Nonlinear optimal perturbation growth in pulsatile pipe flow
University of Bremen（不来梅大学）
研究脉动管道流中非线性最优扰动增长，揭示两种不稳定性路径及能量放大机制。
2025-09-12 physics.flu-dyn
Inertial focusing of spherical capsule in pulsatile channel flows
该研究数值分析了不同Re和Ca下球形胶囊在稳态及脉动通道流中的横向运动，发现脉动可加速轴向聚焦且存在最优频率，低Ca时胶囊偏心聚焦，结果可用于无标记细胞分选等技术。
2024-12-18 physics.flu-dyn
On some model equations for pulsatile flow in viscoelastic vessels
这里考虑的是在具有粘弹性壁的管道中脉动流所产生的偏微分方程的推导。该方程是描述长峰脉冲在圆柱对称管道中传播的渐近模型。由于生物流体中的粘性应力的额外影响也被考虑在内。本文用数值方法研究了粘弹性对孤立波和周期波在等半径容器中传播的影响。
2019-05-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The Response of an Elastic Splitter Plate Attached to a Cylinder to Laminar Pulsatile Flow
本文研究了层流脉动来流作用下圆柱尾部弹性分流板的流动诱导变形。圆柱体和弹性分流板包含在一个狭窄的通道内，雷诺数主要限制在Re = 100，主要覆盖二维流动状态。内部的流体-结构相互作用的代码进行模拟，耦合的流体动力学与有限元方法来处理结构动力学的尖锐界面浸没边界方法。结构求解器使用分区方法隐式（双向）与流求解器耦合。这种隐式耦合保证了低结构-流体密度比时的数值稳定性。随时间变化的板位移的功率谱分析表明，板振荡在一个以上的单一频率的脉动流入，相比稳定流入观察到的单一频率。对于前一种情况获得的多个频率可以通过施加的和板振荡信号之间的拍频来解释。在稳定流的情况下，板获得具有平台振幅的自持时间周期振荡，而脉动流入与诱导板振荡的叠加影响平台振幅。在特定模式下，板振荡与脉动流入的锁定发生在两倍于板固有频率的强制频率下，该模式取决于板长度。在锁定状态下，板位移和压阻均增大。量化了脉动流入导致的最大接骨板位移以及接骨板上的皮肤摩擦和压力阻力系数的百分比变化。简要讨论了平板的非线性动力学及其与脉动流的耦合。
2016-11-10 physics.flu-dyn
Floquet stability analysis of pulsatile particle-laden channel flow
University of Illinois at Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）
该研究采用Floquet分析，在两相 dusty-gas 框架内探究脉动颗粒负载通道流的线性稳定性，明确了各参数对其稳定性的影响，为相关多相系统稳定性提供统一物理框架。
2026-08-06 physics.flu-dyn
Dynamics of pulsatile flows through elastic microtubes
我们研究了不可压缩牛顿流体在长波长和小变形假设下通过具有薄弹性壁的圆形微管的压力驱动瞬态流动的动力学，这对许多工业和生物过程是有效的。耦合的流体和固体方程的解析解被发现使用Navier滑移边界条件，并示出包括一些现有的Womersley解决方案作为限制情况。在流体-固体界面处的滑移长度的效果进行了分析，使用范围内的滑移率和频率参数的振荡压力梯度。弹性和刚性墙的解决方案进行了比较的情况下，有和没有滑移边界条件的相关参数范围很广。结果表明，微管的弹性行为与滑移速度非线性耦合，这大大提高了可实现的流量和泵送效率相比，非弹性的情况下。此外，据观察，增加滑移长度产生较小的剪切应力，这是一致的，在许多微尺度实验中观察到的几乎无摩擦的接口。
2012-12-02 physics.flu-dyn
Nonlinear hydrodynamic instability and turbulence in pulsatile flow
