Consolidation of freshly deposited cohesive and non-cohesive sediment: particle-resolved simulations
本文采用基于浸没边界法的颗粒分辨直接Navier-Stokes数值模拟方法，分析了新沉积粘性和非粘性泥沙的固结问题。计算模型由材料特性参数化，不涉及任何任意校准。我们从第一性原理得到流体-颗粒混合物的应力平衡，并将其与经典的有效应力概念联系起来。从我们的模拟获得的详细数据集，使我们能够评估所有条款的衍生应力平衡。我们比较了粘性沉积物的沉降与非粘性沉积物的沉降，非粘性沉积物对应于单个初级颗粒的沉降。模拟结果产生一个完整的参数化的吉布森方程，这一直是选择的方法来分析自重固结。
2019-06-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Viscometric flow of dense granular materials under controlled pressure and shear stress
本研究利用离散元法模拟，探讨在外部剪应力与压力作用下，密实颗粒物料的流动。在这种方法中，允许材料沿所有周期性方向应变，并响应于内部应力状态和外部施加应力之间的不平衡来调整其固体体积分数。通过系统地改变外部剪切应力和压力，稳态流变响应模拟：（1）率无关的准静态流;（2）率相关的惯性流。模拟的流动是具有不可忽略的第一和第二法向应力差的粘度。在惯性流中，两个法向应力差均为负值，而在准静态流中，第一个法向应力差由负值变为略正值，第二个法向应力差趋于零。第一个法向应力差出现从一个第二列接触织物张量和应变率张量之间的流动平面的同轴性缺乏，而第二个法向应力差是链接到一个过剩的接触在剪切平面相比，涡度方向。一个通用的流变学模型的二阶（应变率张量），提出来描述这两种类型的流，和模型校准的各种值的颗粒间摩擦模拟近单分散球体。该模型采用了正常的应力差异，在这两个制度的流动，并提供了一个完整的粘度稳定的致密颗粒流的描述。
2020-11-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rheology of dense fiber suspensions: Origin of yield stress, shear thinning and normal stress differences
我们解释了刚性纤维悬浮液中屈服应力、剪切稀化和法向应力差异的起源。我们调查的流体动力学，胶体的吸引力和排斥力，和纤维间的接触相互作用之间的相互作用。由计算模型得到的剪切稀化粘度和有限屈服应力与文献中的经验结果定量一致。在这项研究中，我们表明，有吸引力的相互作用的结果在刚性纤维的悬浮液中的屈服应力和剪切稀化流变学。考虑到有关纤维悬浮液屈服应力起源的持续讨论，这是一个重要的发现。所提出的模型定量预测流变学的能力不仅限于剪切稀化和屈服应力，而且还延伸到法向应力。
2022-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Structure of propagating high stress fronts in a shear thickening suspension
我们报告直接测量的剪切增稠玉米淀粉悬浮液的边界处的空间分辨应力揭示持久的高局部应力在流动方向上的顶部边界的速度传播的区域。这些传播前沿的持久性使得能够精确测量它们的结构，包括边界应力显微镜（BSM）测量的边界应力分布和粒子图像测速仪（PIV）测量的悬浮液底部边界处的粒子的非仿射速度。此外，我们直接测量颗粒相和悬浮流体之间的相对流动（流体迁移），并发现迁移是高度本地化的前沿和改变方向的前沿，表明前沿是由一个局部区域的高澄清剂压力和低颗粒浓度。流量的大小表明，驱动流体迁移的孔隙压差与剪切增稠开始的临界剪切应力相当。传播前沿完全解释了流变仪所报告的粘度随施加应力的增加，并且与与系统的一个边界接触的稳定堵塞区域的存在一致，该系统的一个边界产生跨越流变仪板之间的间隙并产生强局部澄清剂压力的膨胀摩擦接触的传播网络。
2022-03-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Integration through transients for inelastic hard sphere fluids
