Rotation Rate of Rods in Turbulent Fluid Flow
湍流中平流各向异性颗粒的旋转动力学在许多工业和自然环境中是重要的。粒子旋转由湍流的小尺度特性控制，这些特性几乎是普遍的，因此提供了一个丰富的系统，可以直接将实验与理论和模拟进行比较。在这里，我们报告的第一个三维实验测量的棒状颗粒的取向动力学，因为它们是平流在湍流流体流动。我们还提出了数值模拟，显示出良好的协议与实验，并允许扩展到广泛的颗粒形状。各向异性示踪剂颗粒优先采样流，因为它们的取向变得与速度梯度张量相关。旋转速率受到这种优先排列的严重影响，并且排列强烈依赖于颗粒形状。
2012-05-01 physics.flu-dyn
A Methodology for CHF Prediction in VVER Rod Bundles
临界热流密度（CHF）是水冷堆设计中必须确定的重要热工水力参数，以保证安全运行。本文提出了一种预测VVER棒束CHF的方法。在RELAP-SCDAPSIM中实现了VVER-1000的全堆模型，并且基于平均法，使用热通道的参数来评估四个CHF预测因子（即，2006年Groeneveld查找表（LUT）和Bowring、W-3、Biasi和OKB-Gidropress相关性）与2011年Bobkov LUT进行比较。一个简短的评论给出了Groeneveld和Bobkov LUT的校正因子。研究了通道直径和非均匀轴向热流密度对过冷工况下CHF预测值的影响。标准和Bourke三线性插值算法的性能和时间复杂度进行评估，用于安全代码中的LUT。它已得出的结论是，不均匀的轴向热通量不影响CHF在过冷条件下，Groeneveld直径因子指数提供了更好的预测CHF在VVER棒束的Tanase和黄指数的相关性。此外，已发现Groeneveld LUT与Bobkov加热长度因子结合使用时几乎再现Bobkov LUT CHF值。当在过冷条件下分别使用Bowring和W-3关联式时，MDNBR值等于1.83和1.96可用作12%过功率下的热极限。标准算法和Bourke算法的平均CPU时间几乎相同。然而，Bourke算法受噪声的影响较小。需要进一步的研究，以确保Bobkov LUT的平滑性，并推导出与Groe…
2022-04-29 physics.flu-dyn
Transient rod-climbing in an Oldroyd-B fluid
本文利用Oldroyd-B模型通过渐近分析研究爬杆现象的瞬态界面演化，揭示短时间边界层行为，并提出考虑惯性效应时爬杆发生的判据。
2025-01-02 physics.flu-dyn
Large-eddy simulations of turbulent flow for grid-to-rod fretting in nuclear reactors
压水堆中的栅-棒微动（GTRF）问题是一种导致核组件中燃料棒磨损和失效的流致振动问题。为了了解GTRF的流体动力学，并建立一个档案数据库的各种配置的湍流统计，隐式大涡模拟的时间相关的单相湍流已在3 × 3和5 × 5棒束与一个单一的网格间隔。为了评估计算网格和分辨率要求，描述了一种定量评估具有无滑移壁的非结构网格的方法。计算是使用Hydra-TH进行的，Hydra-TH是洛斯阿拉莫斯为美国能源部创新中心轻水反应堆高级模拟联盟开发的热工水力代码。Hydra-TH采用二阶隐式增量投影法求解单相不可压纳维-斯托克斯方程。模拟明确解决大尺度运动的湍流场使用第一性原理和依赖于单调性保持数值技术来表示未解决的尺度。针对3x 3和5x 5棒束几何形状的每个系列模拟都是对流场统计数据的分析，并结合了网格细化研究和可用实验数据的验证。我们的主要重点是加载燃料棒的力的时间历史和统计数据。这些流体动力被认为是导致棒振动和GTRF磨损的关键因素，这是导致核燃料泄漏的主要原因之一，这使得电力公司在预防措施方面花费数百万美元。我们证明了隐式大涡模拟的棒束流是一种可行的方法来计算的GTRF问题的激励力。
2013-07-17 physics.flu-dyn
Enhanced heat transport in thermal convection with suspensions of rod-like expandable particles
