Bounds on Surface Stress Driven Shear Flow
背景方法适用于推导严格的限制表面速度和整体能量耗散的剪切应力驱动流在二维和三维通道。分析的副产品是具有剪切应力边界条件的平面Couette流的非线性能量稳定性结果：当所施加的应力由无量纲Grashoff数$Gr$衡量时，能量稳定性的临界$Gr$在二维中为139.5，在三维中为51.73。我们推导出摩擦力的上界（也称为摩擦力）。耗散）系数$C_f = τ/\bar{u}^2$，其中$τ$是所施加的剪切应力，$\bar{u}$是流体在表面的平均速度，适用于较高$Gr$的流动，包括发展的湍流：二维的$C_f le 1/32$和三维的$C_f \le 1/8$。这种分析严格证明了以前计算的数值估计。
2013-10-17 physics.flu-dyn
Reynolds stress scaling in the near-wall region
该研究推导了壁面约束流动近壁区雷诺应力的新标度律，得到与雷诺数无关的应力分布，明确了壁面切应力波动的作用与大涡对近壁湍流雷诺数依赖性的决定机制。
2021-03-12 physics.flu-dyn
On the inverse problem for two-component unsteady wall shear rate measurements: Application to the electrodiffusion method
瞬时的二维壁剪切速率进行评估，通过一个反问题使用的质量传递数据从一个三段电扩散探针。该方法在复杂的流动条件下进行了数值验证，包括（i）壁面剪切速率大小和方向上的高振幅周期性波动和（ii）来自湍流三维通道流的直接数值模拟（DNS）数据。该方法被证明优于所有其他后处理可用于传质传感器，特别是关于其多功能性和应用范围。的三段探针间隙的大小的影响也研究数值。
2017-09-13 physics.flu-dyn
A model for Reynolds-dependent linear instability in wall-bounded shear flows
该研究针对壁面剪切流的线性不稳定性问题，提出带显式雷诺数依赖的Robin型边界条件，得到与经验观测一致的不稳定性雷诺数范围，并给出近壁涡动力学层面的物理解释。
2025-03-21 physics.flu-dyn
Signature of Pressure Gradient History on Wall Shear Stress in Turbulent Boundary Layers
本文通过实验研究顺逆压力梯度序列对湍流边界层壁面切应力的历史效应，发现上游顺压力梯度对下游逆压力梯度区域具有持久影响，且该效应在低雷诺数下更显著。
2025-07-01 physics.flu-dyn
Two-component instantaneous wall shear rate measurements in reversing flows
二维反演算法的验证实验是在脉冲Poillille流中进行的，该流暴露出剪切反转相。该方法适用于三段电扩散（ED）探头，建议一个特定的无量纲化过程，允许更好地链接测量从一个真正的ED探头的建模的反问题。这种方法提供了一个良好的协议，从激光多普勒测速仪（LDA）测量获得的双组分壁剪切速率，从而验证ED探头处理高振幅非定常流的能力。在探针附近的经典线速度近似（$u=sy$）也在这样的流动进行了研究。
2017-10-16 physics.flu-dyn
Consistency between the attached-eddy model and the inner-outer interaction model: a study of streamwise wall-shear stress fluctuations in a turbulent channel flow
内外相互作用模型（Marusic，Mathis & Hutchins，Science，vol.329，2010，193-196）和附着涡模型（Townsend，Cambridge University Press，1976）分别是描述多尺度湍流相互作用和高雷诺数壁边界湍流对数区域中含能运动组织的两个基本模型。本文将附加描述与附壁涡模型耦合，描述了附壁涡引起的流向壁面剪切脉动的产生过程。然后，借助于内外相互作用模型，分离了槽道湍流中由附着涡产生的流向壁面切应力脉动。通过对这两个模型的统计数据进行直接比较，可以看出它们是一致的，并且可以相互补充。同时，通过验证强自相似性和扩展自相似性的有效性，进一步证明了附加涡的叠加严格遵循一个可加性过程。此外，我们提出了一个高斯模型来表征瞬时分布的流向壁面切应力，从附着涡叠加。这些研究结果对发展先进的壁面降阶模型具有重要意义。
2022-05-16 physics.flu-dyn
The multi-scale nature of Wall shear stress fluctuations in turbulent Rayleigh-Benard convection
