Linear stability analysis of Poiseuille flow in porous medium with small suction and injection
研究了小抽吸雷诺数和渗透率参数对Poiffille流体在两平行静止多孔板间流动稳定性的影响。我们证明了扰动流由一个修正的Orr-Sommerfeld方程控制。我们还发现，归一化的壁面法向速度与特征小吸入（或小注入）速度是重要的多孔介质流体流动稳定性分析的完美命令。一般的参数，特别是小的吸入雷诺数和渗透率参数的线性稳定性的稳定效果。
2014-12-02 physics.flu-dyn
Symmetry-reduced low-dimensional representation of large-scale dynamics in the asymptotic suction boundary layer
湍流边界层的一个重要特征是流动中持续的大尺度相干结构。在这里，我们使用动态模式分解（DMD），一种数据驱动的技术，旨在检测时空相干性，构建最佳的低维表示的渐近吸力边界层（ASBL）的大规模动态。在ASBL中，流体通过底壁抽吸而被移除，从而在流向方向上产生恒定的边界层厚度。也就是说，流向平流的相干结构的平均流量不再是动力学的重要性，可以解释为一个连续的移动对称性在流向方向。然而，这导致技术困难，因为已知DMD在存在连续对称性的情况下表现不佳。我们使用降低的DMD（Marensi等人，J. Fluid Mech.721，A10（2023）），并发现ASBL的大尺度动力学实际上是低维的，并且可能是自维持的，其特征在于大尺度的喷射和扫掠事件。与近壁结构的相互作用被捕获时，包括只有几个模式。
2023-02-02 physics.flu-dyn
Exact solutions for a two-dimensional thermoelectric MHD flow with steady-state heat transfer on a vertical plate with two instantaneous infinite hot suction lines
本文对无限大垂直部分热多孔板上具有热电性质的二维非定常磁流体力学慢流进行了数学描述。采用Laplace-Fourier变换技术简化了场方程。在稳态传热假设下，得到了具有两条无限长瞬时热抽吸线的壁面上TEHD流动的温度和流函数的精确表达式。所得结果以图表显示。
2022-12-03 physics.flu-dyn
Similarity transformation for equilibrium flows, including effects of blowing and suction
在考虑吹吸效应的下沉湍流边界层（TBL）中，得到了平均速度分布的相似变换。它是基于对称性分析，将控制偏微分方程（平均质量和动量）转化为一个常微分方程，并产生一个新的结果，包括平均法向（$V$）和流向（$U$）速度之间的精确的线性关系。进一步引入了一个特征长度，在壁面吹/吸速度的一阶展开下，该特征长度导致了$U$的相似变换。这种变换被证明是一个广义对称性分析下的组不变，并映射到一个（通用）的配置文件在没有吹/吸不同的吹/吸条件下的不同$U$配置文件。它的逆变换使预测的所有平均量的平均质量和动量方程- $U$，$V$和雷诺剪应力-在良好的协议与直接数值模拟（DNS）的数据。
2016-07-01 physics.flu-dyn
Symmetry related dynamics in parallel shear flows
平行剪切流在下游和展向具有连续的平移对称性。因此，在展向或下游位置不同但在其他方面相同的流动状态是动力等效的。在行波的情况下，这个微不足道的自由度可以通过转到随状态移动的参考系来去除，从而将实验室参考系中的行波转换为同动参考系中的固定点。在这里，我们讨论了一种通用的方法，通过该方法，平移位移也可以被删除，为更复杂的动态活动状态，并演示了它的应用程序的几个例子。对于渐近吸力边界层中的流动状态，我们表明，在长周期振荡的边缘状态的情况下，我们可以找到本地相速度，去除快速振荡，揭示了缓慢的涡动力学的突发现象。对于展向平移状态，我们表明，该方法消除了漂移，但不是动力学事件，导致大的展向位移。对于一个动荡的情况下，我们应用该方法的展向位移，并找到缓慢的组件，相关的很长一段时间。对平面Poiffille流的计算表明，横向运动中的长相关并不是渐近抽吸边界层所特有的。
2014-04-23 nlin.CD physics.flu-dyn
Decomposition of the mean friction drag on a NACA4412 airfoil under uniform blowing/suction
阻力控制策略在典型的壁面边界湍流（如周期性通道和零压力梯度或逆压力梯度边界层）上的应用提出了如何对不同的参考情况一致地描述控制效果的问题。我们采用RD身份（Renard & Deck，J. Fluid Mech.，790，2016，pp. 339-367）来分解平均摩擦阻力，并研究在弦雷诺数Re_c= 200，000和400，000时对NACA 4412翼型施加均匀吹气和吸气的控制效果。通过使用吹/吸的阻力减少/增加与湍流统计（包括粘性耗散，粘性动能生产，和空间增长的流量）跨越边界层，受到不利或有利的压力梯度的连接，进行检查。我们发现，与摩擦阻力产生相关的统计峰值在整个边界层的内部或外部单元中表现出良好的缩放。它们也与雷诺数、控制方案和吹/吸强度无关。采用自适应尺度分解方法，即经验模态分解（EMD），将小尺度和大尺度结构分离，分析湍流运动对摩擦阻力产生的尺度贡献。结果表明，在机翼吸力侧吹气能够增强大尺度运动的贡献，抑制小尺度运动的贡献;而吸力侧则相反。与跨尺度相互作用相关的贡献在不同的控制策略下几乎保持不变。
