Flow Dynamics of the Transversely Oscillating Tapered Circular Cylinder under Vortex-Induced Vibrations at low Reynolds number
本研究数值模拟了低雷诺数下锥形圆柱的涡激振动，发现锥度比增大导致尾流三维结构主导、锁定区域变宽，并使最大振幅峰值及响应分支转换发生偏移。
2024-11-09 physics.flu-dyn
Vortex shedding patterns, their competition, and chaos in flow past inline oscillating rectangular cylinders
在雷诺数代表二维流动的情况下，数值研究了直列振荡矩形柱的绕流。一个对称的模式，被称为S-II，由一对相反签署的涡的每一侧，最近在实验中观察到的，计算得到。在低振幅下，涡旋脱落模式通过中间相位区从反对称平稳过渡到对称。在更高的振幅下，这种中间状态是混沌的。混沌的发现扩展并补充了Perdikaris等人最近的工作[1]。此外，它表明，混沌的反对称和对称脱落模式之间的竞争的结果。矩形柱体而不是方形柱体有利于观察。一个全球性的，非常可靠的，措施是用来建立混沌的存在。
2010-12-10 physics.flu-dyn
Effects of Cavitation on Karman Vortex Behind Circular-Cylinder Arrays
利用分子动力学模拟研究了空化对圆柱阵列绕流的影响。空化对旋涡脱落特性有显著影响。随着空化的发展，作用在圆柱体上的振动减小并最终消失。进一步的空化发展在气缸旁边产生更长的蒸汽区域，并且在离气缸更远的位置处形成涡街。在没有空化的情况下，相邻的卡门涡在反相中是同步的。这种同步被空化削弱，并且可以诱导非对称尾流模式。这些发现有助于包括圆柱阵列的流体机械的机械设计。
2019-11-14 physics.flu-dyn
Numerical Analysis of Flow Past an Oscillating Circular Cylinder using Arbitrary Lagrangian Eulerian Consistent Flux Reconstruction Scheme
本文提出了一种基于一致通量重构方法的任意拉格朗日-欧拉不可压有限体积格式（ALE-CFR）。该方案进一步应用于解决问题的二维不可压缩粘性流通过旋转振荡的圆柱时，受到强迫横向振荡在Re = 100。本文首先着重于ALE-CFR格式的数学发展和验证，然后将其应用于该问题。旋转振荡频率对应于Tokumaru和Dimotakis进行的研究中发现的四个主要旋涡脱落模式频率。横向振荡频率随频率比$f_{tv}$相对于从$0.9 \leq f_{tv} \leq 3.0$流过静止圆柱体的自然斯特劳哈尔频率而变化。横向振动的振幅比取为相对于圆柱体直径的0.2。利用新发展的格式研究了旋转振荡和横向振荡对圆柱体涡脱落模式的不同影响以及对圆柱体升阻特性的贡献。
2019-11-08 physics.flu-dyn
Vortex flow around a circular cylinder above a plane
多个固体障碍物附近涡流的研究具有相当大的理论意义和实际意义。特别是，最近，绕流的情况下，放置在一个平面壁上方的圆柱已经吸引了很多的关注。在这种情况下，在圆柱体的前面形成了一个固定的涡流，这与没有平面的通常情况相反，在这种情况下，在圆柱体的后面观察到一个涡流对。本文应用现代复变函数分析方法，对平面上方圆柱绕流中的点涡问题进行了复势分析。还显示了典型的流线型图案。
2012-08-28 physics.flu-dyn
Pressure Mode Decomposition Analysis of the Flow past a Cross-flow Oscillating Circular Cylinder
本征正交分解（POD）常用于开发流体流动的降阶模型（ROM），用于设计、控制和优化。相反，通常的做法，速度场是重点，我们应用POD分析的压力场数据从数值模拟的流动过去的固定和振荡的圆柱。由于压力主要贡献于作用在结构上的水动力，我们计算了圆柱表面上的压力POD模式振荡锁定和锁定区域。然后将这些模态分解为正弦和余弦幅值，以分别估计它们在压力升力和阻力分解系数发展中的贡献。这项研究的关键发现是，更多的POD模式需要捕捉在非同步制度相比，同步情况下的流动物理。本研究的工程应用是发展有效控制技术的降阶模型。
2020-10-24 cs.CE cs.NA math.NA
The oscillating and vibrating cylinder: a benchmark to study low Mach number aeroacoustics
本文以振荡与振动圆柱为基准，推导了完整不可压缩流动解析解，并用高阶有限元方法验证，揭示了该构型在临界雷诺数以下仅由Stokes数决定，进而计算了远场声辐射的精确表达式。
2024-08-08 physics.flu-dyn
Significant influence of fluid viscoelasticity on flow dynamics past an oscillating cylinder
