Effect of rough wall on drag, lift, and torque on an ellipsoidal particle in a linear shear flow
本研究针对粗糙壁面附近线性剪切流中的椭球颗粒，通过大量三维数值模拟得到不同参数下的阻力、升力和扭矩系数，建立了对应水动力系数关联式，可用于欧拉-拉格朗日框架的两相流模拟。
2022-01-22 physics.flu-dyn
Lift and drag forces acting on a particle moving in the presence of slip and shear near a wall
通过直接数值模拟研究了单壁流动中球形小颗粒有限滑移运动时所受的升力和阻力。滑移速度对颗粒力的影响作为分离距离的函数进行了分析，对于低滑移和剪切雷诺数（$10^{-3} \leq Re_γ, Re_{\text{slip}} \leq 10^{-1}$）在静态和线性剪切流。根据模拟结果，建立了适用于任意颗粒壁面间距和$Re_γ, Re_{\text{slip}} \leq 10^{-1}$的广义升力模型。所提出的模型现在可以预测的升力在线性剪切流中的存在或不存在的滑移，并在静态流时，滑移存在。现有的阻力模型也进行了比较，静态和线性剪切流的数值结果，以确定哪些模型捕捉近壁滑移速度最准确的低颗粒雷诺数。最后，我们比较了建议的升力模型的结果，以前的实验结果的浮力颗粒和中性浮力（无力）的颗粒在静止和线性剪切流中移动到壁附近的数值结果。提出的广义升力模型可用于预测生物和工业流中颗粒悬浮液的行为，其中基于滑移和剪切的颗粒雷诺数为$\mathcal{O}(10^{-1})$及以下。
2020-08-13 physics.flu-dyn
Numerical Simulation of Wavy-Flap Airfoil Performance at Low Reynolds Number: Insights from Lift and Drag Coefficient Analysis
本研究通过数值模拟分析了低雷诺数下波浪翼型的气动性能，发现其在较大尾部攻角和低攻角下能显著提升升力系数和升阻比，从而提高航空与海洋应用中的气动和燃油效率。
2025-03-06 physics.flu-dyn
Reconfigurable kirigami mesostructure enables modulation of lift and drag
Laboratoire d’Hydrodynamique (LadHyX), CNRS, École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（拉伊达克斯水动力学实验室，法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；Unsteady Flow Diagnostics Laboratory, Institute of Mechanical Engineering, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（非定常流动诊断实验室，机械工程学院，洛桑联邦理工学院）；Department of Biological and Environmental Engineering, Cornell University（生物与环境工程系，康奈尔大学）
本文研究了 kirigami 微结构通过变形调节流体力的机制，展示其通过可逆重构实现可调气动性能，揭示了结构对升力和阻力的调控作用。
2026-04-21 physics.flu-dyn
Bi-stable Nonlinear Energy Sinks (BNESs) for Response Mitigation and Drag Reduction of Subsea Cables Undergoing Vortex-induced Vibrations
University of Illinois（伊利诺伊大学）；Stanford University（斯坦福大学）；SINTEF Ocean（辛特夫海洋研究所）
提出在开源MoorDyn库中集成优化的双稳态非线性能量汇（BNESs），通过非线性能量转移和模态重分布，有效降低海底电缆涡激振动的峰值振幅、能量吸收和拖曳阻力。
2026-10-20 physics.flu-dyn
Drag, lift, and torque correlations for axi-symmetric rod-like non-spherical particles in linear wall-bounded shear flow
本文提出预测壁面约束线性剪切流中轴对称棒状非球形颗粒阻力、升力和力矩系数的关联式，基于DNS数据拟合，中位误差低至2.89%-11.00%，可用于欧拉-拉格朗日或CFD/DEM大规模模拟。
2024-05-27 physics.flu-dyn
Dynamic lift enhancement mechanism of dragonfly wing model by vortex-corrugation interaction
Graduate school of Integrated Sciences for Life, Hiroshima University（广岛大学综合生命科学研究生院）
研究通过直接数值模拟分析了二维沟槽翼模型在初始涡旋生成与脱离前的流动特性，揭示了沟槽结构抑制lambda涡旋生成从而增强升力的机制，探讨了攻角对其影响。
2023-04-27 physics.flu-dyn
Lift and drag in three-dimensional steady viscous and compressible flow