2021-06-07 physics.flu-dyn
Embedded shear layers in turbulent boundary layers of a NACA0012 airfoil at high angles of attack
本文通过壁面解析大涡模拟研究了NACA0012翼型在高攻角下的湍流边界层，发现在强逆压梯度下外层形成嵌入剪切层并诱发Kelvin-Helmholtz不稳定性，利用SPOD分析揭示了条纹结构的增长特性。
2023-11-26 physics.flu-dyn
Control of bow shock induced three-dimensional separation using bleed through holes
本文通过风洞实验研究了由方形突起（宽度和高度均约为当地边界层厚度的两倍）诱导的壁面非定常三维分离流及其通过孔被动抽吸的控制，马赫数为$2.87$。对无任何控制的基线血流进行表征，并与出血病例进行比较。从油流可视化中追踪到壁面上的弓形分离线，其中跨中分离长度为$5.57δ$。使用放置在壁上的静压端口测量的平均压力分布绘制了分离流中的高原，高压和低压区域，这与三维相互作用不同。对10种控制配置进行了试验，在不同的压力区中沿跨中放置抽吸孔。从油流可视化中观察到高达$0.93δ$的展向“分离长度的平均减少”。对各种控制配置的观察结果进行比较表明，从高压区排出气流通常可以延迟分离并减小气泡尺寸。此外，时间分辨纹影可视化已经证实，在高压区引入吸力后，“中跨分离长度”和“激波间歇区”均减小。对纹影数据进行的傅立叶和正交分解分析证实了在有控制和无控制的情况下，在$10^{-2}$阶Strouhal数下存在低频分离激波振荡。此外，分离激波振荡的振幅在频谱中的高，低压区的两个孔同时引入的吸力被降低。
2022-11-22 physics.flu-dyn
Edge states for the turbulence transition in the asymptotic suction boundary layer
本文证明了渐近吸力边界层纳维-斯托克斯方程精确不变解的存在性。确定的周期性轨道与一个很长的周期几千平流时间单位被发现作为一个本地的动力学吸引嵌入在层流和湍流动力学之间的稳定边界。它的动力学捕获了在许多剪切流中观察到的下游方向的涡对和条纹的相互作用以及边界层的特征能量爆发。通过嵌入到一个家庭的流动，平面Couette流和边界层之间的插值，我们证明了周期轨道出现在鞍结无限周期（SNIPER）分岔的两个相关的行波解的平面Couette流。物理上，长周期是由于一个缓慢的条纹不稳定性，这导致了一个暴力的条纹破裂和重组的条纹在不同的展向位置。我们表明，轨道是结构稳定的雷诺数和域的大小变化时。
2013-04-19 physics.flu-dyn
Optimal spanwise-periodic control for recirculation length in a backward-facing step flow
三维控制被认为是在过去的一个后向台阶（BFS）的流动。雷诺数$Re=500$（由台阶高度和最大入口速度定义）下的BFS流是二维的，线性稳定，但越来越容易受到扰动，随着再循环长度的增加，有可能放大。我们计算最佳展向周期性控制（稳定壁吹/吸或壁变形），以减少回流长度，基于二阶灵敏度分析。结果表明，壁面法向速度控制总是比壁面切向速度控制更有效。最优控制的最有效展向波长取决于位置：$β=0.6$在上壁，$β=1$在下壁的上游部分。最优控制的线性放大类似于最大线性增益，这证实了该流动中再循环长度和放大潜力之间的联系。吹/吸振幅高达$O(10^{-3})$和壁面变形振幅高达$O(10^{-2})$的灵敏度预测与三维直接数值模拟结果吻合良好。对于较大的壁面变形幅度，流动变得不稳定。这项研究说明了如何二阶灵敏度的概念和相关的优化方法允许系统的探索最佳候选人的展向周期控制。
2020-08-11 physics.flu-dyn
Experimental quantification of unsteady leading-edge flow separation
本文提出了一种方法来实验定量有限厚度翼型上非定常前缘流动分离。该方法依赖于基于测量值的前缘周围的部分环量和驻点位置的前缘吸力参数的计算。我们验证了计算的前缘吸力参数的数值和实验数据在定常和非定常流动条件下。前缘吸力参数定义的前阶近似值被证明对于薄翼型（如NACA 0009）的应用是足够精确的，而无需驻点位置的先验知识。需要包括驻点位置在内的高阶项来可靠地计算NACA 0015等较厚翼型的前缘吸力参数。根据无粘流理论计算前缘吸力参数时，并不假定库塔条件在后缘处有效，这使我们能够计算分离流的值。研究了两种不同的非定常流动条件下，即自由来流速度波动的固定翼型和自由来流中的俯仰翼型，前缘吸力参数与剪切层高度演变之间的关系。我们在这里表明，基于前缘周围的部分环量的前缘吸力参数的瞬时值是明确地定义为一个给定的流场，可以作为一个直接的定量测量的程度的非定常流分离在前缘。
2022-02-22 physics.flu-dyn
Shear-Improved Smagorinsky Model for Large-Eddy Simulation of Wall-Bounded Turbulent Flows
