Circular band formation for incompressible viscous fluid--rigid particle mixtures in a rotating cylinder
本文采用直接数值模拟的方法研究了流体-刚性颗粒混合物在绕圆柱轴水平旋转的满充圆柱中形成环形带的过程。这些现象是由耦合到描述非中性粒子的刚性固体运动的欧拉-牛顿方程的纳维-斯托克斯方程模拟的。本文研究的环形带的形成不是由于颗粒与圆柱轴方向上的周期性惯性波之间的相互作用（如Phys. Rev. E，72，021407（2005）中所建议的），而是由于颗粒之间的相互作用。当形成环形带时，由于重力向下加速度加强了颗粒相互作用，由向下移动的颗粒形成的带的部分变得更加紧凑。由向上运动的颗粒形成的带的部分总是由于重力的反作用使颗粒运动减慢而变松。为了形成紧凑的环形带（不是松散的环形带），需要足够的颗粒以旋转速率在整个环形带中连续地相互作用，使得颗粒的向上扩散可以通过这些颗粒向下移动时的紧凑过程来平衡。
2013-03-27 physics.flu-dyn
Twin Strouhal numbers in pressure loading of circular cylinder at high Reynolds numbers
本研究通过风洞实验测量高雷诺数（80万至217万）下圆柱壁面压力，利用双正交分解识别出双斯特劳哈尔数，发现第二项主导非定常升力，其频率接近亚临界值。
2023-11-17 physics.flu-dyn
Fluid kinematics around two circular cylinders moving towards impact
任意正交空间的尺度因子是其齐次正交空间的容度的度量。在目前的研究中，它表明，他们的空间和时间的变化率没有贡献的任意函数在正交空间中的微分。在此基础上，建立了相应的纳维-斯托克斯方程，为研究正交平面空间中流体运动的运动学提供了一种方法。采用这个配方和经常摄动理论，不可压缩的，粘性流体绕两个相同的圆柱体，这两个圆柱体以相等和相反的速度向中心碰撞的流动的运动物理措施进行了评估。在这种情况下，空间根据笛卡尔平面的双极变换进行参数化。
2022-11-26 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
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
Accelerated micropolar fluid--flow past an uniformly rotating circular cylinder
本文研究了静止、粘性、不可压缩、微极流体中匀加速旋转圆柱体的非定常流动。采用Adams-Bashforth时间傅里叶级数方法和Runge-Kutta时间特殊差分方法对该流动问题进行了数值研究。该数值格式将微极流体的控制方程转化为有限差分方程组。用点SOR法对该系统进行了数值求解。这些结果也进一步外推的Richardson外推法。该方案适用于所有流量和流体参数值以及所有时间。此外，在远离圆柱的点处的涡量和自旋的边界条件也被施加和遇到。所得结果与已有的结果（牛顿流体中非旋转圆柱）进行了比较。比较是好的。微极效应的增强会导致升力的增强和阻力的减小。如果圆柱体的旋转增加，也会发生同样的情况。随着旋转参数的增大，尾流中的涡对延迟时间逐渐增大。此外，旋转不仅有助于消除圆柱和逆压区附近的旋涡，而且有助于消除边界层分离。此外，旋转也减少了微极自旋边界层。
2016-04-22 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
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
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
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
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
Phase-locking of laminar wake to periodic vibrations of a circular cylinder