本研究提出了一个数值研究流体粘弹性如何影响流动动力学过去的横向强迫振荡圆柱体在层流涡脱落制度在一个固定的雷诺数为100。特别是，我们研究流体粘弹性如何影响锁定和无锁定区之间的边界和相关的尾流拓扑结构相比，在一个简单的牛顿流体。总而言之，我们发现，流体的粘弹性有利于同步的涡街与圆柱运动在较低的振荡频率比所需的牛顿流体。因此，粘弹性流体的锁定区域的边界不同于牛顿流体的锁定区域的边界，并且在无量纲圆柱振荡振幅和频率平面中加宽。此外，我们提出，由于在粘弹性流体中的聚合物分子的拉伸产生的过度应变的结果在尾流结构中看到的牛顿流体中的显着差异。对于牛顿流体，在主同步区仅检测到2S（两个单涡）和P+S（一对和一个单涡）涡脱落模式。然而，2P（两对涡）涡模式检测到的粘弹性流体在这个区域。我们还采用数据驱动的动态模式分解（DMD）降阶建模技术来提取和分析底层相干流结构及其相关频率，以了解牛顿流体和粘弹性流体通过振荡圆柱体的流动动力学差异。
2023-01-16 physics.flu-dyn
Vortex Induced Oscillations of Cylinders
这篇文章提交给APS-DFD 2008会议，伴随着流体动力学视频描述了悬挂在流动罐中的铰接圆柱体的各种定向动力学。圆柱体表现出从稳定定向到周期振荡甚至自转的不同行为。我们说明这些功能，使用相图捕捉到的现象作为雷诺数和减少惯性的函数。氢气泡流动显示技术也被用来显示在圆柱的尾迹中的旋涡脱落结构，导致这些振荡。
2008-10-10 physics.flu-dyn
Vortex shedding and hovering of a rigid body in an oscillating flow
该流体动力学视频显示刚性，空间不对称的机构与振荡的背景流相互作用。一个自由的刚性物体，这里是一个中空的“金字塔”，当它的峰值速度足够高时，它可以在平均值为零的振荡气流中克服重力而稳定地悬停。我们进一步显示在阴影成像如何这个不对称的身体脱落涡流在这样一个不稳定的流动，从而使身体“棘轮”本身通过背景流。
2009-10-16 physics.flu-dyn
Vortex Shedding in the Wake of a Dual Step Cylinder
双级圆柱体由具有低纵横比（L/D）的大直径圆柱体（D）同轴地附接到小直径圆柱体（d）的中间跨度组成。本研究中提供的流体动力学视频用于说明Re = 2100、D/d = 2和0.2 < L/D < 3时展弦比对双阶圆柱尾迹发展的影响。此外，视频还提供了展向涡的相互作用、流向涡丝的发展和开尔文-亥姆霍兹滚柱的形成等流动现象的可视化。实验是在滑铁卢大学的水槽中进行的。采用氢气泡流场显示技术对每个圆柱体模型下游的旋涡结构进行了可视化。用高速Photron相机获得流的高分辨率图像，并使用Adobe Photoshop CS4进行后处理。结果表明，双台阶圆柱尾迹中存在大量的涡系。当1 < L/D < 3时，大、小圆柱在不同频率下发生展向涡脱落。然而，对于较小的L/D，大圆柱涡脱落停止，小圆柱涡在大圆柱尾迹中相互作用。
2012-10-12 physics.flu-dyn
Optimization-Based Discovery of A Non-Attracting Flow State in An Oscillating-Cylinder Wake
School of Aeronautic, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学航空学院）；International Joint Institute of Artificial Intelligence on Fluid Mechanics, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学流体力学人工智能国际联合研究院）；National Key Laboratory of Aircraft Configuration Design（飞机气动布局设计国家重点实验室）
本文基于优化方法发现振荡圆柱尾流中存在非吸引流动解，该解在优化过程中保持一致，揭示了复杂尾流动力学的新视角。
2026-04-01 physics.flu-dyn
Model-Based Estimation of Vortex Shedding in Unsteady Cylinder Wakes
本文考虑在$Re=100$的模拟和在$Re=1036$的实验中，在圆柱尾迹中的旋涡脱落的单传感器估计。谐波分解的基础上开发的模型捕捉周期性动态的旋涡脱落。提出了两种基于模型的方法来估计时间分辨流场。首先，线性估计（LE），其实现卡尔曼滤波器来估计流量。第二，线性三角估计（LTE），其利用相同的卡尔曼滤波器以及涡旋脱落频率的谐波之间的非线性关系。LTE表现出良好的性能，并优于LE关于重建的旋涡脱落。从物理上讲，这表明，在所考虑的雷诺数下，圆柱尾流中的高次谐波运动从属于基频。
2019-04-30 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of a cylinder cutting a vortex
本文通过直接数值模拟研究细圆柱垂直切割柱状涡旋的相互作用，区分强弱涡两种状态，并分析撞击参数、雷诺数对涡结构和流体动力的影响，揭示涡-体相互作用机制。
2024-04-01 physics.flu-dyn
Suppression of vortex shedding using a slit through the circular cylinder at low Reynolds number
本文的目的是研究在层流区（Re=100-500）使用被动流动控制技术（穿过圆柱体的狭缝）抑制旋涡脱落。改进圆柱体上的缝宽比S/D（缝宽/直径）对控制旋涡脱落起着至关重要的作用。通过狭缝的附加流动导致整体不稳定性和旋涡脱落的抑制，而大量的通过狭缝的流动急剧改变旋涡脱落的行为。对于所有S/D，旋涡脱落的性质保持周期性，并且升力系数的均方根（rms）值随着S/D减小（反过来，旋涡脱落抑制），直到Re = 300。当Re > 300时，升力系数的均方根值在S/D < 0.15时减小，流动表现为周期性涡脱落;当S/D > 0.15时，升力系数的均方根值由于圆柱下游的不规则涡脱落而增大。S/D=0.20时Re的变化显示了分叉点，在此点处，流动在Re=232时从对称变为非对称解，在Re=304时再次变为对称解。对改进圆柱体的非定常流动分析也表明了对旋涡脱落的抑制;然而，该分析提供了抑制的定性性质。降阶模型，即本征正交分解（POD）和动态模式分解（DMD），被用来量化抑制和调查的主导涡结构的狭缝通过圆柱。