流体的热对流是一种比扩散更有效的方式将热量从热源带到寒冷的地方。在这里，我们的实验研究的Rayleigh-Bénard对流的甘油水溶液在一个立方体细胞与悬浮的棒状颗粒的聚二甲基硅氧烷（PDMS）。颗粒由于其大的热膨胀系数和有限的尺寸而具有惯性。颗粒的热膨胀系数比背景流体的大三倍。这种对比使得悬浮颗粒在炎热地区比当地流体轻，而在寒冷地区比当地流体重。当瑞利数（$Ra$）较大时，热输运增强，而当瑞利数（$Ra$）较小时，热输运减弱。我们表明，努塞尔数的增加来自颗粒边界层的相互作用：颗粒作为“积极的”混合器的流场和温度场的边界层。
2021-09-13 physics.flu-dyn
The role of the second normal stress difference in rod-climbing effect
Monash University（莫纳什大学）
本研究揭示了第二正应力差N₂在杆爬效应中的关键作用，通过高分辨率模拟显示N₂的增大会削弱爬升行为并最终逆转为杆下降，同时影响流动稳定性与破裂过程。
2025-12-11 physics.flu-dyn
Experimental validation of fluid inertia models for a cylinder settling in a quiescent flow
流体中各向异性颗粒运动的精确描述依赖于对作用在它们上的力和力矩的理解。在这里，我们研究实验小，非常细长的颗粒在小雷诺数的流体中沉降。在我们的实验中，我们可以非常近似地将长径比β= 8和β= 16的圆柱形钨棒在纯甘油中的旋转速率与它们所经受的扭矩联系起来。这使我们能够比较测得的扭矩与细长杆极限或球体情况下获得的表达式。这两种理论预测一个简单的角度依赖的扭矩，这是发现捕捉非常好的实验结果。令人惊讶的是，细长杆近似预测β= 8时的结果比β= 16时好得多。在后一种情况下，为椭球体获得的表达式提供了更好的近似。平移动力学被证明是在定性的协议与细长杆和球体模型，前者被发现更好地代表实验数据。
2021-07-13 physics.flu-dyn
A thermodynamically consistent Johnson-Segalman-Giesekus model: numerical simulation of the rod climbing effect
Charles University, Faculty of Mathematics and Physics（查理大学数学与物理学院）；University of Oxford, Mathematical Institute（牛津大学数学研究所）
本文提出了一种热力学一致的约翰逊-塞加曼-吉塞库斯模型，通过数值模拟展示了其在描述杆攀爬效应方面的优越性能。
2026-07-27 physics.flu-dyn
Nonadditive drag of tandem rods drafting in granular sediments
我们研究的阻力经历了一对垂直杆移动串联通过颗粒床浸没在流体中作为其分离距离和速度的函数。如在牛顿流体中一样，杆所经历的净阻力最初随着距离从单个杆的值增加，然后平稳到该值的两倍。然而，作用在两个杆上的阻力是显著不同的，与单独的杆相比，前面的杆经历大致相似的阻力，而后面的杆经历的阻力要小得多。在干颗粒床和沉浸在粘性牛顿流体中的准静态和速率相关的制度之间的阻力和距离的异常关系观察。通过折射率匹配，我们可视化的沉积物流过去的两个杆，并显示出一个停滞区的发展，在他们的参考系之间的杆小分离。因此，随着分离距离的减小，后面的杆越来越多地与颗粒流隔离，从而导致更低的净阻力。根据我们的结果，即阻力在短的分离距离下是不可加性的，在将阻力理论应用于在颗粒沉积物中移动的多组分物体时应小心。
2022-02-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effective drag of a rod in fluid-saturated granular beds
我们测量阻力所遇到的垂直定向杆移动穿过沉积颗粒床浸没在稳态条件下的流体。在低杆速度下，由于浮力，流体的存在导致较低的阻力，而随着速度的增加观察到显著较高的阻力。观察到阻力作为深度的函数从低速时的二次曲线减小到高速时的线性曲线。通过将阻力与作用在杆上的颗粒的平均重量成比例，我们获得了在六个数量级的速度上遇到的有效摩擦$μ_e$。当颗粒尺寸、杆深和流体粘度在低速下变化时，发现恒定的$μ_e$，而当速度增加时，观察到系统的增加。我们用惯性数$I$和粘性数$J$来分析$μ_e$，以分别理解惯性力和粘性力的相对重要性。对于足够大的流体粘度，我们发现，不同的速度，深度和粘度的影响可以描述的经验函数$μ_e = μ_o + k J^n$，其中$μ_o$是在准静态极限测量的有效摩擦，和$k$和$n$是材料常数。然后根据有效粘度$η_e$分析阻力，发现阻力作为$J$的函数系统性降低。我们进一步表明，$η_e$作为$J$的函数与流体粘度和杆所遇到的$μ_e$成正比。