利用相位缩减分析方法研究了二维圆柱绕流后涡脱落与其振动之间的相位同步性。利用这种方法，使一个一维的，线性模型的发展相对于层流尾流的极限环吸引子，它准确地描述了相动力学的高维，非线性流体流动及其响应的旋转，横向和纵向振动的气缸。这种基于相位的模型是通过评估相位响应和敏感性的唤醒动态脉冲扰动的气缸，这可以在模拟和实验中进行。由此产生的模型反过来产生的理论条件之间的相位锁定的圆柱体振动和尾流。我们还表明，这种同步机制可以用来稳定的唤醒，随后减少阻力。我们还揭示了不同的振动运动的同时发生的情况下，可以用来促进或阻碍同步。这些研究结果为涡激体振荡的研究、提高飞行器的气动性能、通过使体振荡运动与周期性尾流同步或去同步来减缓结构振动等提供了有价值的见解。
2020-11-19 physics.flu-dyn
Effect of wall slip on laminar flow past a circular cylinder
本文对二维带滑移壁的受限圆柱绕流进行了数值研究。采用无量纲的克努森数（$Kn$）来描述缸壁滑移长度。考虑的雷诺数（$Re$）和努森数（$Kn$）范围分别为$Re = [1, 180]$和$Kn = [0, \infty)$。研究了时均流动分离角（$\bar{θ_s}$）、无因次回流长度（$\bar{L_s}$）、圆柱壁面切向速度分布（$\bar{u_τ}$）、阻力系数（$\bar{C_d}$）和减阻效果（$DR$）。圆柱壁面上的时均切向速度分布符合公式$\bar{u_τ} = [\fracα{1+βe^{-γ(π-θ)}}+δ]sin(θ) $，其中系数（$α$，$β$，$γ$，$δ$）与$Re$和$Kn$有关。发现了几个标度律，对于低$Kn$，有$log(\bar{u_{τmax}})\sim{log(Re)}$和$\bar{u_{τmax}}\sim{Kn}$（$\bar{u_{τmax}}$是圆柱壁上的最大切向速度），$log(DR)\sim{log(Re)}$（$Re\leq45$和$Kn\leq0.1$），$log(DR)\sim{log(Kn)}$（$Kn\leq0.05$）。在低$Re$时，$DR_v$（摩擦减阻）是$DR$的主要来源。然而，$DR_p$（压差减阻）在$Re$（$Re>\sim60$）和$Kn$超过临界值时对$DR$的贡献最大。发现$DR_v$几乎独立…
2022-07-13 physics.flu-dyn
Drag Reduction in Flows Past 2D and 3D Circular Cylinders Through Deep Reinforcement Learning
本研究利用深度强化学习为二维和三维圆柱绕流发现表面执行器控制策略，实现减阻，并展现出跨雷诺数及从二维到三维的泛化能力。
2023-09-05 physics.flu-dyn
Sloshing in vertical cylinders with circular walls: the effect of radial baffles
该研究针对带圆形壁面的竖直圆柱容器，分析径向挡板打破轴对称性对晃荡特征值、特征函数的影响，明确了有无挡板时的特征值差异及对自由液面极值、节点位置的作用。
2021-07-18 physics.flu-dyn
Unsteady large-scale wake structure behind levitated freestream-aligned circular cylinder
本文通过风洞磁悬挂与立体PIV试验及方位角Fourier-POD模态分析，揭示长径比1.0圆柱非再附尾流中回流泡抽吸、剪切模态、涡脱落和条带之间的关系。
2024-01-22 physics.flu-dyn
Subcritical insability of viscoelastic flow over a circular cylinder: A numerical study
本文用数值模拟的方法讨论了粘弹性圆柱绕流的不稳定性是亚临界的还是超临界的。采用Oldrophil-B模型描述粘弹性本构关系。采用对数构象重构方法稳定数值模拟。研究的参数范围是雷诺数（$Re$）从5到100和韦森伯格数（$Wi$）从0到10，具有固定的粘度比$β= 0.9$。在两个路径下执行仿真，即，1)增加$Re$（或$Wi$）和2）从一个状态到下一个状态缓慢地和逐渐地减少$Re$（或$Wi$）。结果表明，在一定的参数范围内，即从定常流到非定常流的转变点附近，沿两条路径得到的时均流速等统计解是不一致的。这种加载路径依赖性行为表明流动不稳定性是亚临界的。
2022-08-01 physics.flu-dyn
Optimal energy harvesting efficiency from vortex-induced vibration of a circular cylinder under flow