在最近的论文中，Liu、Zhu和Wu（2015，{ \it J. Fluid Mech.} { \bf 784}：304）提出了二维粘性可压缩定常流中物体的力理论。在这篇姊妹论文中，我们对三维流动也作同样的处理。本文利用线性化的纳维-斯托克斯方程的基本解，将Goldstein于1931年导出的、Milne-Thomson于1968年总结的不可压流的力公式改进为完善的最终形式，并进一步证明了它在亚音速到超音速流动中是普遍成立的。我们称这个结果为\textit{unified force theorem}，它指出力总是由纵向速度的矢量环流$\pGamma_ϕ$和横向速度的标量入流$Q_ψ$决定。由于这一定理是不能直接观察到的实验或计算，一个可测试的版本也来自，然而，仅在线性远场。我们将此版本命名为\textit{testable unified force formula}。在此基础上，提出了提高升阻比的一般原则。
2021-02-10 physics.flu-dyn
Lift and drag in intruders moving through hydrostatic granular media at high speeds
最近，实验表明，入侵者水平拖动通过密集，流体静力学颗粒填料的力主要取决于当地的表面取向，可以看作是施加在小表面元素的力的总和。为了更深入地理解这种力，我们进行了二维软球分子动力学模拟，在类似的设置，入侵者通过50-50双分散颗粒填料，直径为0.30和0.34厘米。我们测量，对于圆形和半圆形，平行（阻力）和垂直（升力）的阻力方向的阻力速度的函数，与V=10.3-309厘米/秒，和入侵者的深度，与D=3.75-37.5厘米。作用在入侵者上的阻力随V和D单调增加，并且在圆上更大。然而，升力并不单调地依赖于V和D，这种关系受入侵者形状的影响。垂直力对于半圆是负的，但对于V和D的小范围，我们测量到正升力。我们没有发现圆上升力的符号变化，它总是正的。的非单调依赖的解释是有关的减少接触的入侵者V的增加。这在性质上类似于超音速气流从障碍物上脱离。分离的图片支持的模拟测量的速度场周围的入侵者和力剖面上测得的表面。
2013-07-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Using Drag to Hover
与直升机不同，理论上，昆虫可以利用升力和阻力保持在空中。在这里，我们表明，一个飞行器主要是拖动悬停采用不对称的上下中风。对一系列冲程的计算进一步表明，在适用于昆虫的低雷诺数范围内，使用阻力与使用升力一样有效。
2003-04-18 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Flutter Limitation of Drag Reduction by Elastic Reconfiguration
本研究通过风洞实验考察中点夹持、垂直气流的柔性薄板，揭示临界 Cauchy 数与质量数共同界定弹性重构减阻和动态失稳的边界，并提出避免振动的最优柔性。
2024-03-03 physics.flu-dyn
Extended five-term nonlinear drag model for a wide range of cylinder wakes
College of Engineering, University of Buraimi（布赖米大学工程学院）
本文提出了一种扩展的五项非线性阻力模型，用于描述振动圆柱体涡街中的升力-阻力耦合现象。
2026-02-28 math.DS physics.flu-dyn
Point-particle drag, lift, and torque closure models using machine learning: hierarchical approach and interpretability
最近，使用机器学习开发确定性邻域通知的点粒子闭合模型已经引起了分散多相流社区的兴趣。这种复杂的多体问题的神经模型的鲁棒性受到粒子分辨数据的可用性的阻碍。目前的工作通过实施两种策略来解决这种不可避免的数据匮乏的限制：（i）通过使用旋转和反射等变神经网络和（ii）通过追求基于物理的分层机器学习方法。由此产生的机器学习模型被观察到，以实现最大的准确性85%和96%的预测，分别在相邻引起的力和扭矩波动，为广泛的雷诺数和体积分数的条件下考虑。此外，我们追求的力和扭矩网络架构，提供通用的预测跨越范围广泛的雷诺数（$0.25 \leq Re \leq 250$）和颗粒体积分数（$0 \leq ϕ\leq 0.4$）。该方法的分层性质使改进的预测量，如流向扭矩，超越二元相互作用，包括三元相互作用。
2022-07-18 physics.flu-dyn
Resonance in vortex-induced in-line vibration at low Reynolds numbers
本文结合流体动力学理论，对圆柱在自由流场中的涡激振动进行了数值模拟。最初，它表明，增加雷诺数从100到250的结果在一个固定的质量比$m^*=5$的峰值响应幅度增加了12倍。随后，$m^*$在180的固定雷诺数下从2变化到20。响应振幅作为折合速度$U^*$的函数，显示出一个单一的激励区域，其峰值振幅约为圆柱体直径的1%，与$m^*$值无关。振动总是由单个涡的交替脱落激发的。我们发展了一个新的模型，包括一个无粘惯性力，准定常阻力，尾流阻力诱导的旋涡脱落。我们的分析表明，尾流阻力适当地捕获了一个渐进的转变，在其相位变化作为一个函数的$U^*$的旋涡脱落的时间，而尾流阻力的大小显示在激发区域内的共振放大。我们使用的理论来说明为什么峰值振幅，发生时的振动频率是等于在静止的流体中的结构频率，不依赖于$m^*$，与我们的模拟，以及以前的实验在雷诺数高于这里考虑。这一新理论提供了迄今为止文献中采用半经验方法无法获得的物理见解。
2020-11-15 physics.flu-dyn
