Stability of stratified two-phase channel flows of Newtonian/non-Newtonian shear-thinning fluids
研究了剪切变稀流体水平和倾斜分层槽道流在全波长扰动下的线性稳定性。Carreau模型已被选择用于剪切稀化流体的流变学建模，因为其能够适当地描述在低剪切速率和高剪切速率下的恒定粘度极限（牛顿行为）。结果以稳定边界的形式在流型图（以相的表观速度为坐标）上给出了几个实际上重要的气-液和液-液系统。的稳定性地图是伴随着空间配置文件的临界扰动，以及在非牛顿层的有效和切线粘度的分布，以显示剪切稀化液体的复杂流变行为的影响，负责触发不稳定的机制。由于所考虑的问题的复杂性，提出了一种工作方法，以减轻搜索的稳定性边界。所提出的方法的实施有助于揭示，在许多情况下，对更简单的牛顿问题的研究足以预测光滑分层流的精确（非牛顿）稳定性边界（即，在水平气液流情况下）。因此，从牛顿流体的稳定性分析中获得的知识适用于那些（通常是高粘度的）非牛顿系统。由于高粘性牛顿液体分层流的稳定性在文献中还没有研究，有趣的发现，粘度的影响也得到了。
2017-06-28 physics.flu-dyn
Instability in strongly stratified plane Couette flow with application to supercritical fluids
本文通过广义拐点判据、分段线性长波模型和数值计算，揭示运动黏度极小值主导强分层平面 Couette 流不稳定性，并解释超临界流体中的观测模态。
2024-06-12 physics.flu-dyn
A steady stratified purely azimuthal flow representing the Antarctic Circumpolar Current
本文构造了地球物理流体动力学控制方程的显式定常纯方位分层流。这些方程被认为是在一个设置，适用于南极绕极流，占涡粘性和强迫条款。
2020-10-19 math.AP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Evaluation of eddy viscosity-based models in decaying rotating stratified turbulence
本文针对无强迫衰减旋转分层湍流，比较三种涡粘性 SGS 模型在不同 Re 与 N/f 工况下相对 DNS 的能量、耗散和谱预测表现。
2023-08-15 physics.flu-dyn
On physical optics approximation of viscous stratified shear flows
针对含湍流粘性涡系数的分层剪切平均流扰动问题，推导了仅考虑水平粘性的修正四阶Taylor-Goldstein方程，用WKB方法给出其缓变条件下的几何与物理光学近似，分析了渐近解在奇异值附近的行为。
2021-03-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Inertial focusing in two dimensional flows with sharp viscosity stratification in a microchannel
最近的实验研究表明，粒子传输通过流线可以被动地控制使用分层流动的同向流在有限的雷诺数。分层通过未扰动速度剖面的曲率来修改作用在颗粒上的力。在这项研究中，我们数值分析了两种不同粘度的液体在两个无限大的平行板之间相互平行流动的分层流中的颗粒迁移。考虑了两种不同流场中的颗粒迁移：（i）Couette流和（ii）Poiffille流。采用浸没边界法的数值方法进行二维模拟，并确定粒子从一种流体迁移到另一种流体时可能发生的条件。这意味着在没有膜的情况下从流体中分离颗粒。分析了粘度比、流量比、雷诺数和颗粒尺寸对聚焦位置的影响，以确定颗粒从一种流体迁移到另一种流体的条件。结果表明，当低粘度流体的持液率足够高时，分层库埃特流中的颗粒向低粘度流体迁移。在Poillille流中，对于固定的粘度比，超过临界流量比，颗粒迁移到粘性较低的流体。该临界流速比随颗粒尺寸而增大。
2019-10-20 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Marangoni instabilities of drops of different viscosities in stratified liquids