本文采用降阶模型、实验和直接数值模拟相结合的方法，研究了圆柱体横向涡激振动（VIV）中流体流动能量获取的最佳效率。高分辨率的效率图预测在很宽的范围内的流动折合速度和结构阻尼比，最大效率和阻尼比和折合速度的最佳设置，然后检查不同的质量比和雷诺数。ROM预测的效果也验证了对实验或直接模拟。结果表明：最大效率与涡激振动的最大振幅相似，由来流折合速度和质量比与结构阻尼比的乘积共同控制;最大效率在较高的雷诺数下在亚临界区的（$Re \approx 6 \times 10^3$）比低雷诺数时的高（$Re = 150$）在层流制度;（iii）能量收集效率从涡激振动的圆柱与低质量比是更强大的比，与高质量比。这一发现表明，VIV采集器在水中比在空气中表现得更好。
2023-02-20 physics.flu-dyn
Data-driven prediction of unsteady flow fields over a circular cylinder using deep learning
使用四种不同的深度学习网络来训练和预测圆柱体上的非定常流场：考虑和不考虑守恒律的卷积神经网络，考虑和不考虑守恒律的生成对抗网络。基于先前时刻的流场信息预测未来时刻的流场。深度学习网络首先使用雷诺数为100、200、300和400的流场进行训练，而雷诺数为500和3000的流场则使用经过训练的深度学习网络进行预测。物理损失函数被提出来明确地将质量和动量守恒的信息强加给深度学习网络。对抗训练被应用于以无监督的方式提取流动动力学的特征。分析了物理损失函数、对抗训练和网络规模对预测精度的影响。使用深度学习网络预测的流场与数值模拟计算的流场非常一致。
2019-06-11 physics.flu-dyn
Modeling the compressible flow field of an impulsively started circular cylinder with refined potential flow theory
Kwara State University（克瓦拉州立大学）；Jordan University of Science and Technology（约旦科技大学）
该研究提出改进势流理论的解析模型，用于模拟突然启动圆柱的可压缩流场，可高效预测高速绕流的尾流、湍流及激波，计算量低于全模拟。
2026-08-21 physics.flu-dyn
End boundary effects on wakes dynamics of inclined circular cylinders
我们进行直接的数值模拟来表征三维尾流动力学的长倾斜圆柱与非均匀的端部边界条件。三个雷诺数，$\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
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
Span effect on the turbulence nature of flow past a circular cylinder
在二维和三维流动中，湍流演化和能量级联是显著不同的。研究已经调查了无障碍湍流中的这些差异，但是固体边界对3D到2D湍流动力学之间的交叉具有重要影响。在这项工作中，我们调查的跨度效应的湍流性质的流动通过一个圆柱在Re=10000。据发现，即使是高度各向异性的几何形状，3D小规模的结构脱离墙壁。此外，卡门涡的自然大尺度旋转迅速二维化的结构，如果跨度是直径的50%或更少。我们表明，这是与跨度短于模式B不稳定波长。相互冲突的3D小尺度结构和2D Kármán涡导致2D和3D湍流动力学，根据域几何各向异性，这些湍流动力学可以在尾流的某些位置共存。
2020-08-20 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
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
Instabilities in flow through and around a circular array of cylinders
School of Aeronautics and Astronautics, Sun Yat-sen University（中山大学航空航天学院）；School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology（南京理工大学机械工程学院）；Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学机械工程系）