2019-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
A 3-dimensional model of flagellar swimming in a Brinkman fluid
我们研究了三维鞭毛游泳在流体中的稀疏网络的固定障碍物或纤维。Brinkman方程用于模拟平均流体流量，其中流量相关项（包括与渗透率成反比的阻力参数）模拟纤维对流体的阻力效应。为了解决当地的线性和角速度，耦合到鞭毛运动，我们扩展的正则化Brinkmanlets的方法，将基尔霍夫杆，离散为点力和扭矩沿中心线。代表鞭毛作为基尔霍夫杆，我们调查紧急波形不同的首选应变和扭曲功能。由于基尔霍夫棒制定允许出平面运动，除了研究一个优选的平面正弦波配置，我们还研究了一个优选的螺旋配置的情况下。我们的数值方法进行了验证，通过比较结果的渐近游泳速度推导出一个无限长的圆柱体传播平面或螺旋波。类似于平面和螺旋弯曲的渐近分析，我们观察到，小振幅弯曲，游泳速度总是增强相对于没有纤维的情况下，在流体（斯托克斯）的阻力参数增加。
2018-04-17 physics.flu-dyn
Driven spheres, ellipsoids and rods in explicitly modeled polymer solutions
了解复杂流体中驱动纳米和微米颗粒的传输与许多生物和技术应用相关。在这里，我们进行流体动力学多粒子碰撞动力学模拟的球形和细长的颗粒驱动通过聚合物流体含有不同浓度的聚合物。我们确定的平均粒子速度大于预期的斯托克斯定律的所有颗粒形状和聚合物密度。此外，我们还测量了流体流场和颗粒周围的局部聚合物密度和聚合物构象。我们发现，聚合物耗尽区域接近的颗粒负责的表观切向滑移速度占测得的流场和运输速度。一个简单的两层流体模型给出了一个很好的匹配的模拟结果。
2019-01-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Local drag of a slender rod parallel to a plane wall in a viscous fluid
壁面对细长杆的粘性阻力对许多生物和工业系统都很重要。该阻力主要取决于杆和壁之间的分离，并且可以在特定区域（即远离或非常接近壁）渐近地近似，但是对于一般分离，通常是数值确定的。本文确定了平行于壁面的细长杆的局部阻力的渐近表达式，它对所有分离都是有效的。这可以通过匹配靠近墙壁的杆和远离墙壁的杆的行为来实现。我们表明，在这两个制度的主导秩序阻力自1981年以来一直是已知的，他们可以用来产生一个复合表示的阻力，这是有效的所有分离。这与墙上方的球体形成对比，其中不存在简单的一致有效表示。我们估计这种复合表示的分离增加的错误，讨论如何使用的结果可以作为连续力理论，并证明其使用的两个铰链的游泳者以上的墙。
2021-06-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
From an obliquely falling rod in a viscous fluid to the motion of suspended magnetic bead chains that are driven by a gradient magnetic field and that make an arbitrary angle with the magnetic force vector: A Stokes flow study
本文在Stokes流极限下研究磁珠链与磁力矢量成任意角度时的运动，利用HYDRO++计算迁移率矩阵并推导解析解，同时将方法推广到粘性流体中倾斜下落的杆。
2024-04-05 physics.flu-dyn
Using electric fields to induce patterning in leaky dielectric fluids in a rod-annular geometry