通过管状几何形状的脉动流是层流，只要速度适中。这尤其被认为也适用于心血管流，其中惯性力通常太低而不能维持湍流。另一方面，流动不稳定性和波动的剪切应力是各种心血管疾病的原因。在这里，我们报告了一个非线性的不稳定性机制脉动管流，引起湍流在低流速的突发。几何畸变的小，但有限的振幅被发现激发的螺旋涡在流动减速过程中的状态。由此产生的流型在量级上迅速增长，分解成湍流，并且当流动加速时最终返回层流。这种情况导致每个脉动周期中的剪切应力波动和流动逆转。这种不稳定的条件会对血管产生不利影响，并且已经显示会促进剪切应力敏感性内皮细胞层的炎症和功能障碍。
2020-05-25 physics.flu-dyn
Hemodynamic analysis of the Pulsatile Flow in Tubes of Bipolar Cross Sections
本研究推导了双极截面管内脉动流和泊肃叶流控制方程的解析解，分析了不同脉动频率和几何参数对速度场、流量及壁面剪切应力的影响，为心血管疾病进展和诊断模型改进提供了重要见解。
2025-03-03 physics.flu-dyn physics.med-ph
The effect of varying degrees of stenosis on transition to turbulence in oscillatory flows
生理学上的许多并发症与由于狭窄引起的动脉中的流动的偏离相关联。狭窄的存在可使流动转变为弱湍流。狭窄的程度以及其配置是否对称或不对称的载瘤动脉的影响是否将保持层流或过渡到湍流。大量的研究工作集中在调查的作用，不同程度的狭窄的湍流的发病条件下，稳定和脉动流。然而，没有一项研究关注于在振荡流条件下对此进行调查，因为在许多生理流中，流逆转是主要发生的情况，并且在脑脊液（CSF）流研究中具有特别的相关性。在以前的工作中，75%的狭窄进行了研究，这方面的贡献是一个详细的调查的作用，狭窄程度的过渡在振荡流。本文研究了轴对称和偏心圆柱形截面收缩率分别为25%、50%和60%的圆柱管在三种不同脉动频率下的纯振荡流转捩。循环平均雷诺数在1800和2100之间的步骤100进行了研究，每个配置导致72个模拟76800 CPU核心的现代超级计算机上进行。结果发现，更高程度的狭窄和偏心率的振荡流导致早期过渡到湍流。结果进一步表明，较高的振荡频率导致流动中较大的流体动力学不稳定性，这在较小程度的狭窄中更为突出。
2022-03-28 physics.flu-dyn
Vortex-induced vibration of a flexible pipe under oscillatory sheared flow
本文通过海洋水池旋转装置试验研究柔性管道在振荡剪切流中的横流涡激振动，揭示振幅调制与迟滞，并提出临界$KC$判据。
2023-12-18 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
Large Amplitude Oscillatory Extension (LAOE) of dilute polymer solutions
本研究提出大振幅振荡拉伸实验框架，利用微流控十字形流变仪研究稀聚合物溶液非线性流变行为，发现过量压降及非线性起始条件，验证了方法的稳健性。
2025-01-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Role of pulsatility on particle dispersion in expiratory flows
呼气事件，如咳嗽，通常在本质上是脉动的，并导致输送呼吸颗粒的涡流结构。在这项工作中，直接数值模拟（DNS）的湍流脉动射流，再加上拉格朗日粒子跟踪的微米级液滴，进行调查的作用，第二次和第三次驱逐粒子的分散和渗透。从湍流管流的DNS获得的充分发展的湍流在喷射孔处提供。根据阻尼正弦波及时调制孔口处的体积流速;从而允许控制脉冲数量、持续时间和峰值振幅。由此产生的涡结构进行了分析，单，两个和三个脉冲射流。粒子云的演变，然后比较现有的单脉冲模型。粒子的分散和渗透的整个云被认为是阻碍增加脉动。然而，由于涡流结构的下游加速，来自二次或三次排出的颗粒的穿透增强。
2021-02-28 physics.flu-dyn
On phase asymmetries in oscillatory pipe flow