本文计算了在一般剪切速率和密度下，非弹性硬球在定常剪切流中的流变特性。从微观动力学出发，我们概括了通过瞬态（\textsc{itt}）形式主义的耗散，随机驱动的颗粒状粒子的流体的集成。应力松弛函数计算近似模式耦合理论-基于物理图像，剪切松弛是由缓慢的结构松弛为主，接近玻璃化转变。稳态剪切应力的瞬态积累，从而追溯到瞬态密度的相关性计算自洽模式耦合理论。玻璃化转变是由屈服应力的出现和牛顿粘度的发散，表征线性响应的信号。对于与结构弛豫时间相当的剪切速率，应力变得与剪切速率无关，并且我们观察到剪切变稀，而对于最大的剪切速率，Bagnold缩放，即，恢复了剪切应力随剪切速率的二次增加。流变性能是定性相似的所有值的$\varepsilon$，恢复的恢复系数，但是，应力的大小以及剪切变稀和增稠的范围显示出显着的非弹性依赖。
2020-02-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Yield stress and other flow and wall slip parameters of viscoplastic fluids from steady torsional flow
粘塑性流体普遍存在的壁面滑移行为使得分析其稳态扭转流动数据以确定其屈服应力和其剪切粘度材料函数的其他参数具有挑战性。可以使用粗糙化表面以防止壁滑移，但是这样的方法经常导致样品破裂。相反，它在这里示出的屈服应力的粘塑性流体可以确定从扭矩与表观剪切速率数据的稳定扭转流使用一个单一的间隙。粘塑性流体的扭矩与表观剪切速率数据的斜率的阶跃变化标志着流体的屈服应力。为了证明，粘塑性悬浮液的剪切粘度和表观壁滑移行为的早期表征参数[He等人，J. Rheology，63，19（2019）]用于获得每个转速下的剪切应力分布和扭矩。屈服应力，确定从扭矩与表观剪切速率的数据，可以通过使用第二种方法依赖于壁滑移速度与壁速度的比较进行验证，而在同一时间，使其他参数的剪切粘度材料函数的粘塑性流体的确定。
2021-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pressure shifts in pulsatile shear: A microfluidic method to probe the normal stress response of complex fluids
University of Porto（波尔图大学）
本文通过微流体方法研究复杂流体在脉动剪切下的法向应力响应，揭示了压力偏移与流体分子量之间的标度关系。
2026-01-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Loss of solutions in shear banding fluids in shear banding fluids driven by second normal stress differences
边缘断裂是非牛顿流体中常见的断裂形式。在经历剪切带的流体的自由表面处经常报告类似的不稳定性，并导致样品的排出。本文通过平衡表面张力和在两个剪切带中引起的第二法向应力，同时要求连续光滑的弯月面，计算了这种剪切带流体的自由表面畸变。我们发现，蠕虫状胶束通常保留弯月面的完整性时，剪切带，但在某些情况下，可以失去完整性的范围内的平均施加的剪切速率，在此期间，人们预计剪切带。这种弯月面破裂将导致样品在剪切带区域被扫过时喷射。我们进一步表明，纠缠的聚合物解决方案预计将显示断裂的倾向，因为它们的第二个更大的正常应力。这些计算与文献中的可用数据一致。我们还估计了一个三带配置的弯月面畸变，已经观察到在一些蠕虫状胶束溶液中的锥板几何形状。
2011-07-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft 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
Internal stresses in low-Reynolds-number fractal aggregates
University of California, Merced（加州大学默塞德分校）
本文提出了一种数值模型，研究低雷诺数流动中分形结构聚集体的内部应力，通过计算不同分形维度聚集体的内部应力分布，揭示其破碎机制。
2024-11-20 physics.flu-dyn
Strain localization in planar shear of granular media: the role of porosity and boundary conditions