本文报道了在一个直径2.5 m、高2.5 m的瑞利-贝纳德（RB）室的加热底板上，对空气中的湍流Rayleigh-Benard（RB）对流在很长时间尺度（$\ge$ 1900自由落体时间单位）上的壁面剪应力波动的测量结果。新型传感器同时捕获壁面剪应力矢量$\boldsymbolτ(t)$的大小和方向的波动，具有高分辨率的慢气流。结果表明，持续的翻滚型结构，这是在一个双稳态，因为它有规律地振荡的时间尺度，与典型的涡流周转时间的平均取向。平均取向可以持续几乎数百个涡流周转，直到这种结构的重新取向的形式，一个缓慢的进动设置，而一个临界弱化的平均壁面剪应力的大小-分别平均风-被观察到。流向壁面剪应力$τ_x$沿平均风向的湍流脉动幅值呈现高度偏态的Weibull分布，而在较大时间尺度上的脉动则服从对称的高斯分布。极端事件，如负$τ_x$的局部流动逆转恢复为罕见的事件，并与壁面剪应力矢量的快速角扭转。这些事件-与表面摩擦力场的临界点相关-与两种概率分布中尾部信号的重合相关。
2019-01-19 physics.flu-dyn
Lift and drag forces acting on a particle moving in the presence of slip and shear near a wall
通过直接数值模拟研究了单壁流动中球形小颗粒有限滑移运动时所受的升力和阻力。滑移速度对颗粒力的影响作为分离距离的函数进行了分析，对于低滑移和剪切雷诺数（$10^{-3} \leq Re_γ, Re_{\text{slip}} \leq 10^{-1}$）在静态和线性剪切流。根据模拟结果，建立了适用于任意颗粒壁面间距和$Re_γ, Re_{\text{slip}} \leq 10^{-1}$的广义升力模型。所提出的模型现在可以预测的升力在线性剪切流中的存在或不存在的滑移，并在静态流时，滑移存在。现有的阻力模型也进行了比较，静态和线性剪切流的数值结果，以确定哪些模型捕捉近壁滑移速度最准确的低颗粒雷诺数。最后，我们比较了建议的升力模型的结果，以前的实验结果的浮力颗粒和中性浮力（无力）的颗粒在静止和线性剪切流中移动到壁附近的数值结果。提出的广义升力模型可用于预测生物和工业流中颗粒悬浮液的行为，其中基于滑移和剪切的颗粒雷诺数为$\mathcal{O}(10^{-1})$及以下。
2020-08-13 physics.flu-dyn
The near-wall cycle for skin-friction generation revealed through explainable deep learning
Instituto Universitario de Matemática Pura y Aplicada, Universitat Politècnica de València（纯数学与应用数学大学研究所，瓦伦西亚理工大学）；Department of Aerospace Engineering, University of Michigan（密歇根大学航空航天工程系）
该研究通过可解释深度学习训练神经网络预测湍流通道流的速度与切应力，结合SHAP揭示近壁成对结构的循环演化，重新定义了壁湍流近壁相干结构。
2026-08-21 physics.flu-dyn
Navier-Stokes-driven analysis of mean and fluctuating wall shear stress in turbulent channel flow
CNRS（法国国家科学研究中心）
本文提出基于纳维-斯托克斯方程分析湍流通道流中平均和脉动壁面剪应力的方法，揭示了湍流生产与扫过现象对剪切加速度协方差的影响。
2026-02-04 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
Acoustic microstreaming and shear stress produced by the interaction of an oscillating gas bubble with a viscoelastic particle
本文建立解析理论描述振荡气泡与粘弹性颗粒相互作用产生的声微流，无参数比值限制，通过计算实例验证理论能力，发现颗粒表面剪切应力远高于Nyborg公式预测的刚性壁面结果。
2025-02-11 physics.flu-dyn
Gas near a wall: a shortened mean free path, reduced viscosity, and the manifestation of a turbulent Knudsen layer in the Navier-Stokes solution of a shear flow
对于固体平面壁面附近的气体，在分子自由飞行入射方向均匀分布的假设下，我们提出了分子平均自由程随离壁面距离变化的标度公式。随后，我们施加相同的缩放到附近的气体的粘度的壁，并计算的Navier-Stokes解的剪切流的速度平行于壁。该解显示了与氩和氮的相应直接模拟蒙特卡罗计算一致的克努森速度边界层。我们还发现，建议的平均自由程和粘度缩放设置的二阶导数的速度为无穷大的壁边界的流域，这表明，气体流动是正式湍流内的Knudsen边界层附近的壁。