本文给出了在几个无量纲频率Wo = {6.5，13，26}和一个固定剪切雷诺数Re_τ = 1440下振荡管流的直接数值模拟结果。从一个充分发展的湍流速度场开始，振荡流要么重新分层，要么达到一个条件湍流或强非对称状态，这取决于Wo。数值方法进行了验证，证明我们的DNS结果与实验数据和分析预测的非振荡，但湍流和振荡，但层流管流的极限情况下，从文献中表现出良好的协议。对于振荡的湍流管流，我们进一步发现了一个非常好的协议之间的定性描述的实验中观察到的流动特征和我们的DNS。在这里，我们专注于观察的振荡管流在WO=6.5的正半周期和负半周期之间的强烈不对称行为。
2020-01-03 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Numerical simulation of flows in a circular pipe transversely subjected to a localized impulsive body force with applications to blunt traumatic aortic rupture
许多争论围绕的机制，负责发生钝性创伤性主动脉破裂的车祸，特别是对血液经历的惯性体力的作用，由于突然减速。作用在简单流体流动上的这种体积力的孤立影响是流体动力学中的一个基本问题，尚未得到彻底的研究。本研究以数值方式探讨脉动流在直圆管中受横向体积力作用于局部流体的基本物理问题。在三种不同的情况下，即在脉动流的加速、峰值和减速阶段，将体力作为一个简短的矩形脉冲施加。设计了一个无量纲数，称为体积力的影响程度（α），以量化体积力相对于流动惯性的相对强度。撞击在受迫段边界处产生反向旋转的横流涡，并伴随复杂的二次流结构。这种二次流被发现发展最慢的影响发生在加速流和最快的减速流期间。然而，峰值偏度的速度场，发生在连续较晚的时间为三个各自的情况下。撞击后，这些二次流的作用是恢复非强迫状态，并通过适当的正交分解的速度场揭示了这种主导的空间结构。这项工作提出了一类新的问题，需要进一步的理论和实验研究。
2018-12-17 physics.flu-dyn physics.med-ph
Bayesian minimisation of energy consumption in turbulent pipe flow via unsteady driving
针对湍流管道流动的能量损耗问题，提出基于贝叶斯优化与直接数值模拟的无梯度黑盒框架，求解最优脉动驱动波形以降低能耗与阻力，揭示了非定常驱动优于传统定常运行模式的机理。
2025-08-20 physics.flu-dyn
Turbulent kinetic energy transport in oscillatory pipe flow
层流和湍流振荡管流在生物医学科学和工程的许多领域中都存在。肺气流和血管血流通常是层流，因为作用在生理系统上的剪切力应该很小。然而，摩擦损失和剪切应力随着向湍流的过渡而显著变化。这在例如人工呼吸或狭窄的情况下起重要作用。另一方面，在活塞式发动机和往复式热/化学过程装置中，湍流或过渡振荡流影响混合特性，以及质量和热传递。与统计上广泛研究的定常壁面剪切流相反，在非定常外力驱动下的管流中，紊流的发生、放大和衰减的研究工作却很少。实验[1，3，6]表明，转捩到湍流只取决于一个参数，即Re_δ \sim Re/Wo，其临界值约为550，至少对于Womersley数Wo > 7。我们进行直接数值模拟（DNS）的振荡管流在几种组合的Re和WO，以延长这个临界值的有效性，以更高的WO。为了更好地理解湍流衰减和放大过程中的物理机制，我们进一步分析了湍流动能分布及其预算项。
2020-01-30 physics.flu-dyn physics.med-ph
Transition to turbulence in pulsating pipe flow
在自然界和实际应用中，流体流动经常受到周期性的速度调制。令人惊讶的是，即使对于流经直管的一般情况，关于脉动对湍流过渡阈值的影响也几乎没有共识：虽然大多数研究预测阈值随脉动频率单调增加（即Womersley数，$α$），但其他研究观察到相同参数的阈值降低，并且仅在低$α$时观察到阈值增加。在本研究中，我们应用最新进展的了解过渡稳定剪切流脉动管流。对于中等的脉动幅度，我们发现，遇到的第一个不稳定性是亚临界的（即需要有限振幅的扰动），并引起局部补丁的湍流（“泡芙”）类似于稳定的管流。通过监测脉动对湍流寿命的影响，我们在参数空间中映射湍流的发生。脉动流的转捩可分为三种状态。在小Womersley数的动力学是占主导地位的衰减湍流遭受在较低的部分周期，因此过渡显着延迟。如该状态所示，阈值与基于仅考虑喷烟衰减率的准稳定流假设的估计值非常一致。在零$α$极限下预测的转捩点等于由振荡雷诺数偏移的稳定管流的临界点。在高频率极限中，抽吸寿命与稳定管流中的寿命相同，因此过渡阈值似乎不受流量脉动的影响。在中频范围内，过渡阈值从衰减主导（准稳态）阈值急剧下降（随着$α$的增加）到稳态管流水平。
