A viscous solution of the spherical vortex to the Navier-Stokes equations
我们处理的希尔的球形涡,这是一个精确的解决方案,欧拉方程,并管理的解决方案,以满足不可压缩的Navier-Stokes(INS)方程的粘性项。一旦我们得到惯性导航系统方程的粘性解,我们就能够分析涡量不连续的流动。在同一过程中,我们还提出了一个时间发展的精确解的惯性导航系统方程,其中有一个旋转轴上除了希尔涡。
2014-12-17 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Viscous flow regimes in a square. Part 2. Impact and rebound process of vortex dipole-wall interaction
在这篇技术笔记中,我们证明了我们的涡量迭代的数值方案在处理小粘度的偶极-壁相互作用时的鲁棒性,重点是网格收敛,边界涡量以及壁粘性耗散。特别是,它被发现,在四种不同的偶极子配置,涡壁碰撞过程中的无滑移面是非常复杂的,是初始条件的函数。直接数值模拟的关键问题是建立网格收敛,这似乎是情况相关的。粗略地说,收敛的$2D$网格被发现是成反比的粘度在均匀的间距。从本质上说,我们已经排除了在小粘度极限下反常能量耗散的可能性。我们的计算结果表明,能量退化率遵循著名的普朗特标度的预测趋势。
2019-03-14 physics.flu-dyn
Viscous vortex crystals
EPFL(洛桑联邦理工学院);CNRS, Université de Poitiers, LMA(法国国家科学研究中心,普瓦捷大学,力学与应用数学实验室)
该研究探讨了粘性涡旋晶体在特定协同配置下的纳维-斯托克斯方程解,利用对称性和稳定性性质控制解直到涡旋合并前的时间尺度。
2026-02-26 math.AP physics.flu-dyn
Viscous tilting and production of vorticity in homogeneous turbulence
粘性涡量消耗是湍流的一个基本和众所周知的特性,它平衡了与涡拉伸机制相关的净涡量产生。然而,在这封信中,我们证明了粘性效应不仅限于一个单纯的破坏过程,但在涡度动力学中发挥着更复杂的作用,这与涡拉伸一样重要。基于粒子跟踪实验(3D-PTV)和均匀和准各向同性湍流的直接数值模拟(DNS)结果,我们发现涡量方程中的粘性项也可以局部诱导涡量的产生及其方向的改变(粘性倾斜)。
2010-02-08 physics.flu-dyn
Velocity fluctuations in a dilute suspension of viscous vortex rings
我们探讨了由于在中等雷诺数的随机分布的涡环的稀悬浮液在流体中的速度波动,例如由一个大的群体的水母所产生的。与先前对与重力沉降或微泳者悬浮相关的速度波动的分析不同,这里的漩涡具有有限的寿命并且不断地产生。我们发现,净速度分布与单个涡流的分布相似,除了最小速度涉及许多远处涡流的贡献;结果是截断的$5/3$ -稳定分布,方差(和平均能量)在涡流体积分数中呈线性分布$ϕ$。该分布有一个宽度标度为$ϕ^{3/5}$的内核,然后是幂律为$|u|^{-8/3}$的长尾,最后是一个固定的截止值(与$ϕ$无关),高于该截止值,概率密度标度为$|u|^{-5}$,其中$u$是速度的一个分量。我们认为,这种分布是强大的意义上说,本地化的随机力所造成的任何速度波动的分布具有相同的属性,除了可能为不同的缩放后的截止。
2018-09-04 physics.flu-dyn
Viscous evolution of point vortex equilibria: The collinear state
当二维Euler方程的点涡平衡作为相应的纳维-斯托克斯方程(粘性)的初始条件时,在长时间单峰自相似Oseen涡态主导之前,通常会在短、中时间尺度上出现一个有趣的动力学过程。本文描述了对应于无粘点涡固定平衡的共线三涡结构的粘性演化。使用多高斯“核心增长”类型的模型,我们表明,该系统立即开始旋转不稳定,一种机制,我们归因于“粘性诱导”的不稳定性。然后,我们详细研究了定性和定量的演化系统,因为它演变的长期渐近的Lamb-Oseen状态,显示了一系列的拓扑分叉,发生在一个固定的参考系,并在适当选择的旋转参考系。被动粒子在这种粘性不断发展的流动的演变示出和解释这些不断发展的流线型。
2011-10-02 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Fast relaxation of a viscous vortex in an external flow
研究粘性涡在高雷诺数下在外部流场中的运动与变形,证明初始数据为高斯涡时,涡核弛豫时间短于扩散时间。
2026-03-23 math.AP physics.flu-dyn
Validity of Viscous Core Correction Models for Self-Induced Velocity Calculations