研究圆柱圆阵中流动的不稳定性，通过DNS和线性稳定性分析，探讨不同排列密度下涡旋脱落的起始条件，发现三种不同流 regime。
2026-03-31 physics.flu-dyn
Elastoviscoplastic fluid flow past a circular cylinder
采用二维直接数值模拟方法，研究了流体弹性和屈服应力对圆柱绕流的综合影响。我们使用Saramito本构模型分析了屈服应力、弹性、剪切变稀和剪切变稠对尾流特性的影响。弹粘塑性（EVP）尾流研究在一个中等的雷诺数（Re = 100），其中二维涡脱落发生在牛顿的情况下。研究发现，在剪切变稀的弹粘塑性流动中，随着屈服应力的增大，阻力系数和升力系数的均方根均减小，而回流泡$L_{RB}$的长度增大。这些变化表明，尾流振荡振幅随屈服应力的增加而减小。然而，对于剪切增厚，阻力系数$C_D$在大宾汉数下增加，并且尾流变得混乱。粘弹性流体和EVP流体的比较表明，聚合物应力，tr（$τ^p$），衰减相当少的圆柱体的下游在EVP的情况下，表明显着的应力持续在大的距离。我们观察到，剪切变稀竞争与弹性和屈服应力，并抵消其效果，而剪切增厚增强弹性和屈服应力的影响，使流动模式可以从周期性的混沌流。
2023-03-16 physics.flu-dyn
Two-dimensional compressible viscous flow around a circular cylinder
对圆柱绕流的可压缩粘性流动进行了直接数值模拟。本研究考虑二维，无激波连续流，通过改变雷诺数在20和100之间和自由飞行马赫数在0和0.5之间。结果表明，在临界雷诺数以上和以下的情况下，可压缩性的影响延长近尾迹脱落的二维流动。当雷诺数接近这个临界值时，尾流伸长变得更加明显。此外，我们确定的增长率和频率的线性不稳定的情况下，临界雷诺数以上。从分析中可以观察到，在时间周期性的完全饱和流中，随着雷诺数从其临界值增加，Bénard-von Kármán涡街的频率从线性稳定性分析中发现的主导不稳定频率增加，即使对于所考虑的低雷诺数范围。我们还注意到，压缩效应降低了线性增长阶段的增长率和主频。给出了圆柱绕流线性化后增长率和主频率随雷诺数和自由飞行马赫数变化的半经验函数关系。
2017-05-24 physics.flu-dyn
Hydrodynamic and thermal characteristics of a freely-vibrating circular cylinder in mixed convection flow
对低雷诺数下自由振动圆柱在混合对流中的水动力和热动力特性进行了数值研究。对参数范围Ur = [2.0，10]，Pr = [0.7，10]和Ri = [0.5，2.0]进行了数值研究。而雷诺数、质量比和阻尼比是固定的。一个次要的涡激振动锁定区域的情况下，高理查森数Ri=2.0的高折合速度值，其中浮力驱动的流动是不平凡的。由于流体与结构之间的巨大能量传递，形成了一个很宽的涡激锁定区，这对水电的开发具有重要意义。详细讨论了普朗特数和理查森数对流体动力学、结构动力学和传热的影响。高普朗特数的情况下，温度分布集中在圆柱周围，这与高平均努塞尔值。通过计算不同工况下的平均努塞尔数及其波动，定量分析了对圆柱表面换热效率的影响。采用能量传递系数来定量描述混合对流中流体与结构之间的能量传递。利用圆柱体横向位移与升力之间的相位差来支持能量传递的讨论。导出了任意拉格朗日-欧拉描述的稳定化有限元列式。结构动力学和涡激振动被记录在各种环境中，例如，不同的约化速度，普朗特数和理查森数。结构动力学对传热效率的影响在加热圆柱记录和讨论。所得数值结果与文献及建立的经验公式吻合较好。
2020-07-21 physics.flu-dyn
Unconfined flow of a non-Newtonian power-law fluid past counter-rotating circular cylinders
Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院罗尔基）
采用有限元法数值研究了非牛顿幂律流体绕并排反向旋转圆柱的稳态层流，分析了幂律指数、转速、间隙比和雷诺数对流动特性的影响。
2025-11-17 physics.flu-dyn
Buoyancy effect on the flow pattern and the thermal performance of an array of circular cylinders