2017-09-12 physics.flu-dyn
Experimental investigation of transitional flow in a toroidal pipe
本文对曲率为0.049的环形管道内的流动不稳定性及进一步向湍流的转变进行了实验研究。环形管道内的流动由安装在管道内径上的钢球驱动。球体由一个移动的磁铁从环面外部以恒定的方位角速度移动。本实验旨在利用光学量测技术来研究弯管流动。使用立体粒子图像测速仪，激光多普勒测速仪和压降测量，流量测量雷诺数范围从1000到15000。时间和空间分辨的速度场的获得和分析。定常轴对称基流受离心效应的影响很大。随着雷诺数的增加，我们发现了一系列的分叉。对于Re=4075的振荡流的超临界分岔中发现，波在流向方向上的相速度略快于平均流量。在湍流开始之前，当雷诺数进一步增加时，振荡流被假定的准周期流所取代。结果被发现是兼容的，在一般情况下，与早期的实验和数值研究过渡到湍流螺旋和弯曲的管道。然而，分叉情景的重要方面差别很大。
2015-08-26 physics.flu-dyn
A comparative study on instability of steady flows in helical pipes
本文首次对任意曲率和扭转螺旋管中定常流动的三维不稳定性进行了计算研究。该问题是制定在Germano坐标在两个等价的，但不同形式的动量方程，使使用这两种制剂得到的结果相互验证。在圆柱坐标系中的一个额外的配方适用于一个限制的情况下的环形管。计算采用有限体积法和有限差分法。网格独立的结果建立了稳定的流动，与线性稳定性问题相关的特征值，和临界参数。定常流场计算结果与实验测量结果和前人的数值计算结果吻合较好。计算的临界雷诺数对应的振荡不稳定性的发病符合最近的实验结果，但不同意与早期的。新的结果有关的参数稳定性研究的报告。
2019-08-28 physics.flu-dyn
The three-dimensional structure of swirl-switching in bent pipe flow
旋流切换是一种低频振荡现象，它会影响弯管中的迪恩涡，并可能导致管道系统的疲劳。尽管有30年的研究价值，但导致这些振荡的机制以及使它们振荡的频率仍然不清楚。在这里，我们表明，一个三维的波浪状结构是负责占主导地位的迪恩涡的低频开关。本研究，通过直接数值模拟，重点是通过一个90 \degree管道弯曲之前和之后的直管段的湍流。研究了曲率为0.3（定义为管道半径与弯曲半径之比）的管道，体积雷诺数Re = 11700，对应于摩擦雷诺数Re_τ \approx 360。为了避免回流频率和旋流切换频率之间的干扰，在入流段产生合成湍流，并用来代替经典的回流方法。流场分析的三维适当的正交分解（POD），这是第一次允许识别的漩涡切换源：一个波浪状的结构，起源于管道弯曲。与以往的一些研究相反，上游管道中的流动对旋流切换模式没有任何直接影响。我们的分析进一步表明，三维表征的模式是至关重要的理解的机制，并重建的基础上2D POD模式是不完整的。
2017-10-23 physics.flu-dyn
Unified Framework for Laser-induced Transient Bubble Dynamics within Microchannels
该研究针对微通道内激光诱导瞬态气泡动力学，结合理论与实验建立统一框架，揭示特征尺度与通道几何的关联，发现低雷诺数振荡流中的瞬时流动畸变并分阶段分析其机制，为空化驱动微系统设计提供依据。
2024-07-30 physics.app-ph physics.flu-dyn physics.optics
Graph Deep Learning for Intracranial Aneurysm Blood Flow Simulation and Risk Assessment
本研究提出基于图深度学习的模型，通过血管几何结构快速模拟血流动力学，实现颅内动脉瘤风险评估的实时预测与临床应用。
2025-12-09 cs.LG physics.flu-dyn