Orientation-dependent drag, lift, and torque correlations for regular Platonic polyhedral particles
Otto-von-Guericke-Universität（奥托·冯·格里克大学）
本研究通过颗粒分辨直接数值模拟，针对5种柏拉图多面体开发了取向相关的阻力、升力与扭矩关联式，为多相流中非球形颗粒输运的模拟提供了高效工具。
2026-08-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Drag and lift forces on a rigid sphere immersed in a wall-bounded linear shear flow
我们报告了一系列的完全解决的模拟流动的刚性球附近的墙，无论是在静止的流体或在存在均匀的剪切稳定地翻译。非旋转和自由旋转的领域受到无扭矩的条件都被认为是评估自旋诱导效应的重要性。球体和壁之间的分离距离从壁影响较弱的值变化到球体半径一半的间隙。基于球体直径和相对于周围流体的相对速度的雷诺数跨越范围$0.1-250$，并且定义为穿过球体的剪切引起的速度变化与相对速度的比率的相对剪切速率从$-0.5$变化到$+0.5$，所以球体要么领先流体要么落后于流体。壁-通过研究流动结构，特别是展向和流向涡量分布，定性地分析了在各种流态中起作用的诱导相互作用机制。阻力和升力的变化在低，但有限的和中等雷诺数进行了比较，可用的解析和半经验表达式，分别。在更多的惯性制度，两个力分量的经验表达式推导出的数值数据的基础上，产生准确的拟合有效的范围很广的雷诺数和壁球分离的非旋转和无扭矩的领域。
2021-08-16 physics.flu-dyn
Optimal smoothing length scale for actuator line models of wind turbine blades
作动器线模型（ALM）是在大涡模拟（LES）中表示诸如风力机叶片的升力面的常用方法。在ALM中，升力和阻力由施加的体积力代替，该体积力通常使用具有某个规定的平滑宽度$ε$的高斯核在若干网格点上平滑。迄今为止，选择$ε$最经常是基于数值的考虑，网格间距在LES中使用。然而，特别是对于网格间距等于或小于叶片弦长的精细解析LES，$ε$的最佳选择尚不清楚。在这项工作中，遵循理论方法来确定最合适的值的$ε$。首先，我们开发了高斯升力和阻力的线性化流响应的解析解，并使用结果来建立指定升力和阻力所需的局部速度和远场速度之间的关系。然后，首先集中在升力，我们找到$ε$和力中心的位置，最小化的高斯力和2D的位流超过Joukowski翼型诱导的速度场之间的平方差。我们发现，对于所考虑的情况，最佳平滑宽度$ε^{\rm opt}$为叶片弦长的14- 25%，力中心位于叶片前缘下游约13- 26%处。这些最佳值不依赖于迎角，仅微弱地依赖于升力面的类型。为了表示阻力，圆形高斯阻力场的最佳宽度被示出为等于尾流的动量厚度。
2016-05-10 physics.flu-dyn
Reynolds-number regimes of corrugation-induced lift enhancement in two-dimensional dragonfly-like wings
Interdisciplinary Faculty of Science and Engineering, Shimane University（岛根大学理工学综合教育faculty）；Graduate School of Integrated Sciences for Life, Hiroshima University（广岛大学生命融合科学研究生院）
该研究通过直接数值模拟，在雷诺数100至4000范围内识别出波纹翼升力增强的三个区间，揭示了涡动力学机制，并提供了基于局部雷诺数的判据，为波纹翼气动设计提供了指导。
2026-09-25 physics.flu-dyn
Active Flow Control for Drag Reduction of a Plunging Airfoil under Deep Dynamic Stall
本文采用高保真度数值模拟方法研究了主动流动控制技术对SD7003翼型深动态失速的抑制作用。流动雷诺数为$Re=60{,}000$，自由飞行马赫数为$M=0.1$。数值模拟进行了有限差分求解器，采用高阶紧凑的差分格式，插值和过滤交错网格。网格收敛进行了研究，结果表明，良好的协议与现有数据的气动系数。不同的展向布置的致动器来模拟在翼型前缘的吹气和吸气。我们观察到，对于一个特定的频率范围内的驱动，平均阻力和阻力波动大幅减少，而平均升力保持几乎不受影响，特别是对于一个二维致动器设置。在此频率范围内，2D气流驱动破坏了动态失速涡流的形成，由于沿翼型吸力面朝向后缘区域的压力增加，导致阻力减小。同时，在靠近前缘的吸力面上的压力减小，从而增加升力并进一步减小阻力。
2019-07-11 physics.flu-dyn
Aerodynamic characterization of low-aspect-ratio swept wings at $Re=400$
我们进行非定常三维直接数值模拟，以研究在弦基雷诺数为400的NACA 0015横截面的有限展弦比后掠机翼的气动特性。本文研究了后掠角（$Λ=0^{\circ}-45^{\circ}$）对有限展弦比机翼（$sAR=0.5$、1和2）在大迎角范围（$α=0^{\circ}-30^{\circ}$）内的气动力系数的影响。非定常层流分离流动表现出与这些参数有关的复杂的气动特性。后掠的引入增强了展弦比为$sAR=0.5$和1的小机翼的升力，这是由于翼展中部附近的旋涡结构产生的升力。在这些情况下，阻力系数对后掠角的依赖性不太明显，特别是在小迎角时。小展弦比机翼的升阻比随后掠角的增大而增大。然而，对于大展弦比的机翼，没有观察到后掠角对升力系数和升阻比的这种有利影响，因为在翼展上，翼展中效应相对较弱。本文的结果提供了小展弦比机翼的层流空气动力特性，并补充了非定常低雷诺数空气动力数据库，突出了后掠角的影响。