对于一个不混溶的油滴浸在一个稳定分层的乙醇-水的混合物，向下溶质马兰戈尼流产生的表面上的下降，由于浓度梯度，和由此产生的推进力竞争对向下的重力加速度的重滴。在Li等人（Phys. Rev. Lett.，Vol.126，issue 12，2021，124502），我们发现对于低粘度的液滴，一旦Marangoni平流对于扩散太强而不能恢复液滴周围的分层浓度场，则触发Marangoni流的振荡不稳定性。在这里，我们实验探索的参数空间的浓度梯度和滴半径为大的油粘度，并找到一个不同的和新的机制，触发振荡不稳定，扩散不再是限制因素。对于这种较高粘度的液滴，当重力作用太强时，不稳定性被触发，使得粘性应力不能维持稳定的马兰戈尼流。这导致了一个临界滴半径，超过这个半径，平衡总是不稳定的。随后，一个统一的缩放理论，包括低和高粘度的油滴的机制。这两种机制之间的过渡被发现是由两个长度尺度：滴半径$R$和边界层厚度$δ$的Marangoni流周围的下降。对于$δ<R$，不稳定性由扩散主导，对于$R<δ$，不稳定性由粘度主导。不同粘度的液滴的实验结果可以很好地用这个统一的标度理论来描述。因此，我们的理论描述提供了一个统一的物理化学流体动力学问题，其中马兰戈尼应力与稳定的分层竞争。
2021-12-03 physics.flu-dyn
Decomposition driven interface evolution for layers of binary mixtures: I. Model derivation and stratified base states
提出了一个描述二元混合物自由表面膜的耦合分解和轮廓演化的动力学模型。一个实例是在固体基底上的聚合物共混物的薄膜，其同时经历相分离和去湿。该模型是基于模型H描述的耦合传输的质量的一个组件（对流Cahn-Hilliard方程）和动量（Navier-Stokes-Korteweg方程）补充适当的边界条件在固体基板和自由表面。一般的传输方程推导出使用现象学非平衡热力学的一般非等温设置考虑Soret和Dufour效应和界面粘度的内部扩散界面之间的两个组件。集中在等温设置所得到的模型进行比较，文献结果和其对应的均匀或垂直分层的平坦层的基态进行了分析。
2007-07-23 physics.flu-dyn
Turbulent transport by diffusive stratified shear flows: from local to global models. Part I: Numerical simulations of a stratified plane Couette flow
正如Zahn（1974）所讨论的那样，剪切诱导的湍流在恒星辐射区的动量和化学物质的混合中起着重要的作用。在本文中，我们分析的分层平面Couette流的直接数值模拟的结果，在快速的热扩散的限制，测量的湍流扩散率和湍流粘度的函数的局部剪切和局部分层。我们发现，Zahn（1974）提出的稳定性判据，即梯度Richardson数和Prandtl数的乘积必须小于不稳定性的临界值$(J\Pr)_c$，充分地解释了流动中向湍流的转变，其中有$(J\Pr)_c \simeq 0.007$。该结果恢复并证实了Prat et al.（2016）的先前发现。湍流扩散率和粘性的Zahn模型（Zahn 1992），即混合系数应与热扩散率与梯度Richardson数之比成比例，当按原样应用时，不能令人满意地匹配我们的数值数据。它失败（如预期）在大分层的限制，其中理查森数超过上述阈值的不稳定性，但它也失败的限制，低分层的湍流涡尺度成为有限的计算域的大小。我们提出了一个修正的扩散分层剪切不稳定性的湍流混合模型，现在正确地解释了这两个限制，符合我们的数据令人满意，并恢复Zahn的1992年模型在大雷诺数的限制。
2016-10-14 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Short-wave vortex instability in stratified flow
本文研究了分层流体中Lamb-Chaubergin偶极子的一种新的不稳定性。通过数值线性稳定性分析，增长率的第二个峰值出现在比浮力尺度$L_{b}=U/N$小一个数量级的垂直尺度上，其中$U$是特征速度，$N$是Brunt-Väisälä频率。这种新的不稳定性表现出的增长率是类似的，甚至超过，之字形不稳定性，它具有的特征长度的浮力尺度。这种不稳定性进行了调查的雷诺数$Re=2000-20000$和水平弗劳德数$F_{h}=0.05-0.2$，其中$F_{h}=U/NR$，$Re=UR/ν$，$R$是偶极子的特征长度尺度，和$ν$是粘度的宽范围。探讨了从浮力尺度到粘性阻尼尺度的垂直尺度范围。此外，证据表明，这种新的不稳定的动力学部分取决于浮力雷诺数，$Re_{b}=F_{h}^{2}Re$。
2014-09-18 physics.flu-dyn
Flow transition of liquid-liquid two-phase Taylor-Couette flow with axial flow
本文通过甘油-水溶液与大豆油的两相 Taylor-Couette 可视化实验，基于 Re、We 和 St 揭示轴向流动下多级流态转变规律及稳定带状流形成机制。
2025-08-29 physics.flu-dyn
Stratified flow past a sphere at moderate Reynolds numbers