2017-03-21 physics.flu-dyn
A total-shear-stress-conserved wall model for large-eddy simulation of high-Reynolds number wall turbulence
本文针对壁模型大涡模拟中的对数层失配问题，提出总剪切应力守恒框架并据此修正SGS涡粘性模型，在高雷诺数下以较低网格分辨率实现了对表面摩擦和低阶湍流统计量的稳健预测。
2024-11-19 physics.flu-dyn
Recovery of the wall-shear stress to equilibrium flow conditions after a rough-to-smooth step-change in turbulent boundary layers
本文研究了湍流边界层粗糙到光滑突变后壁面切应力的恢复，发现粘性区域立即恢复平衡，缓冲区及更远区域需数个边界层厚度，且速度剖面估计会低估切应力，导致文献恢复长度存在分歧。
2023-08-03 physics.flu-dyn
Bubble impact on a tilted wall; removing bacteria using bubbles
通过实验和计算方法研究了气泡撞击和滑动倾斜表面的动力学行为。\textcolor{blue} {具体地，计算了在壁上产生的剪切应力，并与细菌粘附力进行比较，以评估潜在的消毒功能。在实验中，气泡壁相互作用的特点是几个不同的壁角。数值求解了包括浮力、流体动力学惯性力、阻力、升力和薄膜力在内的力平衡方程，确定了气泡的运动。结果表明，壁面倾角越大，剪切应力越大。当单个气泡撞击并擦洗倾斜壁时，最大剪切应力高达300 Pa以上。我们发现，这样高的剪切应力是由于在弹跳阶段期间薄膜曲率的快速变化（翻转气泡/水界面）。之后，在滑动阶段，在较长时间内产生高达约45 Pa的较小剪切应力。我们还表明，在弹跳和滑动阶段产生的剪切应力足够高，以从表面去除细菌，作为从倾斜表面去除细菌的潜在方法。
2018-10-26 physics.flu-dyn
Rheology of dense fiber suspensions: Origin of yield stress, shear thinning and normal stress differences
我们解释了刚性纤维悬浮液中屈服应力、剪切稀化和法向应力差异的起源。我们调查的流体动力学，胶体的吸引力和排斥力，和纤维间的接触相互作用之间的相互作用。由计算模型得到的剪切稀化粘度和有限屈服应力与文献中的经验结果定量一致。在这项研究中，我们表明，有吸引力的相互作用的结果在刚性纤维的悬浮液中的屈服应力和剪切稀化流变学。考虑到有关纤维悬浮液屈服应力起源的持续讨论，这是一个重要的发现。所提出的模型定量预测流变学的能力不仅限于剪切稀化和屈服应力，而且还延伸到法向应力。
2022-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Wall Orientation and Shear Stress in the Lattice Boltzmann Model
血管壁切应力是临床诊断动脉疾病的重要参数。格子Boltzmann方法是一种易于并行化的求解流动问题的数值方法，但它存在边界附近速度场的误差，从而导致由速度计算的壁面剪应力和法向矢量的误差。在这项工作中，我们提出了一个简单的公式来计算壁面剪应力的格子玻尔兹曼模型，并建议计算壁法线，这是必要的计算壁面剪应力，通过采取加权平均的边界面躺在附近的壁元素。我们进行了几次测试，并观察到在二维和三维的其他方法的计算法向量的准确性增加。使用该方案，我们计算的壁面剪应力在倾斜和弯曲的通道流体流动，并示出一个较小的影响正常的数值误差，这意味着，主要的错误是由于损坏的速度场附近的楼梯边界。最后，我们使用我们的方法计算在人体腹主动脉在稳定条件下的壁面剪应力，并将结果与标准的有限体积求解器和文献中的实验数据进行比较。我们的想法在一个简化的协议在医疗应用中的数据预处理的应用进行了讨论。
2012-03-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dynamic feedback control through wall suction in shear flows
流动控制在许多开口和壁面剪切流中是有意义的，以减少阻力或避免可能导致材料破坏的突然大波动。一种既定的控制方法是通过多孔壁施加吸力。在这里，我们结合吸力与反馈策略，从而调整吸力速度响应于在底壁处的动能或剪切应力。然后使用的控制程序，试图稳定不变的解决方案，并进行直接的数值模拟与规定的摩擦系数值。
2019-09-22 nlin.CD physics.flu-dyn
Stress fluctuations and shear thickening in dense granular suspensions