2020-11-24 physics.flu-dyn
Time-dependent lift and drag on a rigid body in a viscous steady linear flow
本文采用随未扰动流动运动的非正交坐标与匹配渐近展开，推导任意形状刚体在一般线性流中瞬时力的主导阶惯性修正，并分析球体及椭球在典型流动中的时间相关升阻力。
2018-06-14 physics.flu-dyn
A Method for Evaluation of Aerodynamic Lift and Drag Based on Statistical Mechanics
本文提出基于统计力学的“体积元”方法，用于数值评估空气动力升力与阻力，适用于凸形翼型，结合蒙特卡洛模拟可处理凹形翼型，并拓展至量子气体应用。
2023-04-25 cond-mat.stat-mech physics.app-ph physics.flu-dyn
Far-field Boundary Conditions for Airfoil Simulation at High Incidence in Steady, Incompressible, Two-dimensional Flow
本文研究大攻角翼型模拟的远场边界条件，发现阻力一致性需引入点源，提出 Lagally-Filon 修正以缓解无点源引起的侧壁阻塞，并分析了点涡-点源组合条件与力矩方程的不一致性。
2024-11-20 physics.flu-dyn
Spatial and temporal scales of force and torque acting on wall-mounted spherical particles in open channel flow
来自在2900的整体雷诺数下几何粗糙壁上的明渠流的直接数值模拟的数据，由Chan-Braun等人[“Force and torque acting on particles in a transitionally rough open-channel flow”，J. Fluid Mech.684，441- 474（2011），10.1017/jfm.2011.311]中所述的方法，进一步分析了作用在壁装球体上的力和扭矩的时间和长度尺度。对于正方形布置的两种尺寸的球体（直径为11和49个壁单元，分别产生水力平滑和过渡粗糙流），研究了阻力、升力和展向扭矩的空间结构。给出了时间上的自相关和谱，以及时空相关和对流速度，并进行了讨论。发现展向质点扭矩的统计特性与光滑壁面处剪应力的统计特性相似。粒子阻力和升力被证明不同于展向粒子扭矩，表现出相当小的时间和长度尺度;阻力和升力的对流速度略大于展向扭矩。此外，流场和颗粒相关的量之间的相关性。流向速度和阻力/展向扭矩之间的相关性的空间结构的特征细长的形状，让人想起缓冲层条纹。压力场和颗粒阻力之间的相关性表现出两个相反的符号凸起的上游和下游侧的颗粒。
2013-06-04 physics.flu-dyn
Deep reinforcement learning-based active flow control of an elliptical cylinder: transitioning from an elliptical cylinder to a circular cylinder and a flat plate
本研究将基于深度强化学习的主动流动控制技术应用于不同纵横比的椭圆圆柱与平板，利用PPO算法精确控制合成射流，在极低能耗下实现了显著的减阻、降升及涡旋脱落抑制。
2024-09-26 physics.flu-dyn
Hydrodynamic forces on assemblies of non-spherical particles: orientation and voidage effects
这项工作提供了一个配方，为轴对称，非球形粒子的静态组件创建阻力，升力和扭矩封闭。除了雷诺数$Re$和固体体积分数$ε_s$，我们提出了四个额外的参数来表征通过非球形颗粒组件的流动。两个参数考虑颗粒的相互取向（取向张量特征值$S_1$和$S_2$），两个角度表示流动方向（极角和方位角$α$和$β$）。有趣的是，我们观察到，粒子上的流体动力是独立的相互粒子的取向。相反，代表颗粒构型本身的最重要参数是单个颗粒相对于进入流的入射角$ϕ$。此外，我们观察到，我们早期发现的孤立粒子阻力的正弦平方标度（Sanjeevi & Padding 2017）平均而言，即使对于粘性和惯性状态下的多粒子系统也是如此。类似地，我们观察到，多粒子系统的平均升力遵循正弦-余弦标度，就像孤立粒子一样。这样的发现是非常有用的，因为对于给定的$Re$和$ε_s$，填充床或多孔介质的压降可以仅用颗粒的取向分布和它们在$ϕ=0^\circ$和$ϕ=90^\circ$处的阻力的知识来计算。与所确定的相关参数，我们提出了阻力，升力和扭矩关闭多粒子系统。
2019-03-19 physics.flu-dyn
Shocks Under Control: Taming Transonic Compressible Flow over an RAE2822 Airfoil with Deep Reinforcement Learning
Aerospace Engineering Department, Worcester Polytechnic Institute（航空航天工程系，沃斯特理工学院）；Department of Aerospace Engineering, University of Michigan（航空航天工程系，密歇根大学）