在本文中，我们发现，通过数值模拟，在一个特定的组合的浮力和间距在一个阵列的六个圆柱在雷诺数为100和普朗特数为0.7的流场的振荡特性的过渡。圆柱体是等温的，它们与地球加速度（g）对齐。根据阵列取向，考虑辅助浮力或相反浮力。相对于强制对流的自然对流的效果用范围在-1和1之间的Richardson数Ri调制。考虑了两个中心间距值（s=3.6d - 4d）。描述了浮力和间距对近场和远场流态的影响。几个过渡的流型被发现和力系数和努塞尔数相对于理查森数的依赖性的参数分析报告。当Ri=-1时，间距比从3.6变到4时，力系数和热流密度的标准差发生了变化。事实上，由于近场流在更有序的尾流模式中的重新排列，发生了过渡。因此，注意力集中在几何和浮力参数的热和动量交换及其波动的影响。在本文研究的情况下，现有的圆柱体阵列热交换模型对努塞尔数的预测并不准确。
2016-09-26 physics.flu-dyn
Deep reinforcement learning-based active flow control of an elliptical cylinder: transitioning from an elliptical cylinder to a circular cylinder and a flat plate
本研究将基于深度强化学习的主动流动控制技术应用于不同纵横比的椭圆圆柱与平板，利用PPO算法精确控制合成射流，在极低能耗下实现了显著的减阻、降升及涡旋脱落抑制。
2024-09-26 physics.flu-dyn
Effect of Porous Coating on the Water-Exit Dynamics of a Circular Cylinder
Université de Liège（列日大学）；University College London（伦敦大学学院）；Indian Institute of Technology Hyderabad（印度海德拉巴理工学院）
本研究通过实验探究多孔涂层对圆柱出水动力学的影响，发现多孔涂层能降低自由表面高程，但会增强尾流环量和涡旋压力亏损，并改变能量结构，其中60 PPI效果最显著。
2026-09-29 physics.flu-dyn
Non-Uniform Suction Control of Flow around a Circular Cylinder
在本研究中，通过优化进行了数值研究，以确定有效的非均匀抽吸剖面，以控制雷诺数4<Re<188.5范围内圆柱体周围的流动。探讨了几个目标，即分离角、总阻力和压阻的最小化。这是为了确定非受控流量特性与优化抽吸控制参数之间的关系。实施了各种非均匀吸力配置，并与均匀吸力的基准性能进行了比较。确定了最佳非均匀吸力剖面由具有单一轨迹和紧凑支撑的分布组成。用于优化控制的气缸表面上的抽吸中心以及实现每个目标所需的抽吸量随着雷诺数以及不受控流的分离角而显著变化。然而，这些都遵循可预测的关系。非均匀吸力剖面在消除边界层分离方面效率更高，需要去除少于一半体积的流体作为均匀控制来实现相同的目标。无论采用哪种控制方法，减小总阻力所需的净吸力都比消除分离所需的净吸力要少。虽然边界层分离总是可以防止的，但它的消除并不总是导致总阻力的改善，在某些情况下反而增加了总阻力。
2019-06-22 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}}$相差很大时，观察到非同步的“聚结”和“扰动von~ \karman”尾流。在这项研究中发现的尾流模式和涡流形成过程，特别是对于2 P模式的尾流，是更相似的观察到的\cite{Williamson1988}在三维实验比那些发现的\cite{Leontini2006}在二维模拟，尽管从肥皂膜，防止三维效果的物理约束。
2021-12-11 physics.flu-dyn
Wake dynamics of finite-aspect-ratio rotating circular cylinders at low Reynolds number
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Central South University（中南大学）；Shenzhen Research Institute of Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学深圳研究院）
研究有限长比旋转圆柱体在低雷诺数下的涡流动力学，探讨自由端效应对其涡流动力学和气动性能的影响，通过直接数值模拟揭示三维涡流形成机制及端板抑制作用。
2025-08-26 physics.flu-dyn