2021-07-13 physics.flu-dyn
The wake of a transversely oscillating circular cylinder in a flowing soap film at low Reynolds number
在$Re =235 \pm 14$实验台上，采用倾斜的重力驱动肥皂膜通道研究了横向振荡圆柱后形成的尾流场。静止圆柱体涡脱落的固有频率$f_{\text{St}}$用于识别感兴趣的振荡频率。圆柱体运动的（无量纲）频率$f^*=f/{f_{\text{St}}}$和振幅$A^*=A/D$在基本同步区域的大部分上变化（即，对于$f^* \approx 1$），并在${(f^*, A^*)}$空间中构造尾流模式的“地图”。在此参数空间的大范围内，观察到圆柱体运动频率与所得涡流尾流主频率之间的锁定，主要表现为同步的“2S”和“2 P”尾流模式。在参数空间的较小区域也发现了同步的“P+ S”、“2 T”和“过渡”尾流。当振荡频率与$f_{\text_{St}}$相差很大时，观察到非同步的“聚结”和“扰动von~ \karman”尾流。在这项研究中发现的尾流模式和涡流形成过程，特别是对于2 P模式的尾流，是更相似的观察到的\cite{Williamson1988}在三维实验比那些发现的\cite{Leontini2006}在二维模拟，尽管从肥皂膜，防止三维效果的物理约束。
2021-12-11 physics.flu-dyn
Vortex motion around a circular cylinder above a plane
绕固体障碍物的旋涡流动的研究无论从理论上还是从实际应用的角度来看都具有相当大的意义。最近重新引起人们注意的一种几何形状是流过放置在平面壁上方的圆柱体的涡流，在圆柱体的前面可以形成一个静止的再循环涡流，这与通常情况下（没有平面边界）在圆柱体后面出现一个涡对的情况不同。在这里，我们分析的问题，涡流通过一个圆柱附近的墙壁通过透镜的点涡模型。通过共形映射的流体域到一个辅助复平面的环形区域，我们计算的涡旋哈密顿量解析的某些特殊功能相关的椭圆θ函数。然后对模型的均衡进行了详细的分析。的位置的平衡在前面的气缸示出与实验结果定性一致。我们还发现，随着系统参数的变化，相空间中会发生拓扑转变
2017-08-17 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Viscous vortex-pair-cylinder interactions near inviscid translating equilibria: a numerical study
本文用格子玻尔兹曼方法对以下二维不可压缩流动问题进行了数值模拟。从对应于平移无粘平衡的构型开始，即平移Föppl平衡（平移圆柱体前后的反向旋转点涡对）和平移Hill平衡（椭圆柱体前后的反向旋转点涡对），为$t >0$开启粘性，并模拟随后的粘性相互作用。相互作用是在一个动态耦合设置的中性浮力圆柱体是自由移动沿对称轴的作用下，其表面上的瞬时流体应力。据观察，对于初始配置中的涡对尾随圆柱，粘性演化保持接近无粘平衡。然而，对于涡对引导圆柱体的起始构型，无粘平衡有很大的偏离。在这种情况下，涡流要么加速并离开圆柱体，要么更有趣的是，离开它们的领先位置并被吸引到尾随位置。换句话说，在这种情况下，圆柱体穿过领先的涡流，超越它们，并且观察到涡流再次跟随圆柱体。这样，无粘动力学关于垂直轴的对称性就被打破了。
2022-06-20 nlin.AO physics.flu-dyn
Vortex motion around a circular cylinder
圆柱绕流中一对反向旋转的点涡的运动形成了一个丰富的非线性系统，常被用来模拟涡脱落。本文给出了相对于中心线对称运动的涡对的动力学哈密顿量的相图--这种情况可以通过在中心平面上放置一个分离板来实现。该分析提供了新的见解，并揭示了系统的新动力学特征，例如无穷远处的幂零鞍点，其同宿轨道定义了所谓的Föppl平衡的非线性稳定区域。指出适当布置在下游的涡对可以克服圆柱体并向上游无限远移动。此外，Föppl平衡的反对称扰动所产生的非线性动力学进行了研究，并讨论了其与旋涡脱落的关系。
2012-08-28 physics.flu-dyn
Vortex-induced vibration of a square cylinder in wind tunnel
本文实验研究了均匀气流中弹性支撑刚性方柱的涡激振动，详细测量了高质量比下折合速度5至20范围内的横向振荡，揭示了锁定区内的瞬态与极限环振荡特性。
2024-01-09 physics.flu-dyn
Transport of inertial particles by viscous streaming in arrays of oscillating probes
提出了一种新的微尺度颗粒在粘性流体中的输运机理。该机制利用捕获的旋转流动细胞建立在附近的振荡缸，最近在以前的工作中分析了这样的颗粒。目前的工作探讨了一种战略之间的捕获点建立的多个圆柱体进行振荡，在连续的时间间隔内传输粒子。它表明，通过控制振荡间隔的顺序，惯性粒子是有效的和可预测的稳定的捕获点之间的传输。阵列中的各种安排的气缸进行了研究，揭示了一个相当普遍的技术，用于构建任意粒子的轨迹。还讨论了运输的时间尺度。
2014-06-04 physics.flu-dyn
