Unsteady separation and oscillations in a compressible wake of a cylinder
本文重新分析高超声速圆柱近尾流振荡实验，指出其受临界雷诺数控制，并提出基于总尾流动量厚度的St_θ作为跨球体、锥体和圆柱的通用相似参数。
2024-08-06 physics.flu-dyn
Trajectory-optimized cluster-based network model for the sphere wake
我们提出了一种新的基于随机优化的网络模型（tCNM），用于根据Li等人的时间分辨数据进行非线性模型降阶[“基于随机的网络模型“，J. Fluid Mech.906，A21（2021）]，并提高给定数量质心的精度。起点是k-means++聚类，它通过最接近的质心最小化快照的表示误差。动力学由质心之间的“飞行”来表示。所提出的几何优化聚类的目的是通过移动质心更接近快照轨迹和细化状态传播与轨迹支持点，以进一步减少运动学表示误差。因此，曲线轨迹被更好地分辨。所得到的tCNM证明为三种流态，包括周期性，准周期性和混沌动力学的球体尾流。tCNM的表示误差比通过最近质心的近似小5倍。因此，误差与同阶的本征正交分解（POD）处于同一水平。然而，tCNM相对于POD建模具有明显的优势：它是人类可解释的，通过少数相干结构及其过渡来表示动态;它通过设计显示了鲁棒的动态，即，稳定的长期行为;其开发是完全自动化的，即，它不需要可调的辅助闭合和其它模型。
2022-06-30 physics.flu-dyn
Investigation of the effects of superhydrophobic surface treatment on the dynamics of the flow in the near wake of a sphere using spatial dynamic mode decomposition
Monash University（莫纳什大学）
研究通过动态模式分解分析超疏水表面处理对球体近尾涡剪切层动力学的影响，发现持续气垫显著改变该区域的不稳定性。
2026-07-29 physics.flu-dyn
Wake transitions and melting dynamics of a translating sphere in warm liquid
研究了在暖液体中移动球体的熔化动力学，揭示了不同雷诺数下界面演变的四个阶段及浮力对熔化过程的影响。
2025-12-18 physics.flu-dyn
Studying propagating turbulent structures in the near wake of a sphere using Hilbert proper orthogonal decomposition
Monash University（莫纳什大学）
本研究利用希尔伯特正交分解方法高效识别球体尾涡中传播的湍流结构，提升POD分析的解释能力。
2026-01-23 physics.flu-dyn
Vorticity dynamics and drag for flows over a sphere and a prolate spheroid
本文利用Josephson-Anderson关系研究球体和长椭球体绕流中涡量输运与阻力的联系，揭示边界层分离、尾流湍流输运及二次分离机制对阻力的贡献。
2025-07-12 physics.flu-dyn
Solitary wave structure of transitional flow in the wake of a sphere
Faculty of Mechanical Engineering, Zhejiang Sci-Tech University（浙江理工大学机械工程学院）；School of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Water Resources and Electric Power（浙江水利水电学院机械工程学院）；School of Mechanical Engineering, Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学机械工程学院）
研究过渡流中孤立波结构的形成与演化，通过数值模拟发现其在湍流过渡早期以波包形式出现，并在雷诺数增加时达到最大振幅，与边界层湍流现象有相似之处。
2026-04-08 astro-ph.GA math.AP nlin.CD
Revisiting the phenomenon of bouncing of inertial particles crossing density stratified interfaces
Turbulence Structure Laboratory, School of Mechanical Engineering, Tel Aviv University（特拉维夫大学机械工程学院湍流结构实验室）；Department of Civil and Environmental Engineering, Imperial College London（帝国理工学院土木与环境工程系）
通过实验和理论模型，揭示惯性球体穿越密度界面时反弹的机制：球体携带轻流体边界层形成瞬态浮力尾迹，并建立耦合动力学模型预测轨迹类型、减速深度和滞留时间。
2026-07-20 physics.flu-dyn
Lift generation on a sphere through asymmetric roughness using active surface morphing