我们实验研究了硅油中颗粒的流变性和应力波动。我们发现，无论是增稠强度和应力波动显着减弱与石油粘度$η_0$。我们的流变学结果的Wyart-Cates模型描述不同的动态堵塞状态的比较表明，从摩擦接触润滑的相互作用作为$η_0$增加。为了阐明粘性相互作用对流变学的贡献，我们系统地测量了各种流动状态下的应力波动。用$η_0$减少应力波动表明，强润滑层极大地抑制了颗粒之间的力相关性。测量应力波动在强剪切增稠制度，我们观察到一个交叉从不对称伽马对称高斯分布和与之相关的横向（径向）相关长度$ξ$随着剪切速率的增加而减少。
2019-10-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A deep learning approach to wall-shear stress quantification: From numerical training to zero-shot experimental application
AI Institute in Dynamic Systems, Department of Mechanical Engineering, University of Washington（动态系统人工智能研究院，机械工程系，华盛顿大学）；Engler-Bunte-Institut, Simulation of Reacting Thermo-Fluid Systems, Karlsruhe Institute for Technology（Engler-Bunte研究所，反应热流体系统模拟，卡尔斯鲁厄技术学院）
本文提出一种深度学习代理模型，从湍流对数层速度场直接预测二维壁面剪应力场，并在数值模拟数据上训练后实现对PIV实验速度场的零样本应用，为实验壁面剪应力测量提供了新途径。
2024-09-05 cs.AI physics.flu-dyn
Uncovering wall-shear stress dynamics from neural-network enhanced fluid flow measurements
University of Washington（华盛顿大学）
本研究提出一种结合物理知识的深度光流估计方法，从流体测量中高时空分辨率地推导速度场和壁面剪应力场，并通过合成与真实实验数据验证了其有效性和物理正确性。
2023-10-18 cs.AI physics.flu-dyn
Viscometric flow of dense granular materials under controlled pressure and shear stress
本研究利用离散元法模拟，探讨在外部剪应力与压力作用下，密实颗粒物料的流动。在这种方法中，允许材料沿所有周期性方向应变，并响应于内部应力状态和外部施加应力之间的不平衡来调整其固体体积分数。通过系统地改变外部剪切应力和压力，稳态流变响应模拟：（1）率无关的准静态流;（2）率相关的惯性流。模拟的流动是具有不可忽略的第一和第二法向应力差的粘度。在惯性流中，两个法向应力差均为负值，而在准静态流中，第一个法向应力差由负值变为略正值，第二个法向应力差趋于零。第一个法向应力差出现从一个第二列接触织物张量和应变率张量之间的流动平面的同轴性缺乏，而第二个法向应力差是链接到一个过剩的接触在剪切平面相比，涡度方向。一个通用的流变学模型的二阶（应变率张量），提出来描述这两种类型的流，和模型校准的各种值的颗粒间摩擦模拟近单分散球体。该模型采用了正常的应力差异，在这两个制度的流动，并提供了一个完整的粘度稳定的致密颗粒流的描述。
2020-11-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Numerical simulations of a sphere settling in simple shear flows of yield stress fluids
我们进行了$3$ D数值模拟，研究了在具有弱惯性的屈服应力流体中存在和不存在简单的交叉剪切流的情况下单个球体的沉降。在我们的模拟中，沉降流被认为是主流，而线性交叉剪切流是具有主流的振幅$10\%$的二次流。为了研究载流流体的弹塑性对球体阻力及流体动力学的影响，采用\cite{saramito2009new}提出的弹粘塑性（EVP）本构关系对载流流体进行了建模。额外的非牛顿应力张量是完全耦合的流动方程和固体颗粒表示的浸没边界（IB）方法。我们的结果表明，前后不对称的速度是不太明显，负尾流消失时，施加线性横向剪切流。我们发现，在剪切屈服应力流体中的球沉降的阻力显着减少相比，否则静止的流体。更重要的是，由于简单剪切流和均匀流之间的非线性耦合，在存在二次剪切流时，球阻力不能由纯沉降阻力定律导出。最后，我们表明，在较高的材料弹性，主要是由于形式和粘性阻力的减少，在剪切屈服应力流体中的球体上的阻力减少。
2020-05-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear-Improved Smagorinsky Model for Large-Eddy Simulation of Wall-Bounded Turbulent Flows