本文对雷诺数为$Re=200$和$Re=300$的球形绕流进行了数值研究。在这些流态中，中性分层层流引起明显不同的近尾流特征。然而，流动行为的变化显着的分层增加，抑制了流体包裹的垂直位移的规模。对一系列弗劳德数$Fr\in [0.1,\infty]$的计算表明，随着弗劳德数的减小，两种雷诺数下的流型变得相似。在$Fr=0.625$和二维旋涡脱落在$Fr=0.25$制度的背风波不稳定性的代表性模拟示出的流动过去的单个和串联的球体，从而提供了进一步的洞察力的动态分层流动过去的钝体。特别是，报告的研究检查的相对影响的粘度和分层的分割流线高程，尾流结构和流动分离。在适用于多体模拟的非结构网格上，得到了不可压Boussinesq极限下的纳维-斯托克斯方程的解。计算是使用有限体积，非振荡的时间向前（NFT）多维正定传输算法（MPDATA）的求解器。数值近似的影响和有效性，特别是表现出强烈的分层的情况下，也进行了讨论。与现有的实验室实验和以前的数值研究定性和定量的比较证实了数值方法的有效性。
2021-01-18 physics.flu-dyn
Rayleigh Taylor Instability in Multiple Finite-Thickness Fluid Layers
本文提出通用传递矩阵方法分析密度与黏度空间变化流体中的瑞利-泰勒不稳定性，并结合无黏流和无加速度近似获得不同极限下的解析解。
2025-02-17 physics.flu-dyn physics.geo-ph physics.plasm-ph
Characteristics of stratified flows of Newtonian/non-Newtonian shear-thinning fluids
本文给出了剪切变稀流体在水平和倾斜槽道中层流分层流动的精确解。本文提出了一种计算Carreau非牛顿流体层流解的迭代算法。精确解用于研究剪切稀化液体的流变性对气/液和液/液两相流特性的影响。研究并流和逆流倾斜系统，包括多解边界的映射。与实际应用有关的方面进行了讨论，如原位滞留，或通过添加一个较低的粘性相实现的润滑效果。这类系统的一个特征是，即使液体具有复杂的流变学（Carreau流体），两相分层流也可以表现为液体在宽范围的操作条件下是牛顿流体。的两种流体模型产生令人满意的预测剪切稀化液体的存在下的能力进行了测试，并提出了一种算法，以先验预测牛顿（零剪切速率粘度）的行为出现在一个给定的操作条件下，以避免大的错误时，幂律被认为是建模的剪切稀化行为的流动特性的预测。两个流体模型封闭隐含的精确解和湍流气体层的影响也得到了解决。
2017-04-26 physics.flu-dyn
Stably stratified exact coherent structures in shear flow: the effect of Prandtl number
我们研究如何已知的不稳定平衡的Navier-Stokes方程在平面Couette流适应的存在下，施加稳定的密度差的两个边界之间的普朗特数$Pr$的变化值，粘度密度扩散率的比率，和固定的中等雷诺数，$Re=400$。在两个渐近极限$Pr \to 0$和$Pr \to \infty$，它被发现，这样的解决方案存在于任意高的散装分层，但不同的物理原因。在$Pr \to 0$极限中，由于密度扩散超过平流，远离恒定稳定密度梯度的密度变化变得非常小，允许平衡存在于体Richardson数$Ri_b \lesssim O(Re^{-2}Pr^{-1})$中。或者，在高普朗特数，密度变得均匀化的内部占主导地位的平流，创建强烈稳定的分层边界层，后退到墙上的$Pr\to\infty$。在这种情况下，密度分层和流动基本上解耦，从而减轻增加$Ri_b$的影响。渐近分析中的被动标量制度$Ri_b \lesssim O(Re^{-2})$，揭示了$O(Pr^{-1/3})$厚分层边界层与$O(Pr^{-2/9})$全爆发，引起密度手指的$O(Pr^{-1/9})$长度和$O(Pr^{-4/9})$宽度，侵入一个均匀的内部。最后，增加$Re$到$10^5$在这个制度表明，内部稳定分层密度层可以形成远离边界，分离良好的混合区域。
2019-04-09 physics.flu-dyn
Short-wavelength secondary instabilities in homogeneous and stably stratified shear flows
我们提出了一个数值研究三维，短波长的线性不稳定性的Kelvin-Helmholtz（KH）涡在均匀和分层的环境。使用二维数值模拟产生的基流的特征在于基于初始一维速度和浮力剖面定义的雷诺数和理查森数。局部稳定性方程，然后解决封闭的流线在涡基流，这是假定准定常。对于非层结的情况下，椭圆形不稳定性的涡核占主导地位，在被接管的涡边缘的双曲线不稳定性。对于分层的情况下，早期的不稳定性包括一个占主导地位的椭圆形不稳定性的核心和双曲线不稳定性的强烈影响的分层在涡边缘。在中间时间，当地的方法显示了一个新的分支的不稳定性（对流分支），出现在涡核，随后向涡边缘移动。更多的对流不稳定分支出现在涡核处并远离，然后在大部分时间合并形成涡外围内最不稳定的区域。从本地的方法的主导不稳定性特征被证明是在良好的定性一致性与结果从全球不稳定性研究均质和分层的情况下。分区分析，然后用来阐明剪切和分层上确定的不稳定性的作用。浮力的作用被证明是至关重要的主要KH不稳定饱和后，与占主导地位的对流不稳定发生在最强的静态不稳定分层的区域。最后，我们强调了潜在的洞察力的作用，当地的方法可以提供在其他流量的二次不稳定性的理解。