针对Re=50,000时二维RAE2822翼型跨音速激波-边界层相互作用的主动流动控制问题，本文采用深度强化学习（DRL）结合高保真CFD求解器，通过合成射流作动器有效缓解激波诱导分离、抑制振荡并提升气动力性能。
2025-11-10 cs.LG physics.flu-dyn
Tuning Cross-stream Lift in Viscoelastic Shear: Distinct Hydrodynamic Signatures of Force-bearing and Force-free Mechanisms
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究了粒子在粘弹性剪切流中受外力驱动时的升力和阻力修正，发现驱动机制决定升力方向，力承载机制与力自由机制产生相反的升力。通过推导流场和应力，证明其差异源于不同的水动力扰动，产生不同的聚合物应力分布。
2026-06-08 physics.flu-dyn
Propeller-wing interactions of a lift + cruise eVTOL configuration during transition
University of Southampton（南安普顿大学）
本研究通过风洞试验，探究升力+巡航eVTOL过渡阶段螺旋桨与机翼间距及电机方向对气动性能的影响，发现后电机正装且短间距可提升升阻比，前螺旋桨靠近机翼正装可改善特定前进比下的性能。
2026-09-10 physics.flu-dyn
The Influence of Forebody Topology on Aerodynamic Drag and Aeroacoustics Characteristics of Squareback Vehicles using CAA
本研究采用SBES-FW-H方法数值研究了三种前体形状对方背车辆气动阻力和气动声学的影响，发现升力系数和侧窗噪声存在显著差异，但气动阻力和辐射声差异可忽略。} {
2023-06-23 physics.flu-dyn
On the drag and lift coefficients of ellipsoidal particles under rarefied flow conditions
模拟稀薄气体与任意形状胶体粒子之间的双向耦合相互作用的能力对于许多实际应用是重要的，例如航空航天工程、肺部药物输送和半导体制造。通过基于直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法的数值模拟，研究了长椭球体和扁椭球体颗粒浸没在均匀环境流中时，颗粒取向和稀疏度对阻力系数和升力系数的影响。这是通过使用嵌入在我们的DSMC求解器中的切割单元算法对固体颗粒进行建模来完成的。在这种方法中，颗粒的表面由其解析表达式描述，并使用射线追踪技术精确计算微观气固相互作用。测量的阻力和升力系数被用来扩展的相关性，在连续制度的稀薄制度，专注于过渡和自由分子制度。椭球粒子的相关性的函数形式被选择作为从球形情况下的概括。我们表明，从数值模拟的数据拟合可以扩展到制度以外的模拟范围的$Kn$通过测试所获得的预测模型的值$Kn$，其中不包括在拟合过程中，允许实现更高的精度时，与现有的预测模型从文献中。最后，我们强调这项工作的重要性，在提供新的非球形粒子，可用于点粒子欧拉-拉格朗日模拟，以解决高科技机械系统中的有限尺寸粒子的污染问题的相关性。
2021-08-04 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effect of turbulent fluctuations on the drag and lift forces on a towed sphere and its boundary layer
采用高分辨率直接数值模拟方法研究了湍流脉动对流体作用于拖曳球形颗粒的力的影响。测量进行了使用一种新的计划，以整合的颗粒和不可压缩的周围流体流动保持在高雷诺数湍流制度之间的双向耦合。其主要思想是将流体的傅立叶伪谱方法与浸入边界技术相结合，在颗粒表面施加无滑移边界条件。基准测试的代码显示出良好的协议与其他团体的实验和数值测量。本文还报道了球下游湍流尾流的研究。的平均速度赤字表现为从粒子的距离的倒数，从经典的相似性分析预测。这一法律是重新解释的“永久性的大涡”的原则，涉及红外渐近自相似性的均匀湍流的能量衰减规律。开发的方法，然后用来攻击的上游流，是在一个发达的湍流制度的问题。结果表明，平均阻力的增加作为湍流强度和颗粒雷诺数的函数。这种增加明显大于基于层流上游流的标准阻力相关性所预测的。结果表明，相关参数是粘性边界层厚度与环境湍流耗散尺度的比值。小尺度湍流脉动改变了球体周围的平均速度和压力分布，从而增强了阻力。
2013-01-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Chordwise micro-jet placement reveals a trade-off between mean hydrodynamic performance and unsteady loading under cloud cavitation
Hakim Sabzevari University（哈基姆萨布泽瓦里大学）；Ferdowsi University of Mashhad（马什哈德 Ferdowsi 大学）
本研究通过数值模拟对比Clark-Y水翼的5个弦向微射流位置，发现提升平均水动力性能的位置与降低非定常载荷的位置存在权衡关系，优选位置需依研究目标而定。
2026-09-02 physics.flu-dyn
Deep learning based on PINN for solving 2 D0F vortex induced vibration of cylinder with high Reynolds number