基于Toschi等人（2000）关于壁面湍流剪切效应的最新研究结果，引入了剪切改进的Smagorinsky模型。Smagorinsky涡粘性修正减去的瞬时分辨应变率张量的大小的平均剪切的大小。在两种不同雷诺数下，对平面通道流动进行了大涡模拟，并对该亚网格模型进行了检验。与动态Smagorinsky模型和直接数值模拟，包括平均速度，湍流动能和雷诺应力分布的第一个比较，是非常令人满意的。所提出的模型，除了是物理上的声音，具有较低的计算成本，并具有较高的潜力，推广到更复杂的非均匀湍流。
2006-06-01 nlin.CD physics.flu-dyn
Structure of propagating high stress fronts in a shear thickening suspension
我们报告直接测量的剪切增稠玉米淀粉悬浮液的边界处的空间分辨应力揭示持久的高局部应力在流动方向上的顶部边界的速度传播的区域。这些传播前沿的持久性使得能够精确测量它们的结构，包括边界应力显微镜（BSM）测量的边界应力分布和粒子图像测速仪（PIV）测量的悬浮液底部边界处的粒子的非仿射速度。此外，我们直接测量颗粒相和悬浮流体之间的相对流动（流体迁移），并发现迁移是高度本地化的前沿和改变方向的前沿，表明前沿是由一个局部区域的高澄清剂压力和低颗粒浓度。流量的大小表明，驱动流体迁移的孔隙压差与剪切增稠开始的临界剪切应力相当。传播前沿完全解释了流变仪所报告的粘度随施加应力的增加，并且与与系统的一个边界接触的稳定堵塞区域的存在一致，该系统的一个边界产生跨越流变仪板之间的间隙并产生强局部澄清剂压力的膨胀摩擦接触的传播网络。
2022-03-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Integration through transients for inelastic hard sphere fluids
本文计算了在一般剪切速率和密度下，非弹性硬球在定常剪切流中的流变特性。从微观动力学出发，我们概括了通过瞬态（\textsc{itt}）形式主义的耗散，随机驱动的颗粒状粒子的流体的集成。应力松弛函数计算近似模式耦合理论-基于物理图像，剪切松弛是由缓慢的结构松弛为主，接近玻璃化转变。稳态剪切应力的瞬态积累，从而追溯到瞬态密度的相关性计算自洽模式耦合理论。玻璃化转变是由屈服应力的出现和牛顿粘度的发散，表征线性响应的信号。对于与结构弛豫时间相当的剪切速率，应力变得与剪切速率无关，并且我们观察到剪切变稀，而对于最大的剪切速率，Bagnold缩放，即，恢复了剪切应力随剪切速率的二次增加。流变性能是定性相似的所有值的$\varepsilon$，恢复的恢复系数，但是，应力的大小以及剪切变稀和增稠的范围显示出显着的非弹性依赖。
2020-02-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Yield stress and other flow and wall slip parameters of viscoplastic fluids from steady torsional flow
粘塑性流体普遍存在的壁面滑移行为使得分析其稳态扭转流动数据以确定其屈服应力和其剪切粘度材料函数的其他参数具有挑战性。可以使用粗糙化表面以防止壁滑移，但是这样的方法经常导致样品破裂。相反，它在这里示出的屈服应力的粘塑性流体可以确定从扭矩与表观剪切速率数据的稳定扭转流使用一个单一的间隙。粘塑性流体的扭矩与表观剪切速率数据的斜率的阶跃变化标志着流体的屈服应力。为了证明，粘塑性悬浮液的剪切粘度和表观壁滑移行为的早期表征参数[He等人，J. Rheology，63，19（2019）]用于获得每个转速下的剪切应力分布和扭矩。屈服应力，确定从扭矩与表观剪切速率的数据，可以通过使用第二种方法依赖于壁滑移速度与壁速度的比较进行验证，而在同一时间，使其他参数的剪切粘度材料函数的粘塑性流体的确定。
2021-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pressure shifts in pulsatile shear: A microfluidic method to probe the normal stress response of complex fluids
University of Porto（波尔图大学）
本文通过微流体方法研究复杂流体在脉动剪切下的法向应力响应，揭示了压力偏移与流体分子量之间的标度关系。
2026-01-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Loss of solutions in shear banding fluids in shear banding fluids driven by second normal stress differences