2018-02-14 physics.flu-dyn
Asymptotic dynamics of high dynamic range stratified turbulence
考虑了均匀剪切和稳定分层湍流的直接数值模拟，以探讨Gargett等人（1984）和Shih等人（2005）提出的渐近高动态范围机制。我们认为统计上固定的配置的流量，跨越三十年的动态范围内定义的分离之间的Ozmidov长度尺度，$L_O=\sqrt{ε/N^3}$，和Kolmogorov长度尺度，$L_K=(ν^3/ε)^{1/4}$，到$\mathrm{Re_b}\equiv (L_O/L_K)^{4/3}=ε/(νN^2) \sim O(1000)$，其中$ε$是平均湍流动能耗散率，$ν$是运动粘度，和$N$是浮力频率。我们隔离$\mathrm{Re_b}$的影响，特别是对不可逆混合，从分层和剪切湍流的其他流动参数的影响。具体来说，我们评估的影响的动态范围独立的初始条件。我们提出的证据表明，流量接近一个渐近状态的$\mathrm{Re_b}\gtrapprox 300$，其特征在于由一个渐近分区之间的潜在的和动能和方法的组件的耗散率到其预期值的假设下各向同性。当$\mathrm{Re_b}$增加到100以上时，湍流通量系数$Γ=χ/ε$略有降低，其中$χ$是浮力方差的耗散率，但是，对于这种流动，当$100 \leq \mathrm{Re_b} \leq 1000$时，没有证据表明通常建议的$Γ\propto \mathrm{Re_b}^{-1/2}$依赖性。
2019-04-10 physics.flu-dyn
Nonlinear spin-up of a thermally stratified fluid in cylindrical geometries
这是第62届APS-DFD年会的流体运动画廊的一个条目（流体动力学视频）。这个视频显示了三维时间依赖性的增量自旋的热分层流体在圆柱体和环空。刚性底壁/侧壁是防滑的，并且上表面是无应力的。所有的表面都是隔热的。工作流体是以运动粘度$ν$和热扩散率$κ$为特征的水。最初，流体温度随高度线性变化，其特征在于恒定的浮力频率$N$，其与密度梯度成比例。当流体处于固体旋转状态时，系统经历从其初始值$Ω_i $到最终值$Ω_f$的旋转速率的突变。我们的研究揭示了从轴对称的初始循环过渡到非轴对称的流动模式在后期自旋的时间的可行性。
2009-10-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Compressible turbulent convection: The role of temperature-dependent thermal conductivity and dynamic viscosity
本研究通过两组三维直接数值模拟，探讨了温度依赖的热导率和动力粘度对超越非弹性极限的完全可压缩湍流对流动力学的影响，发现材料参数的温度依赖性会引起统计量的系统性定量变化，并显著改变湍流动量与热传递效率。
2024-05-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Irreversible mixing by unstable periodic orbits in buoyancy dominated stratified turbulence
我们认为湍流驱动的大规模水平剪切Kolmogorov流（即正弦体强迫）和背景线性稳定分层与浮力频率$N_B^2$施加在第三，垂直方向的流体中的运动粘度$ν$。这种流动是已知的组织成层的非线性不稳定的稳定状态，倾斜的垂直背景剪切，可以证明是有限振幅饱和的一系列不稳定性，最初从层流状态。在这里，我们调查的下一个顺序的运动在这个系统中，即依赖于时间的机制，密度场是不可逆的混合。这项调查是使用“循环流分析”。我们确定（不稳定）的周期性轨道，这是嵌入在湍流吸引子，并使用这些轨道作为代理的混沌流。我们发现，适当测量流动“混合效率”的时间平均值$\mathscr{E}= χ/(χ+\mathcal{D})$（$\mathcal{D}$是体积平均动能耗散率，$χ$是体积平均密度方差耗散率）随时间平均浮力雷诺数$\overline{Re}_B= \overline{\mathcal{D}}/(νN_B^2)$非单调变化，并以$1/6$为界，与Osborn（1980）的经典模型一致。在低$\overline{Re}_B \sim O(1)$下具有较低不可逆混合效率的不稳定轨道和在中等$\overline{Re}_B \sim 10$下具有接近最佳$\mathscr{E} \lesssim 1/6$的不稳定轨道之间存在质的不同的物理性质。较弱的轨道，不可避免地嵌入在更强的分层流，其特征在于应变或“冲刷”…