涡激振动广泛存在于自然界和工业领域。解决涡激振动问题的主要方法是数值模拟和实验方法。然而，实验方法难以获得整个流场的信息，且成本高，而数值模拟方法则非常耗时，且仅限于低雷诺数和简单的几何构型。此外，数值模拟很难处理移动网格技术。本文提出用物理信息神经网络（PINN）来求解高雷诺数圆柱的涡激振动和尾流诱导振动。与传统的数据驱动神经网络相比，通过引入附加的湍流涡动粘性，将雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程与结构动力学方程耦合到损失函数中。通过计算流体动力学（CFD）技术获得训练和验证数据。提出了三种方案来验证PINN在解决圆柱涡激振动和涡激振动方面的性能。首先，通过有限的力和位移数据计算刚度参数和阻尼参数;其次，通过离散的速度信息推断流场和升力/阻力;最后，基于LSTM，仅通过升力和阻力就可以直接预测位移。结果表明，与传统的神经网络方法相比，PINN方法在涡激和涡激情况下对未知参数和高雷诺数流场的推断和重构方面更有效。
2021-06-03 physics.flu-dyn
The dynamics of dense particles in vertical channel flows: gravity, lift and particle clusters
采用粒子分辨模拟方法研究了牛顿流体和粘弹性流体垂直槽道流动中有限尺寸密集颗粒的动力学行为。与相同配置中的中性浮力颗粒的比较突出了沉降的效果。颗粒体积分数为$5\%$，重力场与流动方向相反。尽管密度比（$ρ_r = 1.15$）适中，但由于颗粒相和流体相之间的相对速度而引起质的变化。虽然致密的颗粒均匀分布在通道的核心，平均浓度分布峰值在近壁区域由于剪切和旋转引起的升力之间的竞争。这些力作用在横流方向，并通过评估沿单个粒子轨迹的条件平均值进行分析。粒子的角速度和平移速度之间的相关性突出了在展向和壁法线方向上的马格努斯升力的重要性。粒子的集体行为也很有趣。使用一个\Voro分析，强聚类被确定在密集的颗粒附近的壁，这是改变他们的流向速度。这种聚集归因于聚集颗粒向壁的优先运输。颗粒分布的不均匀性的实际含义是阻力的显著增加。当载体流体是粘弹性的时，颗粒迁移增强，这导致更大的应力，从而否定粘弹性降低湍流阻力的能力。
2020-12-05 physics.flu-dyn
Vorticity Confinement and TVD Applied to Wing Tip Vortices for Accurate Drag Prediction
涡量限制（VC）方法与总变差减小（TVD）方案一起使用，以减少可能的过限制，并应用于机翼边缘脱落的翼尖涡，以便使用远场积分来预测诱导阻力。最佳VC参数首先通过应用于2-D涡来确定，然后通过应用于由3-D机翼脱落的尖端涡来确定。采用尾流积分技术对三维无粘模拟进行后处理，以确定升力诱导阻力。计算了VC参数与飞行马赫数和迎角的关系。对二维涡和三维机翼产生的诱导阻力进行了网格收敛研究。VC与TVD minmod和微分通量限制器一起使用，以评估它们对VC方法的影响。最后，将VC方法与雷诺应力方程湍流模型相结合，并将计算结果与叶尖涡演化的实验数据进行了比较。
2020-02-29 physics.flu-dyn
Elasto-plastic flow of a foam around an obstacle
本文模拟了理想二维单分散泡沫体在管道中绕不同对称和非对称障碍物的准静态流动。我们记录压力和网络的阻力和升力的贡献，并研究它们作为障碍物几何形状的函数。结果表明，阻力随障碍物截面的增大而线性增大。非对称翼型形状上的升力是负的，并且随着其弧长而增加，主要是由于压力的贡献。
2012-02-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A Physics-Guided Bi-Fidelity Fourier-Featured Operator Learning Framework for Predicting Time Evolution of Drag and Lift Coefficients
Purdue University（普渡大学）
针对高保真流场系数预测计算成本高的问题，提出物理引导双保真度傅里叶特征DeepONet框架，结合两类数据优势，用少量高保真数据实现升阻系数时间演化的高精度预测，性能优于纯数据驱动方法。
2023-11-07 cs.LG cs.NA math.NA
Aerodynamically-driven rupture of a liquid film by turbulent shear flow
本文用流体体积法研究了气相同向剪切湍流引起的液膜破裂。为了模拟这个多相问题，我们使用一个简化的数值设置，其中的液膜是“夹”在两个充分发展的边界层从湍流通道模拟。膜在由共流产生的剪切区内变形并最终破裂。这种有效的设置允许系统的物理参数的变化，以衡量他们的作用，在空气动力学驱动的变形和破裂的液膜下充分发展剪切湍流。目前的工作提出了一个详细的研究的发展压力场的变形膜和相关的空气动力学效应，如以前所建议的其他作者，特别是无粘升力和阻力的作用。引入累积升力以捕获在膜上形成的交替压力最小值和最大值的效果，所述交替压力最小值和最大值放大并最终使膜破裂。由升力引起的阻力导出的速度标度反映了膜上的紊流边界层的状态，并使这种累积升力的时间发展以及膜变形的幅度崩溃，对于不同的膜厚度和雷诺数取得了一定的成功。
2020-08-11 physics.flu-dyn
Microbubbly drag reduction in Taylor-Couette flow in the wavy vortex regime