边缘断裂是非牛顿流体中常见的断裂形式。在经历剪切带的流体的自由表面处经常报告类似的不稳定性，并导致样品的排出。本文通过平衡表面张力和在两个剪切带中引起的第二法向应力，同时要求连续光滑的弯月面，计算了这种剪切带流体的自由表面畸变。我们发现，蠕虫状胶束通常保留弯月面的完整性时，剪切带，但在某些情况下，可以失去完整性的范围内的平均施加的剪切速率，在此期间，人们预计剪切带。这种弯月面破裂将导致样品在剪切带区域被扫过时喷射。我们进一步表明，纠缠的聚合物解决方案预计将显示断裂的倾向，因为它们的第二个更大的正常应力。这些计算与文献中的可用数据一致。我们还估计了一个三带配置的弯月面畸变，已经观察到在一些蠕虫状胶束溶液中的锥板几何形状。
2011-07-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
The dynamics of a capsule in a wall-bounded oscillating shear flow
本文用加速边界积分方法研究了初始球形胶囊在壁面振荡剪切流中的运动。采用neo-Hookean模型作为胶囊膜的本构关系。当施加的剪切的振荡周期是弹性膜的弛豫时间的顺序时，观察到最大的壁正常迁移;因此，最佳毛细管数与振荡频率的倒数成比例，并且在高频振荡的限制下，该比率与理论预测一致。迁移速度随剪切频率和囊壁距离的增大而单调减小。我们报告了一个显着的相关性胶囊横向迁移和正常的应力差异引起的流动。胶囊变形的周期性变化与迁移速度和正应力差的周期性变化大致同相，其频率为施加剪切的两倍。当变形受到沿相同方向施加剪切的时间限制而不是受到膜可变形性限制时，在达到较高毛细管数的平台之前，最大变形随膜弹性线性增加。膜的最大变形的比例作为到壁的距离的1/3的权力观察胶囊和液滴在近壁稳定剪切流。
2015-07-18 physics.bio-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Macro-scale Topology Optimization for Controlling Internal Shear Stress in a Porous Scaffold Bioreactor
切应力是调控细胞增殖、迁移和形态发生的重要物理因子。特别地，血管的稳态依赖于剪切应力。为了离体模拟这一过程，已经努力在生长因子的存在下和在脉动流条件下用血管和其他细胞类型接种支架。然而，所得到的生物反应器缺乏关于支架内的剪切应力和流动分布的信息。因此，很难解释剪切应力对细胞功能的影响。这些知识将使研究人员能够改进细胞培养方案。最近的工作集中在优化支架的微观结构参数，以微调剪切应力。在这项研究中，我们采用了一种不同的方法，使流动在整个生物反应器中沿着多孔支架中的通道重新定向，以产生剪切应力分布，该分布针对以目标值为中心的均匀性进行了优化。为此，设计了一种与计算流体动力学模拟相结合的拓扑优化算法。使用遗传算法和模糊逻辑的组合，在多孔支架的通道拓扑结构是不同的。该方法通过使用流场的磁共振成像（MRI）读数的实验进行了验证。
2012-01-09 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Influence of pulsatile blood flow on allometry of aortic wall shear stress
剪切应力在动脉粥样硬化的形成和发展中起着重要作用。体内测量和外推的关键要素是剪切应力对体重的依赖性。在血流的Poiffille模型的情况下，P.Weinberg和C.研究人员已经表明，主动脉内皮上的剪切应力与体重的$-\frac{3}{8}$次方一样变化，因此小鼠的剪切应力比人高20倍。然而，通过考虑一个更生理振荡Poistuille + Womersley组合流在主动脉中，我们表明，结果显着不同：在较大的群众（$M>10 \ kg$）剪切应力随着体重的权力$-\frac{1}{8}$和修改的人与小鼠的比例为1：8。异速生长和剪切应力的时间梯度值也发生变化：在较大的质量下，$\partialτ/\partial t$变化为$M^{-3/8}$而不是$M^{-5/8}$，人与小鼠的比例为1：150变为1：61。最后，我们证明了血流的不稳定成分不影响峰值速度对体重的恒定异速生长：$u_{max} \propto M^{0}$。这项工作扩展了我们对血液动力学参数对体重的依赖性的认识，并为更精确地将体内测量结果外推到人类和更大的哺乳动物铺平了道路。
2018-02-18 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.TO
Strain localization in planar shear of granular media: the role of porosity and boundary conditions