粘性核心修正模型用于自由尾流模拟,以消除涡流中心线处的无限速度。它将表明,这些修正收敛到毕奥-萨伐尔定律在远场的假设是不正确的一个涡段的切线附近的点。此外,一个涡环的自诱导速度与粘性核心示出收敛到错误的值。在模型中的这些误差的来源进行了识别,并提出了一个改进的模型,纠正错误。它的结果在正确的值的粘性涡环的自诱导速度和诱导速度收敛到由毕奥-萨伐尔定律预测的值在远场的所有点。
2012-04-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Random vortex dynamics and Monte-Carlo simulations for wall-bounded viscous flows
本文利用微扰技术建立了壁面约束不可压缩黏性流运动方程解的泛函积分表示,由此推导出精确的随机涡动力学,提出了收敛的数值格式,并通过数值实验验证了边界薄层内黏性流的运动。
2024-03-22 cs.NA math.AP math.NA
Viscous vortex-pair-cylinder interactions near inviscid translating equilibria: a numerical study
本文用格子玻尔兹曼方法对以下二维不可压缩流动问题进行了数值模拟。从对应于平移无粘平衡的构型开始,即平移Föppl平衡(平移圆柱体前后的反向旋转点涡对)和平移Hill平衡(椭圆柱体前后的反向旋转点涡对),为$t >0$开启粘性,并模拟随后的粘性相互作用。相互作用是在一个动态耦合设置的中性浮力圆柱体是自由移动沿对称轴的作用下,其表面上的瞬时流体应力。据观察,对于初始配置中的涡对尾随圆柱,粘性演化保持接近无粘平衡。然而,对于涡对引导圆柱体的起始构型,无粘平衡有很大的偏离。在这种情况下,涡流要么加速并离开圆柱体,要么更有趣的是,离开它们的领先位置并被吸引到尾随位置。换句话说,在这种情况下,圆柱体穿过领先的涡流,超越它们,并且观察到涡流再次跟随圆柱体。这样,无粘动力学关于垂直轴的对称性就被打破了。
2022-06-20 nlin.AO physics.flu-dyn
Liquid interfaces in viscous straining flows: Numerical studies of the selective withdrawal transition
本文给出了从选择性抽出到粘性卷吸转变的数值分析。在我们的模型问题中,两个不混溶层的粘度相等的界面变形的轴对称的撤回流,这是由一个点位于一定距离以上的界面在上层的下沉驱动。我们发现,稳态驼峰解决方案,对应于选择性地从上层撤出液体,停止存在以上的阈值撤出通量,并且这种过渡对应于驼峰解决方案的鞍结分叉。稳态界面的形状演变的数值结果与以前的实验测量进行了比较。在数据重叠的地方,我们发现了很好的一致性。然而,数值结果的较大的动态范围使我们能够表明,在过渡附近的驼峰尖端的曲率的大幅增加是不一致的方法对一个幂律的尖点形状,以前的解释建议从检查的实验测量单独。相反,驼峰尖端处的曲率的大的增加反映了驼峰的机高与驼峰尖端处的曲率之间的对数耦合。
2007-01-21 physics.flu-dyn
Vortex line representation for flows of ideal and viscous fluids
结果表明,理想流体旋涡流动的欧拉流体力学与带电{ \it可压缩}流体在自洽电磁场作用下运动的运动方程是一致的。在一个新的流体力学中,拉格朗日描述的过渡等价于原始欧拉方程的混合拉格朗日-欧拉描述-涡线表示(VLR)。由于“新”流体的可压缩性,涡线的崩溃可能由于涡线的断裂(或翻转)而发生。发现涡线表象中的纳维-斯托克斯方程,对于扩散张量由VLR度量给出的Cauchy不变量,可化为扩散型方程。
2002-09-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Comparison of inviscid and viscous vortex shedding from translating and rotating plates
University of Michigan(密歇根大学)
研究比较了无粘与可压缩涡旋分离模型在不同板运动下的性能,揭示了其在力预测和物理解释中的适用范围。
2026-02-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Kelvin wave and soliton propagation in classical viscous vortex filaments
Université Côte d’Azur(蔚蓝海岸大学);Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange(蔚蓝海岸天文台,法国国家科学研究中心,拉格朗日实验室);Université Côte d’Azur, CNRS, Institut de Physique de Nice (INPHYNI)(蔚蓝海岸大学,法国国家科学研究中心,尼斯物理研究所)
本文通过数值模拟研究了经典粘性涡线中凯尔文波和孤立子的传播,验证了色散关系与凯尔文预测的一致性,并展示了孤立子碰撞及实验室实验的可行性。