2017-09-11 physics.flu-dyn
Large-scale anisotropy in stably stratified rotating flows
我们提出的结果从直接数值模拟的Boussinesq方程的旋转和/或分层的存在下，无论是在垂直方向。运行在小尺度上各向同性且随机地强制进行，空间分辨率高达$1024^3$网格点和雷诺数$\approx 1000$。我们首先表明，负能通量和逆级联的解决方案，在旋转湍流发展，是否分层存在。然而，纯分层的情况下，其特征在于，而不是由早期的，高度各向异性转移到大尺度几乎为零净各向同性能通量。这与先前观察到垂直剪切水平风发展的研究一致，尽管只是在相当晚的时间。然而，与以前的作品，当足够的尺度分离之间的强迫尺度和域的大小，总能量显示一个垂直（水平）的频谱与功率定律的行为兼容的$\sim k_\perp^{-5/3}$，包括在没有旋转。在后一种纯粹分层的情况下，这种谱是大尺度水平风中所含能量直接级联的结果，这一点可以通过在所有尺度（包括最大分辨尺度）上平行方向上的强正能量通量来证明。
2014-07-17 physics.flu-dyn
Evolution of passive scalar mixing layers in stratified and unstratified homogeneous turbulence
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；University of Washington（华盛顿大学）
通过高分辨率大涡模拟研究稳定分层湍流中被动标量的混合，发现横向混合在分层与未分层情况下相似但分层时稍快，而垂向混合因分层抑制大尺度搅拌而几乎停止。
2026-06-12 physics.flu-dyn
Linear stability, transient energy growth and the role of viscosity stratification in compressible plane Couette flow
本文研究了两种可压缩平面Couette流的线性稳定性和非模态瞬态能量增长：（a）常粘性的{ \it均匀剪切}流和（b）具有{ \it分层}粘性的{\it非均匀剪切}流。在一定的超音速马赫数（$M$）范围内，这两种平均流都是线性不稳定的。对于给定的$M$，均匀剪切流的临界雷诺数（$Re$）明显小于非均匀剪切流。扰动能量的分析表明，不稳定性主要是由能量从平均流到扰动的过度转移引起的。结果表明，从平均流的能量转移发生在靠近移动顶壁的“模式I”的不稳定性，而它发生在大部分的流动域的“模式II”。对于非模态分析，它表明，最大放大的扰动能量，$G_{\max}$，是显着更大的均匀剪切的情况下相比，其非均匀对应。对于$α=0$，线性稳定性算子可以划分为${\cal L}\sim \bar{\cal L} + Re^2{\cal L}_p$，和$Re$相关的算子${\cal L}_p$被证明有一个可忽略的小扰动能量的贡献，这是著名的二次标度律的有效性在均匀剪切流：$G(t/{\it Re}) \sim {\it Re}^2$。一个简化的无粘模型已被证明可以捕捉到全粘性问题的瞬态能量增长的所有显著特征。对于模态和非模态不稳定性，它表明，{ \it粘度分层}的基本平均流将导致延迟的可压缩Couette流的转变。
2008-04-01 physics.flu-dyn
Discrete Boltzmann modeling of Rayleigh-Taylor instability: effects of interfacial tension, viscosity and heat conductivity
用离散Boltzmann方法研究了具有分子间相互作用的可压缩流中的Rayleigh-Taylor不稳定性。考察了界面张力、粘度和导热系数对界面张力的影响。结果表明，在RTI演化的不同阶段，界面张力对扰动幅度、气泡速度和两种熵产生率的影响都表现出不同的规律。在气泡加速阶段，它抑制RTI的演化，而在渐近速度阶段，它首先促进然后抑制RTI的演化。粘度和热传导抑制RTI的演变。粘度对与热流相关的熵产生率的抑制作用表现在早期阶段，而对与热流相关的熵产生率的抑制作用表现在后期阶段。热传导对与热流有关的熵产率在早期阶段表现出促进作用。尽管如此，它提供了一个第一个促进，然后抑制在稍后阶段的熵产生率与热流。通过引入形态边界长度，我们发现界面长度随时间呈指数增长的阶段对应于气泡加速阶段。界面长度变化率的第一极大点和与粘性应力有关的熵产生率变化率的第一极大点可作为RTI进入渐近速度阶段的新判据。
2022-07-16 physics.flu-dyn