In wind tunnel the reproduction of vortex shedding behind circular cylinders at high Reynolds number regimes is incomplete
本文通过二维粗糙圆柱风洞试验研究高雷诺数下交替涡旋脱落现象的复现问题，利用同步壁面压力测量与双正交分解分析，发现粗糙圆柱技术只能近似全局参数，无法完整复现实际流动状态。
2023-11-21 physics.flu-dyn
Analysis of vortex breakdown in an enclosed cylinder based on the energy gradient theory
对封闭圆柱内的旋涡破裂现象进行了数值模拟研究。利用能量梯度理论，考虑了离心力、科氏力、角动量和方位涡量的影响，对圆柱内的涡破裂进行了解释。研究结果表明，能量梯度函数K的大值主要位于中心线以及圆柱两侧的循环涡与中心线处的涡破裂气泡之间的区域。发现中心线处能量梯度函数K的局部峰值位置对应于涡破裂的首次发生位置。K函数在水平方向上的局部峰值位置对应于除中心线以外的速度拐点。在低展弦比情况下，涡破裂主要取决于中心线处的高K值。圆柱体两侧环流涡与中心线涡破裂气泡之间的高K值区的影响随长径比的增大而增大。对于大展弦比，圆柱体两侧的循环涡与中心线处的涡破裂泡之间的高K值区域可能影响涡破裂泡的发生和发展。
2018-08-15 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Four-vortex motion around a circular cylinder
本文用解析和数值方法研究了均匀绕流中两对反向旋转点涡的运动。当动力学被限制到对称子空间-一种情况下，可以实现实验通过放置在中心平面的分离板-，它被发现，有一个家庭的线性稳定平衡相同的签署涡对。研究了对称子空间中的非线性动力学，给出了几种轨道类型。这里报道的分析提供了新的见解，并揭示了新的功能，这个四涡系统，如事实上，有两对相反的符号在圆柱体的相对两侧的涡没有平衡。(It有人认为，这种平衡可能存在的涡流通过一个圆柱限制在一个通道。）此外，一个新的家庭的相反签署的正常线上的平衡报告。对反对称扰动进行了稳定性分析，结果表明在这种情况下所有平衡点都是不稳定的。
2013-06-04 physics.flu-dyn
Hydrodynamics of an oscillating cylinder inline with steady current
本研究在Re=500下数值研究共线振荡圆柱的尾流与受力，揭示不同λ*区间的尾流作用机制、同步模态的阿诺德舌分布及涡脱落规律，验证了Morison方程仅在小λ*范围适用。
2024-09-13 physics.flu-dyn
Onset of Vortex Shedding and Hysteresis in Flow over Tandem Sharp-Edged Cylinders of Diverse Cross Sections
本文数值研究了不同截面串联锐边圆柱绕流，发现下游矩形纵横比和间隙间距会改变流动模式、抑制上游涡脱，并确定了涡脱起始临界雷诺数及迟滞极限范围。
2023-09-14 physics.flu-dyn
Prediction of laminar vortex shedding over a cylinder using deep learning
使用深度学习技术，生成对抗网络（GAN），预测圆柱体上的非定常层流涡脱落，特别强调阐明学习纳维-斯托克斯方程解的潜力。在两个不同的雷诺数与不同的时间步长的数值模拟进行流场变量的训练数据集。用GAN预测了雷诺数不在训练数据集上的未来非定常流场。预测的流场定性和定量一致，以及通过数值模拟计算的流场。本研究表明，可以利用深度学习技术来预测层流尾流，以代替求解纳维-斯托克斯方程。
2017-12-21 physics.flu-dyn
Vortex induced motion of the cylinder is suppressed by wearing a closed membrane
本研究提出在圆柱体上包裹封闭薄膜的新方法以抑制涡激运动，水槽实验表明该方法在锁定区可将运动幅值最多降低85%，并同时减小顺流向平均阻力。
2023-07-11 physics.flu-dyn
Vortex shedding suppression in elliptical cylinder via reinforcement learning
本文利用深度强化学习研究受限椭圆圆柱的多目标流动控制，发现大长径比和低阻塞比条件下可有效减阻、抑制升力波动并完全消除涡脱落，同时保持低能耗，为细长钝体尾流稳定控制提供了新思路。
2025-07-21 physics.flu-dyn
Vortex oscillations around a hemisphere-cylinder body with a high fineness ratio
采用大涡模拟和动力学模态分解方法研究了10 ° ~ 80 °攻角下半球-圆柱体绕流的非定常涡。基于主体圆柱直径的雷诺数（Re）为22000。结果表明，在整个迎角范围内，前体都存在涡振荡。该振荡的特征是前体背风涡对上下交替振荡和同相左右摆动。当迎角大于20 °时，在后体处出现旋涡脱落，随着迎角的增大，脱落区域逐渐前移，旋涡振荡区域逐渐缩小，当迎角足够大时，旋涡振荡区域只存在于机头附近。涡激振动和脱落都引起沿机身的侧向力脉动，但涡激振动引起的侧向力较大。在10 o-40 o迎角范围内，St=0.085-0.12，涡振荡频率与涡脱落频率相似，后体流场由涡脱落和前体-涡尾迹共同控制;而在AOA为50 o-80 o时，沿机身的频率明显地分为两个区域，在这两个区域中，前机身上的涡流振荡的频率为0.053- 0.064，后体涡脱落频率为0.16-0.2。DMD分析表明，除平均流外，能量最大的模态分别对应于前体处的涡振荡和后体处的涡脱落，DMD分析得到的频率与快速傅立叶变换得到的侧向力频率一致。涡振荡的时均流场是对称的，不存在明显的不对称性。因此，前体上方的涡对围绕对称的平均流场振荡。