2026-02-25 cond-mat.other nlin.PS physics.flu-dyn
Acoustic waves at the interface of a pre-stressed incompressible elastic solid and a viscous fluid
我们分析了预应力对界面波沿不可压缩超弹性半空间的边界传播的影响,该半空间与在相邻半空间中无限延伸的粘性流体接触。一个目的是严格推导出界面处的增量边界条件;这种推导是微妙的,因为拉格朗日和欧拉描述之间的相互作用,但对于许多问题是至关重要的,这些问题与柔性壁和粘性流体之间的相互作用有关。这项工作的第二个目的是模拟用于评估主动脉瘤的超声波,在这里,我们发现,为了这个目的,半空间理想化是合理的,在高频率。第三个目标是阐明在压缩的固体半空间的稳定性行为,与在没有流体的情况下相比,我们发现,通常的技术寻求驻波解决方案是不合适的,当半空间是在与流体接触,事实上,正确的分析表明,粘性流体的存在下,使压缩的新胡克半空间稍微更稳定。对于在主应变方向上行进的波,我们得到了一般(不可压缩各向同性)应变能函数的情况下的结果。对于平行于界面且在主应变平面内沿任意方向传播的波,我们专门分析了新胡克应变能函数。
2007-11-28 physics.flu-dyn
Viscous and Inviscid Reconnection of Vortex Rings on Logarithmic Lattices
Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC(巴黎萨克雷大学、法国原子能与替代能源委员会、法国国家科学研究中心、物理科学与化学研究专项)
本文利用对数格点技术研究环形涡斜向重新连接,发现其能有效捕捉涡量放大机制并验证无黏性条件下出现奇点的结论。
2025-02-26 physics.flu-dyn
Numerical study of viscous starting flow past a flat plate
本文采用高阶混合差分和半拉格朗日格式,数值研究了有限平板在垂直于自身方向上脉冲起动时的粘性绕流。目标是解决早期涡量产生的细节,并确定粘度对流量的影响,如核心轨迹和涡量,以及脱落环流。给出了雷诺数范围$Re \in [250, 2000]$和时间范围$t \in[0. 0002, 5]$的涡量等值线、条纹线和流线。在早期,大部分涡量都附着在板块上。本文提出了一个定义的脱落环流在早期以及后期的时间,并表明,它确实代表涡,从板分离,而不重新附着。粘性扩散的贡献的循环脱落率被发现是显着的,但有趣的是,仅略微依赖于雷诺数的值。脱落环流和涡核轨迹遵循无粘自相似流在几十年的时间内的标度律。给出了描述核心涡量、核心耗散、边界层厚度、阻力和升力随时间和雷诺数变化的标度律。这些模拟提供了基准结果,以评估诸如点涡和涡面模型等较简单的分离模型。
2014-01-14 physics.flu-dyn
A multi-moment vortex method for 2D viscous fluids
在本文中,我们介绍了简化的,组合精确的公式,出现在涡相互作用模型中发现(Nagem等人,SIAM J. Appl. Dyn. 2009)。这些组合公式允许一个新的多矩涡方法(MMVM)的有效实施和发展,使用厄米展开来模拟二维涡。该方法自然地允许粒子变形,并成为高度各向异性的,因为它们的演变没有计算非本地的毕奥-萨伐尔积分的额外成本。我们提出了三个使用MMVM的例子。我们首先将注意力集中在一个单一的粒子,大量的厄米矩的情况下,在四极扰动的兰姆-奥森涡的实施。在较小的扰动值,我们发现该方法捕获的剪切扩散机制和快速松弛($Re^{1/3}$时间尺度)的轴对称状态。然后,我们提出了两个完整的多矩涡方法的例子,并讨论了经典涡方法的背景下的结果。我们进行空间收敛性研究的单粒子方法,并表明该方法具有指数收敛。最后,我们从数值上研究了空间精度的提高,包括更高的埃尔米特矩在全MMVM。
2010-10-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The long way of a viscous vortex dipole
Institute of Mathematics, EPFL(洛桑联邦理工学院数学研究所);Institut Fourier, Université Grenoble Alpes, CNRS, Institut Universitaire de France(傅里叶研究所,格勒诺布尔阿尔卑斯大学,法国国家科学研究中心,法国卓越大学研究院)
研究高雷诺数下粘性涡旋双极的长期演化,通过双参数渐近展开提出精确解近似,并证明其在较长时域内保持有效性,同时推导有限尺寸效应下的修正公式。
2025-12-19 math.AP physics.flu-dyn
Particle trapping in vortex crystals