剪切带中的剪切应变局部化与速度弱化不稳定性和地震有关。在这里，我们模拟稳态平面剪切流动的数值粒状材料（凿），限制在平行表面之间。恒定剪切应力和恒定应变率边界条件进行了测试，这两种类型的边界条件被发现产生不同的速度剖面和摩擦定律。惯性数$I$对层的行为具有最大的控制作用，但在常应力边界条件下，观察到摩擦对层的正应力和厚度的额外依赖性。我们发现，剪切带本地化，这是目前在准静态政权（$I<10^{-3}$）在速率控制剪切，应力控制加载下是不存在的。在后一种情况下，当宏观摩擦系数接近准静态摩擦值时，流动停止。在较高惯性数（$I>10^{-3}$）下出现的惯性区域与分布剪切、摩擦和孔隙度相关，所述分布剪切、摩擦和孔隙度随剪切速率增加（速率强化区域）。常应力边界条件下的剪切产生的惯性，分布剪切，但从来没有准静态，局部变形的发现是合理的，基于低波动的剪切力在颗粒接触应力控制加载。通过检查孔隙度内和外的剪切带，我们还提供了一个机械的原因，准静态和惯性剪切之间的过渡与本地化和分布式应变之间的过渡相一致。
2021-11-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Stress Overshoots in Simple Yield Stress Fluids
柔软的玻璃状材料，如蛋黄酱、湿粘土或致密的微凝胶，在外部剪切下显示固体到液体的转变。这种剪切诱导的转变通常与非单调应力响应相关联，其形式为称为“应力过冲”的应力最大值。这种普遍存在的现象的特征在于应力$σ_\text{M}$和应变$γ_\text{M}$的最大值的坐标，两者都以所施加的剪切速率的弱幂律增加。在这里，我们合理化这样的幂律缩放使用连续模型，预测两个不同的制度在低和高的应用剪切速率的限制。相应的指数直接与稳态流变学，都与成核和生长动力学的流化区域。我们的工作提供了一个一致的框架，预测瞬态响应的软玻璃材料启动后的剪切从局部流动行为的全球流变学观测。
2021-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear-density coupling for a compressible single-component yield-stress fluid
从流体力学的角度研究了单组分屈服应力流体的流动特性。该模型的一个基本组成部分是通过Herschel-Bulkley型本构模型的密度和速度梯度的波动之间的耦合。着重于低剪切速率和高密度的限制，该模型很好地近似-但不限于-轻轻剪切的硬球胶体玻璃，其中溶剂的影响可以忽略不计。的线性化流体动力学方程的波动和由此产生的立方色散关系的详细分析揭示了存在的密度和剪切速率的范围内不断增长的流动异质性。在这种情况下，在初始瞬态之后，速度和密度场单调地达到空间不均匀的静止轮廓，其中高剪切速率和低密度的区域与低剪切速率和高密度的区域共存。因此，通过剪切诱导的密度不均匀性增强和通过过阻尼声波的松弛之间的竞争来维持稳定状态。力学平衡条件的分析提供了一个标准的稳定状态的解决方案的存在。详细讨论了系统的动态演化的各种边界条件，施加恒定的速度，剪切速率，或在墙壁上的应力。
2018-05-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft 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
Macro-scale Topology Optimization for Controlling Internal Shear Stress in a Porous Scaffold Bioreactor
切应力是调控细胞增殖、迁移和形态发生的重要物理因子。特别地，血管的稳态依赖于剪切应力。为了离体模拟这一过程，已经努力在生长因子的存在下和在脉动流条件下用血管和其他细胞类型接种支架。然而，所得到的生物反应器缺乏关于支架内的剪切应力和流动分布的信息。因此，很难解释剪切应力对细胞功能的影响。这些知识将使研究人员能够改进细胞培养方案。最近的工作集中在优化支架的微观结构参数，以微调剪切应力。在这项研究中，我们采用了一种不同的方法，使流动在整个生物反应器中沿着多孔支架中的通道重新定向，以产生剪切应力分布，该分布针对以目标值为中心的均匀性进行了优化。为此，设计了一种与计算流体动力学模拟相结合的拓扑优化算法。使用遗传算法和模糊逻辑的组合，在多孔支架的通道拓扑结构是不同的。该方法通过使用流场的磁共振成像（MRI）读数的实验进行了验证。
2012-01-09 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Shear jamming and fragility in dense suspensions
剪切引起的堵塞现象是稠密悬浮液复杂流变行为中的一个因素。这种剪切堵塞状态是脆弱的，即，它们对于与产生它们所施加的应力不相容的施加应力是不稳定的。这种特殊的流动历史依赖的应力响应是由于流动诱导的微观结构。为了研究在恒定剪切应力下实现的堵塞状态，我们对具有摩擦接触力和流体动力润滑力的非布朗粒子进行了动态模拟。我们发现明确的签名，区分这些脆弱的国家从更传统的各向同性堵塞状态。