研究了径向电场作用下两个同心圆柱之间的环形空间中两种不互溶、粘性、理想或泄漏介质流体的稳定性和轴对称变形。通过在内圆柱体和外圆柱体之间施加恒定的电压电势差来建立场。我们推导出一组方程的界面在长波长近似，保留了系统的基本物理，并允许界面变形一样大的环形间隙，因此占可能的接地在内部或外部电极。的电参数的影响进行初步评估，通过执行线性稳定性分析，这表明良好的协议与线性理论的完整的轴对称问题，在适当的长波长制度。非线性界面动力学进行直接数值模拟的衍生长波模型，无论是在存在和不存在的电场。对于非带电薄层流动（即一层相对于另一层薄），长时间动力学与文献中发现的润滑近似结果一致。当液体层具有可比的厚度，我们的结果表明，存在有限时间和无限时间的奇异性（渐近接触解决方案）的系统。结果表明，一个双边接触的解决方案是可能的非带电和完美的电介质的情况下，而只有一侧接触的情况下，发现泄漏的电介质液体，其中平坦的界面形状类似于在文献中发现的图案解决方案。同时，有限时间奇异解与~ \cite{Reynolds1965}的实验定性一致.
2020-07-06 physics.flu-dyn
Soft, slender and active structures in fluids: embedding Cosserat rods in vortex methods
本文提出一种混合欧拉-拉格朗日方法，将Cosserat杆理论与涡方法通过惩罚浸没边界技术耦合，用于直接模拟软纤维结构在粘性流体中的大变形与双向流固耦合，并通过基准测试及磁驱动、生物力学、自推进等多物理场景验证了求解器的性能。
2024-01-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Alignment statistics of rods with the Lagrangian stretching direction in a channel flow
在均匀各向同性湍流中，已知细长杆与拉格朗日拉伸方向一致。然而，对齐程度如何取决于杆的纵横比还不清楚。此外，许多实际感兴趣的流动是各向异性和不均匀的。在这里，我们研究了在通道流，这是近似均匀的和各向同性的中心附近，但不均匀的和各向异性的壁附近的拉格朗日拉伸方向的杆对齐。我们的主要问题是如何分布的杆和拉格朗日拉伸方向之间的相对角度取决于杆的纵横比和杆从通道壁的距离。我们发现，该分布表现出两个制度：在小角度的高原，对应于随机不相关的运动，和幂律尾，描述大的游览。相对角度的方差由平台的宽度描述。我们发现，细长杆附近的通道中心更好地与拉格朗日拉伸方向对齐，相比，那些靠近通道壁。这些意见解释简单的统计模型的基础上杰弗里的方程，定性附近的通道中心和定量附近的通道壁。最后，我们讨论了我们的结果对附近杆的取向之间的相对角度分布的影响（Zhao等人，Phys.Rev.Fluids，第4卷，2019年，054602）。
2020-02-03 physics.flu-dyn
Enhancement of drag and mixing in a dilute solution of rodlike polymers at low Reynolds numbers
通过对一个简单流变模型的数值模拟，研究了刚性棒状聚合物稀溶液在低雷诺数粘性流体中的动力学行为。我们发现，聚合物的旋转动力学的不稳定的层流，并导致出现一个顺从的混沌流与广泛的活动规模。这种状态显示出增加的流动阻力，对应于在固定的外部强迫下减少的平均流量，以及增加的混合效率。后一种效应通过测量由流传输的标量场的方差的衰减来量化。通过比较二维和三维模型的数值模拟结果，我们表明，所观察到的现象是定性独立的空间的维数。
2021-12-29 physics.flu-dyn
Fluid-Induced Propulsion of Rigid Particles in Wormlike Micellar Solutions
在没有惯性的情况下，往复游泳者在粘性牛顿流体中没有净运动。在这里，我们调查的能力，一个驱动的粒子通过一个复杂的流体，拥有一个网络，使用跟踪方法和双折射成像平移。一个几何极性的粒子，一个一端有珠子的棒，在磁场的作用下旋转。将颗粒浸入蠕虫状胶束（WLM）溶液中，已知该溶液由于其微观结构的剪切诱导重塑而易于形成剪切带和其他局部结构。结果表明，该WLM解的非线性在一定条件下打破了时间反演的对称性，使人工“游泳者”能够推进。“我们发现三种状态取决于德博拉数（De）：在低De时朝向粒子珠端的净运动，在中间De时朝向粒子杆端的净运动，在高De时没有明显的推进力。在低De下，其中颗粒时间尺度比流体弛豫时间长，我们认为推进是由颗粒两端（珠和杆）之间的流体第一法向应力差的不平衡引起的。然而，在De~1处，我们使用双折射成像观察到在杆附近出现网络各向异性区域。这种各向异性表明胶束网络的排列，由于颗粒相对于流体的时间尺度较短，胶束网络被"锁定"。