剪切带中的剪切应变局部化与速度弱化不稳定性和地震有关。在这里，我们模拟稳态平面剪切流动的数值粒状材料（凿），限制在平行表面之间。恒定剪切应力和恒定应变率边界条件进行了测试，这两种类型的边界条件被发现产生不同的速度剖面和摩擦定律。惯性数$I$对层的行为具有最大的控制作用，但在常应力边界条件下，观察到摩擦对层的正应力和厚度的额外依赖性。我们发现，剪切带本地化，这是目前在准静态政权（$I<10^{-3}$）在速率控制剪切，应力控制加载下是不存在的。在后一种情况下，当宏观摩擦系数接近准静态摩擦值时，流动停止。在较高惯性数（$I>10^{-3}$）下出现的惯性区域与分布剪切、摩擦和孔隙度相关，所述分布剪切、摩擦和孔隙度随剪切速率增加（速率强化区域）。常应力边界条件下的剪切产生的惯性，分布剪切，但从来没有准静态，局部变形的发现是合理的，基于低波动的剪切力在颗粒接触应力控制加载。通过检查孔隙度内和外的剪切带，我们还提供了一个机械的原因，准静态和惯性剪切之间的过渡与本地化和分布式应变之间的过渡相一致。
2021-11-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Shear flow of dense granular materials near smooth walls. I. Shear localization and constitutive laws in boundary region
我们报告一个简单的二维模型的颗粒材料的剪切流的数值研究控制的正应力之间的两个平行的光滑，摩擦壁，以相反的速度$\pm$ V移动。离散模拟，这是在密集的磁盘组件的接触动力学方法进行的，揭示了，不像粗糙的壁由颗粒的股，光滑的可以导致剪切应变局部化的边界层。具体地说，我们观察到，当V减小时，首先是类流体状态（A），其中整个颗粒层被剪切，除壁附近外具有均匀的应变率;然后是（B）对称的速度分布，中间有一个固体块，应变集中在壁附近，最后是（C）对称性破缺的状态，其中剪切速率被限制在一个边界层，而大部分材料与相对的壁一起移动。这两种转变都与系统大小无关，并且发生在特定的V值下。瞬态时间进行了讨论。我们发现，第一个过渡，制度A和B之间，可以推导出本构关系确定的散装材料和边界层，而第二个可能与不稳定的行为的边界层。边界区本构关系，但是，观察到取决于附近的散装材料的状态。
2012-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.class-ph
A structured input-output approach to characterizing optimal perturbations in wall-bounded shear flows
这项工作建立在最近的工作，利用结构奇异值的概念，捕捉非线性相互作用的壁有界剪切流的分析。在这种情况下，结构化的不确定性可以解释为最有可能被放大的流动结构（最佳扰动）。在这里，我们进一步分析这些扰动通过一个问题的重新表述，分解成三个组件与流向，壁面法线和展向速度相关性的不确定性。然后，我们证明了这些相关性的结构特征是一致的非线性最优扰动和次级稳定性分析与流向条纹的结果。这些结果表明，结构化的输入输出分析的潜力，以获得洞察到线性和非线性行为，可用于通知过渡壁有界剪切流的传感和控制策略。
2023-03-18 cs.SY eess.SY physics.flu-dyn
Shear Stress Distribution Prediction in Symmetric Compound Channels Using Data Mining and Machine Learning Models
Institute of Structural Mechanics, Bauhaus Universität-Weimar（魏玛包豪斯大学结构力学研究所）；Sari agricultural science and natural resources university（萨里农业科学与自然资源大学）；Idaho State University（爱达荷州立大学）；Oxford Brookes University（牛津布鲁克斯大学）；Obuda University（欧布达大学）；Bu-Ali Sina University（布阿里·西纳大学）
明渠剪应力分布预测是水工建筑物工程中的一个重要问题，直接影响到稳定渠道的设计。本研究首先进行了一系列的实验测试，以评估棱柱形复合流道的剪应力分布。在亚临界和超临界条件下，测量了不同漫滩宽度和不同水深条件下复合河道全湿周切应力值。一组数据挖掘和机器学习模型，包括随机森林（RF），M5P，随机委员会（RC），KStar和加法回归模型（AR），对获得的数据进行预测复合通道中的剪切应力分布。结果表明，在这五种模型中，RF方法的结果最精确，R2值最高，为0.9。最后，本研究中最强大的数据挖掘方法（RF）与Shiono和Knight方法（SKM）和Shannon方法的两个著名的分析模型进行比较，以获得所提出的模型功能在预测剪应力分布。结果表明，RF模型具有最好的预测性能相比，SKM和香农模型。
2019-12-20 cs.LG physics.flu-dyn stat.ML
Stress Overshoots in Simple Yield Stress Fluids