Finite-Difference Implementation of Inviscid Separated Flows with Infinitely-Long Cusp-Ended Stagnation Zone around Circular Cylinder
本文应用经典的Helmholtz问题对圆柱尖端无粘分离流进行了建模和数值研究。采用两种坐标系：极坐标系用于初始计算，抛物线坐标系作为拓扑学上最适合于无穷大滞止区的坐标系。通过未知自由线的形状进行缩放，将问题呈现为具有固定边界的计算域。给出了Laplace方程和Bernoulli积分的差分格式和算法。获得了阻力系数为$C_x=0$的分离流，类似于所谓的"临界"流。圆柱表面和分离点上的压力分布与速度图法的预测值在定量上进行了很好的比较。
1998-06-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Flow induced by the rotation of two circular cylinders in a viscous fluid
本文用解析和数值方法研究粘性流体中两平行圆筒旋转产生的低雷诺数流动，分别分析反向和同向旋转，确定力与扭矩并验证理论，揭示惯性效应差异。
2024-02-06 physics.flu-dyn
Experimental investigation of exit dynamics of a circular cylinder out of water and silicone oil
本研究通过水和硅油实验，探究圆柱体恒速退出液面时的液体夹带、排液动力学及所需力，发现初始深度影响有限，退出速度与液厚呈对数关系，排液后期遵循平方根时间律。
2024-07-22 physics.flu-dyn
Molecular dynamics simulation of flow around a circular nano-cylinder
本文采用分子动力学模拟方法对纳米圆柱的尾流进行了数值模拟，揭示了微/纳米尺度对尾流的影响。当雷诺数Re> 101时，空化效应对尾流有明显的影响。在低雷诺数时，尾流的斯特罗哈数（St）随雷诺数的增加而增加，但在空化出现后，St随雷诺数的增加而逐渐减小。当Re { \geq }为127时，升力脉动的主频可以高于速度脉动的主频，并淹没在布朗力的混沌脉动背景中.也因为布朗力的强烈影响，没有主频率的阻力波动可以观察到。为了考虑流体的内部尺寸效应，新引入了Jz数，定义为流体分子的平均自由程λ与势能平衡距离σ之比。尾流的St随着Jz的增加而增加，直到当Jz { \approx } 1.7时它急剧下降到零。这表明流体的不连续性可以最终消除旋涡的产生和脱落。同时，由于空化的加剧，St随Kn减小。
2022-05-11 physics.flu-dyn
Predicting wind pressures around circular cylinders using machine learning techniques
The University of Sydney（悉尼大学）
自20世纪初以来，由于其工程意义，围绕圆柱的风压测量进行了大量的研究。因此，积累了大量的风压数据集，这为使用机器学习（ML）技术来训练模型以预测圆柱周围的风压提供了极好的机会。光滑圆柱体周围的风压主要是雷诺数（Re）、入射风的湍流强度（Ti）和圆柱体圆周角的函数。以这三个参数为输入，本研究训练了两个ML模型，分别预测平均和波动压力。三个机器学习算法，包括决策树回归，随机森林，和梯度提升回归树（GBRT）进行了测试。GBRT模型在预测平均压力和波动压力方面表现出最佳性能，并且能够对Re范围从10^4到10^6以及Ti范围从0%到15%进行准确预测。人们认为，GBRT模型提供了非常有效和经济的替代传统的风洞试验和计算流体动力学模拟，以确定周围光滑圆柱的风压在研究的Re和Ti范围内。
2019-01-21 cs.LG physics.flu-dyn stat.ML
Deep Reinforcement Learning for Active Flow Control around a Circular Cylinder Using Unsteady-mode Plasma Actuators