Computing the viscous effect in early-time drop impact dynamics
液滴在固体表面上的冲击涉及许多相互交织的物理效应，并且受到液滴速度、表面张力、环境压力和液体粘度等的影响。Kolinski等人（2014 b）的实验表明，液体-空气界面甚至在接触之前就开始偏离固体表面。他们发现，界面的剥离开始于一个临界时间，该时间与液体运动粘度的平方根成比例。为了理解这一点，我们研究的方法的液滴对固体表面的存在下，一个干预的气体层。我们采用数值方法求解二维液体的纳维-斯托克斯方程和气体的可压缩润滑方程。通过这种方法，我们恢复实验捕获的早期液体粘度对液滴冲击的影响，但我们的研究结果表明，提离时间和液体运动粘度有一个更复杂的依赖比平方根标度关系。我们还预测了液-气界面的界面张力对液滴冲击的影响，表明它介导了提离行为。
2021-08-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Viscosity, shock-induced separation, and shock reversal -- Oscillating wing section in transonic flow
本文用数值方法研究了振荡机翼跨音速流中激波-边界层相互作用的机理。在中等和大迎角但低振幅的振荡下，观察到激波诱导的流动分离或激波失速，并伴有激波反转。即使由粘性力输入到翼型的功率比由翼型上的压力输入到翼型的功率低三个数量级，边界层操纵激波位置和激波运动，并通过压力重新分配输入到翼型的功率。由于边界层不能承受激波造成的逆压梯度，激波运动与无粘流相反，导致激波向上游移动，从而导致早期分离。激波运动相对于翼型运动显示出相位差，并且是振荡频率的函数。在小迎角和低振幅振荡时，边界层改变了外部流的剖面，导致流的较慢膨胀，从而导致早期激波和由边界层引起的扩散激波脚。
2021-05-08 physics.flu-dyn
Coriolis force-based instability of a shear-thinning microchannel flow
基于科里奥利力的不稳定性机制，在处理剪切稀化流体如血液的快速旋转便携式装置上，对于通过与合适的试剂混合最终检测疾病是至关重要的。基于这一命题，本研究采用Carreau流变定律对旋转微通道中剪切稀化流体进行了模态稳定性分析。当微通道被刻在基于旋转光盘（CD）的装置上时，离心力充当驱动流动的驱动力，并且科里奥利力通过使流动不稳定而在显著短的跨度内增强混合过程。一个OrrSommerstan-Squire分析进行探讨的作用，这些力量的线性稳定性的旋转剪切变稀流。有流向扰动的剪切稀化流动的研究结果表明，粘性扰动下流动转变的临界雷诺数约为无粘性扰动时临界雷诺数的一半。与此形成鲜明对比的是，考虑展向扰动的本分析表明，在旋转效应下，有粘性扰动和无粘性扰动的临界雷诺数几乎保持不变。然而，粘度变化对基于科里奥利力的不稳定性没有显著影响。数值结果表明，在科里奥利力的作用下，通道内产生二次流，从而使通道发生严重的失稳。有趣的是，在较低的时间常数的不稳定性所对应的滚动细胞表现出两个不同的涡的存在，和较强的一个中心基本上是朝着不稳定的分层区域解决。此外，对于较高的时间常数值，只有一个涡流占据整个通道。
2020-02-18 physics.flu-dyn
Metastability of stratified magnetohydrostatic equilibria and their relaxation
针对等离子体中爆发性能量释放问题，研究分层MHD平衡的二维非线性稳定性，发现亚稳态特性，提出用组合优化求最低能态、基于玻尔兹曼混合熵的统计力学理论预测湍流弛豫，且与模拟结果吻合。
2024-12-09 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Absolute linear instability in laminar and turbulent gas/liquid two-layer channel flow
本文研究了两相分层流动，其中底层是薄层液体，上层是充分发展的气体流。气流可以是层流或湍流。为了确定对流和绝对不稳定之间的边界，我们使用Orr-Sommerfeld稳定性理论，以及线性模态分析和射线分析的组合。对于湍流气流，密度比r=1000，我们发现大区域的参数空间，产生绝对不稳定。这些参数范围涉及与油/气流直接相关的粘度比。相反，如果气体层是层流的，则对于密度比r=1000，绝对不稳定性持续存在，尽管对流/绝对稳定性边界出现在比湍流情况小一个数量级的粘度比处。另外两个不稳定的时间模式存在于层流和湍流的情况下，其中之一可以排除绝对不稳定。我们将我们的结果与实验确定的流态图进行比较，并讨论了本方法在非线性分析中的潜在应用。
2012-08-03 physics.flu-dyn
Effect of NaCl on Pseudomonas biofilm viscosity by continuous, non-intrusive microfluidic-based approach