2014-09-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Mechanistic constitutive model for wormlike micelle solutions with flow-induced structure formation
我们提出了一个张量本构模型预测应力和流动诱导的结构形成在稀蠕虫状胶束溶液。胶束溶液被视为刚性布朗杆的长度动态变化的稀悬浮液。与Turner和Cates提出的机制一致[J. Phys.：~康登斯Matter 4，3719（1992）]中，假设流动诱导的杆排列促进了杆长度的增加，这对应于在实验中观察到的流动诱导结构的形成。在非常高的变形速率下，流体动力应力导致杆长度减小。这些机制是实现在一个唯象方程的杆长的演变，与适当修改，以确保表面活性剂的质量守恒杆的数量密度。该模型首先导致剪切粘度和拉伸粘度的增加，作为变形速率的增加，然后在较高的速率下降。如果流动诱导杆生长的速率常数是足够大的，该模型预测在剪切和单轴拉伸的应力和变形速率之间的多值关系。稳态剪切和拉伸流动的预测与实验结果符合较好。通过设计，该模型足够简单，可以作为计算流体动力学研究的易处理的本构关系。
2017-11-23 physics.flu-dyn
Particle impaction efficiency and size distribution in a MSWI super heater tube bundle
研究了德国施魏因堡GKS城市垃圾焚烧炉（MSWI）过热器几何结构中的颗粒碰撞问题。通过对流体流动的直接数值模拟，跟踪了通过经典Stokes阻力定律耦合到流体的惯性颗粒。重点一直在流速的影响，它表明，降低流速将大大降低一些颗粒半径的冲击效率。最后，颗粒尺寸分布测量，并用于找到定量的质量通量在前面和后面的过热器管束的管。
2010-08-30 physics.flu-dyn
Molecular dynamics simulations of the rotational and translational diffusion of a Janus rod-shaped nanoparticle
利用分子动力学（MD）模拟研究了Janus棒状纳米粒子在稠密Lennard-Jones流体中的扩散行为。Janus粒子被建模为一个刚性圆柱体，其每个半侧上的原子与流体分子具有不同的相互作用能，因此包括润湿和非润湿表面。我们发现，旋转和平移扩散系数较大的Janus颗粒具有较高的润湿性对比度，这些值之间的两个极限情况下均匀润湿和非润湿颗粒的约束。它还表明，扩散系数的值的位移平行和垂直于长轴的均匀润湿颗粒同意以及与分析预测，尽管在MD模拟中存在的颗粒表面的有限滑移。它进一步表明，Janus颗粒的扩散是显着不同的均匀颗粒，即，Janus颗粒优先旋转和取向的非润湿侧沿位移矢量，以减少阻力。这种平移和旋转之间的相关性是一致的扩散动力学的球形Janus粒子与两个半球不同的润湿性与以前的结果。
2017-04-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rotational dynamics of bottom-heavy rods in turbulence from experiments and numerical simulations
我们成功地在湍流流体流动中进行了三维跟踪的小的不对称颗粒是中性浮力和底部重，即，它们沿其对称轴具有不均匀的质量分布。我们的实验表明，一个微小的质量不均匀性可以影响颗粒取向沿首选的垂直方向，并修改其翻滚率。该实验是由一系列的模拟的基础上现实的Navier-Stokes湍流和一个点状的颗粒模型，能够探索的重力扭矩稳定数和颗粒的纵横比的参数空间的全范围内的补充。我们提出了一个理论微扰预测有效的高底重制度，同意与观察到的优先取向和翻滚率的颗粒。我们还表明，重尾形状的翻滚率的概率分布函数的影响很弱的底部沉重的颗粒。
2020-12-10 physics.flu-dyn
Settling of an asymmetric dumbbell in a quiescent fluid
本文研究小而有限雷诺数下不对称哑铃在静止流体中的沉降，通过计算水动力扭矩揭示球体尺寸差异与流体惯性对其稳态取向的竞争影响。
2016-08-06 physics.flu-dyn
