The high-Reynolds-number stratified wake of a slender body and its comparison with a bluff-body wake
采用高分辨率混合方法对细长体高雷诺数分层尾迹流场进行了数值模拟。尾流发生器是一个6：1的长椭球体，带有一个翻转边界层，基于直径的体雷诺数为$Re= U_\infty D/ν= 10^5$，体弗劳德数为$Fr=U_\infty/ND=\{2,10,\infty\}$。对于钝体，尾流缺陷速度（$U_d$）按不同的尾流衰减率\citep{Spedding1997}分三个阶段衰减。但是，阶段之间的转换点不遵循预期的$Nt = Nx/U_\infty$值。与相似条件下圆盘尾流的比较\citep{Chongsiripinyo2020}量化了尾流发生器--钝体与细长体--在分层流中的影响。强分层$Fr=2$尾流处于共振状态。定常背风波强烈调制的平均流量，相对于磁盘，$Fr=2$球状体唤醒显示出较早的过渡，从非平衡（NEQ）阶段的准二维（Q2 D）阶段。NEQ-Q2 D转变之后是湍流动能和水平尾流曲折的急剧增加。在$Fr=10$，NEQ阶段的开始被延迟。动能和势能水库（平均和湍流）之间的转移进行了分析，并在相空间（当地弗劳德和雷诺数作为坐标）的流量进行了比较。总的来说，本研究的结果指出，很难找到一个通用的框架分层尾流演变，独立的身体的功能，并提供见解如何浮力效应取决于尾流发生器。
2023-02-19 physics.flu-dyn
Negative group velocity and Kelvin-like wake pattern
均匀传播源的尾流模式是介质集体激发共振发射的结果。当存在这样的激发具有负群速度的频率范围时，它们的干扰导致类似于开尔文船舶尾流的尾流模式：虽然有“横向”和“发散”波前尾随源，但它们的方向与开尔文相反。这是说明了一个明确的计算“roton”尾流模式在超流$^{4}He$的开尔文式尾流出现时，源的速度稍微超过朗道临界roton速度。
2022-02-03 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
What is the apparent angle of a Kelvin ship wave pattern?
虽然包含开尔文船舶波型的半角通常被接受为19.47度，但最近对足够快速移动的船舶的观测和计算表明，视尾流角随着船舶速度而减小。对这种角度减小的一种解释依赖于这样的假设，即船不能产生比其船体长度大得多的波长。另一种解释是，在实践中观察到的波型是由最高峰的位置定义的;对于由足够快速移动的物体产生的尾流，这些最高峰不再位于最外面的发散波上，从而导致更小的视角。本文着重研究了自由表面绕流单个淹没点源和绕流一对淹没点源的问题。在这些问题的线性版本中，我们测量由最高峰形成的表观尾流角，并观察到以下三个制度：一个小弗劳德数模式，其中发散波不可见;标准波模式，其中最大峰发生在最外面的发散波;和第三个制度，其中最高峰形成一个V形的角度远小于开尔文角。对于非线性流动，我们证明了非线性的影响，增加了明显的尾流角，使一些高度非线性的解决方案有明显的尾流角大于开尔文角。对于较大的弗劳德数，对表观尾流角的影响可能更加显著，强非线性可能会将波型从第三状态转移到第二状态。我们希望我们的非线性结果将转化为其他更复杂的流动配置，如流动由于一个稳定移动的封闭体，如潜艇。
2014-09-05 physics.flu-dyn
Stratified wakes of a prolate spheroid at moderate angle of attack
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本研究以6:1长旋转椭球为潜器典型模型，通过大涡模拟研究不同分层强度下中等攻角椭球的尾迹特性，揭示了分层对近尾迹涡结构、轨迹及涡量平衡的影响规律。
2026-08-20 physics.flu-dyn
Role of gravity on preferential clustering of microparticles in unsteady wake flows
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本文通过直接数值模拟研究圆柱绕流中粒子的优先聚集，发现无量纲沉降速度St/Fr²是控制空隙演化的主导参数，重力会改变粒子分布形态，揭示了尾迹动力学、粒子惯性与重力的共同作用机制。