一种将并行微通道中的视频成像与半经验数学模型相结合的方法提供了对随时间变化的生物膜粘度的非侵入性、高通量测量。该方法被证明为早期生长假单胞菌。生物膜暴露于恒定流的营养液具有不同的离子强度。在早期生长阶段测量粘度的能力，而不诱导剪切增稠反应，使测量成为迄今为止报告的最低水平。此外，良好的时间分辨率使得能够检测快速增稠阶段，其发生在指数生长阶段结束后的不同时间，取决于离子强度。该技术开辟了一种组合方法，更好地了解生物膜机械性能的复杂的动态响应良好控制的物理，化学和生物生长条件和时间有限的扰动。
2016-06-15 physics.flu-dyn q-bio.QM
Connections between centrifugal, stratorotational and radiative instabilities in viscous Taylor-Couette flow
“Rayleigh线”$μ=η^2$（其中$μ=Ω_o/Ω_i$和$η=r_i/r_o$分别是内柱（下标“i”）和外柱（下标“o”）之间的旋转和半径比）被认为是非分层无粘Taylor-Couette流中轴对称和非轴对称模式的离心不稳定性（CI）的极限。已知反气旋旋转比超过这条线时会出现非轴对称平流旋转不稳定性（SRI），即轴向稳定分层泰勒-库埃特流的$η^2<μ<1$，但CI和SRI在$μ<η^2$范围内的竞争尚未得到解决。在本文中，我们在有限雷诺数Re下建立了两种不稳定性之间的连续联系，正如M。Le Bars & P. Le Gal，Phys. Rev. Lett. 99，064502（2007），使得它们在开始时无法区分。这两种不稳定性也连续连接到有限Re的辐射不稳定性。这些结果表明，复数冲击粘度对该流动的线性稳定性具有影响。与无粘理论的其他几个定性差异被发现，其中一个非轴对称模式的不稳定性本地化的外圆柱没有分层，和不稳定的模式传播对内圆柱旋转分层。粘性和分层的结合也可能导致（轴对称）泰勒涡分支之间的“碰撞”，导致在过去的实验中已经观察到的轴对称振荡状态。也许更令人惊讶的是离心式的螺旋模式超出瑞利线的不稳定性，所造成的分层和粘度的联合效应。阈值$μ=η^2$似乎仍然是，然而，一个不可逾越的轴对称模式的不稳定性限制，无论分层，粘度，甚至扰动幅度。
2016-09-21 physics.flu-dyn
A hierarchy of energy- and flux-budget (EFB) turbulence closure models for stably stratified geophysical flows
本文从湍流动能、位能、动量通量和浮力通量的收支方程和湍流耗散时间尺度的松弛方程出发，提出了湍流能量和通量收支闭合的物理背景。该闭合是为从中性到非常稳定的分层地球物理流设计的，并考虑了地球自转。根据现代实验证据，封闭性意味着在任何梯度理查森数Ri下，速度切变都能维持湍流，并区分两种主要不同的状态：Ri << 1时的“强湍流”，典型的边界层流，其特征是湍流普朗特数几乎恒定;以及Ri > 1时的“弱湍流”，这是自由大气或深海的典型特征，其中湍流普兰特数随着Ri的增加而渐进线性增加（这意味着与动量传递相比，对热量传送的抑制非常强）。在不同的应用中使用，封闭制定在不同层次的复杂性，从本地代数模型相关的稳定状态的湍流制度的层次结构的非本地封闭，包括更简单的下降梯度模型，提出的涡流粘度和涡流传导率，和一般的非梯度模型的基础上预测方程的湍流，包括湍流通量的所有基本参数。
2015-05-12 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Rotating double-diffusive convection in stably stratified planetary cores
在行星的流体核心中，密度取决于温度和化学成分，它们以非常不同的速度扩散。这导致了各种不稳定性，称为双扩散对流。本文研究了流体球中的旋转双扩散对流。我们使用Boussinesq近似与均匀的内部热和成分源项。我们专注于手指制度，其中的热梯度是稳定的，而组成的不稳定。首先，我们在球体中进行全局线性稳定性分析。稳定分层流体的临界瑞利数急剧下降，产生大规模的对流运动，局部分析预测稳定。我们证明了这种大规模的双扩散不稳定的无粘性质，使在现实的行星制度的边缘稳定性曲线的确定。特别是，我们表明，在稳定分层球，瑞利数$Ra$在发病演变像$Ra \sim Ek^{-1}$，其中$Ek$是埃克曼数。这与不稳定分层球体中的旋转对流不同，其中$Ra \sim Ek^{-4/3}$。因此，无粘对流的存在范围增加为$Ek^{-1/3}$。其次，我们进行非线性模拟。我们发现两个制度之间的过渡RDDC，分层的强度控制。此外，远离RDDC发病，我们发现一个占主导地位的赤道反对称，大规模的纬向流略高于相关的线性发病。出乎意料的是，一个纯粹的线性机制可以解释这种现象，甚至远离不稳定的发病，产生对称性破缺的非线性流饱和。对于更强的稳定层结，流动变得主要是赤道对称和强烈的纬向急流发展。最后，我们将我们的结果应用于早期地球核心。双扩散可以减少四十年的临界瑞利数为现实的核心条件。我们认为，早期的地核是容易湍流RDDC，大规模的纬…