Orientational order and topological defects in a dilute solutions of rodlike polymers at low Reynolds number
本研究通过直接数值模拟探究低雷诺数下刚性棒状聚合物稀溶液的取向与混沌流的关系，发现棒状聚合物倾向与速度场对齐，旋转无序区关联强涡度梯度，类湍流行为与平均指向矢场拓扑缺陷相关，分析覆盖二维与三维。
2023-12-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rods in flows: the PDE theory of immersed elastic filaments
该研究针对低雷诺数流体中浸没Kirchhoff杆的运动，推导其能量在各向异性度量下的梯度流演化方程，分别分析无标架、平面及三维情形的解的适定性与收敛性，完善浸没弹性细丝的PDE理论。
2025-03-19 math.AP physics.flu-dyn
Two-Way Coupled Dynamics of Quantized Vortex Bundle Formation in Spatially Periodic Normal-Fluid Turbulence
Keio University（庆应义塾大学）；Osaka Metropolitan University（大阪公立大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
该研究通过双向耦合模拟揭示超流体⁴He中量子涡旋在正常流体湍流中受相互摩擦驱动成束的机制，明确涡束寿命的关键影响因素，确立双流体多尺度涡旋组织的统一机制。
2026-10-15 cond-mat.other cond-mat.supr-con physics.flu-dyn
Friction-enhanced lifetime of bundled quantum vortices
20世纪80年代早期的实验表明，超流氦中的量子涡环的紧凑束保持相干，并且与其大小相比，可以移动相当长的距离。这是令人惊讶的，因为单个涡环在热激励背景（所谓的正常流体）的摩擦作用下，会迅速失去能量并衰减。这些长寿命的涡旋结构的观测一直是一个悬而未决的问题，因为他们的实验检测。在这项工作中，通过考虑到超流涡和正常流体的完全耦合动力学，我们表明，超流束的运动在正常流体中产生大规模的尾流，从而减少了束所经历的整体摩擦，提高了其寿命。这种集体效应类似于在活性流体动力学合作剂系统中观察到的减阻，所述活性流体动力学合作剂例如水悬浮液中的细菌、大气中的真菌孢子和pelotons中的cyclists。
2023-03-07 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Efficient fluid extraction through hydraulic fracture in capillary fiber bundle model
Birla Institute of Technology & Science Pilani, Hyderabad Campus（比拉理工学院皮拉尼分校海德拉巴校区）
研究通过液压裂缝事件模拟一维毛细纤维束模型，揭示了流体提取效率与压力梯度及毛细阈值变化的关系，提出通过局部流速剖面和香农熵变化优化流体提取。
2026-04-08 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A numerical method for inextensible elastic filaments in viscous fluids
鞭毛的变形在单鞭毛和多鞭毛细菌的运动中是重要的。现有的数值方法将鞭毛视为具有大的拉伸模量的可延伸细丝，导致刚性数值问题和长的模拟时间。然而，鞭毛几乎是不可扩展的，所以为了避免大的延伸刚度，我们引入不可扩展的弹性杆模型与流体力学处理的表面分布的正则化Stokeslet。我们基准这个新的模型对先前描述的模型的可扩展的弹性杆与流体力学处理的中心线分布的正则化Stokeslet和rotlet，以及表面分布的正则化Stokeslet。我们比较的不可扩展的模型与可扩展的模型的准确性和说明的拉伸/弯曲刚度（这取决于长丝的直径）的比例的不可扩展的模型是准确的，更有效的。我们表明，我们的不可扩展的方法可以显着更有效地比许多生物细丝的可扩展模型。我们还比较了Stokeslets和rotlets的中心线分布的准确性，更准确的表面分布的Stokeslets建模细丝的流体-结构相互作用。