通过直接数值模拟的方法研究了微气泡对Taylor-Couette流动的影响。我们采用欧拉-拉格朗日方法与气-液力偶合器的基础上的点力近似。在对单个气泡的运动建模时，考虑了附加质量、阻力、升力和重力。我们发现，非常稀的悬浮液的小的不可变形的气泡（体积空隙率低于1%，零韦伯数和气泡雷诺数<10）诱导一个强大的统计稳定的阻力减少（高达20%）在所谓的波涡流区（Re = 600-2500）。归一化扭矩的雷诺数依赖性（所谓的扭矩减小比（TRR），其对应于阻力减小）与Murai等人（J.Phys.14，143（2005））最近进行的一系列实验测量一致。我们的分析表明，在这个政权的扭矩减少的物理机制是由于局部轴向力，引起的气泡上升，这是能够打破系统中的高耗散泰勒波涡。我们最终表明，在这个过程中，升力作用在气泡上是至关重要的。当忽略它时，气泡优先聚集在内筒附近，并且整体流动的修改效率较低。
2007-07-18 nlin.CD physics.flu-dyn
Numerical Investigation of Discontinuous Ice Effects on Swept Wings
Tsinghua University（清华大学）；Sapienza University of Rome（罗马大学）
本文通过增强延迟脱离涡模拟研究了断续冰对掠翼气动性能和流动结构的影响，发现断续冰导致升力下降更严重，且通过间隙喷射破坏前缘涡流，产生更大的升力损失但更小的阻力损失。
2025-10-26 physics.flu-dyn
Phase-locking of laminar wake to periodic vibrations of a circular cylinder
利用相位缩减分析方法研究了二维圆柱绕流后涡脱落与其振动之间的相位同步性。利用这种方法，使一个一维的，线性模型的发展相对于层流尾流的极限环吸引子，它准确地描述了相动力学的高维，非线性流体流动及其响应的旋转，横向和纵向振动的气缸。这种基于相位的模型是通过评估相位响应和敏感性的唤醒动态脉冲扰动的气缸，这可以在模拟和实验中进行。由此产生的模型反过来产生的理论条件之间的相位锁定的圆柱体振动和尾流。我们还表明，这种同步机制可以用来稳定的唤醒，随后减少阻力。我们还揭示了不同的振动运动的同时发生的情况下，可以用来促进或阻碍同步。这些研究结果为涡激体振荡的研究、提高飞行器的气动性能、通过使体振荡运动与周期性尾流同步或去同步来减缓结构振动等提供了有价值的见解。
2020-11-19 physics.flu-dyn
The Reynolds-Averaged Vortex Force Map Method
King’s College London（伦敦国王学院）
本文提出雷诺平均涡力图方法，通过改进的涡力-压力项和雷诺应力项，实现对湍流、三维RANS流动的涡力图建模，并定量归因于特定涡旋结构。
2026-03-13 physics.flu-dyn
Wake-Induced Drag and Phase-Reconstructed Dynamics of a Flexible Plate in Normal Flow
Department of Mechanical Engineering, Polytechnique Montréal（蒙特利尔理工大学机械工程系）
研究柔性板在正常流中顺流诱导阻力及相位重构动力学，通过分析板的振动模式揭示涡旋脱落规律及阻力影响。
2026-04-12 physics.flu-dyn
Heavy Particle Motion in Rotational Vortices
本文通过拉格朗日模拟分析三维旋转圆柱涡旋中球形惯性粒子的受力与轨道行为，揭示旋转升力、科里奥利力等耦合导致的聚集、分岔及稳定周期运动。
2025-06-11 physics.flu-dyn
Hydrodynamic modulation via cupping in a crustacean-inspired propulsor
Brown University（布朗大学）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Kookmin University（建国大学）
研究通过调节蟹足的杯状角度，发现适度角度可优化推力-升力平衡，揭示了虾足作为混合推进器的机制。
2026-02-24 physics.flu-dyn
Dynamic Behavior of Tandem Perforated Elastic Vortex Generators Using Two-Way Coupled Fluid-Structure Interaction Simulations
Department of Mechanical Engineering, University of North Texas（北德克萨斯大学机械工程系）
本研究通过双向耦合流-结构相互作用模拟，探讨了双串联孔隙弹性涡流发生器在不同孔隙率下的动态行为，发现孔隙率能改变自然频率并抑制腔体不稳定性，同时调节涡流动力学。
2026-01-13 physics.flu-dyn
A minimal model of pump foil dynamics
EPFL（洛桑联邦理工学院）
本文提出一个简化模型，研究泵 foil 的推进机制，通过耦合二阶系统分析水平、垂直和 pitch 运动，揭示了前翼和后翼在稳定推进中的作用及影响因素。
2026-03-15 physics.flu-dyn
Drag reduction in numerical two-phase Taylor-Couette turbulence using an Euler-Lagrange approach