本文通过实验研究一侧光滑、一侧带凹坑的球体在不同雷诺数和凹坑深度比下的非对称粗糙度升力效应，揭示了最优凹坑深度随雷诺数的变化规律及流动分离机制，为钝体尾流控制和实时机动奠定基础。
2024-07-01 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
Regime identification for stratified wakes from limited measurements: a library-based sparse regression formulation
已知分层流体中的钝体尾流表现出丰富的动态行为范围，可以基于雷诺数（$Re$）和弗劳德数（$Fr$）将其分类为不同的区域。最近，通过对$Re\in [200,1000]$和$Fr\in[0.5,16]$分层流体中球体的直接数值模拟（DNS）和实验室数据使用动态模式分解（DMD），已经澄清了这些不同区域中尾流结构的拓扑差异。在这项工作中，我们试图从有限的测量数据识别的动态制度在分层尾流与（名义上）未知的$Re$和$Fr$。一个大型的数据库的候选基函数编译池的DMD模式在以前的DNS。稀疏模型使用正交最小二乘正向回归（FROLS）算法构建，该算法依次识别最能代表数据的DMD模式并校准其幅度和相位。在校准之后，可以使用主导DMD模式的加权组合来重建速度场。通过对应于所识别的模式的$Re$和$Fr$的投影加权平均来估计测量的动态状态。从数值和实验数据集的有限数量的2D速度快照，以及3点测量的身体后，进行制度的识别。基于观察到的预测能力，引入了评估置信度的度量。这种方法有望实现数据驱动的流体模式分类器。
2022-02-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
On the wake region of high-Reynolds-number turbulent boundary layers subject to adverse pressure gradients
The University of Melbourne（墨尔本大学）；University of Zagreb（萨格勒布大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）
研究高雷诺数湍流边界层在中等逆压梯作用下涡旋区域的结构特征，通过多点测量分析湍流运动的能量分布和相干性，揭示逆压梯对涡旋区域能量变化的影响。
2026-05-21 physics.flu-dyn
The water entry surface seal behavior of spheres at intermediate speed regimes
本研究的重点是在表面密封制度的球体的水进入。在此，表面密封发生在球体与水面撞击的尾流中，并且其特征在于对于各种球体直径$D$，在\emph{low-speed}（$U<30$ ~m/s）和\emph{high-speed}（$U>165$ ~m/s）状态之间的飞溅圆顶和空腔拉离。所建立的夹断时间$t_p$的经验比例定律对于低速和高速都很好地保持（即，分别为$ t_pUD^{-1}~C_d^{-1/2}=const$和$ t_pUD^{-1}~C_d^{-1/2}\propto Ca^{-1}$），但是该过渡值得改进。中间状态特别按$t_pUD^{-1}~C_d^{-1/2}\propto Ca^{-1/2}$缩放，这意味着随着速度增加，腔体内的压力降低决定了表面密封动态。我们还报告了从深层密封到表层密封的过渡，其中密封时间的缩放更像是深层密封。部分拉离，在腔表面上的波纹，和二次夹断的报告。
2022-02-13 physics.flu-dyn
Propulsion of a two-sphere swimmer
我们描述的实验和模拟演示的推进力的中性浮力游泳者，由一对球体连接的弹簧，沉浸在振动的流体。流体的振动引起球体的相对运动，对于足够大的振幅，这可以导致两个球体的质心的运动。我们发现，从实验和模拟获得的游泳速度同意和崩溃到一个单一的曲线上，如果绘制作为流雷诺数的函数，这表明，推进流有关。似乎有一个临界值的流动雷诺数游泳发生。随着雷诺数的增加，我们观察到流动流动的变化，从两个独立振荡球体产生的流动变化到整个游泳者周围的集体流动模式。游泳的机制可以追溯到加强游泳者身后的流体射流。
2016-07-19 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Effect of gravitational settling on the collisions of small inertial particles with a sphere
小惯性颗粒与中等雷诺数球体碰撞的速率被发现受到强烈影响时，前者也在重力的作用下沉降。小粒子的沉降确实改变了临界斯托克斯数，超过这个数就会发生碰撞。这是解释的屏蔽效应的存在所造成的停滞鞍点的有效速度场的小颗粒感知的不稳定的流形。还发现存在一个次临界斯托克斯数，在此数以上不发生碰撞。这是由于大斯托克斯数粒子沉降得更快，使得较大的粒子更难赶上它们。尽管如此，在这种情况下，流动扰动在收集器的尾流中产生复杂的颗粒分布，有时允许从后面碰撞。这可以导致在弗劳德数的大值处高于1的碰撞效率。
2020-09-07 physics.flu-dyn
Navier slip model of drag reduction by Leidenfrost vapour layers