Université de Caen Normandie(法国诺曼底大学);CNRS UMR 7190, Institut Jean Le Rond d'Alembert(法国国家科学研究中心联合研究实验室7190,达朗贝尔研究所);Indian Institute of Technology Bombay(印度孟买理工学院)
该研究探究二维涡旋晶体中惯性粒子的长期捕获条件,结合渐近方法分析轨迹,明确不同雷诺数下涡旋合并对粒子捕获的影响,为相关流体动力学问题提供新发现。
2026-08-05 physics.flu-dyn
Viscous evolution of a point vortex in a half-plane
研究半平面内无滑边界条件下,点涡作为初始数据的纳维-斯托克斯方程的全局解,证明在任意雷诺数下解的唯一性和能量衰减性。
2026-03-23 math.AP physics.flu-dyn
Coherent vortex structures in quantum turbulence
这份报告解决了量子湍流社区在过去十年中讨论的一个重要问题:在零温度超流体中,量子化涡旋是否形成了与普通粘性湍流中的涡管类似的相干结构?到目前为止,数值模拟提供的证据是,在有限温度超流体中出现了量子化涡旋束,但来自与湍流(粘性)正常流体中现有相干结构的相互作用,而不是由于内部超流体动力学。在这份报告中,我们表明,在非常强烈的量子湍流(其模拟是可能的树算法),涡缠结包含小相干涡结构(束量子化涡),产生的Biot-Savart动力学单独的,这是类似于在经典粘性湍流中观察到的相干结构。
2011-10-11 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Viscous-Inviscid Interactions in a Boundary-Layer Flow Induced by a Vortex Array
本文研究了边界层理论的渐近有效性。对于由周期性点涡列诱导的流动,我们比较了普朗特解和不同$Re$数下的Navier-Stokes解。我们展示了如何普朗特的解决方案开发一个有限的时间分离奇点。另一方面,Navier-Stokes解的特征在于边界层和外流之间存在两种粘性-无粘性相互作用。这些相互作用可以通过分析涡度拟能和壁面压力梯度来检测。此外,我们应用复奇异跟踪方法的普朗特和Navier-Stokes的解决方案,并从不同的角度分析以前的相互作用。
2014-04-16 math-ph math.MP physics.flu-dyn
A Zero-Flux Material Cylinder in the Unsteady Kiknadze--Krasnov Vortex
Arab Academy for Science, Technology and Maritime Transport(阿拉伯科学、技术和海运学院)
本文为非定常黏性涡推导出精确物质环量面,该面兼具拉格朗日径向划分、峰值涡量位置和零传递环量边界,可作为数值误差评估基准。
2026-10-05 physics.flu-dyn
Triangular instability of a strained Batchelor vortex
Graduate School of Information Sciences, Tohoku University(东北大学信息科学研究院);Institute of Fluid Science, Tohoku University(东北大学流体科学研究所);Aix Marseille Université, CNRS, Centrale Méditerranée, IRPHE(艾克斯马赛大学,法国国家科学研究中心,地中海中央理工学院,IRPHE)
研究了受应变Batchelor涡在三角应变场和轴向流作用下的三角不稳定性,揭示了不同模式在不同流场条件下的稳定性变化。
2026-03-08 physics.flu-dyn
Vortex cusps
我们认为对自相似的2D涡面形成尖点,相当于单片合并成滑移条件的墙壁,在经典的马赫反射楔。从Birkhoff-Rott方程导出了一个简化模型,给出了尖点指数和其他量作为相似指数和应变系数的函数的公式。与数值计算结果的比较表明,涡面的分段二次近似和高阶近似是一致的。相反,分段线性格式产生虚假的结果,违反了质量守恒,这是一个在以前的工作中可能未被发现的问题,在其他涡流中,即使点涡也足够了。我们发现,涡尖点只存在,如果相似指数是足够大的,如果表上的流通是逆时针方向(为一个表以上的壁尖开口的权利),除非一个足够积极的应变系数补偿。当尖点不存在时,就形成螺旋端喷流,我们发现许多喷流是如此狭窄,以至于它们看起来像假尖点。
2019-01-28 physics.flu-dyn
Viscous Withdrawal of Miscible Liquid Layers
在粘性提取中,施加在粘性液体上层中的会聚流从稳定分层的下层夹带液体。利用薄卷须被局部应变流卷吸的思想,我们提出了一个可混溶液层卷吸液体体积通量的标度律。一个长波长的模型,只包括当地的信息撤出流是退化的,与多个卷须解决方案的一个撤出条件。包括信息的全球几何形状的提取流删除的退化,而只引入一个对数依赖于全球流动参数的标度律。
2007-08-31 physics.flu-dyn