2026-07-31 physics.flu-dyn
The high-Re far wake of a slender body and the effects of density stratification
采用混合模拟方法研究了细长体高雷诺数尾迹的湍流边界层特性。尾流发生器是一个6：1的长球体，基于直径$D$的雷诺数为$Re = 10^5$。本文首次研究了细长体尾流远场的非层化尾流向完全自相似状态的过渡。与钝体尾流不同，在近尾流中，流动不受旋涡脱落的支配。相反，回流区非常小，近尾流是准平行的，其特征在于存在宽带湍流。模拟表明，这些特殊性显着改变了尾流的衰减速率，并挑战了普遍性的概念-远离身体的所有湍流尾流以相同的速率衰减的想法。还研究了弗劳德数$Fr=U_\infty/ND=2$和$10$下尾流分层的影响。结果表明，浮力效应的发生取决于尾流发生器，并且远尾流保留了初始条件的信息。
2022-11-06 physics.flu-dyn
Towards eliminating the nonlinear Kelvin wake
本文用受迫 Kadometsev-Petviashvili 方程分析有限深水面运动局域强迫产生的非线性 Kelvin 尾流，并证明可通过选择强迫分布获得稳定、可实验观测的无波解。
2024-10-02 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Wake pattern and wave resistance for anisotropic moving objects
本文对各向异性运动扰动产生的重力波进行了理论研究。我们通过给定长宽比$\mathcal W$的椭圆压力场来模拟运动物体。我们研究了作为$\mathcal W$和纵向船体弗劳德数$Fr = V/\sqrt{gL}$的函数的尾流模式，其中$V$是速度，$g$是重力加速度，$L$是运动方向上的扰动大小。对于大的船体弗劳德数，我们分析表明，重新缩放的表面轮廓，其中$\sqrt{\mathcal W}/Fr$是保持不变的一致。特别是，角度以外的表面基本上是平坦的保持不变，等于开尔文角，和角度对应的波的最大振幅的比例为$\sqrt{\mathcal W}/Fr$，从而表明，以前的工作对各向同性物体的尾流的角度可以扩展到各向异性物体的给定的纵横比。然后，我们专注于波阻和讨论其性质的情况下，椭圆高斯压力场。我们推导出一个非常细长的物体的极限波阻的解析表达式，并表明，对应于最大波阻尺度的速度的位置为$\sqrt{gL}/\sqrt{\mathcal W}$。
2014-04-07 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Ship waves in the presence of uniform vorticity
开尔文勋爵关于船后的波浪在19 ° 28'的半角范围内的结果也许是表面波领域中最著名和最引人注目的结果。我们求解了存在恒定涡量S的剪切流时的线性船波问题，并表明开尔文角（尾流两侧各一个）以及尾流的其他方面密切依赖于“剪切弗劳德数”Frs=VS/g（基于长度g/S^2和船舶速度V），以及水流和船舶运动线之间的角度。在所有方向上，除了恰好沿剪切流方向外，都存在一个Frs临界值，超过这个值就不产生横波，并且在这个临界值处，全尾流角达到180 °。这种临界行为以前从有限深度的波中已知。对于侧向剪切，一个开尔文角可以超过90度。另一方面，当Fr >> 1时，最大波幅角的比例为1/Fr（Fr基于船舶尺寸），该比例实际上不受剪切流的影响。
2014-01-08 physics.flu-dyn
Wake dynamics of a square cylinder while moving upward in quiescent water
本研究通过实验和PIV技术揭示了方形圆柱体在静水中上升时尾流由持久反向旋转涡旋主导，环量对Froude数呈两区域依赖，卷吸增强源于旋转加剧而非涡旋面积扩大。
2025-11-02 physics.flu-dyn
Linear Kelvin Wave Predictions in the $z\to 0$ Limit
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文提出一种修正的扁船理论核，通过椭圆展开的跨度积分解决$z\to 0$极限下的不一致问题，实现有限的波能，并展示快速评估器在点和线核上的应用，提升计算效率。