基于Toschi等人（2000）关于壁面湍流剪切效应的最新研究结果，引入了剪切改进的Smagorinsky模型。Smagorinsky涡粘性修正减去的瞬时分辨应变率张量的大小的平均剪切的大小。在两种不同雷诺数下，对平面通道流动进行了大涡模拟，并对该亚网格模型进行了检验。与动态Smagorinsky模型和直接数值模拟，包括平均速度，湍流动能和雷诺应力分布的第一个比较，是非常令人满意的。所提出的模型，除了是物理上的声音，具有较低的计算成本，并具有较高的潜力，推广到更复杂的非均匀湍流。
2006-06-01 nlin.CD physics.flu-dyn
Magnetohydrodynamic Viscous Flow Over a Shrinking Sheet With Second Order Slip Flow Model
本文用二阶滑移流模型研究了可渗透收缩表面上的磁流体动力学粘性流动。本文利用相似变量技术得到了纳维-斯托克斯方程精确解的封闭形式。详细研究了滑移、吸力和磁参数的影响。结果表明，存在两个解支，即上解支和下解支。通过图形讨论了不同滑移、吸力和磁参数值时的速度和剪应力分布的行为。
2014-05-29 physics.flu-dyn
Reinforcement-learning-based control of turbulent channel flows at high Reynolds numbers
本文采用深度强化学习，以近壁流向速度脉动调控壁面吹吸，在高雷诺数槽道湍流DNS中实现显著减阻，并揭示虚拟壁面与湍动能预算机制。
2025-01-02 physics.flu-dyn
Second-order sensitivity in the cylinder wake: optimal spanwise-periodic wall actuation and wall deformation
二维（2D）流动通过展向波度（即展向周期性（SP）壁吹/吸/变形）来有效控制。我们解决了全局线性稳定性的二维流动的小振幅三维SP控制。基于先前对并行流的工作（Boujo等人，2015），提出了一种用于计算二阶特征值灵敏度的伴随方法。这种控制具有零的一阶线性效应，因此二阶二次效应占优势。灵敏度算子允许（i）预测任何控制的效果而不计算受控流，（ii）计算生长速率/频率修改的最优控制。该方法利用展向周期性，以减少计算复杂性（从一个3D的问题，一个2D的）。将该方法应用于圆柱绕流层流的前沿特征值问题。两个SP控制探讨：壁驱动（吹/吸）和壁变形。分解的特征值变化，我们发现，3D的贡献（从SP一阶流修改）一般大于2D的平均流校正（展向不变的二阶流修改）。用于稳定的最优控制是自上而下对称的，导致尾流中的静脉曲张条纹。分析扩增和稳定之间的竞争，最佳的静脉曲张条纹没有显着比弯曲的放大，但有更强的稳定作用。最佳壁面变形引起的流动修改类似于最佳壁面驱动。一般而言，展向和切向驱动对最优控制的贡献很小，因此仅正常驱动是简单性和有效性之间的良好折衷。我们的方法开辟了一条道路，系统设计的最优SP控制的各种控制目标以外的线性稳定。
2019-10-03 physics.flu-dyn
The wall shear rate in non-Newtonian turbulent pipe flow
本文提出了一种计算圆管湍流中壁面剪切率的方法。它能将层流和湍流的测量数据充分地压缩成一条流动曲线，为设计湍流粘度计提供了依据。关键词：非牛顿流体，壁面剪切速率，湍流，流变仪
2010-09-16 physics.flu-dyn
The origin of wall-shear stress fluctuations in wall-bounded turbulence
本文通过壁面能量耗散研究壁面剪切应力波动的起源，发现大尺度耗散源于近壁尺度相互作用，且随雷诺数增大，小尺度向大尺度的能量输运因对数层中间尺度增多而增强。
2024-05-01 physics.flu-dyn
Clustering and Turbophoresis in a Shear Flow without Walls
本文研究了非均匀湍流中惯性颗粒的空间分布。通过直接数值模拟湍流Kolmogorov流传输的粒子轨迹，我们研究了大尺度和小尺度机制诱导重粒子分布的不均匀性。我们讨论了大惯性和弱惯性的湍流泳动，为粒子密度分布的函数形式提供了启发式的论据。特别是，我们认为，并在数值上证实，turbophoretic效果是最大的中间惯性粒子。研究结果表明，颗粒在不同的Stokes数范围内出现小尺度分形聚集和湍流泳动峰，且两峰的分离度随雷诺数的增大而增大。
2016-02-24 nlin.CD physics.flu-dyn
Enhancing large-scale motions and turbulent transport in rotating plane Poiseuille flow
根据大尺度羽流的特性，提出了一种喷射/抽吸控制策略，以增强羽流的强度和被动标量在旋转平面Poillille流中的湍流输运。该控制在稳定侧保持经典的非穿透条件，在不稳定侧规定展向变化的壁面法向速度。直接数值模拟结果表明，在中等转速下，极弱的喷射/抽吸（控制侧的均方根速度低于本体平均速度的$1\%$）和适当分布的狭缝可以显著增强与喷射狭缝具有相同空间分布的大尺度羽流。另外，增加羽流间距，可以提高湍流输送效率。因此，考虑到强度和传输效率，喷射槽之间的距离应略大于羽流之间的固有距离，以实现最大的湍流传输增强。为了比较，在不稳定侧和稳定侧的喷射/抽吸的非穿透条件下的控制也进行了仿真研究。结果表明，相对于不稳定侧，稳定侧的喷吸对流动的影响要小得多。这是因为羽流产生在不稳定的一侧，控制羽流的起源更有效。