Modeling the pressure Hessian and viscous Laplacian in Turbulence: comparisons with DNS and implications on velocity gradient dynamics
在湍流中沿拉格朗日轨迹模拟速度梯度张量A需要闭合A的压力Hessian和粘性Laplacian。基于欧拉-拉格朗日变量变化和所谓的近期流体变形闭合,最近提出了这样的模型。结果表明,由此产生的随机模型再现了湍流的许多几何和异常标度特性。在这项工作中,模型预测和直接数值模拟(DNS)数据之间的直接比较。首先,用应变偏度、涡度拟能产生、能量传递和涡度排列的条件平均值描述了A的统计特性,条件是A的不变量。这些有条件的平均量被发现准确地描述的随机模型。更详细的比较,直接集中在封闭中建模的条款。具体而言,与压力Hessian和粘性Laplacian相关的条件统计量从模型中测量,并与DNS进行比较。良好的协议被发现在应变为主的地区。然而,与旋转主导区域相关的压力Hessian的一些特征不能被模型准确地再现。几何性质,如涡度对准相对于主轴的压力海森大多预测良好。特别是,该模型预测的特征向量的应变率也将是一个特征向量的压力海森,根据欧拉方程的基本属性。分析确定在什么条件下的欧拉-拉格朗日变量的变化与最近的流体变形关闭工作良好,并在流动状态,它需要进一步改进。
2008-11-11 physics.flu-dyn
Viscous flow regimes in unit square: Part 4. Vorticity dynamics from monopoles to multipoles
用迭代法数值求解了涡度方程的初边值问题。各种初始涡度分布被指定。所有这些都可以用简单的数学函数来描述:有一个涡源-汇对,一个局部涡的圆形剪切,一个猫眼拓扑结构和一些来自单个或多个涡的流动。我们的计算结果显示了不同的流动现象,如卷起的剪切层,涡合并或冲击,以及螺旋结构的诞生。
2018-08-22 physics.flu-dyn
Vortex Stretching of Non-premixed, Diluted Hydrogen/Oxygen Flamelets
本研究建立考虑涡拉伸的单位Lewis数三维氢氧稀释扩散小火焰模型,发现环境涡量与应变率是小火焰的核心控制参数,可通过湍流级联理论关联宏观流场,为湍流燃烧建模提供新的参数化思路。
2024-10-06 physics.flu-dyn
Superfluid drain vortex
排水涡是在日常生活中观察到的最常见的涡之一,但由于涡的传输和扩散的竞争,以及粘性层和自由表面的存在,它们的物理是复杂的。最近,它已成为可能的实验研究超流液氦,其中的物理简化的情况下,粘度和量化的循环的排水涡流。使用Gross-Pitaevskii方程,我们建立了一个简单的模型,该模型捕捉了基本的物理成分,表明超流排水管涡由一束扭曲的涡线组成,从而加强了进入排水管的轴向流。
2022-11-17 physics.flu-dyn
Start-up vortex flow past an accelerated flat plate
本文用数值方法研究了有限长平板绕垂直于自身方向运动时的粘性绕流,平板以速度$at^p$运动,其中$p=0,0.5,1,2$。我们给出了涡度廓线、条纹线和流线的演化,并研究了对加速度参数$p$的依赖性。Luchini & Tognaccini(2002)提出的涡旋演化的四个阶段被清楚地识别出来。初始阶段,其中的涡量只包括一个瑞利边界层,被证明是持续一个时间间隔,其长度收缩到零像$p^3$,作为$p \to 0$。在第二阶段,旋转中心的发展,在板的尖端附近,涡核内的涡量最大值的发展之前。一旦涡度极大值形成,它的位置就会振荡,并与旋转中心不同。两者之间的差异随着$p$的增加而增加,并随着时间的推移而减小。在第三阶段,旋转中心和脱落环流密切满足自相似的无粘流的标度律。最后,在第四阶段中,有限板长度变得相关,并且流动开始偏离自相似行为。当堆芯轨迹和环流严格满足无粘标度律时,涡量最大值和边界层厚度遵循粘性标度律。所得结果与Pullin & Perry(1980)和Taneda & Honji(1971)的实验结果进行了比较。
2014-04-17 physics.flu-dyn
Dynamics of a vortex column of supercritical fluid across the pseudo-boiling line
Delft University of Technology(代尔夫特理工大学);Texas Tech University(德克萨斯理工大学)
通过低马赫数数值模拟,研究超临界CO₂涡柱在拟沸腾线附近的热分层演化,发现粘性效应主导涡量变化,并识别出三种额外粘性机制,其中涡旋与粘性/密度梯度相互作用可产生反向涡量。
2026-06-17 physics.flu-dyn
Generation of intense dissipation in high Reynolds number turbulence