2019-05-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Bounds on Surface Stress Driven Shear Flow
背景方法适用于推导严格的限制表面速度和整体能量耗散的剪切应力驱动流在二维和三维通道。分析的副产品是具有剪切应力边界条件的平面Couette流的非线性能量稳定性结果：当所施加的应力由无量纲Grashoff数$Gr$衡量时，能量稳定性的临界$Gr$在二维中为139.5，在三维中为51.73。我们推导出摩擦力的上界（也称为摩擦力）。耗散）系数$C_f = τ/\bar{u}^2$，其中$τ$是所施加的剪切应力，$\bar{u}$是流体在表面的平均速度，适用于较高$Gr$的流动，包括发展的湍流：二维的$C_f le 1/32$和三维的$C_f \le 1/8$。这种分析严格证明了以前计算的数值估计。
2013-10-17 physics.flu-dyn
Model-based image analysis of a tethered Brownian fibre for shear stress sensing
作用在生物相关表面上的剪切应力的测量是一个具有挑战性的问题，特别是在例如脉管系统的复杂环境中。虽然最近已经开发了通过合成生物学纳米棒的成像直接检测壁剪切应力的实验方法，但到目前为止，数据解释仅限于现象学随机游走建模、小角度近似和图像分析技术，这些技术没有考虑到从3D对象产生图像。在这份报告中，我们开发了一个数学和统计框架，以估计剪切应力从快速成像序列的基础上，首先随机建模的动态系留的布朗纤维在剪切流，其次是基于新的模型的图像分析，重建噬菌体的位置，通过解决图像形成的逆问题。这个框架的实验数据进行了测试，提供了第一个机械合理的分析的新的测定。以下内容进一步发展了半稀释悬浮液中的无束缚颗粒的已建立理论，这与例如无流动的布朗纳米线的研究有关，并在多学科图像分析领域提出了新的想法。
2017-08-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn q-bio.QM
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
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
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 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
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
Acoustic microstreaming and shear stress produced by the interaction of an oscillating gas bubble with a viscoelastic particle
本文建立解析理论描述振荡气泡与粘弹性颗粒相互作用产生的声微流，无参数比值限制，通过计算实例验证理论能力，发现颗粒表面剪切应力远高于Nyborg公式预测的刚性壁面结果。
2025-02-11 physics.flu-dyn
Mean velocity profiles and total shear stress profiles in adverse-pressure-gradient turbulent boundary layers considering history effect
本研究提出一种考虑历史效应的预测模型，通过引入由Clauser参数修正的摩擦速度尺度恢复流向自相似性，并开发估计-修正模型显式捕捉压力梯度流向导数，将总剪切应力分解为四部分，准确预测了逆压梯度湍流边界层的平均速度剖面和总剪切应力剖面。
2025-10-31 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
Shear-banding and Taylor-Couette instability in thixotropic yield stress fluids
本文研究了触变性屈服应力流体在两同心圆柱间的流动。为了考虑触变性，本构关系使用由动力学方程驱动的结构参数。在这里，Houska的模型被认为是。根据结构参数的击穿率，观察到局部化或剪切带。我们表明，对于脆弱的结构，剪切带流可以观察到，虽然对于较强的结构，只有本地化的流动观察，如在宾汉流体。几位作者在文献中讨论的剪切带的物理解释强调，剪切带可能与材料结构的不连续性和根据应变率的本构关系的应力的非单调演化有关。数值求解的流动，我们表明，这样的流变模型的基础上存在的结构参数是能够预测剪切带。此外，在很大的参数范围内的方位流的线性稳定性的触变性的后果进行了研究。虽然触变性允许基流的剪切带，但与简单屈服应力流体相比，它不会从根本上改变库埃特流的稳定性。表观剪切变稀行为取决于流体的触变参数和泰勒涡的剪切变稀流体中的发病的结果进行检索。然而，剪切带改变了流动区中粘度的分层，使得临界条件主要由流动区的宽度驱动。