2022-01-22 physics.flu-dyn
Reinforcement Learning of Control Strategies for Reducing Skin Friction Drag in a Fully Developed Channel Flow
本文采用深度强化学习，依据壁面附近流向与法向速度脉动学习槽道湍流吹吸控制策略，实现37%减阻，显著优于传统反向控制的23%。
2022-06-30 physics.flu-dyn
Wall and Bed Shear Force in Rectangular Open Channels
本文研究了流速梯度和二次流对矩形明渠底壁间剪力分布的影响。我们发现，忽略二次电流的影响，并假设零剪切分割线不产生可接受的结果。因此，本文提出了一种既考虑流速梯度又考虑二次流的矩形明渠槽壁和槽底总剪力百分比的确定方法。利用无二次流影响的河道平分线和无剪应力的等值线正交轨迹，将河道截面划分为三个主要的子区域，即河床区、壁区和共有区。给出了最大速度的位置，推导出每个子部分的几何形状。然后计算了床面剪力和墙面剪力在共用面积上所占的份额。床面和壁面剪切力的计算结果与试验值吻合较好，对于规则流和挟沙水流，平均相对误差小于5%。该方法还提供了壁面和床面剪切力的物理驱动范围，该范围很好地覆盖了实验数据。
2017-09-20 physics.flu-dyn
Variable Transformation for Explicit Wall-Shear Stress Formula
我们制定了一个通用的变量转换现有的壁函数，允许一个明确的壁面剪应力项。所提出的转换的目的是使一个明确的表达壁面剪应力和简化现有的壁面函数的模拟代码，通过一个简单的变量转换的实施。通过引入允许定义新的壁单元变量$(r^+)$和相应的归一化粘度$(η_t^+)$的新的速度标度来定义变换。我们还证明了新变量中的壁定律与壁法向变量$(y^+_τ)$和$(ν_t^+)$中的壁定律是等价的。新形式的法律是特别适合于在计算流体动力学代码的实施，因为它不需要一个迭代过程来评估壁面剪应力。我们将展示如何转换几个已知的和经常使用的表达式的壁函数和压力梯度，允许一个明确的壁面剪应力的表达。最后，我们说明了新形式的壁函数进行说明性的数值模拟。
2022-01-29 physics.flu-dyn
The aerodynamic performance of a transonic airfoil with spanwise forcing
本文通过直接数值模拟研究展向行波力对跨声速翼型激波与边界层相互作用的控制效果，发现合适的控制参数可推迟激波、形成与摩擦减阻相关的分离区，从而提高气动效率。
2025-02-06 physics.flu-dyn
Controlled reattachment in separated flows: a variational approach to recirculation length reduction
采用变分法推导了分离流中回流长度对定常强迫的敏感性的解析表达式。本文对雷诺数为$40 \leq Re \leq 120$的二维圆柱定常绕流进行了亚临界和超临界区域的线性灵敏度分析。确定了对体积强迫和壁吹/吸最敏感的区域。控制配置，减少再循环长度的基础上设计的灵敏度信息，特别是小缸用作控制装置在主缸的尾流，在缸壁和流体吸入。对全非线性Navier-Stokes方程计算的验证表明，对于小振幅控制，具有很好的一致性。系统地研究了受控流的线性稳定性。在中等雷诺数下，我们观察到，控制减少回流长度的区域对应于它对与旋涡脱落相关的最不稳定全局模式具有稳定作用的区域，而该属性在较大雷诺数下不再成立。
2014-10-02 physics.flu-dyn
Hydrodynamics of electroosmotic flow in a microchannel with porous wall
具有多孔壁的微通道具有各种微流体应用，包括离子电渗、诊断装置等。为了具有此类装置的高效且更好的设计，需要建立微通道中的速度场的精确量化。在本研究中，在具有多孔壁的微通道中的速度场的解析解的情况下，电渗流和压力驱动的组合使用摄动技术得到的牛顿流体。速度分布被减少到众所周知的解决方案的三个渐近的情况下，即，纯电渗流和纯压力驱动流在不渗透的管道，以及压力驱动流与渗透壁。还生成了沿通道长度的压降分布。操作参数的影响，即，研究了壁面抽吸速度、电解质浓度和通道半高对速度场和压力场的影响。
2019-02-11 physics.flu-dyn
Microstreaming by ultrasound contrast microbubble between two parallel walls: shear stress and streamlines
声学微流具有若干工业、治疗和生物医学应用-声学清洁、微混合、微流体输送、溶血、声致穿孔。数值研究了超声造影剂微泡在两平行壁间隙中振荡产生的声微流。本文采用轴对称边界元法和Nyborg理论对流动进行了研究。采用弹性指数变化的粘弹性模型对微泡涂层进行了数值模拟。绘制了平面壁面附近的微流流线和诱导剪应力。结果表明，在壁面附近产生了环形涡。通过增大壁面间隙，涡环的径向尺寸增大，而微流切应力减小。
2022-01-18 physics.flu-dyn
On the inverse problem for two-component unsteady wall shear rate measurements: Application to the electrodiffusion method