最近的实验发现，能够在液体中维持稳定的莱顿弗罗斯特蒸汽层的热固体球在自由降落期间表现出显著的阻力减小。阻力系数随雷诺数的变化与高雷诺数时的阻力危机特性有很大的偏差。用不同粘度的液体得到的结果表明，阻力危机的发生取决于蒸气与液体的粘度比。蒸汽层在促进切向流动和改变边界层特性方面的关键特征可以通过由滑移长度定义的Navier滑移模型来捕捉。在这里，直接的数值模拟和大涡模拟的流动过去的球体在中等到高雷诺数（$10^2 \leq \mbox{Re} \leq 4 \times 10^4$）的阻力系数与雷诺数的变化和下游的球体上的尾流的形式与实验结果进行定量比较。这提供了减阻现象的简单的一个参数表征。
2017-06-26 physics.flu-dyn
Anomalous Diffusion in a Monolayer of Lightweight Spheres Fluidized in Airflow
本文对单层流化轻质球形颗粒的随机运动进行了统计分析。泡沫聚苯乙烯球被向上的气流驱动通过筛网，并使用图像分析获得它们的二维运动。在体相区，颗粒速度分布随堆积分数$ϕ_b$的增加由高斯分布向重尾分布转变。颗粒的均方位移表现出过渡到亚扩散在低得多的$ϕ_b$比在以前的研究中观察到的使用类似的设置，但较重的颗粒。在更大的$ϕ_b$中观察到了两体速度相关中的轻微超扩散和相关长度的显著增长。还研究了壁对颗粒动力学的影响，发现颗粒温度的各向异性是区分壁区和体区的有用指标。颗粒尾流中的湍流统计数据表明，由于壁面区域中的“热”扰动，空气动力学强迫具有很强的壁面法向不对称性。
2021-10-13 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Modelling high-Mach-number rarefied crossflows past a flat plate using the maximum-entropy moment method
本文将10矩和14矩最大熵方法应用于高马赫数稀薄平板绕流，发现14矩方法在努森数0.1和1时均优于缺乏热通量的10矩方法，能更准确预测激波层与尾流，且其VDF与粒子解定性一致。
2023-08-01 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Motion of a sphere in a viscous density stratified fluid
本文在小雷诺数的限制下研究了稳定分层环境中球体的平动问题（$Re \ll 1$）和粘性Richardson数（$Ri_v \ll 1$）;这里，$Re = \frac{ρUa}μ$和$Ri_v = \frac{γa^3 g}{μU}$，其中$a$是球体半径，$U$是平移速度，$ρ$和$μ$是分层环境的密度和粘度，$g$是由于重力引起的加速度，$γ$是表征环境分层的密度梯度（假定为常数）。与大多数早期的努力相比，我们的研究认为对流占主导地位的限制对应于$Pe = \frac{Ua}{D} \gg 1$，$D$是分层剂的扩散率。我们详细描述了粒子周围的速度和密度场，我们称之为斯托克斯分层制度，由$Re \ll Ri_v^{\frac{1}{3}} \ll 1$定义，并对应于惯性力浮力的优势。浮力与扰动分层从根本上改变了粘性占主导地位的流体运动在很大的距离。在有序的分层屏蔽长度的距离处，其尺度为$aRi_v^{-\frac{1}{3}}$，运动从熟悉的前后对称的斯托克斯形式转变为前后不对称的再循环单元模式，其中主要是水平运动;除了在后部停滞流线附近。在较大的距离上，运动非常小，但以下情况除外：（a）轴对称水平尾流，其垂直范围按$O(r_t^{\frac{2}{5}})$增长，$r_t$是垂直于平移的平面内的距离;（b）颗粒后面的浮力反向射流，其宽度随下游距离的平方根倒数而变窄。
2021-07-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Dynamics of freely rising spheres: the effect of moment of inertia
本研究通过实验改变密度比和转动惯量，探究自由上升球体动力学，发现转动惯量不影响螺旋-混沌转变临界值，但在混沌模式中降低阻力系数和振荡幅度，且旋转动力学主要由尾流驱动。
2021-06-03 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
Clustering and increased settling speed of oblate particles at finite Reynolds number
本文采用界面分辨直接数值模拟方法研究了刚性扁球在静止流体中的沉降。特别是，使用浸入边界方法来解释分散的固相，并结合润滑校正和碰撞模型来解释短程颗粒-颗粒相互作用。我们考虑半稀悬浮液的扁颗粒的纵横比AR=1/3和固体体积分数$ϕ=0.5\%-10\%$。固体与流体的密度比$R=1.5$和伽利略数（即浮力和粘性力之间的比率）基于具有等效体积$Ga=60$的球体的直径。通过这种参数选择，一个孤立的扁圆体垂直下落，其宽边垂直于重力方向，并带有稳定的尾流。在此$Ga$下，球体的平均沉降速度是体积$ϕ$的递减函数，并且总是小于孤立颗粒的终端速度$V_t$。相反，我们在这里表明，在稀释条件下，扁形颗粒的平均沉降速度随着$ϕ$的增加而增加，并且$33\%$大于$V_t$。在较高浓度下，平均沉降速度降低，变得小于$ϕ=5\%$和$10\%$之间的终速$V_t$。平均沉降速度的增加是由于颗粒簇的形成，对于$ϕ=0.5\%-1\%$，颗粒簇表现为柱状结构。从粒子对分布函数中，我们观察到最有可能找到几乎垂直排列的粒子对。然而，对分布函数在参考颗粒周围都是不可忽略的，这表明在2和$6c$之间的径向距离处存在大量的聚类（$c$是扁圆的极半径）。
2017-11-13 physics.flu-dyn