湍流中能量耗散率的剧烈波动是由应变率的自放大通过二次非线性引起的,其贡献来自涡量(通过涡拉伸机制)和压力Hessian张量,我们在这里使用$12288^3$网格点的周期域中的各向同性湍流的直接数值模拟进行分析,以及在$140-1300$范围内的泰勒尺度雷诺数。我们提取的统计数据中涉及的各种条款的放大应变和额外的条件,他们对应变的大小。我们发现,应变是整体自放大的二次非线性,并通过涡拉伸耗尽,而压力海森行为重新分配应变波动的平均场,从而耗尽强烈的应变。从本征值的角度分析了应变的剧烈波动,结果表明,净放大率仅由第三本征值产生,从而产生了很强的压缩作用。相比之下,自放大项的作用是消耗其他两个本征值,而涡拉伸的作用是放大它们,这两种效应几乎完全相互抵消。每个特征值的压力海森的效果是定性类似的涡拉伸,但显着弱的幅度。我们的研究结果符合熟悉的概念,即强烈的应变是组织在片状结构,这是在附近的,但从来没有重叠的区域,由于其放大机制的根本差异强烈的涡。
2021-07-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The trapping and escape of buoyant vortex rings in sharply stratified fluids
在这个流体动力学视频中,我们研究了在周围强烈(近两层)分层流体中的混溶涡环的动力学。实验和直接数值模拟使用变密度Navier-Stokes(VARDEN)求解器进行了比较。临界现象的确定取决于实验的关键参数(流体和环密度,上层涡的行程距离等),其中下降的密集涡环可能会经历完全捕获,部分捕获,或分裂成级联的较小的涡流。涡环与上层流体的相互作用导致粘性卷吸,这改变了环的有效浮力。在撞击密度过渡时,夹带流体赋予不同的动力学,因为它试图重新获得平衡,导致临界行为。
2011-10-15 physics.flu-dyn
Vortex Stretching and Reconnection in a Compressible Fluid
研究了可压缩流体中的涡拉伸问题。二维和轴对称的情况下被认为是分开的。与旋涡相关的流动垂直于均匀应变流动的平面。在轴附近的外部施加的密度积聚导致涡旋-“修饰的”涡旋(类似于电介质系统中的“修饰的”带电粒子)的增强的紧凑性。在2D以及轴对称的情况下,可压缩涡流的解决方案确定了可压缩的情况下,导致可压缩湍流的Kadomtsev-Petviashvili频谱相关的长度尺度。在可压缩流体中的涡重联过程被证明是可能的,即使在无粘的情况下-可压缩性导致流体中的涡线解冻。
2005-09-23 physics.flu-dyn
Vortex elongation in outer streaming flows
我们研究的二次时间平均流(流)所产生的振荡圆柱体浸没在流体中,在高振幅强迫,使惯性效应是显着的。这种流动被分解为粘性的边界层流动,在那里产生涡量,以及更大尺寸的外部流动。我们在相对低粘度的条件下操作,使得边界层小于物体直径。而对于低Keulegan-Carpenter数(KC)(足够小的振幅),外部流的大小通常是物体的大小,在这里,我们表明,在足够大的强迫,外部流沿振动方向拉伸高达8倍,而流动仍然保持其轴对称性。我们通过PIV测量在前所未有的频率和振幅范围内量化伸长,使流动雷诺数达到比统一大得多的值。在粘性边界层外没有明显的非定常涡量分量,以及伸长长度与流动雷诺数成比例的事实表明,拉伸应该是由于流动本身对定常涡量的对流。
2020-01-04 physics.flu-dyn
Unveiling the Spatiotemporal Evolution of Liquid-Lens Coalescence: Self-Similarity, Vortex Quadrupoles, and Turbulence in a Three-Phase Fluid System
本文通过三相Cahn-Hilliard-Navier-Stokes系统模拟液透镜聚并,揭示粘性区与惯性区的自相似增长、涡旋四极子及湍流特征,并给出不对称透镜合并的幂律指数。
2023-10-17 physics.flu-dyn
Premixed flames in a stagnation point flow under Darcy's law
University of Manchester(曼彻斯特大学)
研究达西定律下非绝热预混火焰的结构与熄灭特性,发现应变率跳跃由粘度而非密度引起,并识别出运动粘性阻力作为关键拉伸因子,揭示了摩擦主导环境中火焰稳定的新机制。
2026-09-14 physics.flu-dyn
Streaks to Rings to Vortex Grids: Generic Patterns in Transient Convective Spin-Up
我们观察到的瞬态形成的环形图案的状态在自旋的蒸发流体的时间尺度上的顺序几个Ekman自旋时间。环形状态探测使用红外测温和粒子图像测速仪,它被证明是一个后果的科里奥利和粘性力占主导地位的惯性,其中每一个被提取的测量速度场之间的瞬态平衡。的环形状态的崩溃量化的反相位驱动的开尔文-亥姆霍兹不稳定性,我们表明,由此产生的涡网格间距尺度与环波长的这些力分量。这是准二维湍流涡旋流的基本途径,因此可能在天体物理学和地球物理学中具有意义,其中旋转对流是无处不在的。sics.