采用欧拉-拉格朗日方法模拟了两相湍流泰勒-库埃特（TC）流，以研究第二相分散到湍流载体相（此处气泡分散到水中）中的影响。载体相的动态使用直接数值模拟（DNS）在欧拉框架中计算，而气泡通过模拟有效阻力，升力，附加质量和作用于它们的浮力以拉格朗日方式跟踪。在分散相和载体相之间实现双向耦合，允许两相之间的动量交换，并研究分散相对载体相动力学的影响。TC装置的半径比固定为$η=0.833$，并且达到最大内圆柱雷诺数$Re_i=8000$。我们改变弗劳德数（$Fr$），这是分散相的向心力与重力加速度之比，并研究其对驱动TC系统所需的净扭矩的影响。对于两相TC系统，我们观察到阻力减小，即，与单相系统相比，驱动内圆筒所需的转矩较小。净减阻随着雷诺数$Re_i$的增加而减小，这与之前的实验结果一致（Murai等人，2005，2008）。阻力减小与弗劳德数密切相关：对于固定雷诺数，我们观察到$Fr < 1$比$ Fr > 1$具有更高的阻力减小。这种浮力效应在低$Re_i$系统中更为突出，并随着雷诺数$Re_i$的增加而减小。我们追溯到阻力减少的角动量携带泰勒卷的上升气泡的减弱。
2016-05-22 physics.flu-dyn
Prediction of Separation Induced Transition on Thick Airfoil Using Nonlinear URANS Based Turbulence Model
实践中的大多数湍流模型都是基于雷诺应力和平均流动应变率之间的线性关系的假设，这通常在附着和完全湍流的情况下提供了良好的近似。本文采用k-ω SST模型，在Re = 120，000时，对NACA 0021在不同攻角下层流分离泡的形成过程进行了二维数值研究。LSB的正确预测需要雷诺应力的各向异性的准确分辨率。为了与其它线性模型进行比较，还用k-kl-ω、k-ω SST和SpalartAllmaras模型进行了模拟。这些模型的性能通过气动升力、阻力、压力和摩擦系数进行评估。发现非线性k-ω SST和k-kl-ω转变模型在升力和阻力系数方面提供了相当的预测质量（尽管非线性k-ω SST涉及求解比过渡模型更少数量的输运方程的事实），如实验中所观察到的，而k-ω SST涉及求解比过渡模型更少数量的输运方程的事实。由于不能捕捉分离诱导转捩，ω SST和SA模型在低迎角时低估了阻力系数值。还观察到，当使用非线性或过渡模型时，准确地捕获层流分离气泡的位置，而不是SA或线性SST模型，其缺乏预测相同的能力。
2021-02-26 physics.flu-dyn
Two-Dimensional Numerical Analysis on Vortex-Induced Vibrations of an Elastically Mounted Circular Cylinder Placed Very Close to a Wall
为了了解壁面接近对弹性安装圆柱涡激振动（VIV）的影响，对间隙比g/D = {0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6}的两个自由度圆柱进行了二维数值模拟，其中D为圆柱直径，g为圆柱底面与壁面之间的间隙。参数模拟已使用准单片耦合流体-结构相互作用求解器进行精确的界面跟踪Re = 100和m*=10的范围内的U*，以呈现的效果的壁的接近振动响应，涡结构，力的动力学，压力分布，水动力和位移之间的相位，最后不同的涡激振动分支响应制度。数值模拟结果表明，随着间隙比的减小，最大横向振动幅值减小，锁定区域变宽。在所有间隙比g/D = 0.1至0.6的情况下，均观察到了周期性的旋涡脱落和单个“S”型涡街。还观察到，壁面接近不仅在锁定区而且在锁定前和锁定后区影响平均升力系数。在锁定区域中，振动圆柱体的响应动力学可以被表征为两个分支，分支之间的过渡由升力和横向位移之间的相位角$Φ$从0到略大于$π$的值的突然跳跃来标记。随着间隙比减小，锁定区域的加宽伴随着IInd响应分支的加宽和Ist响应分支的缩窄。当间隙比g/D = 0.1时，第一分支完全消失。这项工作直接关系到铺设在海底的水下管道/电缆的设计、维护和疲劳寿命估计。
2022-12-03 physics.flu-dyn
Projection Angles of Projectiles in Sports: Qualitative Assessment of the Effects of Aerodynamic Forces or Run-Up
Ibaraki University（茨城大学）
本文通过线性化运动方程和扩展投射模型，定性分析空气动力（阻力与升力）及助跑对最佳投射角的影响，发现二者均降低最佳角且升力影响更强，助跑增大相对角但减小地面起飞角，为铅球出手角和跳远起跳角提供力学解释。
2026-09-09 physics.class-ph physics.flu-dyn
Optimal design of two-dimensional riser fairings for vortex-induced vibration suppression based on genetic algorithm
在深水油气开发中，涡激振动对海洋结构的破坏性日益突出。在海洋工程的实际应用中，许多类型的隔水管整流罩都能有效地抑制涡激振动。然而，关于整流罩型线的优化设计却鲜有报道。在本研究中，我们将计算流体动力学与遗传算法结合，在低雷诺数下进行形状优化。以控制点为设计变量，采用Bézier曲线对整流罩外形进行参数化，以升力系数为目标函数，得到最优整流罩。优化结果表明，水滴形整流罩在两个自由度条件下具有良好的性能，而尾鳍形整流罩在三个自由度条件下具有良好的稳定性。优化结果表明，在Ur=5.0时，水滴形整流罩的振幅抑制率可达99%，阻力系数降低近51%。对于三自由度情况，在最优整流罩两侧形成两个方向相反的对称涡，导致整流罩在流动中稳定。
2018-04-11 physics.flu-dyn
Lift force in odd compressible fluids
该研究针对二维表面含奇粘度的可压缩流体示踪粒子，通过壳局域化方法推导稳态与有限频率下阻力及奇升力的解析表达式，发现稳态奇升力的存在需考虑表面与体流体耦合引发的质量密度不守恒。
2023-08-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