2016-10-09 physics.flu-dyn
Experimental study on Vortex-Induced Vibration of Cylinder at Subcritical Reynolds Number
近年来的数值模拟结果表明，在亚临界雷诺数下，涡激振动（VIV）是可以发生的。在雷诺数低至Re = 20时，数值模拟观察到涡激振动。本文的研究为圆柱体的亚临界涡激振动提供了实验依据。我们设计并建造了一个旋转通道，使它能够在亚临界雷诺数进行涡激振动实验。基于旋转通道，进行了固定固有频率变来流速度和固定来流速度变固有频率两组试验。在这两组实验中，观察到亚临界涡激振动和涡激振动可以观察到在雷诺数低至23，这是接近米塔尔的数值结果。
2021-08-23 physics.flu-dyn
A Machine Learning Approach to Classify Vortex Wakes of Energy Harvesting Oscillating Foils
一个机器学习模型的开发，以建立后面的振荡翼的运动学的能量收集制度的尾流模式。由于非定常尾流对下游翼型的性能影响很大，因此尾流结构的作用对于振荡翼型的阵列部署特别重要。这项工作探讨了46振荡翼运动学，与参数化的基础上输入的运动学变量和分组涡尾涡场通过图像分析的目标。开发了卷积神经网络（CNN）与长短期记忆（LSTM）单元的组合，以将尾流分类为三组。为了充分验证翼型运动学之间的物理尾流差异，使用卷积自动编码器结合k-means++聚类，发现了四种不同的尾流模式。未来的工作可以使用这些相关性来预测放置在尾流中的翼片的性能，并建立用于潮汐能收集的最佳翼片布置。
2022-11-05 physics.flu-dyn
Development and decay of vortex flows in viscoelastic fluids between concentric cylinders
通过聚丙烯酰胺和甘油溶液的实验和数值模拟，研究了同轴圆柱间粘弹性流体中旋涡的发展和衰减。当内缸突然启动或停止而外缸保持固定时，瞬态过程被触发。通过数字粒子测速仪获得的方位角速度在达到稳态之前表现出振荡。涡的发展是通过超调来表征的，即最大速度和稳定速度之间的差。类似地，在涡旋的衰减中，方位角速度改变其方向，并且相关参数是定义为最大反向瞬态速度的下冲。为了更深入地了解这一现象，实验结果与流变模型的数值模拟作为Oldrophil-B和White-Metzer补充。第一个模型的结果揭示了超调和下调与流体的弹性数的依赖关系。使用白Metzer模型，我们解释了剪切稀化效应的溶剂粘度的降低所产生的超调量的增加。
2021-10-29 physics.flu-dyn
Influence of coaxial cylinders on vortex breakdown in a closed flow
通过实验和数值模拟研究了中心轴上固定圆柱杆对涡破裂的影响。我们发现，VB是增强非常小的值的杆半径$d$，而它被抑制的值的$d$超过一个临界值。为了表征这种效果，临界雷诺数的出现作为固定杆的半径和不同的纵横比的函数的涡破裂准确地确定，使用数字粒子图像测速。数值和实验结果进行了比较，显示出良好的协议。此外，为了表明这种效应也出现在开口管流中，在附录中给出了一个简单的模型。
2008-10-01 physics.flu-dyn
Dynamics of Vortex-Induced-Vibrations of a Slit-Offset Circular Cylinder for Energy Harvesting at Low Reynolds Number
涡激振动（VIV）为能量收集提供了一种安全、可再生和环保的能源。为了提高基于圆柱体的装置的能量收集能力，作者通过确定从圆柱体中心的最有效狭缝偏移位置来探索正常狭缝的放置。使用开源计算流体动力学（CFD）程序OpenFOAM，进行了一系列数值模拟，以确定圆柱体上狭缝位置的效用，以及它如何影响（积极/消极）采集器的性能为1自由度（1-DOF）VIV系统。研究表明，缝柱具有三分支涡激响应（即初始分支（IB）、上分支（UB）和下分支（LB））。在雷诺数为150时，无缝圆柱体表现出两支VIV响应（即IB和LB），但缺少上支。这是第一次在如此低的Re流量下获得上支。结果表明，在圆柱体中部增加一个法向狭缝，可以改善吸吹风交替现象。将其从中心向后停滞点偏移会抑制VIV，并使其不适合能量收集应用。而将狭缝朝向前驻点的位置提高了气动升力，并且圆柱体脱落的涡流彼此更接近。它增强了横向振荡的幅度，从而增强了功率提取。此外，这些情况下的峰值能量转移比与无狭缝情况下的峰值能量转移比相当，但具有更大范围的峰值能量转移比值。这使得它适合能量收集应用。
2022-08-24 physics.flu-dyn
Bistability in the wake of a wavy cylinder
我们研究了完全抑制卡门涡脱落的优化设计的波浪圆柱的尾流动力学。这种波状圆柱体被迫在横流方向上以正弦运动振荡。升力谱的检验表明，存在一个临界强迫频率，低于该频率时，波浪形圆柱体的流动控制有效性得以保留，超过该频率时，固有的旋涡脱落又复活。此外，即使没有持续的强迫，复活的非定常涡脱落也会持续存在，导致控制效能的损失。这表明，除了从均匀初始条件发展的定常状态外，如果初始状态被充分扰动，则在波状圆柱的尾流中存在振荡状态。在更复杂的来流条件下，波动状态的发现要求检验波动圆柱的流动控制有效性。