瞬时的二维壁剪切速率进行评估，通过一个反问题使用的质量传递数据从一个三段电扩散探针。该方法在复杂的流动条件下进行了数值验证，包括（i）壁面剪切速率大小和方向上的高振幅周期性波动和（ii）来自湍流三维通道流的直接数值模拟（DNS）数据。该方法被证明优于所有其他后处理可用于传质传感器，特别是关于其多功能性和应用范围。的三段探针间隙的大小的影响也研究数值。
2017-09-13 physics.flu-dyn
Wall Shear Stress Generated by a Bernoulli Pad: Experiments and Numerical Simulations
该研究首次用恒温风速测量直接测定 Bernoulli 吸盘产生的壁面剪切应力，并结合数值模拟评估其分布预测精度。
2025-03-13 physics.flu-dyn
Complexity of localised coherent structures in a boundary-layer flow
本文用数值方法研究了壁面有均匀吸力的边界层流动中的过渡相干结构（即所谓的渐近吸力边界层ASBL）。限制层流湍流分界线的动态研究在一个展向扩展域，允许强大的本地化的所有边缘状态。我们工作在固定的雷诺数和研究的边缘状态作为流向周期的函数。我们证明了这些局域化的状态，表现出多稳定性，并经历复杂的分岔导致从周期到混沌政权的复杂的时空动力学。有人认为，在所有制度的动态限制的边缘基本上是低维和非广泛的。
2013-10-03 physics.flu-dyn
A model for Reynolds-dependent linear instability in wall-bounded shear flows
该研究针对壁面剪切流的线性不稳定性问题，提出带显式雷诺数依赖的Robin型边界条件，得到与经验观测一致的不稳定性雷诺数范围，并给出近壁涡动力学层面的物理解释。
2025-03-21 physics.flu-dyn
Signature of Pressure Gradient History on Wall Shear Stress in Turbulent Boundary Layers
本文通过实验研究顺逆压力梯度序列对湍流边界层壁面切应力的历史效应，发现上游顺压力梯度对下游逆压力梯度区域具有持久影响，且该效应在低雷诺数下更显著。
2025-07-01 physics.flu-dyn
Core-pressure alleviation for a wall-normal vortex by active flow control
我们考虑应用主动流动控制来改变单相壁面法向涡的径向压力分布。本流动是基于Burgers涡模型，但与沿其对称面规定的无滑移边界条件。壁面法向涡可作为泵等设备上游出现的涡的模型。本文通过数值模拟和动力模态分解的方法对基线涡的非定常性进行了表征。从基线流获得的见解是用来开发一种主动流动控制技术与旋转零净质量吹吸的修改核心压力分布的目标。控制策略的有效性证明了实现扩大涡核与增加的压力。流场的这种变化削弱了壁面法向涡核的局部强度，潜在地抑制了通常在液体中遇到的空核涡的形成。
2018-07-28 physics.flu-dyn
Two-component instantaneous wall shear rate measurements in reversing flows
二维反演算法的验证实验是在脉冲Poillille流中进行的，该流暴露出剪切反转相。该方法适用于三段电扩散（ED）探头，建议一个特定的无量纲化过程，允许更好地链接测量从一个真正的ED探头的建模的反问题。这种方法提供了一个良好的协议，从激光多普勒测速仪（LDA）测量获得的双组分壁剪切速率，从而验证ED探头处理高振幅非定常流的能力。在探针附近的经典线速度近似（$u=sy$）也在这样的流动进行了研究。
2017-10-16 physics.flu-dyn
Consistency between the attached-eddy model and the inner-outer interaction model: a study of streamwise wall-shear stress fluctuations in a turbulent channel flow
内外相互作用模型（Marusic，Mathis & Hutchins，Science，vol.329，2010，193-196）和附着涡模型（Townsend，Cambridge University Press，1976）分别是描述多尺度湍流相互作用和高雷诺数壁边界湍流对数区域中含能运动组织的两个基本模型。本文将附加描述与附壁涡模型耦合，描述了附壁涡引起的流向壁面剪切脉动的产生过程。然后，借助于内外相互作用模型，分离了槽道湍流中由附着涡产生的流向壁面切应力脉动。通过对这两个模型的统计数据进行直接比较，可以看出它们是一致的，并且可以相互补充。同时，通过验证强自相似性和扩展自相似性的有效性，进一步证明了附加涡的叠加严格遵循一个可加性过程。此外，我们提出了一个高斯模型来表征瞬时分布的流向壁面切应力，从附着涡叠加。这些研究结果对发展先进的壁面降阶模型具有重要意义。
2022-05-16 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
The multi-scale nature of Wall shear stress fluctuations in turbulent Rayleigh-Benard convection