2010-06-28 physics.flu-dyn
Predictions of microstructure and stress in planar extensional flows of a dense viscous suspension
我们认为在粘性流体中的一个致密层的球体的拉伸流,并采用力和扭矩平衡,以确定的轨迹的颗粒对的应力。在这样做时,我们使用斯托克斯动力学模拟来指导选择遵循这样的轨迹的近接触对。我们指定的边界条件上的代表性的轨迹,并确定沿它的颗粒的分布和应力如何取决于微观结构和应变速率。我们使用数值模拟测试所得到的预测。此外,我们表明,应力张量和应变率之间的关系涉及到粒子分布函数的二阶和四阶矩。
2021-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Near-cancellation of enstrophy and strain requires shear or a balanced vortex
Center for Turbulence Research, Stanford University(斯坦福大学湍流研究中心)
本文研究压力泊松方程中涡量与应变近相消的条件,证明剪切或平衡涡旋是实现完全抵消的关键,并揭示源项逃脱机制,为湍流建模提供新视角。
2026-09-29 math.AP physics.flu-dyn
Spontaneous Symmetry Breaking for Extreme Vorticity and Strain in the 3D Navier-Stokes Equations
本文研究了随机强迫三维不可压纳维-斯托克斯方程中实现极高涡量或应变的最可能构型的时空结构。最可能的配置计算通过数值计算找到最高概率的速度场实现一个极端的约束作为一个大的优化问题的解决方案。高涡度配置被确定为捏涡丝与漩涡,而高应变配置对应于反向旋转的涡环。我们还观察到,最有可能的配置涡和应变自发地打破他们的旋转对称性非常高的可观测值。瞬子演算和大偏差理论使我们能够表明,这些极大似然实现确定的尾部概率的观测量。特别是,我们能够证明,人工强制旋转对称性大应变配置导致严重低估其概率,因为它是占主导地位的可能性指数更可能的对称性破缺涡面配置。
2022-03-31 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Confined Vortex Surface and Irreversibility. 2. Hyperbolic Sheets and Turbulent statistics
我们继续研究的限制涡面(\CVS{}),我们在前面的文章介绍。对\CVS{}方程的解进行了分类,得到了稳定区域内任意背景应变本征值下速度场的解析表达式。涡流表面横截面具有四个对称双曲面的形式,在管横截面的每个象限($x y $平面)中具有简单方程$|y| |x|^μ=1$。我们使用稀释气体近似的涡结构在湍流中,假设它们的大小是远远小于它们之间的平均距离。我们引入高斯随机背景应变为每个涡面作为一个积累的大量的小随机贡献来自其他表面很远。我们计算这个自洽的背景应变,应变的方差的能量耗散率。我们发现一个普遍的非对称分布的能量耗散。一个新的现象是涡流管在$x y$平面内的轮廓形状的概率分布。这种现象自然导致模仿的“多重分形”的速度差$v(\vec r_1) - \vec v(\vec r_2)$的时刻缩放。这些时刻有一个非平凡的依赖$n, \log |r_1 - r_2|$,近似幂律与非线性指数$ζ(n)$。我们在这里提供的粗略估计与观测到的DNS数据不匹配,这可能表明\CVS{}方程的全3D解的必要性。我们认为,这些时刻的近似关系建议在最近的一篇论文中由Sreenivasan和Yakhot是一致的\CVS{}理论。我们重新解释他们的重整化参数$α\approx 0.95$在伯努利定律$ p = - \frac{1}{2}α\vec v^2$作为一个概率,找到没有涡旋表面在空间中的一个随机…
2021-11-22 hep-th physics.flu-dyn
On the stability of viscous Riemann ellipsoids
Université Côte d’Azur(蔚蓝海岸大学);CNRS UMR 7351, Laboratoire J. A. Dieudonné(法国国家科学研究中心第7351联合研究单位,J.A.迪厄多内实验室)
本文研究了瑞曼椭球在无粘和弱粘条件下的稳定性,通过推导庞加莱方程和边界层分析,分析了粘性对稳定性的影响,并探讨了旋转、应变和扩散的作用。
2026-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Random large eddy simulation for 3-dimensional incompressible viscous flows
本研究结合随机涡方法与大涡模拟核心思想,提出基于滤波和抛物方程积分表示定理的Navier-Stokes方程闭合求解方案,规避三维积分核处理难题,经层流、湍流模拟验证有效。
2024-10-05 cs.NA math.AP math.NA
Vortex stretching and enstrophy production in high Reynolds number turbulence