2019-09-12 physics.flu-dyn
Three-Dimensionality in the flow of an elastically mounted circular cylinder with two-degree-of-freedom vortex-induced-vibrations
数值研究了弹性安装圆柱的三维流动和两自由度涡激振动特性。允许圆柱体在流向和横向上振动。模拟中采用了阻尼系数为零的低质量比。主要目的是了解圆柱后的旋涡脱落和尾流从二维（2D）到三维（3D）的过渡特性。雷诺数（Re）从150（完全2D流动）变化到1000（完全3D流动），其位于层流范围内。折合速度是变化的，其覆盖所有三个主要VIV分支（初始分支（IB）、上分支（UB）和下分支（LB））。摆动的气缸扫过8字形轨迹。分别得到了低Re和高Re时的两支（IB，LB）和三支（IB，UB，LB）振幅响应。与文献中观察到的仅横向涡激振动的直接B型转变相反，具有2-DOF涡激振动的圆柱体后面的尾迹经历2D到3D流动的C型转变。在约化速度为6时，2-DOF VIV圆柱体的2D到3D转变的临界Re范围约为250，小于1-DOF VIV。此外，该范围随流向与横向振荡频率比的变化而变化。提出了一个地图的2自由度涡激振动，突出了不同的模式的过渡减少频率和Re的组合。
2022-11-07 physics.flu-dyn
Optimal control of circular cylinder wakes using long control horizons
在基于伴随的最优控制框架下，重新讨论了利用物体旋转抑制圆柱尾迹涡脱落的经典问题。圆柱体的不稳定和完全不受约束的旋转速率在雷诺数为75和200之间进行优化，并且在比以前的研究更长的范围内进行优化，在以前的研究中，它们通常是涡脱落周期或更短的顺序。在最佳配置中，阻力降低了19%，有效地抑制了涡脱落，并且在瞬态后以最小的圆柱旋转保持这种低阻力状态。与开环控制不同，最优控制被示出为保持致动和脱落之间的特定相位关系，以稳定尾流。还比较了不同雷诺数、成本函数和水平长度的优化性能。结果表明，为了有效地稳定旋涡脱落，所使用的长视野是必要的。
2015-08-27 physics.flu-dyn
Chaotic vortex induced rotation of an elliptical cylinder
本文采用LBM方法数值研究了雷诺数200下椭圆圆柱在扭簧与流体扭矩作用下的非线性振荡，发现引入扭簧后系统呈现三个分支及多个混沌动力学区域，并存在两个稳定极限环区域。
2023-07-27 physics.flu-dyn
Applied Neural Network-Based Active Control for Vortex-Induced Vibrations Suppression in a Two-Degree-of-Freedom Cylinder
Department One（第一系）；Department Two（第二系）；Sharif University of Technology（谢里夫理工大学）
本文提出基于神经网络的主动控制方法，用于抑制两自由度圆柱体的涡激振动，通过闭环控制和两种学习策略实现高达99%的振动抑制效果。
2025-12-03 cs.SY eess.SY physics.app-ph
Impact of a Cold Control Plate on Fluid Flow and Heat Transfer across an Isothermally Heated Rotary Oscillating Circular Cylinder
本文的主要目的是研究一个冷的，垂直的，弧形的控制板的流动特性和强迫对流换热机制的影响，通过旋转振荡，等温加热圆柱。二维，非定常，不可压缩，层流和粘性流动的牛顿，恒定特性的流体被认为是通过圆柱。使用内部代码在普朗特数$0.7$和雷诺数$150$下对控制板和气缸之间的各种间隙比（$0\leq d/R_0 \leq 3$）、最大角速度（$0.5\leq α_m \leq 4$）和振荡频率比（$f/f_0=0.5,\ 3$）进行模拟。这里，$d$表示圆柱体的表面和控制板的前表面之间的间隙，$R_0$表示圆柱体的半径，$f$是振荡频率，$f_0$是自然涡旋脱落的频率。$d/R_0=0$对应于无板情况。传热和旋涡脱落现象进行了讨论，在相互关系。对于具有$d/R_0=0.5$和$f/f_0=0.5$的间隙比的所有$α_m$，观察到热传递的显著增加。当$α_m=0.5$和$f/f_0=0.5$时，控制板表面上的热吸收随着间隙比的增加而减小到零，但当$α_m=4$和$f/f_0=3$时，控制板表面上的热吸收永远不会变为零。此外，当与没有板的情况下与$(α_m,\ f/f_0)=(0.5,\ 0.5)$相比，阻力系数的最大峰值降低了$9.877\%$的$d/R_0=3$的间隙比。对于$α_m=4$和$f/f_0=3$，发现相对于其他情况，$d/R_0=0.5$的最小间隙比显著增加升力系数。
2023-02-02 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Classification of vortex patterns of oscillating foils in side-by-side configurations