2016-03-01 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
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
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
A deep learning approach to wall-shear stress quantification: From numerical training to zero-shot experimental application
AI Institute in Dynamic Systems, Department of Mechanical Engineering, University of Washington（动态系统人工智能研究院，机械工程系，华盛顿大学）；Engler-Bunte-Institut, Simulation of Reacting Thermo-Fluid Systems, Karlsruhe Institute for Technology（Engler-Bunte研究所，反应热流体系统模拟，卡尔斯鲁厄技术学院）
本文提出一种深度学习代理模型，从湍流对数层速度场直接预测二维壁面剪应力场，并在数值模拟数据上训练后实现对PIV实验速度场的零样本应用，为实验壁面剪应力测量提供了新途径。
2024-09-05 cs.AI physics.flu-dyn
Uncovering wall-shear stress dynamics from neural-network enhanced fluid flow measurements
University of Washington（华盛顿大学）
本研究提出一种结合物理知识的深度光流估计方法，从流体测量中高时空分辨率地推导速度场和壁面剪应力场，并通过合成与真实实验数据验证了其有效性和物理正确性。
2023-10-18 cs.AI physics.flu-dyn
Particle transport and deposition in wall-sheared thermal turbulence
本文通过直接数值模拟研究壁面剪切作用下瑞利-贝纳尔对流中的颗粒输运与沉积，揭示了不同Stokes数颗粒的运动规律，并提出中等Stokes数颗粒沉降的新模型，可准确预测沉积比例和平均停留时间。
2024-11-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Influence of pulsatile blood flow on allometry of aortic wall shear stress
剪切应力在动脉粥样硬化的形成和发展中起着重要作用。体内测量和外推的关键要素是剪切应力对体重的依赖性。在血流的Poiffille模型的情况下，P.Weinberg和C.研究人员已经表明，主动脉内皮上的剪切应力与体重的$-\frac{3}{8}$次方一样变化，因此小鼠的剪切应力比人高20倍。然而，通过考虑一个更生理振荡Poistuille + Womersley组合流在主动脉中，我们表明，结果显着不同：在较大的群众（$M>10 \ kg$）剪切应力随着体重的权力$-\frac{1}{8}$和修改的人与小鼠的比例为1：8。异速生长和剪切应力的时间梯度值也发生变化：在较大的质量下，$\partialτ/\partial t$变化为$M^{-3/8}$而不是$M^{-5/8}$，人与小鼠的比例为1：150变为1：61。最后，我们证明了血流的不稳定成分不影响峰值速度对体重的恒定异速生长：$u_{max} \propto M^{0}$。这项工作扩展了我们对血液动力学参数对体重的依赖性的认识，并为更精确地将体内测量结果外推到人类和更大的哺乳动物铺平了道路。
2018-02-18 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.TO
Shear Stress Distribution Prediction in Symmetric Compound Channels Using Data Mining and Machine Learning Models