本文报道了在一个直径2.5 m、高2.5 m的瑞利-贝纳德（RB）室的加热底板上，对空气中的湍流Rayleigh-Benard（RB）对流在很长时间尺度（$\ge$ 1900自由落体时间单位）上的壁面剪应力波动的测量结果。新型传感器同时捕获壁面剪应力矢量$\boldsymbolτ(t)$的大小和方向的波动，具有高分辨率的慢气流。结果表明，持续的翻滚型结构，这是在一个双稳态，因为它有规律地振荡的时间尺度，与典型的涡流周转时间的平均取向。平均取向可以持续几乎数百个涡流周转，直到这种结构的重新取向的形式，一个缓慢的进动设置，而一个临界弱化的平均壁面剪应力的大小-分别平均风-被观察到。流向壁面剪应力$τ_x$沿平均风向的湍流脉动幅值呈现高度偏态的Weibull分布，而在较大时间尺度上的脉动则服从对称的高斯分布。极端事件，如负$τ_x$的局部流动逆转恢复为罕见的事件，并与壁面剪应力矢量的快速角扭转。这些事件-与表面摩擦力场的临界点相关-与两种概率分布中尾部信号的重合相关。
2019-01-19 physics.flu-dyn
Slow flow in channels with porous walls
本文研究粘性不可压缩液体在恒定但任意截面形状的通道中的缓慢流动，其驱动力是通过多孔通道壁的非均匀抽吸或喷射。相似变换将纳维-斯托克斯方程简化为二维速度势的耦合方程组。当通道纵横比和雷诺数都很小时，问题归结为求解二维常强迫的双调和方程。在相应的边界条件下，求解多孔通道中的速度场就相当于求解均布载荷作用下简支薄板的竖向位移。这使我们能够提供其横截面为例如矩形或等边三角形的多孔通道中的流动的解析解，并提供将伯曼流动（《应用物理杂志》24（9），第1232页，1953）扩展到三维的一般框架。
2012-08-27 physics.flu-dyn
Heat Flux and Wall Shear Stress in Large Aspect-Ratio Turbulent Vertical Convection
本文对大展弦比湍流垂直对流进行了理论分析，得到了两种热流密度与壁面切应力的关系，分别用努塞尔数来度量（$\text{Nu}$）和剪切雷诺数（$\text{Re}_τ$），根据瑞利（$\text{Ra}$）和普朗特数（$\text{Pr}$）：在$\text{Ra}$高限值中的$\text{Re}_τ^2 \text{Nu} = f(\text{Pr}) \text{Pr}^{-1} \text{Ra}$和$\text{Nu} \approx C \text{Pr}^{\varepsilon} \text{Re}_τ$，对于PDMATHAMT使用$\varepsilon=1/3$，对于$\text{Pr} \ll 1$使用$\varepsilon=1$，其中，$f(\text{Pr})$不是$\text{Pr}$的幂律，$C$是常数。这些关系意味着$\text{Nu} \approx [C^2f(\text{Pr})]^{1/3} \text{Pr}^{-(1-2\varepsilon)/3} \text{Ra}^{1/3}$和高$\text{Ra}$的$\text{Re}_τ\approx[f(\text{Pr})/C]^{1/3}\text{Pr}^{-(1+\varepsilon)/3}\text{Ra}^{1/3}$。
2023-02-02 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
The near-wall cycle for skin-friction generation revealed through explainable deep learning
Instituto Universitario de Matemática Pura y Aplicada, Universitat Politècnica de València（纯数学与应用数学大学研究所，瓦伦西亚理工大学）；Department of Aerospace Engineering, University of Michigan（密歇根大学航空航天工程系）
该研究通过可解释深度学习训练神经网络预测湍流通道流的速度与切应力，结合SHAP揭示近壁成对结构的循环演化，重新定义了壁湍流近壁相干结构。
2026-08-21 physics.flu-dyn
Navier-Stokes-driven analysis of mean and fluctuating wall shear stress in turbulent channel flow
CNRS（法国国家科学研究中心）
本文提出基于纳维-斯托克斯方程分析湍流通道流中平均和脉动壁面剪应力的方法，揭示了湍流生产与扫过现象对剪切加速度协方差的影响。
2026-02-04 physics.flu-dyn
Closed-Form Solution for Oscillatory Flow and Wall Shear Stress in Axisymmetric Corrugated Tubes
Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg for Renewable Energy (IET-2), Forschungszentrum Jülich（亥姆霍兹尤利希埃尔朗根-纽伦堡可再生能源研究所）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）