2019-08-01 physics.class-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Early-time dynamics of the Richtmyer-Meshkov instability at Kelvin-Voigt viscoelastic interfaces
School of Engineering, Brown University（布朗大学工程学院）
该研究针对开尔文-沃伊特黏弹性界面的里希特迈耶-梅什科夫不稳定性早期动力学，通过线性稳定性分析推导了隐式色散关系，明确了黏弹性数对增长率的调控机制，为受冲击界面响应提供理论判据。
2026-10-12 physics.flu-dyn
Effect of rotation on wake vortices in stratified flow
本文模拟孤立锥形海山后的分层尾流，分析不同罗斯比数下旋转对涡结构的影响，通过SPOD提取全局模态并跟踪涡演化，发现旋转影响涡模态形状与对称性，改进了稳定性分析标准。
2024-06-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Linear and nonlinear filtering for a two-layer quasi-geostrophic ocean model
针对两层准地转海洋模型高分辨率计算昂贵的问题，本文引入线性或非线性微分低通滤波，使极粗网格仍能准确模拟双涡基准，非线性滤波实现30至300倍加速。
2024-04-17 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Self-Similarity in Decaying Two-Dimensional Stably Stratified Adjustment
本文研究了由Boussinesq方程控制的二维稳定分层流动中大尺度密度扰动的演化。正如所知，最初平滑的密度（或温度）分布在演化的非常早期阶段发展成锋面。这导致了正面占主导地位的$k^{-1}$势能谱。最初以相对简单的几何形状为特征的锋面，自发地发展成具有非常精细尺度结构的严重扭曲的片，因此存在从大尺度到小尺度的能量转移。它在这里示出，这个过程的高潮在建立一个$k^{-5/3}$动能谱，虽然它的缩放扩展到一个较短的范围相比，$k^{-1}$缩放的势能谱。建立的动能标度信号的开始拟能衰减的收益在一个温和的调制指数的方式，并具有一种新的自相似性。具体而言，自相似性被认为是在与归一化涡度场相关的概率密度函数（\pdf{}）的时不变性质。鉴于在这个阶段的能量的快速衰减，频谱缩放是短暂的，并随着出现一个平滑的，大规模的，非常缓慢的衰减，（几乎）垂直剪切水平模式，其大部分能量在潜在的组件，即皮尔逊-林登制度衰落。
2006-10-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Anomalous dissipation and spontaneous stochasticity in deterministic surface quasi-geostrophic flow
地面准地转（SQG）描述了强层结和旋转环境中温度场的二维主动输送。除了它与物理学的相关性，SQG与湍流研究中感兴趣的各种流动形式相似，从被动标量和Burgers到二维和三维的不可压缩流体。这种类比在这里得到证实，考虑湍流SQG制度出现的确定性和光滑的初始数据规定的几个傅立叶模式的叠加。虽然在无粘性情况下仍然不稳定，但已知初值问题在由小粘度正则化时在数学上是适定性的。在实践中，数值计算表明，在粘性的存在下，湍流状态出现在有限的时间内，其特征是通常在三维发展的湍流中观察到的三种独特的异常：（i）耗散异常，（ii）多重分形标度，以及（iii）流体颗粒的超扩散分离，无论是向后还是向前。这三个异常指向消失的粘性极限中的三个自发破缺的对称性：尺度不变性，时间反演和拉格朗日流的唯一性，这是一个迷人的现象，Krzysztof Gawedzki称之为自发随机性。在光Gawedzki的被动标量问题的工作，我们认为，自发的随机性和不可逆性交织在SQG，并提供这种连接的数值证据。然而，我们的数值表明，确定性SQG设置仅具有自发随机性的缓和版本，其特征尤其是非普适统计。
2022-10-22 nlin.CD physics.flu-dyn
The flow field due to a sphere moving in a viscous, density stratified fluid
研究粘性密度分层流体中小雷诺数平移球体引起的流场，发现反向射流实为多环形涡胞柱状结构，并给出其边界、涡胞数量及扩散影响下的多尺度衰减规律。
2024-07-28 physics.ao-ph physics.flu-dyn