深度强化学习（DRL）算法正在迅速进入流体力学，这些技术在广泛的科学和工程应用中取得了显着成就。在本文中，深度强化学习（DRL）代理已被用于训练人工神经网络（ANN），使用计算流体动力学（CFD）数据执行围绕二维圆柱的主动流动控制（AFC）。在雷诺数Re_D = 100的条件下，采用A2C算法，通过在分离点附近的圆柱表面布置两个对称的等离子体激励器，研究了流动控制策略。DRL代理通过操纵两个等离子体致动器的无量纲突发频率（f^+）与计算流体动力学（CFD）环境交互，并且时间平均的表面压力被用作对深度神经网络（DNN）的反馈观察。结果表明，使用恒定的无量纲突发频率的常规致动给出了21.8%的最大减阻，而DRL代理能够学习控制策略，实现22.6%的减阻。流场分析表明，减阻过程伴随着强烈的流动再附，尾迹区的平均速度幅值和速度脉动显著减小。这些结果证明了深度强化学习（DRL）范式在执行主动流量控制（AFC）方面的强大能力，并为开发适用于实际应用的强大流量控制策略铺平了道路。
2020-12-18 physics.flu-dyn
Vortex shedding and heat transfer from a heated circular cylinder in Bingham plastic fluids
本文数值研究了Bingham塑性流体中受热圆柱体的涡脱落与传热特性，系统分析了Re、Pr和Bn的影响，揭示了亚临界分岔导致的阻力与传热突跳，并建立了平均Nusselt数与Bingham数之间的类Carreau-Yasuda黏度模型关系。
2024-11-24 physics.flu-dyn
Experimental investigation of the water exit of the accelerating circular cylinder
本研究通过高速PIV实验，系统研究了恒定加速度下圆柱体出水过程中的涡旋动力学，发现环量增长遵循冲量标度，且轨迹主要垂直，为出水涡旋提供了系统框架。
2025-09-09 physics.flu-dyn
Experimentally informed, linear mean-field modelling of circular cylinder aeroacoustics
本研究提出一种结合实验信息的钝体尾流噪声线性平均场建模方法，通过全局稳定性分析、两点统计校准及Curle类比计算噪声，在两种雷诺数圆柱绕流中验证了其准确性。
2024-04-17 physics.flu-dyn
Dataset CYLinCF-01 creation pipeline: Circular cylinder in a cross flow, Mach Number 0.03 and Reynolds Number 200
本文构建了面向横流圆柱流动诱发声研究的 CYLinCF-01 数据生成流程，耦合 OpenFOAM、openCFS 与 Python 后处理，所得声学结果与文献基准一致。
2023-12-11 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$的值的突然跳跃来标记。随着间隙比减小，锁定区域的加宽伴随着IInd响应分支的加宽和Ist响应分支的缩窄。当间隙比g/D = 0.1时，第一分支完全消失。这项工作直接关系到铺设在海底的水下管道/电缆的设计、维护和疲劳寿命估计。
2022-12-03 physics.flu-dyn
Reynolds number effects on the bistable flows over a wavy circular cylinder
波浪圆柱尾迹具有双稳态特性。取决于初始条件，尾流的最终状态可以发展成定常流（状态I）或周期性脱落（状态II）。在本文中，我们进行直接的数值模拟，以揭示雷诺数对这两个尾流状态的影响。随着雷诺数的增加，状态I尾流中的定常涡结构沿展向方向来回摆动，导致阻力的低频波动，但不会导致升力。对于状态II，雷诺数的增加与升力系数中另一个谱峰的出现有关。二次频率与尾流中高度三维的旋涡结构有关。对于这两种状态，尾流过渡到湍流在较高的雷诺数，与小尺度涡的发展。本文进一步研究了绕波动圆柱的流向突风流动。时变的流入速度导致瞬时雷诺数从绝对不稳定流态到双稳态流态的大范围变化。根据来流速度变化的周期，在绝对不稳定流态下增长的尾流扰动可以在状态I尾流中衰减，或者增长到足够大以触发过渡态II，从而导致流动控制功效的损失。上述分析揭示了在未探索的雷诺数下双稳态状态的新的流动物理，并展示了非定常流动中两种状态之间的复杂过渡行为。从这项研究中获得的见解提高了对波浪圆柱体的尾流动力学的理解。
2022-08-31 physics.flu-dyn
Computational study of subcritical response in flow past a circular cylinder