本研究将Womersley解推广至轴对称波纹管，在润滑近似下推导振荡流动与壁面剪切应力的闭式解，揭示流量标度交叉及瓶颈处剪切应力的非单调依赖。
2026-09-09 physics.flu-dyn
Wall Orientation and Shear Stress in the Lattice Boltzmann Model
血管壁切应力是临床诊断动脉疾病的重要参数。格子Boltzmann方法是一种易于并行化的求解流动问题的数值方法，但它存在边界附近速度场的误差，从而导致由速度计算的壁面剪应力和法向矢量的误差。在这项工作中，我们提出了一个简单的公式来计算壁面剪应力的格子玻尔兹曼模型，并建议计算壁法线，这是必要的计算壁面剪应力，通过采取加权平均的边界面躺在附近的壁元素。我们进行了几次测试，并观察到在二维和三维的其他方法的计算法向量的准确性增加。使用该方案，我们计算的壁面剪应力在倾斜和弯曲的通道流体流动，并示出一个较小的影响正常的数值误差，这意味着，主要的错误是由于损坏的速度场附近的楼梯边界。最后，我们使用我们的方法计算在人体腹主动脉在稳定条件下的壁面剪应力，并将结果与标准的有限体积求解器和文献中的实验数据进行比较。我们的想法在一个简化的协议在医疗应用中的数据预处理的应用进行了讨论。
2012-03-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Gas near a wall: a shortened mean free path, reduced viscosity, and the manifestation of a turbulent Knudsen layer in the Navier-Stokes solution of a shear flow
对于固体平面壁面附近的气体，在分子自由飞行入射方向均匀分布的假设下，我们提出了分子平均自由程随离壁面距离变化的标度公式。随后，我们施加相同的缩放到附近的气体的粘度的壁，并计算的Navier-Stokes解的剪切流的速度平行于壁。该解显示了与氩和氮的相应直接模拟蒙特卡罗计算一致的克努森速度边界层。我们还发现，建议的平均自由程和粘度缩放设置的二阶导数的速度为无穷大的壁边界的流域，这表明，气体流动是正式湍流内的Knudsen边界层附近的壁。
2017-03-21 physics.flu-dyn
A total-shear-stress-conserved wall model for large-eddy simulation of high-Reynolds number wall turbulence
本文针对壁模型大涡模拟中的对数层失配问题，提出总剪切应力守恒框架并据此修正SGS涡粘性模型，在高雷诺数下以较低网格分辨率实现了对表面摩擦和低阶湍流统计量的稳健预测。
2024-11-19 physics.flu-dyn
Recovery of the wall-shear stress to equilibrium flow conditions after a rough-to-smooth step-change in turbulent boundary layers
本文研究了湍流边界层粗糙到光滑突变后壁面切应力的恢复，发现粘性区域立即恢复平衡，缓冲区及更远区域需数个边界层厚度，且速度剖面估计会低估切应力，导致文献恢复长度存在分歧。
2023-08-03 physics.flu-dyn
Bubble impact on a tilted wall; removing bacteria using bubbles
通过实验和计算方法研究了气泡撞击和滑动倾斜表面的动力学行为。\textcolor{blue} {具体地，计算了在壁上产生的剪切应力，并与细菌粘附力进行比较，以评估潜在的消毒功能。在实验中，气泡壁相互作用的特点是几个不同的壁角。数值求解了包括浮力、流体动力学惯性力、阻力、升力和薄膜力在内的力平衡方程，确定了气泡的运动。结果表明，壁面倾角越大，剪切应力越大。当单个气泡撞击并擦洗倾斜壁时，最大剪切应力高达300 Pa以上。我们发现，这样高的剪切应力是由于在弹跳阶段期间薄膜曲率的快速变化（翻转气泡/水界面）。之后，在滑动阶段，在较长时间内产生高达约45 Pa的较小剪切应力。我们还表明，在弹跳和滑动阶段产生的剪切应力足够高，以从表面去除细菌，作为从倾斜表面去除细菌的潜在方法。
2018-10-26 physics.flu-dyn
Demonstration of an integral method for estimating wall shear stress in complex high-speed flows
本文提出一种基于Favre平均流向动量方程沿壁面法向一次积分的通用积分方法，用于估算复杂高速流动中的壁面剪应力，在粗糙表面、曲面和压力梯度条件下误差不超过5%，且在近壁数据缺失超40%时仍有效。
2025-08-20 physics.flu-dyn
Analysis of Boundary Slip in a Flow with an Oscillating Wall
基于Stokes第二问题，采用分子动力学（MD）方法研究了非定常流固边界滑移问题。与稳定流相比，对于低于相应稳定流的临界剪切速率的剪切速率，观察到滑移的增加。这种增加的滑移归因于流体惯性力，在稳定流中不表现出来。建立了滑移的非定常数学模型，估算了边界滑移增量。该模型表明，除了流体在壁面处的剪切速率之外，滑移还取决于加速度。通过将加速度用剪切速率表示，表明非定常流动中壁面滑移是由剪切速率梯度和流体的剪切速率决定的。对模型进行无量纲化处理后，得到了一条通用曲线，该曲线可用于根据流体的剪切速率和剪切速率梯度信息来确定流固界面处的滑移边界条件。一个管理的无量纲数，定义为相速度的比，声速，被确定，以帮助解释的机制负责的过渡滑移边界条件从有限到一个完美的滑移，并确定何时会发生。观察到流体速度相对于壁面的相位滞后。滞后随着壁振荡时间的缩短和壁疏水性的增加而增加。当考察滑移速度作为壁面速度的函数和滑移速度作为流体剪切速率的函数的变化时，可以看到滞后现象。滞后的原因是由于流体的不稳定的惯性力。