本文研究了在一定的Strouhal数和分离距离范围内，两个同相俯仰翼并排（平行）布置的非定常流体动力学。在Strohual数-分离距离相位图中识别出三种不同的涡型，包括分离尾迹、合并尾迹和过渡合并尾迹。此外，一个新的模型引入的基础上的基本流动变量，包括速度，位置，和环量的偶极子结构，定量区分涡模式的尾流。并阐明了尾流合并过程的物理机制。当振荡翼型发生射流偏转现象时，次级结构通过与其母涡列成一定角度而从主涡列中脱落。对于平行翼型，在一定的运动学条件下，来自下部翼型的涡街的次级结构与上部翼型的主涡街相互作用。这种相互作用通过影响尾流上部相干结构的环流来触发尾流合并过程。结果表明，尾流的合并可以在不显著改变功率要求的情况下，通过增加推力产生来提高推进效率。这是由于合并后的涡街形成了一个高动量射流，由于涡的合并，它具有显着更大的环流，并在前缘涡的演变的重大改变。因此，这里彻底探讨的流动物理学是至关重要的，为未来发展的流动控制技术的生物启发水下推进器的有效设计提供新的见解。
2021-12-31 physics.flu-dyn
Quasi-Periodic Intermittency in Oscillating Cylinder Flow
本文对圆柱绕流周期性强迫流动引起的流体动力学进行了计算分析，分析了强迫频率远低于等流速条件下vonK {á} rm {á} n涡脱落频率的情况。通过使用Koopman模式分解方法，我们找到了一个新的规范型方程，扩展了经典的Hopf分岔规范型的时间依赖项的雷诺数接近的Hopf分岔值。标准形式描述了一个可观测的动力学，并具有一个使状态倍增的强迫（控制）项，因此是一个参数-即不是一个加性-强迫效应。我们发现，在这种制度的流动的动态特征是由交替的静态和强振荡行为的实例，这种模式持续无限期。此外，相关的Koopman算子的频谱具有准周期的功能。我们建立了这种现象的理论基础-我们命名为准周期间歇性-使用新的正常形式模型，并表明动态是由流动的不稳定的不动点和稳定的极限环之间的振荡的趋势的非强迫流动。准周期不稳定性现象的特征还在于正的时间李雅普诺夫指数，在很长一段时间内，渐近接近零。
2016-09-20 physics.flu-dyn
End boundary effects on wakes dynamics of inclined circular cylinders
我们进行直接的数值模拟来表征三维尾流动力学的长倾斜圆柱与非均匀的端部边界条件。三个雷诺数，$\Rey=100$，200和300被认为是揭示的内在的二次不稳定性和外在的端部边界效应在塑造三维流动的作用。在$\Rey=100$，通过诱导斜向涡脱落，在整个圆柱体跨度上都能感受到端部边界效应，与平行脱落相比，斜向涡脱落与尾流中更强的展向流有关。在考虑倾斜角和倾斜角的情况下，斜向开口的斯特劳哈数与直圆柱体平行开口的斯特劳哈数之间存在余弦关系。在$\Rey=200$，内在的二次不稳定性导致大尺度的旋涡位错，阻止了端部边界效应向更远跨度的传播。然而，对于倾斜的情况下，仍然可以观察到从上游端边界的有限跨度内的斜向脱落。从余弦定律的观点来看，斜涡与$\Rey=200$的二维流动有关。进一步沿翼展方向，斜涡随着小尺度涡的形成而不稳定，并且流动过渡到典型的模式A* 尾流。在$\Rey=300$，端部边界附近的高度三维流动产生沿圆柱体跨度传播的扰动，在小倾角情况下产生涡流位错。对于大倾角，斜涡脱落再次观察到的圆柱跨度，并没有被破坏的涡位错的内在或外在的原因。
2022-08-25 physics.flu-dyn
Vortex-induced Vibrations of a Confined Circular Cylinder for Efficient Flow Power Extraction
本文提出了一种简单的方法，通过将圆柱限制在两个平行平板之间来提高圆柱涡激振动（VIV）时的流能提取效率。为了量化雷诺数为150时圆柱体在高度为H的平行平板通道内的涡激振动的改善程度，进行了二维数值研究。圆柱体弹性地安装有弹簧，使得其仅在横向于通道流的方向上自由振动，并且具有10的固定质量比（m*）。能量提取过程被建模为一个阻尼器，其阻尼比为空间常数（），附着在圆柱上。通过改变一组固定质量阻尼（α = m*（））值（范围在0到1之间）的折合速度来进行模拟。通过改变通道高度，阻塞比（b = D/H）从0.25变化到0.5。无约束圆柱的准周期初始分支随阻塞的增加而收缩。发现提取的功率随着阻塞而迅速增加。对于最大阻塞（b = 0.2），与自由流速度等于通道平均速度的开放域中提取的功率相比，圆柱体提取的最大流功率大一个数量级。提取最大功率的最佳质量阻尼（αc）在0.2到0.3之间。推导出一个表达式来预测的最大提取功率的无阻尼响应的限制/无限制的圆柱。在αc = 0.25的假设下，推导出的表达式可以在当前和以前的数值和实验研究中获得的实际值的± 20%以内预测最大功率提取。
2021-01-28 physics.flu-dyn
Onset of vortex shedding around a short cylinder
本文通过三维DNS和全局LSA研究短圆柱体（长径比0.5-2，Re≤1000）的涡旋脱落起始，发现两种脱落模式及稳态尾流，频率与全局模态对应。
2021-11-14 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
Passive control of the onset of vortex shedding in flow past a circular cylinder using Slit
本文采用数值模拟的方法研究了层流状态下二维圆柱绕流的被动流动控制现象。其目的是探索被动控制技术，其中包括引入狭缝的几何形状的圆柱。狭缝宽度比S/D（狭缝宽度/直径）和狭缝角度（相对于来流方向测量）这两个参数在确定临界雷诺数（Rec）的趋势方面起着至关重要的作用。大多数分析调用流动可视化和饱和振幅方法，以获得不同情况下的临界雷诺数（指示旋涡脱落的开始）。利用Stuart-Landau方程进行的Hopf分岔分析和全局稳定性分析证实了预测解的准确性和一致性。通过狭缝的额外流量增加了气缸下游的压力，因此导致修改后气缸的Rec增加。在0度狭缝角下，临界雷诺数随修改圆柱体的S/D增加（因为额外的流量随S/D增加）。在S/D（0.05-0.15）范围内，临界雷诺数随狭缝角的增大而增大，在此范围内，脉动强度随狭缝角的增大而减小。当S/D= 0.15-0.25时，缝道中的额外流动引起尾迹不稳定，导致Rec随缝道角的增大而减小。获得的相关性，估计临界雷诺数为一个给定的S/D和狭缝角。