2026-11-05 physics.flu-dyn
Vortex Shedding in the Wake of a Dual Step Cylinder
双级圆柱体由具有低纵横比（L/D）的大直径圆柱体（D）同轴地附接到小直径圆柱体（d）的中间跨度组成。本研究中提供的流体动力学视频用于说明Re = 2100、D/d = 2和0.2 < L/D < 3时展弦比对双阶圆柱尾迹发展的影响。此外，视频还提供了展向涡的相互作用、流向涡丝的发展和开尔文-亥姆霍兹滚柱的形成等流动现象的可视化。实验是在滑铁卢大学的水槽中进行的。采用氢气泡流场显示技术对每个圆柱体模型下游的旋涡结构进行了可视化。用高速Photron相机获得流的高分辨率图像，并使用Adobe Photoshop CS4进行后处理。结果表明，双台阶圆柱尾迹中存在大量的涡系。当1 < L/D < 3时，大、小圆柱在不同频率下发生展向涡脱落。然而，对于较小的L/D，大圆柱涡脱落停止，小圆柱涡在大圆柱尾迹中相互作用。
2012-10-12 physics.flu-dyn
Disk wakes in nonlinear stratification
密度分层的非线性调制浮力效应。我们报告的结果，从身体包括大涡模拟（LES）的非线性分层的尾流，特别是在基于直径的雷诺数（$Re$）为$5000$的圆盘。五个密度配置文件被认为是线性分层的基准和其他四个双曲正切配置文件模型的密度跃层。在这四种情况中的两种情况下，盘在密度跃层的中心核内移动，并且在具有{a}偏移密度轮廓的另外两种情况下，盘部分/完全移动到密度跃层之外。所有剖面的最大浮力频率（$N_{max}$）相同。研究的第一部分是对中心案例的调查。由于湍流产生的抑制减少以及密度跃层中的波浪捕获，不均匀分层导致相对于基准的尾流湍流增加。定常背风波也被量化，以了解线性理论的局限性。第二部分着重于密度跃层和盘之间相对移动的影响。在有位移的情况下，尾流缺陷速度衰减得更快。通过求解Taylor-Goldstein方程，得到了圆盘位置对Kelvin尾波（密度跃层内的一类定常波）及其模态的影响。还研究了由尾流产生的非定常内重力波族，并量化了圆盘位移的影响。
2022-08-26 physics.flu-dyn
Three-dimensional exponential asymptotics and Stokes surfaces for flows past a submerged point source
本文研究低Froude极限下潜没点源绕流的三维指数渐近问题，提出了一种可在三维空间计算Stokes曲面以划分无波区与有波区的方法，并能扩展至非线性物体情形。
2020-07-27 physics.flu-dyn
Altimetric measurements of rotating turbulence: cyclone-anticyclone asymmetry, inertial and Kelvin waves and spectral characteristics
本文介绍了旋转圆形容器内湍流的一系列新的实验结果。电磁力的作用是在恒定深度的流体层中诱导流动。研究了连续强迫流动和衰减流动。光学测高用于测量地面高度场的梯度，并获得具有高时间和空间分辨率的速度场和涡度场。流场的谱分析表明，尽管能量和涡度拟能的谱通量在这些区间内并不均匀，但仍形成了具有能量和涡度拟能区间的双重级联。能量间隔的特征在于波数的斜率约为-5/3，并且在范围上受到变形效应的有限半径的限制。在涡度拟能范围内，由于存在长寿命的相干涡，斜率比-3更陡。流场谱通量的空间分布表明，能量逆传递和涡度拟能正传递主要发生在拉长的涡度斑片中。在我们的流动中观察到有利于反气旋的气旋/反气旋不对称性。在湍流的衰减阶段，反气旋的优势最为明显。反气旋保持圆形，而气旋性涡度被拉伸成细长的斑块。测量结果表明，涡量分布的偏斜度随流动的佛劳德数的增大而增大。惯性波和开尔文波在我们的实验中被检测到，他们的特点进行了分析，对适当的频散关系。
2013-04-10 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Surface wakes on ultra-soft solids
School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学工程与应用科学学院）；Departments of Physics and Organismic and Evolutionary Biology, Harvard University（哈佛大学生物物理与进化生物学系）