2012-07-30 physics.flu-dyn
Lift and drag forces acting on a particle moving with zero slip velocity near a wall
通过数值计算研究了单壁线性剪切流中中性浮力球形小颗粒所受的升力和阻力。剪切速率的影响被隔离从那些滑移通过设置粒子速度等于当地的流体速度（零滑移），并检查所产生的流体动力作为分离距离的函数。与以前的许多数值文献相比，考虑了低剪切雷诺数（$10^{-3} \lesssim Re_γ \lesssim 10^{-1}$）。当处理小通道内的颗粒流时，该剪切速率范围是相关的，例如用于或开发用于生物技术工业的微流体装置中的颗粒迁移。我们证明了很强的依赖性的升力和阻力的剪切速率。建立在以前的理论$Re_γ \ll 1$研究，壁剪切升力相关性提出了适用于当壁位于内部和外部区域的扰动流。同样，我们验证了一个改进的阻力相关性，其中包括更高的阶项的壁分离距离，更准确地捕获的阻力时，颗粒接近，但不接触，壁。新的相关性的应用表明，检查基于剪切的升力是重要的，因为以前检查基于滑移的升力，突出需要考虑剪切时，预测中性浮力颗粒的近壁运动。
2020-02-14 physics.flu-dyn
Wall-sheared thermal convection: heat transfer enhancement and turbulence relaminarization
本研究通过在二维和三维Rayleigh-Bénard单元中施加三种壁面剪切，发现增加壁面剪切强度可增强传热效率并引发湍流再层化，且层流态因形成更稳定的对流通道而具有比湍流态更高的传热效率。
2023-03-31 physics.flu-dyn
Comparative study of wall shear stress at the ascending aorta for different mechanical heart valve prostheses
本文报道了在透明人体主动脉模型中，比较双叶机械心脏瓣膜（BMHV）和三叶机械心脏瓣膜（TMHV）在生理脉动流中的壁面切应力（WSS）分布的实验研究。弹性微柱WSS传感器，通过微粒子图像测速测量校准，施加到沿升主动脉的壁。与TMHV相比，在BMHV中观察到的峰值WSS值几乎为2倍。流场分析表明，这些峰值与瓣膜与主动脉壁相互作用产生的射流有关。不同的阀门设计不仅影响大小，而且影响区域也是特定的。BMHV产生的侧孔射流沿升主动脉壁行进并引起全程冲击，而TMHV产生的射流在升主动脉中冲击更下游，产生不太严重的WSS。
2018-07-04 physics.flu-dyn
A method to determine wall shear stress from mean profiles in turbulent boundary layers
直接测量湍流边界层（TBL）中的壁面剪应力具有挑战性，因此需要从平均剖面测量值间接确定。大多数流行的方法假设平均流向速度满足内层的对数律或整个TBL的具有许多调谐常数的复合速度剖面，这两者都需要来自内层的可靠数据。粗糙度和压力梯度的存在带来了额外的复杂性，其中大多数现有方法失败或需要重大修改。提出了一种新的方法来确定壁面剪应力在零压力梯度TBL从测量的平均剖面，而不需要近壁数据。该方法基于Kumar和Mahesh的应力模型[Phys. Rev. Fluids 6，024603（2021）]，他们开发了零压力梯度TBL中平均应力和壁面法向速度的精确模型。所提出的方法需要对外层的平均流向速度和平均剪切应力进行单点测量，最好是在TBL的$20$到$50 \%$之间，并对边界层厚度和形状因子进行估计。该方法可以处理壁粗糙度没有修改，并显示预测摩擦速度在$3 \%$内光滑和粗糙壁零压力梯度TBL的雷诺数范围内。为了包括压力梯度效应，重新审视Kumar和Mahesh的工作[Phys. Rev. Fluids 6，024603（2021）]，以推导出压力梯度TBL中平均应力和壁面法向速度的新模型，然后使用该模型制定从剖面数据获得壁面剪应力的方法。总体而言，所提出的方法被证明是强大的和准确的各种压力梯度TBL。
2021-11-16 physics.flu-dyn
Turbulent transport for wall shear stress fluctuations
本文通过量纲分析和直接数值模拟，研究泊肃叶流与库埃特流中壁面剪切应力脉动的谱特性，发现其由湍流输运主导且随雷诺数增大而增强，并伴随逆能量传递。
2025-10-15 physics.flu-dyn
A Similarity Analysis for Heat Transfer in Newtonian and Power Law Fluids Using the Instantaneous Wall Shear Stress
本文提出了一种将牛顿流体和幂律流体管流传热的现有实验数据压缩成单一主曲线的技术。它还讨论了热，质量和动量类比的理论基础和本分析的湍流可视化的影响。
2010-09-01 physics.flu-dyn