柔软的玻璃状材料，如蛋黄酱、湿粘土或致密的微凝胶，在外部剪切下显示固体到液体的转变。这种剪切诱导的转变通常与非单调应力响应相关联，其形式为称为“应力过冲”的应力最大值。这种普遍存在的现象的特征在于应力$σ_\text{M}$和应变$γ_\text{M}$的最大值的坐标，两者都以所施加的剪切速率的弱幂律增加。在这里，我们合理化这样的幂律缩放使用连续模型，预测两个不同的制度在低和高的应用剪切速率的限制。相应的指数直接与稳态流变学，都与成核和生长动力学的流化区域。我们的工作提供了一个一致的框架，预测瞬态响应的软玻璃材料启动后的剪切从局部流动行为的全球流变学观测。
2021-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear-density coupling for a compressible single-component yield-stress fluid
从流体力学的角度研究了单组分屈服应力流体的流动特性。该模型的一个基本组成部分是通过Herschel-Bulkley型本构模型的密度和速度梯度的波动之间的耦合。着重于低剪切速率和高密度的限制，该模型很好地近似-但不限于-轻轻剪切的硬球胶体玻璃，其中溶剂的影响可以忽略不计。的线性化流体动力学方程的波动和由此产生的立方色散关系的详细分析揭示了存在的密度和剪切速率的范围内不断增长的流动异质性。在这种情况下，在初始瞬态之后，速度和密度场单调地达到空间不均匀的静止轮廓，其中高剪切速率和低密度的区域与低剪切速率和高密度的区域共存。因此，通过剪切诱导的密度不均匀性增强和通过过阻尼声波的松弛之间的竞争来维持稳定状态。力学平衡条件的分析提供了一个标准的稳定状态的解决方案的存在。详细讨论了系统的动态演化的各种边界条件，施加恒定的速度，剪切速率，或在墙壁上的应力。
2018-05-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Post-processing techniques of 4D flow MRI: velocity and wall shear stress
由于四维流动磁共振成像（4D Flow Magnetic Resonance Imaging，MRI）得到的原始速度场包含大量的噪声和误差，可用无发散平滑（Divergence-free Smoothing，DFS）方法对4D流动MRI数据进行去噪、去误差、修正缺失数据，最终得到平滑后的流场。然而，传统的DFS方法不具备处理近壁区域流动的能力，尤其是在满足无滑移边界条件时。因此，在本研究中，一个改进的DFS方法与特定的近壁处理，介绍了处理与4D流动MRI内流与弯曲的壁边界的血液流动。另一方面，由于4D血流MRI的分辨率较低，通常会低估近壁区域的速度梯度。因此，需要一个特殊的壁面函数来精确计算壁面剪应力（WSS）。
2019-12-08 cs.CE physics.bio-ph physics.flu-dyn
Machine Learning versus Mathematical Model to Estimate the Transverse Shear Stress Distribution in a Rectangular Channel
Jundi-Shapur University of Technology（琼迪沙普尔理工大学）；Bauhaus Universität-Weimar（包豪斯大学魏玛校区）；Norwegian University of Life Sciences（挪威生命科学大学）；Obuda University（欧布达大学）
矩形渠道中床面剪应力和壁面剪应力横向分布的可靠性估算是水利工程中的重要课题之一。本文利用Tsallis熵、遗传规划和自适应神经模糊推理系统等方法对矩形槽道中的剪应力分布进行了研究。为了评估Tsallis熵、GP和ANFIS模型的结果，使用了实验室观察，其中使用优化的Preston管测量剪切应力。然后，这用于测量矩形通道中各种纵横比的SSD。为了研究剪切应力百分比，使用了10个数据系列，共112个不同的数据。灵敏度分析结果表明，对光滑矩形槽道中的SSD影响最大的参数是无量纲参数B/H，其中横坐标为B，水深为H。以床层参数（b/B）、（B/H）和壁面参数（z/H）、（B/H）为输入，GP模型的建模效果较好。基于分析，可以得出结论，使用GP和ANFIS算法是更有效地估计在光滑矩形通道中的剪切应力比Tsallis熵为基础的方程。
2021-03-06 cs.LG cs.NE physics.flu-dyn
Shear jamming and fragility in dense suspensions
剪切引起的堵塞现象是稠密悬浮液复杂流变行为中的一个因素。这种剪切堵塞状态是脆弱的，即，它们对于与产生它们所施加的应力不相容的施加应力是不稳定的。这种特殊的流动历史依赖的应力响应是由于流动诱导的微观结构。为了研究在恒定剪切应力下实现的堵塞状态，我们对具有摩擦接触力和流体动力润滑力的非布朗粒子进行了动态模拟。我们发现明确的签名，区分这些脆弱的国家从更传统的各向同性堵塞状态。
2019-05-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