Institute of Structural Mechanics, Bauhaus Universität-Weimar（魏玛包豪斯大学结构力学研究所）；Sari agricultural science and natural resources university（萨里农业科学与自然资源大学）；Idaho State University（爱达荷州立大学）；Oxford Brookes University（牛津布鲁克斯大学）；Obuda University（欧布达大学）；Bu-Ali Sina University（布阿里·西纳大学）
明渠剪应力分布预测是水工建筑物工程中的一个重要问题，直接影响到稳定渠道的设计。本研究首先进行了一系列的实验测试，以评估棱柱形复合流道的剪应力分布。在亚临界和超临界条件下，测量了不同漫滩宽度和不同水深条件下复合河道全湿周切应力值。一组数据挖掘和机器学习模型，包括随机森林（RF），M5P，随机委员会（RC），KStar和加法回归模型（AR），对获得的数据进行预测复合通道中的剪切应力分布。结果表明，在这五种模型中，RF方法的结果最精确，R2值最高，为0.9。最后，本研究中最强大的数据挖掘方法（RF）与Shiono和Knight方法（SKM）和Shannon方法的两个著名的分析模型进行比较，以获得所提出的模型功能在预测剪应力分布。结果表明，RF模型具有最好的预测性能相比，SKM和香农模型。
2019-12-20 cs.LG physics.flu-dyn stat.ML
Machine Learning versus Mathematical Model to Estimate the Transverse Shear Stress Distribution in a Rectangular Channel
Jundi-Shapur University of Technology（琼迪沙普尔理工大学）；Bauhaus Universität-Weimar（包豪斯大学魏玛校区）；Norwegian University of Life Sciences（挪威生命科学大学）；Obuda University（欧布达大学）
矩形渠道中床面剪应力和壁面剪应力横向分布的可靠性估算是水利工程中的重要课题之一。本文利用Tsallis熵、遗传规划和自适应神经模糊推理系统等方法对矩形槽道中的剪应力分布进行了研究。为了评估Tsallis熵、GP和ANFIS模型的结果，使用了实验室观察，其中使用优化的Preston管测量剪切应力。然后，这用于测量矩形通道中各种纵横比的SSD。为了研究剪切应力百分比，使用了10个数据系列，共112个不同的数据。灵敏度分析结果表明，对光滑矩形槽道中的SSD影响最大的参数是无量纲参数B/H，其中横坐标为B，水深为H。以床层参数（b/B）、（B/H）和壁面参数（z/H）、（B/H）为输入，GP模型的建模效果较好。基于分析，可以得出结论，使用GP和ANFIS算法是更有效地估计在光滑矩形通道中的剪切应力比Tsallis熵为基础的方程。
2021-03-06 cs.LG cs.NE physics.flu-dyn
Effect of viscous shearing stresses on optimal material designs for flow of fluids through porous media
拓扑优化提供了最佳的材料布局，实现了器件设计的自动化。鉴于计算机技术和增材制造的最新进展，拓扑优化越来越多地用于设计复杂的多孔结构，例如微流体装置。对于流体在这种微型多孔结构中的流动，粘性剪切应力将是显著的。但是达西模型--描述单相不可压缩流体在刚性多孔介质中流动的最流行的数学模型--忽略了粘性剪切应力引起的内摩擦。因此，我们将开发一个材料设计框架下的拓扑优化的基础上的达西-Brinkman模型-一个数学模型的流体通过多孔介质的流动，占内部摩擦，除了在达西模型中考虑的阻力。所提出的框架使用机械耗散的总速率--一个物理量--作为目标函数。为了了解粘性剪切应力对设计的影响，我们将比较拓扑优化下Darcy和Darcy-Brinkman模型提供的最佳材料布局。特别是，我们表明，使用数值模拟证实的解析解，最佳的材料布局是相同的表现出轴对称，粘性剪切应力消失的一类问题。这些解析解对检验数值模拟的准确性有一定的参考价值。对于具有主要粘性剪切应力的那些问题（例如，流在一个向后面对的步骤域），我们表明，使用数值解，最佳的材料布局下的达西和达西-布林克曼模型是非常不同的。此外，相关联的解决方案字段（即，速度和压力）在这两个模型各自的最佳布局下是定性不同的。
2021-04-14 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