2021-02-02 physics.flu-dyn
Simulation and Instability Investigation of the Flow around a Cylinder between Two Parallel Walls
采用计算流体动力学（CFD）方法对Re=40和Re=100时两平行壁间圆柱绕流进行了数值模拟。控制方程为纳维-斯托克斯方程。用有限体积法离散，用PISO算法迭代求解。将计算结果与文献中的数值结果进行了比较，得到了较好的一致性。在此基础上，研究了卡门涡街的形成机理，并利用能量梯度理论分析了整个流场的不稳定性。结果表明，在定常流动条件下，圆柱体尾部的两个涡对流动不稳定性没有影响，它们对卡门涡街的形成没有贡献。卡门涡街的形成是圆柱两侧剪切层相互作用和圆柱尾迹绝对不稳定性共同作用的结果。对于有卡门涡街的流动，初始不稳定发生在尾迹下游的涡内区域，涡心首先在涡内失稳。对于压力驱动流，证实了时均速度剖面上的拐点导致了不稳定性。结果表明，能量梯度理论在研究流动稳定性和揭示湍流转捩机理方面具有潜在的应用价值。
2019-02-07 nlin.CD physics.chem-ph physics.flu-dyn
Effects of wavelength on vortex structure and turbulence kinetic energy transfer of flow over undulated cylinders
本研究探讨了受海豹胡须启发的展向起伏圆柱在不同波长下的减阻机制，发现特定波长能优化发夹涡发展，降低尾流湍动能产生并增加耗散，从而实现最大减阻效果。
2023-01-18 physics.flu-dyn
Optimal energy harvesting efficiency from vortex-induced vibration of a circular cylinder under flow
本文采用降阶模型、实验和直接数值模拟相结合的方法，研究了圆柱体横向涡激振动（VIV）中流体流动能量获取的最佳效率。高分辨率的效率图预测在很宽的范围内的流动折合速度和结构阻尼比，最大效率和阻尼比和折合速度的最佳设置，然后检查不同的质量比和雷诺数。ROM预测的效果也验证了对实验或直接模拟。结果表明：最大效率与涡激振动的最大振幅相似，由来流折合速度和质量比与结构阻尼比的乘积共同控制;最大效率在较高的雷诺数下在亚临界区的（$Re \approx 6 \times 10^3$）比低雷诺数时的高（$Re = 150$）在层流制度;（iii）能量收集效率从涡激振动的圆柱与低质量比是更强大的比，与高质量比。这一发现表明，VIV采集器在水中比在空气中表现得更好。
2023-02-20 physics.flu-dyn
Effects of polymers on the cavitating flow around a cylinder: A Large-scale molecular dynamics analysis
采用大规模分子动力学模拟研究了线性高分子溶液绕圆柱的空化流动。高分子链的加入显著地抑制了空化现象。聚合物在圆柱体附近被拉伸成线性形状，并被夹带在圆柱体后面的涡流中。随着聚合物的拉伸，拉伸粘度增加，这抑制了涡流的形成。此外，聚合物由于拉伸而表现出熵弹性。这种弹性能量增加了局部温度，这抑制了空化的开始。聚合物的这些作用导致气穴现象的显著抑制。
2021-06-24 physics.flu-dyn
A Zero-Flux Material Cylinder in the Unsteady Kiknadze--Krasnov Vortex
Arab Academy for Science, Technology and Maritime Transport（阿拉伯科学、技术和海运学院）
本文为非定常黏性涡推导出精确物质环量面，该面兼具拉格朗日径向划分、峰值涡量位置和零传递环量边界，可作为数值误差评估基准。
2026-10-05 physics.flu-dyn
A Machine Learning Approach to Classify Kinematics and Vortex Wake Modes of Oscillating Foils
机器学习技术在预测、聚类和分类复杂流动物理方面受到了流体动力学的关注。一种应用是对从诸如圆柱体或扑翼的非流线体发出的各种尾流结构进行分类或聚类，从而产生特定于物体的流动条件、几何形状和/或运动学的丰富多样的涡流形成。当利用振荡翼从潮汐或河流中获取能量时，了解扑翼运动学和下游涡流尾流结构之间的复杂和非线性关系对于阵列的最佳选址和操作至关重要。本文开发了一个分类模型，以获得组的运动学，包含类似的唤醒模式内的能量收集制度。数据是通过模拟27个独特的振荡翼运动学获得的，总共有13，650个尾流涡量场样本。在这些样品中，基于相对迎角目视标记三组。利用将卷积神经网络（CNN）与长短期记忆（LSTM）单元相结合的机器学习方法来将唤醒自动分类为三组。当使用三个视觉标记组进行分类时，五个测试数据子集的平均准确率为80%。在分析测试子集的最低精度，组划分边界的更新提出。通过这次更新，该算法实现了90%的平均准确度，表明这三个组能够在能量收集运动学范围内辨别不同的尾流结构。
2021-08-04 physics.flu-dyn