2020-03-12 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
A swimming bacterium in a two-fluid model of a polymer solution
本文采用细长体理论建立聚合物溶液的双流体模型，揭示多孔微结构如何增强鞭毛束阻力各向异性并提高细菌游泳速度。
2024-04-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Numerical simulation of oxidation processes in a cross-flow around tube bundles
模拟了金属管束在横流中的氧化过程。流体流动由不可压缩的Navier-Stokes方程控制。为了描述氧气的运输，应用相应的对流扩散方程。该模型的关键点是有关的氧化过程的描述，考虑到在准静态近似下的薄氧化膜的生长。在二维近似下对氧化剂在管束中的传输进行了数学模拟。本文采用的数值算法是基于空间上的有限元离散和时间上的全隐式离散。管束的管排可以在流体流动速度的方向上成一直线或交错。管壁上的氧化膜的生长预测各种束结构使用发达的氧化模型。
2017-08-10 cs.CE physics.flu-dyn
Dumbbell micro-robot driven by flow oscillations
本文研究了浸没在粘性流体中的哑铃型微机器人的自推进问题。微机器人由两个刚性球珠连接杆或弹簧;杆/弹簧的长度是周期性变化的。每个球体的恒定密度不同于流体的密度，而整个微机器人具有中性浮力。通过流体的刚体振荡产生有效的振荡重力场。计算结果表明，该微机器人同时进行平移和旋转运动。利用一个包含两个定时方法和一个特殊极限的渐近过程，我们得到了平均自推进速度和平均角速度的解析表达式。零角速度的重要特殊情况代表具有恒定速度的直线自推进。
2012-12-08 cond-mat.soft math-ph math.MP
Intermittent flow in yield-stress fluids slows down chaotic mixing
本文介绍了用旋转搅拌棒法对牛顿流体和屈服应力流体进行混沌混合的实验结果。我们展示了如何混合的屈服应力流体的混沌平流相比，牛顿流体的混合减少，并解释我们的结果带来光的相关机制：流体的存在，只流动间歇性，增强的屈服应力的现象，和外围区域的重要性。这一发现通过数值模拟得到证实。当不同搅拌元件的同步导致相同流体颗粒的缓慢拉伸重复时，观察到异常缓慢的混合。
2013-10-01 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Geometric theory of flexible and expandable tubes conveying fluid: equations, solutions and shock waves
我们提出了一个理论的三维演变管与可膨胀壁输送流体。我们的理论可以容纳任意变形的管，任意弹性的壁，以及可压缩和不可压缩的管内流动。本文还介绍了激波在这种管道中的传播理论，导出了任意空间构形的管道中的守恒律和Rankine-Hugoniot条件，并计算了几个特解的例子。该理论是来自Cosserat杆理论的变分处理扩展到将可膨胀壁和管内流动。本文的结果对生物流动和工业应用中涉及气体在柔性管中的高速运动是有用的。
2018-05-24 math.DS nlin.CD physics.flu-dyn
Fluid mechanics of mosaic ciliated tissues
在两栖动物皮肤和人类气道等多种组织中，推动液体的纤毛聚集在稀疏分布的多纤毛细胞（MCCs）中。我们调查流体运输在这个“马赛克”的架构，重点权衡，可能已负责其进化选择。青蛙$Xenopus~laevis$胚胎中MCC的实时成像显示，纤毛束表现为活跃的涡流，产生由施加到流体的局部力精确表示的流场。一个粗粒度的模型，自洽耦合束的环境流量显示，MCC之间的流体动力学相互作用限制了他们的工作速率，使系统的大小是大的相比，一个单一的MCC，他们最好的剪切组织在低面积覆盖，结果，反映了其他稀疏分布，如细胞受体和叶气孔的发现。
2021-03-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn q-bio.TO
