的影响被纳入使用水平集/体积的流体浸没边界法。比较了五种槽道流的湍流统计，包括一种两壁光滑的参考情况和四种具有光滑顶壁和底壁的二维（2D）和三维（3D）正弦粗糙度的情况。结果表明，湍流的粗糙地形和相关的冲击模式的强烈依赖。具体而言，2D几何形状产生强的斜激波，其传播穿过通道并被反射回粗糙壁侧。这些强冲击是不存在的光滑壁通道，并显着较弱的情况下，与三维粗糙的几何形状，取代弱激波。在二维粗糙度情况下，在冲击位置上的顶壁上，湍流剪切产生的局部增强进行了观察。这种增强生产的区域也存在于3D的情况下，在一个弱得多的水平。斜激波被认为是负责一个更显着的熵产生的情况下，2D表面比那些与3D的，导致更高的不可逆热生成，因此在2D粗糙度的情况下更高的温度值。在目前的超声速通道中，由于激波的存在，粗糙度的影响超出了近壁层。这表明外层相似性可能不完全适用于粗糙壁超音速湍流。
2022-11-07 physics.flu-dyn
Generation of axisymmetric modes in cylindrical kinematic mean-field dynamos of VKS type
在试图理解为什么占主导地位的磁场观察冯卡门钠（VKS）发电机实验是轴对称的，我们在本文中调查的平均场模型的能力，以产生轴对称的本征模在圆柱形的几何形状。一个$α$ -效果被添加到感应方程，我们确定合理和必要的属性的$α$分布，使轴对称的本征模产生。用两种不同的仿真程序进行了参数研究。我们发现，简单的分布的$α$ -效果，无论是集中在磁盘附近或占据大部分的流量，需要不切实际的大值的参数$α$来解释VKS的意见。
2009-05-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dispersive shock waves in the Kadomtsev-Petviashvili and Two Dimensional Benjamin-Ono equations
采用抛物型波前初值，研究了Kadomtsev-Petviashvili（KP）方程和二维Benjamin-Ono（2DBO）方程中的色散激波。采用波前跟踪型分析方法，可以将研究两个空间一个时间（2+1）维的DSW问题精确地归结为求解（1+1）维方程的DSW解。利用该方法，KP方程和2DBO方程可分别精确化为圆柱形Korteweg-de Vries（cKdV）方程和圆柱形Benjamin-Ono（cBO）方程.一般地导出了描述cKdV和cBO方程中DSW演化的Whitham调制方程，并引入了Riemann型变量。从相应的Whitham系统的数值解和cKdV和cBO方程的直接数值模拟得到的DSWs进行了比较，获得了良好的协议。反过来，从直接数值模拟的KP和2DBO方程得到的DSW与cKdV和cBO方程进行了比较，再次显着的协议。结果表明，降维（1+1）维方程的DSW解可以有效地描述抛物面前沿的（2+1）DSW行为。
2015-07-29 nlin.PS physics.flu-dyn
Emergent geometries and nonlinear-wave dynamics in photon fluids
在光作为光子流体的流体动力学描述框架下，研究了散焦介质中的非线性波。观测结果被解释为由波本身产生的突现弯曲时空，这完全决定了它们的动力学。时空几何是波与自感背景流之间非线性相互作用的结果。特别地，如在真实流体中所观察到的，波轮廓的不同点以不同的速度传播，导致波前的自陡化和激波的形成。这种现象可以与涌现度量的曲率奇异性相关联。我们的分析提供了另一种见解的冲击形成的问题，并提供了一个模拟重力模型，超越了运动学水平的演示。
2015-12-04 gr-qc physics.flu-dyn physics.optics
Transient heat transfer of superfluid $^4$He in nonhomogeneous geometries -- Part I: Second sound, rarefaction, and thermal layer
超流$^4$ He（He II）中的瞬态传热是一个复杂的过程，涉及独特的逆流传热模式、第二声波的发射和量子化涡旋的产生的相互作用。以往的研究主要集中在平面加热器驱动下He Ⅱ在均匀通道内的均匀换热。在本文中，我们报告了我们的系统研究，他II瞬态传热在非均匀的几何形状，是有关紧急应用。通过求解He II双流体运动运动方程和Vinen涡密度演化方程，研究并比较了He II平板、圆柱和球形加热器的瞬态传热特性。我们的研究结果表明，随着加热器打开，一个传出的第二声脉冲出现，其中的涡旋密度迅速增长。这些涡流衰减第二声音并在加热器前面产生加热的He II层，即，热层。在平面的情况下，在整个空间中产生的涡流，第二声脉冲不断衰减，导致一个强大的热层，扩散后的热脉冲。相反，在圆柱形和球形加热器的情况下，涡流主要产生在加热器表面附近的薄热层中。当热脉冲结束时，在第二声脉冲之后会出现一个稀薄的尾部，温度会下降。这种稀薄尾部可以迅速抑制热层并带走沉积在其中的所有热能。讨论了加热器尺寸、热通量、脉冲持续时间和温度对热层动力学的影响。我们还展示了如何在我们的模型中可以研究在He II中沸腾的起始峰值热通量。
2021-02-03 cond-mat.other physics.app-ph physics.flu-dyn