湍流的一个重要组成部分是涡拉伸机制,它源于涡量和应变率张量的非线性相互作用,并导致极端事件的形成。我们分析了涡量和应变率之间的统计相关性,通过使用一个庞大的数据库产生的非常好的解决直接数值模拟强迫各向同性湍流在周期域。网格分辨率达到$12288^3$,泰勒尺度雷诺数在$140-1300$范围内。为了了解极端涡度波动的形成和结构,我们获得了以涡度拟能(涡度平方)为条件的统计。应变的大小,以及它的特征值,是近似恒定的条件下,弱拟能,而他们的增长近似为幂律的强拟能,这成为陡峭的增加$R_λ$。我们发现,众所周知的涡度和应变张量的中间特征向量之间的优先对齐是更强的大拟能,而涡度表现出的倾向是弱正交的最广泛的特征向量(大拟能)。然而,大涡度拟能事件产生的主要贡献来自于最广泛的本征方向,随着$R_λ$的增加,这种贡献越大。然而,在强烈的涡度区域的拉伸显着耗尽,与弱弯曲管的运动学特性,他们组织一致。进一步的分析表明,强烈的涡度拟能主要是通过粘性扩散来消耗的,尽管粘性耗散也很重要。对建模的影响在名义上是适当的。
2020-09-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Absorption and reflection of inertial waves by a geostrophic vortex
Landau Institute for Theoretical Physics, Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院朗道理论物理研究所);National Research University Higher School of Economics(国立高等经济大学)
本研究针对快速旋转流体中惯性波与地转涡旋的相互作用,推导分析了涡旋背景下的柱面波方程,明确了波吸收/反射的角动量条件,修正了临界层附近的短波近似并建立了考虑粘性耗散的模型。
2025-10-01 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Vanishing viscosity limit for axisymmetric vortex rings
本文研究了 $R^3$ 中低粘性不可压缩 Navier-Stokes 方程的 Cauchy 问题,证明了在小粘性下圆形涡丝解可由热方程解与 Kelvin 公式速度近似,从而严格论证了弱粘性流体中涡丝的双法向运动,并利用 Arnold 几何稳定性方法验证了近似解的稳定性。
2024-06-03 math.AP physics.flu-dyn
Confined Vortex Surface and Irreversibility. 1. Properties of Exact solution
根据最近发现的非对称涡面(AM,2021),我们修正了定常涡面理论。这些表面通过调整它们的不连续性和形状来避免开尔文-亥姆霍兹不稳定性。涡量坍缩到涡面只是在很久以前伯格斯和汤森考虑过的一种例外情况下,在这种情况下,涡量在涡面的两侧都以高斯形式衰减。在一般的非对称涡面(Shariff,2021)中,涡量向一侧或另一侧泄漏,使得这种涡面不足以进行涡面统计和异常耗散。我们推测,在湍流涡崩溃的一种特殊的表面(封闭涡面,或CVS),满足一些方程,涉及切分量的局部应变张量。最重要的定性观察是,这个解的稳定性所需的不等式打破了欧拉动力学的时间可逆性。我们将其解释为动态不可逆性。我们还将涡度拟能表示为一个表面积分,在紊流极限下,涡拉伸项和粘性扩散项在CVS表面上正好相互抵消,在纳维-斯托克斯方程中守恒。研究了具有两个不同特征值的任意恒定背景应变下圆柱涡面的CVS方程。这个方程减少到一个特定版本的固定Birkhoff-Rott方程的二维流动与额外的非解析项。我们研究了这个方程的一些一般性质,并将其解归结为球面上映射的不动点,由Brouwer定理保证其存在。
2021-06-30 hep-th nlin.CD physics.flu-dyn
On the dynamics of the boundary vorticity for incompressible viscous flows
本研究推导出不可压缩粘性流的边界涡量动力学方程,发现壁面处粘度加倍,可在无需主流细节的情况下有界估计边界涡量,并通过随机直接数值模拟的两种更新方法验证了方程的有效性。
2023-08-24 cs.NA math.AP math.NA
Random vortex and expansion-rate model for Oberbeck-Boussinesq fluid flows
本文通过涡量和膨胀率表述建立新的积分表示,提出随机涡方法数值求解Oberbeck-Boussinesq可压缩流动,实验成功捕捉Bénard对流并揭示密度与膨胀率动力学信息。
2024-10-03 cs.NA math.AP math.NA
A remark on the zeroth law and instantaneous vortex stretching on the incompressible 3D Euler equations
Goto-Saito-Kawahara(2017)通过对Navier-Stokes湍流的DNS研究表明,湍流由反平行涡管对的自相似层次结构组成,特别是,在较大尺度应变场中拉伸会产生较小尺度的涡。受他们数值结果的启发,我们利用三维不可压Euler方程研究了Goto-Saito-Kawahara型涡管的行为,并表明这种行为在没有非线性尺度相互作用的情况下会引起能量级联。从这个能量级联,我们证明了修改后的版本的零定律。在附录中,我们从GSK的观点导出了Kolmogorov的$-5/3$ -定律。
2019-02-19 math-ph math.AP math.MP