本文研究了亚临界区圆柱绕流的流动，即雷诺数Re_c ~ 47时Benard-vonKarman涡脱落起始点以下的流动。计算了无穷小扰动的瞬态响应。域的要求，获得收敛的结果进行了讨论的长度。结果表明，能量放大发生低至Re=2.2。在整个亚临界区的大部分时间内，最大能量放大率在Re的平方上近似呈指数增长，在Re_c$处达到6800。最佳瞬态动力学的时空结构被证明是短暂的Benard-von Karman涡街。在Re ~ 42处，长时间结构从指数增加的下游切换到指数衰减的下游。三维计算表明，二维结构主导的能量增长，除了在短时间内。
2013-04-03 nlin.PS physics.flu-dyn
Taylor-Couette flow in an elliptical enclosure generated by an inner rotating circular cylinder
本文数值模拟椭圆外筒与旋转同心内圆柱间的 Taylor-Couette 流，采用 Fourier 谱无网格离散和压力投影方法，揭示纵横比 2 时不同 Reynolds 数下的流动结构及定常—非定常转捩。
2023-05-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Flow patterns and heat transfer around six in-line circular cylinders at low Reynolds number
采用数值模拟的方法，对六个同轴等温圆柱绕流的流场和换热进行了研究。研究了雷诺数为$100$和普朗特数为$0.7$时中心间距的两个值（$s=3.6d$和$4d$，其中$d$为圆柱直径）。与直列式双气缸配置类似，在该范围内，流动和热传递发生转变。在$3.6$和$4$间距比（$s/d$）下，分别确定了两种不同的流动模式：稳定剪切层（SSL）模式和剪切层二次涡（SLSV）模式。在$s/d=3.6$，流型导致下游气缸上的冷流体夹带，从而增强传热。另一方面，在$s/d=4$处，两个稳定的相对剪切层防止下游气缸上的冷流体夹带，减少了它们的热交换。阵列的总时间平均传热提高了25%，从$4$到$3.6$的间距比减小。此外，它被发现，增加的热传递是有关的相移之间的努塞尔时间序列的连续气缸。
2014-10-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Super-harmonically resonant swirling waves in longitudinally forced circular cylinders
本研究针对纵向受迫圆柱内的晃荡现象，通过弱非线性分析预测超谐波激励下可发生平面波对称性破缺产生稳定旋流，并经实验验证了三种超谐波状态及其稳定性边界与理论的定量匹配。
2023-02-05 physics.flu-dyn
The coherent structures of EVP Fluid Flow Past a Circular Cylinder
本研究通过直接数值模拟和模态分解，揭示了EVP流体绕圆柱流动中弹塑性效应如何促使流动从周期性涡街演变为复杂状态，并识别了关键控制参数。
2025-08-05 physics.flu-dyn
Harnessing Electrical Power from Vortex-Induced Vibration of a Circular Cylinder
对圆柱体涡激振动发电进行了数值研究。圆柱体可在与来流横切的方向上自由振荡。圆柱体连接到磁铁上，磁铁可以沿着由导线制成的线圈的轴线移动。磁体和线圈一起构成基本的发电机。当圆柱体经历VIV时，磁体的运动在线圈两端产生电压，线圈连接到电阻负载。根据楞次定律，线圈中的感应电流对磁体施加减速力。有效地，发电机以空间变化的阻尼系数在气缸上施加阻尼力。对于本文报告的初步研究，雷诺数被限制为Re < 200，因此流动是层流和二维（2D）的。不可压缩二维纳维-斯托克斯方程求解使用广泛验证的基于谱元的求解器。量化了电磁（EM）阻尼常数xi_m、线圈尺寸（半径a、长度L）和质量比对提取的电功率的影响。发现存在最佳的xi_m（xi_opt）值，在该值处产生最大电功率。随着线圈的半径或长度增加，观察到xi_opt的值增加。尽管最大平均功率保持相同，但是较大的线圈半径或长度导致更鲁棒的系统，这是因为当xi_m远离xi_opt时，可以提取相对大量的功率，这与恒定阻尼比的情况不同。平均功率输出也是雷诺数的函数，主要是通过至少在层流范围内随雷诺数增加而发生的最大振幅增加，尽管一般定性结果似乎可能会影响到高雷诺数VIV。
2017-12-05 physics.flu-dyn