研究通过实验和理论分析，揭示了超软固体表面在特定扰动下的涡流现象，建立了连接流体和固体表面波物理的软涡流区域。
2025-11-25 cond-mat.soft physics.class-ph physics.flu-dyn
Internal gravity waves in flow past a bluff body under different levels of stratification
本文采用大涡模拟研究了圆盘钝体在分层环境中水平运动的流场，发现通过包含分离区的等效物体线性理论分析可准确预测背风波，并揭示了不同 Fr 和 Re 下尾迹波能量的主导地位转变与普适性统计特征。
2024-08-26 physics.flu-dyn
Quantum wakes in lattice fermions
在水中跟随船只的尾流是运动物体的一种标志性干扰效应，并且如开尔文勋爵所描述的，包含在恒定的万向角内。然而，在其他情况下，甚至在格子系统中，尾流可能伴随着不同类型的运动扰动。在这里，我们调查的影响，费米格子气的超冷原子的运动扰动和分析的新类型的唤醒模式可能发生。我们展示了如何在半填充，尾流角占主导地位的跳跃能量的扰动速度的比率和相对于晶格方向的运动的角度。此外，我们还研究了运动粒子探测器与运动势或运动粒子提取器的尾流之间的差异。我们表明，这些情况下表现出显着不同的行为在半填充，与“测量尾流”以下的理想化的检测器消失，虽然检测器的运动仍然留下了痕迹，通过“波动尾流。“最后，我们讨论了在超冷费米子原子的光晶格中观察我们预测的实验要求。
2021-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas 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
Vortex wake patterns in superfluid $^{4}He$
本文研究超流体 $^{4}He$ 中量子化涡旋环激发的干涉，预测匀速运动源产生的涡旋尾流随速度呈现类似 Kelvin 船舶尾流的结构变化。
2023-10-17 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Bouncing behaviour of a particle settling through a density transition layer
本研究通过实验和数值模拟探讨了粒子在三层分层流体中沉降时的弹跳行为，发现尾流脱离后产生的向上射流是引发弹跳的必要条件，且该行为主要由下雷诺数决定。
2023-01-12 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of supersonic boundary layers over a microramp: effect of the Reynolds number
本文通过最高 Reτ=2000 的 DNS 研究微型斜坡超声速湍流边界层，揭示尾流与激波结构及显著 Reynolds 数效应。
2023-05-17 physics.flu-dyn
Linear modal instabilities around post-stall swept finite-aspect ratio wings at low Reynolds numbers
本文用数值方法研究了在雷诺数为400时，在展弦比为4和8的两个机翼上，在一定迎角和后掠角范围内，有限翼展非锥形机翼上流动的线性模态不稳定性。底流是通过直接数值模拟产生的，将非定常不可压缩三维纳维-斯托克斯方程推进到定常状态，或使用选择性频率阻尼获得定常线性不稳定流。本文首次用谱元时间步进解算器识别了后掠机翼的三维非稳定线性整体模态。机翼几何形状和流动参数对这些模式的影响已被详细研究。发现增大迎角会使流动不稳定，而增大后掠角则有相反的效果。在非后掠机翼上，TriGlobal分析表明，最不稳定的整体模态峰值出现在尾流的中翼展区域;随着后掠的增加，模态结构的峰值向翼尖移动。然后，采用数据驱动分析来研究机翼几何形状和流动条件对非线性尾迹的影响。在非后掠机翼上，小迎角时的主导模态是类似开尔文-亥姆霍兹不稳定性，在性质上类似于相同条件下无限翼展机翼的整体模态。在大迎角和中等后掠角时，主要模态是称为干扰模态的结构。在大后掠角时，这种模态在大展弦比机翼上演变成细长的流向涡，而在较短机翼上，它变得与叶尖涡不稳定性难以区分。
2021-02-08 physics.flu-dyn
